人工智能技术在金属容器包装中的应用与创新

文/陈伟亮

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

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，要准确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。