人工智能技术在金属容器包装中的应用与创新

摘要：由于金属容器包装具有阻隔性能和综合防护性能优越、机械性能和可加工性能良好，且耐压强度高、表面装饰性好、卫生方便等优点，所以近年来在食品包装、日用品包装、医药品包装、仪器仪表包装等领域得到广泛的应用。文章针对人工智能技术在金属容器包装中的应用与创新问题展开了研究，为现代金属容器包装企业提供参考。

关键词：人工智能技术；金属容器包装；阻隔性能；机械性能；食品包装；日用品包装 文献标识码：A

中图分类号：TP18 文章编号：1009-2374（2017）02-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.016

金属容器包装即由金属薄板制造而成的容器薄壁包装，随着其应用范围的不断扩大和研究的不断深入，现阶段应用的金属容器包装在材料、样式等方面均实现了多样化发展，例如马口铁罐可生产出三片锡焊罐、二片冲拔罐等；铝罐可生产成三片粘接罐、二片冲拔罐等类型。各种类型的金属容器包装在生产的过程中，通常都要经过空罐、装罐、排气、封罐、杀菌冷却、贴标装箱等工艺，而且各工艺的要求非常规范，为保证金属容器包装的生产效率和质量，人们尝试将人工智能技术应用于金属容器包装中。

1 人工智能技术在金属容器包装中的应用现状

人工智能技术即在了解智能实质的基础上，生产新的、能以人类智能相似方式对客观环境做出反应的智能机器的相关技术，例如智能机器人、模式识别与智能系统、虚拟现实技术、系统仿真技术等。此技术在金属容器包装中的应用主要体现在以下方面：

1.1 智能机器人在金属容器包装中的应用

近年来智能机器人在金属容器包装中应用的比例不断扩大，已经从2010年的11.3%提升到2016年的21.2%，在金属容器包装的过程中，要准確地对零散的物品进行分类并安全地放置在金属容器包装中，这对操作机器人的灵活性、准确性、视觉能力和计算能力等方面均具有较高的要求。现阶段在金属容器包装中应用的智能机器人主要包括以下三种：

首先，装袋机器人，其以固定回转基座和360度旋转机身以及机械手为主要构成，图1为常见机械手图片。在运行的过程中，需要机械手自行完成金属容器的输送、开启、计量、填充、封闭和堆码等操作，可见此类机器人在进行金属容器包装的过程中，要按照设定的程序，灵活地应对金属容器包装过程中可能存在的各类情况，智能化水平要求非常高。

其次，装箱机器人，在金属容器包装过程中，应用的通常为刚性包装箱机器人，通过吸附或直接抓取已经包装好的金属容器，将其移动到指定的包装箱中，可见此类机器人要具有位置调节和方向辨识等人工智能。

最后，灌装机器人，在金属容器包装中填充完物品后，需要利用此类机器人进行计量、输盖和压盖、识别，要保证金属容器包装的质量，此类机器人不仅要具有自动识别容器内是否具有满足设定品质要求的物品，而且要判断容器是否产生破损等问题，所以对其模式识别与智能系统设计、计算机感知技术应用等方面具有较高的要求。

虽然现阶段在塑料容器包装等方面尝试应用了包装输送机器人，使容器在受力后按照设定的抛物线移动，但在金属容器包装方面，考虑到金属容器可能会因受力破损或变形，所以现阶段并未得到广泛的应用。

1.2 专家系统在金属容器包装中的应用

我国2015年金属容器包装制造出口交货值由825359千元提升到4037698千元，可见金属容器包装生产的效率得到了大幅提升，这与我国在金属容器包装设计到生产的过程中，应用智能专家系统具有密切的关系。金属容器包装进行前，可以利用专家系统中的智能包装设计模块根据存储于产品数据管理系统中的金属容器包装数据要求，确定具体的包装形式，如防护包装、单元包装数量、外包装、包装标志、包装件实验检验等。在以上智能设计完成后，可以通过专家系统的人机接口，对设计的方案进行评价调度，并针对系统提供的多个相似的包装设计方案进行优选和排序，确定最优的金属容器包装方案。然后按照专家系统对金属容器包装各环节的数据设置，实现金属容器包装从设计到生产全过程的自动化、规范化，例如金属容器在流通阶段的缓冲包装可以用专家系统中以知识库为基础的缓冲包装CAD控制和实现。但需要注意的是，由于不同金属容器包装阶段，对专家系统内具体数据信息的设置要求存在差异，所以在此技术应用的过程中，对各环节信息的把握能力要求非常高，例如知识的获取、表达、集成、协调管理、冲突决策等各方面。

1.3 智能识别渗漏技术在金属容器包装中的应用

我国包装联合会统计数据显示，金属容器包装行业的产值几乎达到我国包装产业总产值的10%，其产值中33%左右来源于饮料罐、12%来源于食品罐、11%来源于化工罐，而饮料罐、食品罐和化工罐内的产品特质决定，此类金属容器包装在应用的过程中，不能发生渗漏等问题，否则可能会直接影响包装内物质的品质，甚至造成更加严重的后果。在过去较长一段时间内，在检测金属容器包装是否发生渗漏的过程中，采用压力衰减法，即先向检测的金属容器包装中灌入达到设定值的空气，然后对容器内空气的压力进行检测，将检测的结果与预定值进行对比，进而判断金属容器包装是否产生渗漏，此种方式虽然可以达到检测渗漏的效果，但导致检测任务加重，特别是在金属容器包装市场需求量快速提升的情况下，缺陷逐渐显现。人们尝试将自动识别技术应用于金属容器包装渗漏的检测中，即先将被测试的金属容器放置在下层传感器上，由上层传感器对此被测金属容器包装的受测区域进行力的施加，通过读取位于下层传送器循环入口和出口的重力天平，在被测金属容器施加力前后的数值变化，判断金属容器包装是否产生渗漏的技术。如果检测中自动识别系统发现施力后重力天平读取的数据等于或小于施力前的数据则判定其为合格的金属容器包装，否则会由下层传感器直接将其输送至不合格产品区。可见整个识别过程快捷、可操作，数据读取、力的施加、不合格产品运输等环节均可以通过自动识别系统完成，不仅有效地防止金属容器包装渗漏问题发生，而且满足我国对金属容器包装效率的要求。

2 人工智能技术在金属容器包装中的应用创新

现阶段我国在金属容器包装领域已经尝试应用人工智能技术，而且已经取得了一定的成效，对提升金属容器包装的质量、效率等方面均具有积极的作用。但随着人工智能技术的发展和金属容器包装市场需求的快速增加，金属容器包装领域应用的人工智能技术也需要不断的创新，笔者认为可以从以下方面进行：

2.1 金属制罐行业创新应用人工智能技术

在现阶段人们尝试应用卷封过程自动化，可操作性强且安全系数较高的全自动封罐机进行金属容器包装的加工，但此技术在应用的过程中，并不能精准地控制压封过程中金属容器包装的受力，会在一定程度上增加金属容器包装的不合格率，所以笔者认为在金属制罐行业封罐操作的过程中可以将专家系统技术创新性地应用，结合专家系统内存储的已有数据和数据变化等，有效地优化对金属容器包装施加的密封受力，可以提升金属制罐的合格率。

2.2 电气自动化方面创新应用人工智能技术

现阶段人们已经将人工智能技术应用在直流传动和交流传动控制的过程中，例如模糊逻辑控制技术、人工神经网络控制技术等，对降低企业生产成本、增加生产效率等方面具有积极的作用，但随着近年来数字控制理念的不断发展和健全，在现有人工智能技术的基础上，开发更加具有针对性的人工智能软件对提升金属容器包装的生产控制效果意义更加突出，所以这也是金属容器包装创新的重要方面。

2.3 机器人技术研发设计过程中创新应用人工智能技术

现阶段虽然在金属容器包装过程中使用了多种智能机器人，但现阶段在金属容器包装运输方面可应用的智能机器人仍较少，我国应创新设计具有装配演示系统和视觉系统的机器人，提升金属容器包装的效率、稳定性及合格率，并降低针对性的管理和人工成本。

3 结语

通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到将人工智能技术应用于金属容器包装中的可行性和必要性，并有意识地结合人工智能技术的发展趋势和成果不断对金属容器包装中应用的人工智能技术进行创新和发展，这是现代金属容器包装制造水平提升的具体体现，应在不断优化的基础上积极推广，以此使金属容器包装满足市场发展的实际需要。

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作者简介：陈伟亮（1983-），男，广东汕头人，供职于汕头市澄海区正益设备有限公司，研究方向：机器人、自动化技术。

（责任编辑：黄银芳）