5G时代背景下的印刷智能包装传感器及印刷智能化发展

马梦迪 孙锐 孙加振

商品流通与应用的需求日益增强促进了包装技术不断进行发展变革。传统的包装主要是起防护、隔离、定量、装饰和说明的作用。随着科技技术的进步和人们需求的不断增长，人们对包装的要求也越来越高，因此人们在包装中融入了很多智能化的成分，以满足日益复杂的流通环境和人们不断增加的需求，使包装拥有了传统包装所不具备的智能成分，也就是新发展起来的智能包装。当今5G时代背景下，智能包装不仅具备传统包装的保护产品、促进销售、方便运输等功能，还包含大量的产品信息，它依靠内部的传感器件和条码，将标记和监控系统结合起来，用以检测产品当前的状态，如温度、湿度、菌落等。利用印刷电子技术制备微型传感器应用于产品包装可以实现包装信息化及可视化。同时，随着5G技术的日趋成熟及印刷业智能化转型速度的加快，印刷与5G技术的融合也指日可待。5G技术将促进印刷业的创新应用及当前印刷业的智能化转型，为包装印刷产品的应用带来新的影响。本文讨论了5G信息化的时代大背景下印刷在智能包装传感器制造及智能化方面的发展。

印刷智能包装传感器

智能传感器是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比，智能传感器具有以下3个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低;具有一定的编程自动化能力;功能多样化。利用印刷电子技术将传统印刷技术和电子技术相结合，把传统印刷工艺应用于制造先进功能电子器件和高性能产品。利用特定的功能性材料、助剂等配置成液态墨水，进一步改善承印物表面的印刷适性，从而可以实现智能传感器的印刷制造。

5G技术可以将包装信息的采集和跟踪提升到新的水平。传统意义上的包装，是为了在流通过程中保护产品、方便贮运、促进销售，按一定技术方法而采用的容器、材料及辅助物等的总体名称。包装制造厂商通过在包装上安装5G传感器，产品制造商和消费者就可获得更加丰富的包装信息，例如位置、温度、湿度、重力等有关产品状态的实时反馈。故宫推出的一款故宫月饼礼盒包装，就是以该方向为目标的一个尝试，其包装盒上附有二维码和认证码，扫描完成后输入验证码，手机上就会呈现一个完整的关于中秋祝贺的视频，包含了商品的制作、来源以及一些典故等。随着人机界面交互应用的需求，智能包装传感器的发展将会提供越来越直接的信息及能量交互。印刷可人机交互的智能包装传感器会有利促进5G技术在智能包装领域的融合发展。在不久的将来，或许越来越多的商品将会取消纸质说明书，而通过外包装上的5G技术和AR技术向客户显示产品信息。

5G技术对印刷智能化的影响

5G是第五代移动通信网络的简称，其峰值理论传输速度可达每秒数十GB，比4G网络的传输速度快数百倍。这也意味着，在5G技术的带动下，数据生成的数量、交互的时效性、实时数据处理速率都将以倍数增长。西安理工大学副教授刘琳琳认为，3G、4G技术解决了人与智能终端的交互问题，而5G技术将解决机器与机器之间的交互问题，这也是印刷业实现智能化的基础条件。5G的到来，将给传统的印刷技术赋予新的定义。5G之下，印刷业在生产、维护等方面将出现一大批革命性的应用场景。

1.5G新技术在印刷行业衍生更丰富的应用

5G技术带来了互联网的革命，在传输速度实现质的飞跃，设备传输命令以及自动识别系统图像采集数据分析能力不断加强，硬件环境及硬件技术已经能满足智能化信息化发展的大环境下，5G技术或将推动物联网应用的落地，带动通信、电子元器件、芯片、电子标签、终端应用等全产业链的升级。与此同时，作为连接人、机器和设备的物联网的关键支撑技术，亦应受到印刷包装企业的高度关注。

当前，许多印刷企业已建设了WiFi工厂，一定程度上解决了车间数据采集和人机交互的问题。刘琳琳认为，当前WiFi工厂解决的仍是人机交互层面的数字化应用场景，如ERP、人工数据录入等规模较小的数据量，这与5G有较大差距。北京印刷学院机电工程学院院长齐元胜认为，随着5G技术的成熟运用，目前基于WiFi的工厂互联会被舍弃，基于数字化技术的智能工厂管理将得到实现。

可见，无论是WiFi技术抑或是5G技术，其根本都是解决通讯的问题，但5G技术是使更大规模的数据采集和处理得以实现。而以大数据为基础的印刷生产中，其衍生的实际应用将更为丰富。

数字化技术、控制技术、移动互联、人工智能都是逐步通过一些更可靠和更合理的方法让印刷由繁入简。5G技术将从根本上解決和突破现在印刷的实时性问题，特别是高保真数字复现场景下的印刷场景细节再现和展示，真正有效地将印刷线性作业流程转变为同心圆作业流程，不仅实现从内容编创、设计、印制到用户应用体验的整合，而且在同一个平台上实现协同作业与评测，对印刷产生深刻影响。

2.5G新技术应用推动印刷行业发展

齐元胜认为，5G网络具有超大带宽数据传输、海量连接和超低时延远程控制能力特点，结合大数据、云计算、人工智能等技术，必将对未来经济社会发展起到巨大推动作用。“在某些方面，5G技术带来的将是革命性的变革，如对目前企业管理运营的3G、4G网络软硬件环境的提升。”

传统的印刷包装企业向印刷数字化、电子化以及3D打印等功能印刷领域转型，不失为一种新的可能。现时已有传统印刷包装企业涉足RFID电子标签、柔性显示器、LED天线、3D打印等功能印刷领域的成功案例。而新一代网络技术将促使传统印刷包装企业进一步拥抱互联网，向数字印刷领域迈进。新型的印刷包装企业可以更多地尝试采用O2O模式，在垂直领域搭建线上电商平台，线下布局数字印刷门店和服务点，以互联网平台中心管理线上、线下的入口流量，并与企业ERP系统完成无缝对接，通过线上、线下相结合的方式给用户带来不一样的数字印刷设计服务体验。

随着智能手机的普及，手机的性能已然越来越强大。而5G技术的应用，会更多地响应消费者的需求，使印刷品类不断增加，服务能力越来越强。可以说，优质的网络，便捷的服务，高品质、高速度的数字印刷设备，将会走向各个服务半径，而便捷的物流会快速地将成品送到每一位顾客手中。或许，印刷业将因为5G网络的普及而达到后用新高点。

5G时代印刷智能化的机遇与挑战

数据的采集、传递、控制、管理和应用决定了印刷企业在实际生产中的实时性、协同性以及可视化等场景的具体应用，即从数据到应用，通讯是基础。5G作为通讯技术的一种，可帮助企业解决设备之间的高频次、大数据级别的通讯问题。

武汉大学印刷与包装系教授万晓霞认为，作为新一代移动通信技术，5G技术的迅猛发展正好切合了印刷包装这类传统制造企业的智能制造转型对无线网络的应用需求，5G技术定义的三大场景不但覆盖了高带宽、低延时等传统应用场景，还能满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求，这种广域网全覆盖的特点为大中型包装印刷企业构建统一的无线网络提供了可能。

但是，当前印刷业对5G技术的布局应用还略显滞后，需要印企、设备制造商、教育研究机构等协同布局、积极创新，在软硬件各方面发力，从而为行业带来商业机会。

作者单位：齐鲁工业大学（山东省科学院）轻工科学与工程学院、山东省高等学校绿色印刷包装材料与技术重点实验室（齐鲁工业大学）、数字打印先进材料协同创新中心（济南市）

责任编辑：薛金萍