4 智能包装的关键技术

a）智能包装系统构成

智能包装系统由智能包装元件、数据层、数据处理和食品供应链通信网络组成。智能包装元件是构成智能包装系统的前提，它赋予包装获取、存储和传输数据的新能力；数据层、数据处理和食品供应链通信网络共同组成决策支持系统。

智能包装元件和决策支持系统协同工作，监控包装内部和外部环境的变化，交流物品状态信息，及时做出决策或采取适当的处理措施。例如，图6-14是食品供应链中智能包装系统信息流的框架性描述，图6-15是裕同科技构建的智能包装框架体系。

图9: 食品供应链中智能包装系统框架图

图10: 裕同科技的智能包装平台框架图

b）包装数字化技术（传感器、信息码、RFID等）

包装数字化（Packaging Digitization）：以包装为载体，以二维码、图像识别、增强现实AR、RFID、NFC、数字水印、TTI标签、智能传感等数字化技术为手段，实现对商品的原材料、生产、仓储、物流、销售、消费等全生命周期的数据采集，为构建智慧物联大数据平台提供数据源，实现包装数字化。（需细化补充）

c）包装可视化技术（指示剂、显示屏、AR技术、监控终端等）

包装可视化（Packaging Visualization）：通过数字化技术，使包装变成真正的自媒体和万物互联的载体，将商品本身的性状及位置信息，以及原材料、生产、仓储、物流、销售、消费等全生命周期的数字信息以文字、图形、图像、动画、及音视频等可视化的方式，在包装盒体、终端设备或后台屏幕上实时显示出来，实现实时交互、处理、监控和决策的目的。

RFID电子标签在智能包装可视化中的应用：以包装为载体，通过超高频远距离感应技术，加快产品信息、数据的采集，促进数据的高效传输和交互，实现出入库、物流、商品盘点以及食品安全溯源等方面的可视化。图6-16a是通过每件产品的RFID标签批量采集产品信息的原理示意图，厦门信达物联公司开发的隧道式产品信息获取设备。包装箱通过隧道时，箱内的300件服装产品信息可以一次检出。

图: RFID通道阅读系统

AR增强现实在智能包装可视化的应用：AR增强现实技术是借助计算机图形技术和可视化技术，在物理世界中添加不存在的数字化信息，带给人们一个感官丰富的世界，使真实的包装和虚拟的信息实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在，实现产品信息的可视化，让消费者更直观的了解并选择商品，达到创意营销的目的。 

图12: AR增强现实

指示型智能标签在智能包装上的应用：通过如时间-温度指示器、密封性指示器、新鲜度指示器等智能标签，或特殊结构的设计，将环境因素的变化通过可视化的颜色变化或数据表现在包装上，能够快速让消费者对产品进行选取和判别。

d）智能包装云平台（大数据存储、管理与应用）

智能包装云平台（PackagingCloud platform）：包装数字化与可视化的物联网数据处理平台，包括数据的传输、处理、分析、存储和应用（大数据应用）等。（需进一步补充）

5 智能包装与RFID电子标签的关系

a )RFID是目前智能包装主流方案之一

射频识别，RFID（Radio FrequencyIdentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。RFID电子标签由射频天线与集成电路芯片组成（图6-18）。RFID电子标签根据发射的频率不同分为HF（13.56MHz）与UHF（900MHz）两种。HF标签的读写距离短，只有几十厘米，UHF标签的读写距离长，可以有十几米。两种频率标签的天线也不同，图6-18是典型的HF天线。通过HF标签交互信息的称为近场通信（Near Field Communication，缩写NFC），日常生活中存在大量的NFC应用场景，例如手机感应乘车与支付。而图6-16中所使用的RFID标签则为UHF标签。

RFID电子标签只是整个识别系统中的终端元器件，所获得的数据需要通过一整套复杂系统处理后才能成为有用信息（图6-19）RFID 技术在安全防护领域、商品生产销售领域、管理与数据统计领域、交通运输领域、供应链与物流管理等诸多领域中有成熟的解决方案。这些解决方案很多被引入智能包装领域并得到了应用推广，由于其较相对低运作成本，促使以RFID为核心的应用成为智能包装的主流方案之一。

图：RFID标签结构示意图                     

 图：RFID识别、跟踪、管理系统示意图

b) 智能包装并不完全等同于RFID

随着近年来新一代物联网技术的发展，智能包装则融合了更多的新兴技术，如印刷电子、柔性显示、印刷存储等，同时智能包装技术发展的趋势，日趋从企业内部管理需求向消费者互动需求延伸。

RFID作为目前比较成熟的应用解决方案，因为受到其本身的限制（如电源，磁屏蔽，传输距离等），这也成为了限制智能包装发展的桎梏。随着更多机械、电气、电子和化学性能的加入，智能包装将能够呈现出更多更广泛的功能，衍生出可应用在更多领域和行业。

但是不论是基于RFID技术还是其他技术，针对不同行业的不同场景不断丰富和完善数据平台以及手机APP，使得消费者更愿意与产品包装之间进行互动是物联网智能包装生产企业面临的任务之一。

c ) 智能包装的核心是产品物联网化

同其它物联网应用领域相同，物联网智能包装未来3-5年将随着5G时代的到来以及印刷电子技术及其相应材料、设备、工艺等的逐渐成熟而迎来迅猛发展。

所谓物联网智能包装主要通过二维码、RFID、GPS、各种传感器等技术应用在包装上让包装成为物联网体系架构中的感知层，再通过手机或特定的识读器，配合软件和数据平台实现商品的防伪溯源、防窜、互动营销、消费分析等作用。

通过建立以物联网为核心的智能包装体系，一方面利于企业监控管理商品与客户，另一方面消费者还获得较强用户体验。如果再进一步通过仓储、物流、生产线等环节建立起配套的智能物联运营支撑系统又将使整个包装制造和销售过程信息透明化，所有包装可追踪，同时过程产生的数据对企业有极大帮助。

图:智能包装物联网架构示意图

d ) 智能包装与其它领域的结合

除了物联网技术与智能包装的结合，智能包装还能和其他很多领域存在结合点，这也是预示着在未来几年智能包装的发展将呈现出百花齐放的局面。

1) 传统的功能性包装比如发声发光功能性智能包装，其发声和发光使用传统的电源、线路、开关、电路板，体积较大、成本较高、嵌入包装不美观。综合印刷电子技术生产的印刷电池、导电油墨线路、印刷传感器、印刷显示器等部件制作的智能包装具有柔性、环保、体积轻薄、成本低等特点，是功能性智能包装的发展方向。

2)将印刷电子、生物技术、电子信息技术、材料技术、包装技术等多种技术结合，开发特定领域的功能性智能包装。比如，面向医药领域的吃药记录和吃药时间提醒药盒包装，满足消费者潜在需求或者解决业内痛点问题。

3) 智能包装技术与交互式设计的结合，对包装进行艺术化处理更有利于智能包装贴近消费者。未来的包装从功能上是智能的，从外观上以及展现形式上来看是交互式的更有利于与消费者进行互动、情感交流，从内容上来看是定制的，只有这样的智能包装才充分体现科技感的同时获得消费者认可。

4) 3D打印技术或者喷墨技术在智能包装生产制造过程中的灵活、快速反应将会在产品的开发和打样阶段缩短研发周期同时降低开发成本，未来在部分智能包装领域将会得到应用。

6 智能包装应用案例

A) Oculto啤酒采用智能标签包装

Anheuser-Busch首次利用物联网技术，推出了一款带有智能标签的限量版Oculto啤酒瓶，标签LEDs采用极其特殊的纸电池供电。特别活动需要特别的啤酒，而这需要特别的啤酒包装。Anheuser-Busch的非典型Oculto啤酒通过在瓶身上采用更多创新技术与消费者进行更紧密互动而实现了这一目标。其中标签采用印刷纸电池供电的两个发光二极管（LEDs），并利用物联网（IoT）连接。

B) E-Ink智能型药盒电子纸显示器模组

E-Ink推出智能型药盒电子纸显示器模组，可用于用药提醒与自动化用药记录管理。E-Ink的电子纸显示器模组可将上一次用药时间记录显示于药盒上，并按照预设时间通过药盒上的显示器模组自动提示下次服药的时间。用药记录储存在IC卡内建的存储器中，可经由无线传输技术将服药记录回传到医院的远端健康管理系统，实践远距医疗，云端照顾的愿景。

C ) 联合利华声光电传感食品包装

联合利华与Novalia采用超薄触摸传感器，连接到一个采用印刷导电油墨的微控制器，开发了光电传感饰品包装方案。该方案包括传感器、扬声器、电池和通信设备。当购物者触摸显示屏时，他们通过电池供电的微型扬声器听到声音，这种功能可以使用到不同包装领域，有助于消费者做出更明智的购买决策，同时也可以更好地帮助商家进行宣传。

D) 德国施海纳集团智能医药包装

该智能医药包装上集成的柔性电池、RFID/NFC天线、功能性导电结构、温度记录传感器等皆是通过印刷电子的方式实现。

E) 美国艾利丹尼森智能服装标签

功能说明与应用场景：1）标签基于RFID/NFC技术，其亮点在于通过EVRYTHNG提供支持Janela™智能产品平台，使服装和鞋类产品拥有独特的序列化标签，然后连接到EVRYTHNG的IoT基于云的软件，能够捕获实时数据，增强消费者体验，并使产品的制造和销售更加高效智能。

F) 内置酒精传感器的智能包装

TostitosParty Safe智能包装功能说明与应用场景：1）集成了酒精传感器、LED灯、NFC功能标签于一体。2）可以检测是否饮酒（类似于酒驾探测器），并提供警示提醒，比如红色提醒图文。可以通过NFC手机读取内置标签快速呼叫Uber快车。

G)柔性OLED发光包装

采用印刷电子技术将有机发光二极管将电子元件（包括电池）印刷到包装表面，由于它的能源效率高，使得有机半导体组成表面自发光光源，有机发光二极管可以运行数月，可以远程激活。由于产品采用的环保材料，可以当作一般生活垃圾进行处理。

H ) Cool light光致变色啤酒包装

光致变色油墨的发展促使Cool light开发了世界首例光致变色的啤酒包装。Cool light六种限量版啤酒罐的外观设计中采用了光致变色油墨，只有当产品暴露在紫外线下才能够变色，当罐子被带入阳光中时，鲜艳色彩立即显现出来。

I ) 用于试药跟踪、服药提醒的智能药品包装

广东南海启明光大科技有限公司所提供的用于试药跟踪、服药提醒的智能药品包装，在原有的铝箔泡罩包装的基础上，贴上一层柔性的纸基传感线路，当泡罩内的药丸被外力挤出时，会破坏柔性的纸基传感线路上的电阻传感，且每一列电阻为并联电路，因此，破坏第一个、第二个和第N个电阻所引起整个电路的电阻变化是不同的，这会产生一个电流的信号传到主机，主机可以本地化存储信号也可以通过wifi、蓝牙、4G等方式将信号上传到系统的云端。当下一次需要吃药的时候，如果患者还未吃药或者过量服药，系统可以通知医护人员进行干预、或通过微信、WhatsApp等即时通信APP来通知提醒患者或患者家属。

J)Thin Film NFC开启检测标签

Thin Film开发了NFC开启检测标签，它具备轻薄、使用灵活、无法复制等特点，易集成到日常用品中去。标签能够检测产品的“密封”和“打开”状态，标签中唯一的识别号可使厂商对产品进行认证、跟踪，并且内部数据不能够被修改。此外，即使产品的密封破损，标签仍保持活动状态。这些标签可使用具有NFC功能的智能手机、平板电脑或工业阅读器读取的，当接触到射频场时就可以供电，从而无需电源。

K ) Talkin things 智能包装系统

Talkin things利用NFC（近场通信）技术，消费者可以通过智能手机来进行产品的交互，应用程序将会显示有关产品的信息、安全警告、过期日期、剂量监测和提醒、病人支持和副作用报告。该系统为制药公司提供了跨越安全和物流管理的解决方案。结合NFC和RFID技术，该系统提供解决方案、贸易、温度监测、实时盘点和运输跟踪等物流、供应链监控功能，同时还可以记录药店产品的销售情况。

L ) Infratab 新鲜度指示标签

Infratab的新鲜度指示标签包含智能传感器，可通过软件，监控、追踪产品在整个供应链中的状态，尤其是易腐坏的产品。新鲜度指示标签符合RFID EPC Gen2，拥有多种大小和型号，可用于不同的领域。可使用读取器、RFID、EPC读取指标，这些指标用于量化和衡量产品的新鲜度。指标经过分析，验证和审计，可以将产品状态提供给包括品牌，运输商，零售商，或消费者。

M) 防屏蔽NFC智能标签

Thin Film和Jones公司开发的防屏蔽NFC智能标签，该标签具有“Tag Talks First”协议，并集成了铁氧体屏蔽标签，允许NFC技术在金属化包装上运行，如泡罩包装等；每个标签都包含一个唯一的标识符，即使产品的工厂密封已损坏，标签仍保持活动状态。标签可以通过智能手机读取信息，智能手机的应用程序也可以提供有关剂量、副作用和有效期的信息，并且信息同步更新。

N ) 智能温度记录仪的包装供应方案

疫苗或抗体等药物是敏感产品，储存温度过高或过低都会影响其质量和功效。August Faller Group与Avery Dennison合作，使用新的温度记录传感器TT Sensor Plus2，提供智能标签，并将其集成到单个包装解决方案中（如折叠纸盒或客户的运输箱），确保药物可以监测3年以上，存储超过150,000个温度测量值，并且比普通解决方案更加紧凑。全面的IT服务包装包括在线APP，TTapp及Ttnet，使成为可能激活和读取TT传感器Plus2标签以及将所有数据储存在云端（TTnet）。使用App可以轻松提供需要在低温或整个冷链期间维持的药物的完整温度监测。

O )“液位指示器”智能包装解决方案

August Faller Group设计了创新药物包装“液位指示器”，只需按一下按钮就能捕获不透明药液瓶的水平，并通过集成显示器将其传送给患者。它通过小型电子纸显示器和电子控制（按钮）进行操作。智能的交互式包装有助于提高合规性，使患者或实验室用户更容易处理药物。除了“液位指示器”外，还包括“计数装置”，一种平板计数包装和包装原型“医疗处方”。后者不仅计算剂量，还提醒患者按时服用。使用专门开发的应用程序，处方也可以通过蓝牙发送到包装。

更多应用案例，可参考《PEIPC全球智能包装应用案例集》,获取方法：关注【科钛网】公众号，后台回复“案例集”即可获得下载链接。

图:《PEIPC全球智能包装应用案例集》

7 智能包装的发展方向

智能包装发展的主要方向可以归纳为 4 个方面:

1）进一步发展智能包装元件。在这方面的可选技术有：柔性印刷电子技术，即用电子功能油墨在柔性包装材料上印制电子元件；碳纳米材料技术用于气体和化合物检测；硅光电技术用于 VOCs 、CO2检测；电子鼻技术（传感器列阵）用于识别复杂气味；生物传感技术用于检测生物成分。混合智能包装元件的研发将更受青睐，例如信息携带标签与指示剂的结合、传感器与指示剂的结合、可传感的射频识别标签等。

2）智能包装元件与包装系统的有机集成。其主要方向为可传感的射频识别标签与包装材料的融合。

3）智能包装与活性包装的融合。二者的这一融合将展现广阔的发展前景，但主要风险是化学物质从活性和智能包装材料向食物的过多迁移。

4）智能包装的决策支持系统。在这一方面需要研发支撑决策支持系统的各类模型。未来人工智能技术将在决策支持系统中得到重要的应用。

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