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RFID技术如何推进包装智能化进程

  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。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。

  根据Technavio最新的报告预计,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。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!

  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。

  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。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。

  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。

  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。

  国内外智能包装发展差异化

  一般国外仅将温度-时间历史记录标识(TTI)、被包装食品内微生物滋生指示标识(MGI)、光致变色指示标识、受到物理冲击标识、渗漏、微生物污染标识、无线电射频标签(RFID)、DNA(脱氧核糖核酸)标签等定义为智能包装;而将气调包装、抗菌包装、乙烯吸附包装、吸氧包装、自加热/自冷却包装、异味的吸附包装、芳香味的释放包装、吸湿包装等定义为功能包装。

  在功能包装方面,国内的气调包装、芳香味的释放包装还比较成熟;气体吸附类型包装(吸湿、吸乙烯、吸氧)一般采用香袋的形式,技术含量不高,而国外开发出的气体吸附包装,已可将无毒的吸附剂共混到薄膜树脂内部;其他的功能包装和很多的智能包装在我国还几乎处于空白。

  RFID(识别射频)电子标签是国内民众较为熟知的一个领域。在2008年北京奥运会上、政府对药品和食品加强监管力度方面等的加大,都推动了我国对RFID电子标签的使用,在物流、包装、零售、制造等行业有较多应用。智能识别技术在一些领域(如药品、高档食品)会得到应用。

  当前主要相关行业公司如斯道拉恩索、BASF、AveryDennison、Smartrc和医药包装CCL都在布局智能型包装相关的产业和方案。基于微型传感器技术进行环境检测,如温度、湿度、振动、压力、紫外、光照、气体、位置等记录,并通过射频识别技术或其他无线通信技术同智能手机或其他终端进行无缝连接,达到人“包”沟通。例如Avery Dennison公司设计的NFC温度检测标签方案,可以直接集成到包装内,从而可以实时检测温度并通过NFC传送到智能手机上。

  在食品、药品和仪器包装方面,需要监控整个物流和仓储的环境参数如:温度、湿度、振动和压力等。这一类行业,智能包装显得更为重要。

  我们看到一些药品的包装盒已经可以显示温度和提示用户按时服药的功能。这类包装通过内置纸电池和微处理器的完整系统,达到上述发光发声功能。目前一些芯片公司如ST开发设计的NFC标签可以发出PWM信号,如果用来驱动简易蜂鸣器,来设计出发声的包装,再通过NFC标签的能量捕获功能来设计出发光的包装。

  还有一些公司设计出通过手机的NFC场强供电给集成在包装内发光NFC标签,可以在包装上显示出不同的颜色的字体、光标等来标识产品的特性和状态,从而做到既可以与用户手机进行互动沟通也可以直观显示出来。

  随着集成电路发展,很多公司推出内置传感器的NFC标签或UHF标签,今后的RFID标签不仅仅具备原有的射频识别技术的功能,还具备采集其他信息的功能。使智能包装真正做到连接两个世界,提高产品附加值,改善用户体验,增强用户粘度。

  包装在智能化升级的过程中,会遇到最大成本的问题,上述眼花缭乱、功能强大却是普通包装无法承受的,因此仍旧需要相对低成本的智能解决方案。包装终究是为生产、物流、零售、用户服务,能同时满足上述环节的最低成本方案---NFC就显得特别合适,这也是近期众多国内包装制造公司评估和选择NFC最多的原因。通过拓展增加NFC标签的原有各种功能,像EAS防盗、Tamper防拆、加密或电子签名防伪、易碎防转移、存储单元分区保存渠道数据、Counter来计数等来提升NFC标签在包装中的完美应用与智能手机相配合,从而达到智能化目的。在ISO15693 TYPE5标签正式被NFC Forum采用以后,可以完全兼容NFC手机。ISO15693 TPYE5 NFC标签可以用来作为生产和物流阶段的远距离读写,其支持EAS电子防盗和手机操作,在零售和用户可以方便采用。当然双频(UHF+HF)方案也是一个很好的选择。

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