随着《中国制造2025》规划路线的出台,制造业改革之船已经起航了,其主攻方向是智能制造,智能包装迎来发展的春天。我国包装工业总产值已达1.9万亿元,位居世界第二,而智能包装将成为下一个风口!智能包装的发展离不开多领域技术的协同发展,特别是印刷电子技术的发展。可以预见的是,随着物联网时代的到来以及社会消费升级,部分领域从传统包装升级成智能包装是必然的。不论是物联网智能包装还是功能性智能包装其都存在巨大的想象空间以及广大的潜在市场。
1.智能包装的定义
智能包装,指通过创新思维,在包装中加入了更多机械、电气、电子和化学性能的等新技术,使其既具有通用的包装功能,又具有一些特殊的性能,以满足商品的特殊要求和特殊的环境条件。
图1 智能包装的定义
智能包装分为功能性材料智能包装、结构性智能包装、信息型智能包装,其中又涉及到保鲜技术、水溶膜包装技术、二维码技术、包装性与结构创新技术、便携包装技术、纹理防伪技术、磁共振射频防伪识别技术、食品安全溯源方案技术等。
图2 智能包装涉及的技术领域
而近些年来逐渐备受瞩目的印刷电子技术,更是将传统的印刷工艺应用于制造电子元器件和产品,其最大特点是它们不依赖于基底材料的导体或半导体性质,可以以薄膜形态沉积到任何材料上。在绝大多数的智能包装应用中,都可以通过整合印刷电子技术,实现更多“智能”属性,例如在仓储、运输、销售过程中的质量信息记录与表现等,并具备柔性、环保、低成本等优势。
智能包装按照其功能材料及功能,大致可以分为:功能型智能包装、结构型智能包装、信息型智能包装和其他类型智能包装。
图3 智能包装的分类
功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料,改善和增加包装的功能,以达到和完成特定包装的目的。结构型智能包装是指通过增加或改进部分包装结构,而使包装具有某些特殊功能和智能型特点。信息型智能包装技术主要是指以反映包装内容物及其内在品质和运输、销售过程信息为主的新型技术。信息型智能包装技术是最有发展活力和前景的包装技术之一。
图4 智能包装的应用领域
智能包装技术是集合了多元知识基础的新兴技术分支。创造性设计和人本位思想则是“智能化包装”技术的精髓。包装智能化技术的出现使商品及其包装对于人类更具有亲和力,使商务信息的人机交互式沟通更为简捷。智能型包装在保护消费者权益与人身安全、保护市场正常秩序、方便商务电子化、开发新颖的产品消费形式方面将起到其重要的作用,具有极广阔的发展前景。
2.智能包装发展趋势
近年来,随着材料科学、现代控制技术、计算机技术与人工智能等相关技术的进步,带动了智能包装的飞速的发展。第一代智能包装技术基于光学/视觉识别,侧重于通过光学特性解决防伪、追踪、防盗等问题,其特点是只利用一种技术;有别于第一代智能包装技术,第二代智能包装技术将融合印刷电子、RFID、柔性显示等新型技术,使商品及其包装对于人类更具有亲和力,使人机交互式沟通更为便捷,使得“智能”包装更加主动地呈现出物联网特性。
智能包装应用在几乎所有的产品应用领域,包括电子产品、食品、饮料、医药、生活用品等。智能包装正日益成为产品功能的延伸,并成为集成各种创新技术手段的载体,高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界,智能包装即将成为物联网产业下一个风口!
图5 智能包装典型应用
据IDTechEx预测,10年内电子智能包装设备的全球需求额将迅速增长至14.5亿美元。根据Technavio最新的报告,分析师预计全球智能包装市场将以近8%的复合年增长率增长,到2019年超过310亿美元。电子包装(e-packaging)市场的主要服务对象仍将以拥有电子功能的包装消费品(CPG)为主,其10年内的总产品数量将增至145亿件。
当前国外已有相当数量的成熟应用案例,并成立了相应的行业组织指导产业的发展,而国内目前智能包装产业尚处于起步阶段,然后对于用户需求和应用环境丝毫不亚于国外,在未来的2-3年,智能包装市场必将成为物联网产业新的蓝海。
图6 智能包装典型应用方向
虽然智能包装技术在世界各国的应用还刚刚开始,有些技术还处于实验和研究阶段。可以说,这项技术同时处于起步阶段。如何抓住这个机遇,发展我国的包装事业,提升我国包装的技术含量,以适应新形式下国际经济形式的要求,是每一个包装人士所面临的问题。随着时代的变迁,商品种类更加繁多复杂,包装所肩负的功能也越来越多。高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界,发展智能化包装是历史必然。
图7 智能包装典型应用方向
3.业界成熟应用案例
智能包装在保护、服务、信息等方面的强大功能,使其在药品、食品、日用化学品、物流等领域运用越来越广泛。除了延长食品、饮料、药品和其他产品的保质期以外,这些智能包装还承担着提高产品可追溯性的重担。
1)食品智能包装:指示食品是否变质(TTI技术),延长保鲜期;
2)药物智能包装:保证药物质量,提高服药的准确性和方便性;
3)日化用品智能包装:化妆品;
4)其它智能包装应用:包括库存管理、购物导向和互动(产品深度介绍)、防伪及品牌保护、质量和安全、防止产品换包,以及附加新型的功能等。
4. 国内包装印刷产业对智能包装的布局
智能包装技术的出现,使商品及其包装对于人类更具有亲和力,使人机交互式沟通更为简捷。随着智能包装技术的发展,包装正日益成为产品功能的延伸,成为集成各种创新技术手段的载体。高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界,发展智能化包装是必然趋势。大力投入智能包装开发戒成立智能包装事业集群已成为业内趋势!
图8 智能包装市场需求分析
纵观智能包装产业发展趋势,无论从终端中户需求还是产业端需求,都对智能包装提出了巨大的产品需求和市场预期,“智能包装” 将成为印刷包装行业发展和产业升级的核心动力,也是各个领先印刷包装企业所必争的技术制高点!
图9 国内从事智能包装的主要企业
5.总结
中国步入“十三五”阶段,此阶段也是中国制造业走向由大变强的重要关口,信息技术、生物技术、新材料技术等交叉融合,正在引发新一轮科技革命和产业变革。随着《中国制造2025》规划路线的出台,制造业改革之船已经起航了,其主攻方向是智能制造,智能包装迎来发展的春天。我国包装工业总产值已达1.9万亿元,位居世界第二,而智能包装将成为下一个风口!
图10 智能包装示意
智能包装技术的出现,使商品及其包装对于人类更具有亲和力,使人机交互式沟通更为简捷。随着智能包装技术的发展,包装正日益成为产品功能的延伸,成并为集成各种创新技术手段的载体。智能包装技术是集合了多元知识基础的新兴技术分支,高新技术的浪潮将包装推向了更高的发展境界,发展智能化包装是必然趋势。
综上,智能包装的发展离不开多领域技术的协同发展,特别是印刷电子技术的发展。可以预见的是,随着物联网时代的到来以及社会消费升级,部分领域从传统包装升级成智能包装是必然的,不论是物联网智能包装还是功能性智能包装其都存在巨大的想象空间以及广大的潜在市场。
自动化立体仓库,是物流仓储中出现的新概念。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化,存取自动化,操作简便化;自动化立体仓库,是当前技术水平较高的形式。
自动化立体仓库的主体由货架,巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体,货架内是标准尺寸的货位空间,巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中,完成存、取货的工作;管理上采用WCS系统进行控制。
一、自动化立体仓库组成部分
1.货架:用于存储货物的钢结构。主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。
2.托盘(货箱):用于承载货物的器具,亦称工位器具。
3.巷道堆垛机:用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式;按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。
4.输送机系统:立体库的主要外围设备,负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多,常见的有辊道输送机,链条输送机,升降台,分配车,提升机,皮带机等。
5.AGV系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。
6.WCS自动控制系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。以采用现场总线方式为控制模式为主。
7.WMS信息管理系统:是全自动化立体库系统的核心,可以与其他系统(如ERP系统等)联网或集成。
二、自动化立体仓库设计
立体仓库设计步骤,一般分为以下几步。
一)收集、研究用户的原始资料,明确用户所要达到的目标,这些原始资料包括:
1.明确自动化立体仓库与上游、下游衔接的工艺过程;
2.物流要求:上游进入仓库的最大入库员、向下游转运的最大出库量以及所要求的库容量;
3.物料的规格参数:物料的品种数、物料包装形式、外包装尺寸、重量、保存方式及其它物料的其它特性;
4.立体仓库的现场条件及环境要求;
5.用户对仓库管理系统的功能要求;
6.其它相关的资料及特殊要求。
二)确定自动化立体仓库的主要形式及相关参数
所有原始资料收集完毕后,可根据这些第一手资料计算出设计时所需的相关参数,包括:
①对整个库区的出入库总量要求,亦即仓库的流量要求;
②货物单元的外形尺寸及其重量;
③仓库储存区(货架区)的仓位数量;
④结合上述三点确定储存区(货架厂)货架的排数、列数及巷道数目其它相关技术参数。
三)合理布置自动化立体仓库的总体布局及物流图
一般来说,自动化立体仓库包括:入库暂存区、检验区、码垛区、储存区、出库暂存区、托盘暂存区、不合格品暂存区及杂物区等。规划时,立体仓库内不一定要把上述的每一个区都规划进去,可根据用户的工艺特点及要求来合理划分各区域和增减区域。同时,还要合理考虑物料的流程,使物料的流动畅通无阻,这将直接影响到自动化立体仓库的能力和效率。
四)选择机械设备类型及相关参数
货架:
货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容,它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。
①货架形式:货架的形式有很多,而用在自动化立体仓库的货架一般有:横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。设计时,可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。
②货格的尺寸:货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁(牛腿)之间的间隙大小,同对,在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响。
堆垛机:
堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备,通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架(上横梁、下横梁、立柱)、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。
①堆垛机形式的确定:堆垛机形式多种多样,包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱堆垛机、双立柱堆垛机等等。
②堆垛机速度的确定:根据仓库的流量要求,计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。
③其它参数及配置:据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低,视具体情况而定。
输送系统:
根据物流图,合理选择输送机的类型,包括:辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。同时,还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度。
其它设备:
根据仓库的工艺流程及用户的一些特殊要求,可适当增加一些辅助设备,包括:手持终端、叉车、平衡吊等。
五)设计WCS控制系统及WMS仓库管理系统的各功能模块
根据仓库的工艺流程及用户的要求,合理设计控制系统及仓库管理系统。控制系统及仓库管理系统一般采用模块化设计,便于升级和维护。
六)仿真模拟整套系统
在有条件的情况下,对整套系统进行仿真模拟,可以对立体仓库的贮运工作进行较为直观的描述,发现其中的一些问题和不足,并作出相应的更正,以优化整个AS/RS系统。
七)进行设备及控制管理系统的详细设计
以上所述为自动化立体仓库设计的一般过程,在具体设计中,可结合具体情况灵活运用。
三、自动化立体仓库投资收益
自动化立体仓库其优越性是多方面的,对于企业来说,可从以下几个方面得到体现:
1 .提高空间利用率
早期立体仓库的构想,其基本出发点就是提高空间利用率,充分节约有限且宝贵的土地。在西方有些发达国家,提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含义,节约土地,已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来。有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待。
立体库的空间利用率与其规划紧密相连。一般来说,自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍,这是相当可观的。
2. 便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平
传统仓库只是货物储存的场所,保存货物是其唯一的功能,是一种“静态储存”。自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货物在仓库内按需要自动存取,而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节,短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产,从而形成一个自动化的物流系统,这是一种“动态储存”,也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。
总结:
自动化是仓储管理发展的必然趋势,自动化立体仓库的作业效率及自动化的技术水平可以使得企业物流效率大幅提升,立体库的基本技术也日益成熟,目前越来越多的企业开始采用自动化立体仓库。企业可以根据实际情况建设中大型的立体库,也根据需要建设中小型自动化立体库。
文章来源:高工机器人
人工智能赛博物理操作系统
AI-CPS OS
“人工智能赛博物理操作系统”(新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”:云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能)分支用来的今天,企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中,利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量,实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。
AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能,而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化,这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合,没有颠覆现状的意愿,这些将不可能实现。
领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量,领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位:
重新行业布局:你的世界观要怎样改变才算足够?你必须对行业典范进行怎样的反思?
重新构建企业:你的企业需要做出什么样的变化?你准备如何重新定义你的公司?
重新打造自己:你需要成为怎样的人?要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位,你必须如何去做?
AI-CPS OS是数字化智能化创新平台,设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端,可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系,实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉,形成了领导力模式,使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置:
精细:这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切,进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能:模型随着时间(数据)的变化而变化,整个系统就具备了智能(自学习)的能力。
高效:企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力,这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性:数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验,其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域:技术、文化、制度。
边界模糊:数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化,还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。
AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长:
创造虚拟劳动力,承担需要适应性和敏捷性的复杂任务,即“智能自动化”,以区别于传统的自动化解决方案;
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升,提高资本效率;
人工智能的普及,将推动多行业的相关创新,开辟崭新的经济增长空间。
给决策制定者和商业领袖的建议:
超越自动化,开启新创新模式:利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能,为企业创造新商机;
迎接新一代信息技术,迎接人工智能:无缝整合人类智慧与机器智能,重新
评估未来的知识和技能类型;
制定道德规范:切实为人工智能生态系统制定道德准则,并在智能机器的开
发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践;
重视再分配效应:对人工智能可能带来的冲击做好准备,制定战略帮助面临
较高失业风险的人群;
开发数字化+智能化企业所需新能力:员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说,创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。
子曰:“君子和而不同,小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和 人工智能,像君子一般融合,一起体现科技就是生产力。
如果说上一次哥伦布地理大发现,拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现,拓展的就是人们的数字空间。在数学空间,建立新的商业文明,从而发现新的创富模式,为人类社会带来新的财富空间。云计算,大数据、物联网和区块链,是进入这个数字空间的船,而人工智能就是那船上的帆,哥伦布之帆!
新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力,将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量,并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节,形成从宏观到微观各领域的智能化新需求,催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革,深刻改变人类生产生活方式和思维模式,实现社会生产力的整体跃升。
产业智能官 AI-CPS
用“人工智能赛博物理操作系统”(新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”:云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能),在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能;实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。
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新技术:“云计算”、“大数据”、“物联网”、“区块链”、“人工智能”;新产业:“智能制造”、“智能金融”、“智能零售”、“智能驾驶”、“智能城市”;新模式:“财富空间”、“工业互联网”、“数据科学家”、“赛博物理系统CPS”、“供应链金融”。
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