智能包装在供应链中的优势和挑战
发布时间: 2019-03-25 13:42
新的包装技术能够帮助企业监控产品及其周围的环境，同时对两者的变化采取相应的措施。这些创新可以帮助企业大大改善供应链运营中的问题，但是前提是企业必须要克服一些挑战。
提高产品的可溯性是指在供应链的任何节点上都可以确定产品信息和位置的程度，这是企业能够做出关键的供应链改进之一。引用1可跟踪性能够确保供应链中的每个节点都可以对产品的位置进行确认。它帮助供应链的成员检测产品是否来自制造商，是否再运输过程中被转移，是否在不合适的时间或地点被引入或重新引入，或者是否在确定产品已经被管理之后重新进入供应链。简单来说，通过提高可溯性，企业可以更好地了解产品是否再运输或储存过程中被转移、伪造或以其他方式篡改。
企业提高产品可溯性的其中一种方法就是使用或创造新的包装技术，可以称之为智能包装。智能包装的解决方案可以大大提高供应链的有效性和效率，特别是在食品和饮料、制药和医疗保健等行业。然而，目前主要的挑战仍然是如何全面采用这些新技术的方式。在应用之前，企业应该充分了解智能包装的优势和挑战。
1、什么是智能包装？
智能包装是指除了产品之外，还提供“额外附加”的任何组件。这些组件可以是任何事物或者技术，从延长保质期到温度、PH值、湿度和新鲜度的显示器和指示器，再到跟踪设备。从这个意义上说，智能包装与创新包装产品的其他术语密切相关。如有源包装和智能包装。
1.主动包装（Active packaging）
主动包装技术的主要目的是保持产品的质量和延长保质期。主要动过从包装产品或其周围环境中释放或吸收物质来影响应触发事件（如暴露于紫外线或压力下降等）。通常，这包括不同的成分，如水分或气体清除剂或抗菌薄膜等。引用2、3主动包装的一个很好的例子是氧消除技术，它被用于包装对氧敏感的产品，如药品、化妆品、食品和添加剂。除氧剂去除或降低包装内的氧气含量，有助于维护产品的安全，延长保质期。
2.感知包装（Intelligent Packaging）(狭义的智能包装)
大多数专家将其解释为，感知包装主要用于“检测包装产品的状态”以及“捕获并提供有关包装产品在运输或储存过程中质量的信息”。引用4智能包装的一个简单定义是“感知和通知的包装”。因此，感知包装系统包括硬件组建，例如时间-温度指示器（TTI）、气体检测器、新鲜和/或催熟指示器，以及射频识别（RFID）系统。
3.智能包装（Smart packaging）
我们理解的智能包装应该是上述的感知包装（Intelligent Packaging）与主动包装（Active packaging）的结合。这种类型的高级包装系统可以监控产品或其环境的变化（智能的），并根据这些变化进行操作（主动的）。引用5它可以主动监测和控制封装内的环境，并与外部接口（电气或光学）通信。
智能包装（Smart packaging）通常使用传感器或智能标签来监控产品质量、储存条件或外部环境。引用6例如，使用TTIS的智能包装可以记录时间和温度，并提供产品的部分或全部温度历史。引用7另外一个例子是基于RFID的包装。基于传感器的EFID技术可以集成到产品的包装中，跟踪和追踪产品的来源以及供应链中的任何污染源或篡改源。
这三种包装的最终目标包括延长保质期、新鲜度监控、与消费者交流质量信息、安全改进、提高便利性、增强可溯性以及有效的改善目标召回等。据2018年市场研究未来报告显示，全球智能包装市场约为467.4亿美元，引用8预计2017年到2023年将以5.16%的复合年增长率（CAGR）进行增长。智能包装的预期增长表明，企业需要持续了解和学习这些包装技术的创新才能跟上市场变化的步伐。
2、在供应链中的应用
智能包装有许多潜在的应用领域，传统包装已不能充分满足客户期望和产品不断增长的复杂性。消费者正在寻找具有性价比高、易于运输、美观的包装。不仅可以保证产品的新鲜度和完整性，同时还能随时了解产品的历史或状况。同时智能包装还可以通过消费者的手机或其他设备进行信息交互、传递。
特别是在可溯性要求比较高的行业细分市场中，智能包装技术具有巨大的发展潜力，例如食品、饮料、医药和卫生保健等方面。
1.食品供应链
包装已成为食品供应链中必不可少的一项技术，用来确保安全，避免不良反应、满足消费者的期望同时延长产品的保质期。引用9因此，食品和饮料行业是目前最大的智能包装市场也就不足为奇了。2015年，食品和饮料行业占全球销售额的45%（108亿美元）以上。引用10事实上，大多数智能包装解决方案都是针对视频供应链开发的，旨在减少食品的损失和浪费。
据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据显示，全球每年会约有三分之一（13亿吨）的粮食存在丢失和浪费的情况，造成了巨大的经济损失和资源浪费。引用11仅在美国，2017年就浪费了1.26亿吨的粮食，其中5700万吨粮食在食品供应链的消费者阶段产生。引用12虽然食物链中的所有参与者都可以在预防和减少食品浪费方面发挥作用，但是家庭垃圾的普遍存在表明，智能包装在解决减少腐败和延长保质期的能力上发挥重要的作用。
目前有很多技术可以跟踪或测试（但通常不会并存）农产品在供应链中的浪费情况。然而这些技术成本高昂，而且由于随机样本的鉴定和定量测试通常是通过外部技术和认证实验室进行。此外，由于数据流中的间隙或中断或无法与使用者共享信息，目前很难将预测和跟踪数据提供给最终用户。因此，仍然需要在整个供应链中进行无缝跟踪、预测和共享有关农业食品的数据技术的不断更新。例如，业界对建立一个有效的检测和检测系统非常感兴趣，该系统可以提供关于指定目标任何情况的数据，例如有机和无机挥发性化合物和病原体的化学、物理或生物指标。这些数据可以用在数学模型中，生成关于产品质量和保质期的预测。
以商品包装或容器上的跟踪和传感的标签技术为例，标签上的数据将被上传到互联网上，无需人工干预，进行信息共享和分析，例如，智能RFID标签可以与传感元件集成，例如化学反应涂层、石蕊试纸或导电点击，可以检测食物中的任何腐败变化。然后智能RFID标签阅读器可以将这些信息读取，使企业不仅可以跟踪产品的位置，还可以跟踪其质量。虽然RFID基础设施发展良好，并且在过去的十年中获得了显著的发展成绩，但目前只有少数商用智能包装系统使用RFID标签跟踪和记录食品质量。
2.医药保健供应链
医药保健行业也是智能包装的巨大潜在市场。引用13据2018年市场研究未来报告显示，2015年全球智能包装市场中，医疗保健约占15%，预计2016年至2024年的复合年增长率将超过20%。
医疗保健和医药细分市场被视为智能包装的主要增长市场，因为这些领域需要提高供应链的可视性。智能包装解决方案（例如支持RFID的包装、支持WIFI设备和智能自动分配器）可以帮助企业更好地检测潜在的盗窃、伪造和药物污染。为了确保患者能够获得真实、高质量的药物治疗，企业必须能够追踪单个产品的生产厂家，并在产品离开和到达整个供应链的各个节点时跟踪和监控产品。他们还希望看到产品转移时的实施状态，从而有机会监控和操作，弥补因盗窃或丢失而造成的收入损失风险，以及利用该产品制造假冒产品的可能性。通过提供这种可见性和可追溯性，智能包装还可以帮助企业遵守法律法规以及医疗改革。
智能包装还可以向消费者传递信息，帮助他们更好地了解产品以及如何安全地与产品进行交互。它可以帮助病人坚持他们的处方药物治疗方案。例如，智能药瓶、智能瓶盖、智能自动配药器和智能药柜可以与消费者的智能手机、平板电脑或其他支持WIFI的通信设备，提醒他们服药。这些智能包装解决方案可以为消费者提供一个剂量计划，已达到最佳效果。一些商业上可用的产品包括（但不限于）Pilleve，TAD，PillDrill，Baswen，Inpower，MedMinder和AdhereTech。
智能包装的应用不局限于食品和药品行业。其他行业，如个人护理、汽车和物流业可能采用智能包装，用来改善产品保护和实时跟踪，并防止盗窃、转移、有组织犯罪和假冒伪劣事件的发生。
3、未来的挑战
尽管智能包装的前景一片光明，但是在广泛的应用和推广道路还很漫长。以下是企业需要注意的几个主要问题：
1.额外成本
智能包装解决方案并不便宜，特别是与传统的包装解决方案相比，例如瓦楞纸箱、弹性包装和托盘。造成这一额外成本的一个主要原因是，智能包装还没有进入大规模的生产阶段。
2.缺乏可靠的商业案例
此外，由于大多数智能包装产品仍处于开发的早期阶段，因为没有长期可靠的成功案例。由于缺乏数据，因此很难为该产品建立一个可靠的商业业务模型。此外，目前还不清楚智能包装的总拥有成本，也没有任何相关这项技术可以从供应链中获得成本或者它所能提供价值的全名评估。行业需要全面的端到端价值链的研究，其中包括包装解决方案的最终成本，这些解决方案可以在哪里部署，关键客户最愿意采用新的包装解决方案，以及该技术在哪里具有最大的潜力，能够产生多大的影响，
对制造技术的全新要求：在将智能包装应用于各种产品之前，制造商需要开发与当前包装标准兼容的传感器和指示器制造技术。印刷技术作为一种重要的制造技术，受到了研究和制造界的广泛关注。引用14、15、16、17研究人员发现，打印方式是制造智能包装的革命性方法，因为他们能够以高效、可伸缩和低成本的方式将电子产品（如传感器、电池、RFID标签和显示器）直接沉积在柔性基板上。
3.可持续性
智能包装的许多组建都不是完全可持续的，有些甚至不符合客户所期望的环保、绿色标准。在某些情况下，其中一些组件（如电池、传感器、显示器和电路）很难回收。如果没有一定程度的可持续性，智能包装在这个“可持续发展的世界”中实现其应有的作用是不可能的。了解和衡量智能包装组件及其长期对环境的影响是至关重要的。解决办法可能包括使用将太阳能等自然能源转化为电能的电子产品，或应用安装在纸张等可生物降解材料上的“绿色”柔性电子设备。
4.立法
智能包装的复杂性也构成了相关法律的复杂性。由于智能包装是由许多不同的组件组成，它比传统包装受到更多的法规和法律的约束。跟踪和遵守这些规定将需要来自制造商机器客户的大量时间和资源。此外，由于创新解决方案发展迅速，制造商和客户希望将这些新技术纳入他们的包装，立法框架需要灵活和易于更新，以支持和跟上这个高度创新和快速发展的行业。
5.隐私问题
对于具有实时监控和跟踪功能的智能包装系统，安全和数据隐私问题也是最受关注的问题。智能包装可以搜集关于客户的敏感非公开信息（例如身份、行为、位置以及偏好）。这些资料必须加以保护，以仿被盗。密码学系统和区块链是解决这些问题的主要途径之一。密码学将帮助智能包装储存信息，这样除了预期的接收者之外，任何人都无法读取信息。区块链是一个包含交易记录的数字“块链，在该技术下篡改单个记录基本是不可能的。
4、下一步
智能包装在提高供应链有效性和效率方面具有巨大的潜力。有许多应用程序可以提高客户满意度；增加可见性；提高供电的安全性和可靠性；防止产品转移、假冒、盗窃；减少产品浪费。将智能包装解决方案集成到现有的端到端供应链中，可以通过改善关键流程，减少盗窃和管理浪费来提高客户满意度和忠诚度并降低成本，从而帮助公司提高销售额。
然而，业界必须客户实施智能包装的一些重大障碍，例如大规模生产成本高、将智能设备集成到当前包装生产线的复杂性，以及对安全性、数据隐私和可持续性的问题。
在某些情况下，先进的制造技术，如卷对卷印刷，以及物联网和区块链的应用，也可以解决这些问题。但是，为了解决与实现智能包装相关的所有基本问题，需要在工业供应链的每个节点之间进行跨协作。需要制造业、分析科学、预测模型、数据分析、犯罪学和商业领域的专家来定义一种系统的方法，将智能包装解决方案集成到供应链当中。此外，学术界和产业界需要共同努力，以了解供应链的所有战术和操作，从长远来看，将受到这项新技术的影响。组织和研究机构可以缩小学术界和行业之间的差距。最后，企业需要一个集成的系统方法，帮助他们了解包装趋势，调整他们的包装和供应链，以满足不断变化的需求。
提高产品的可溯性是指在供应链的任何节点上都可以确定产品信息和位置的程度，这是企业能够做出关键的供应链改进之一。引用1可跟踪性能够确保供应链中的每个节点都可以对产品的位置进行确认。它帮助供应链的成员检测产品是否来自制造商，是否再运输过程中被转移，是否在不合适的时间或地点被引入或重新引入，或者是否在确定产品已经被管理之后重新进入供应链。简单来说，通过提高可溯性，企业可以更好地了解产品是否再运输或储存过程中被转移、伪造或以其他方式篡改。
企业提高产品可溯性的其中一种方法就是使用或创造新的包装技术，可以称之为智能包装。智能包装的解决方案可以大大提高供应链的有效性和效率，特别是在食品和饮料、制药和医疗保健等行业。然而，目前主要的挑战仍然是如何全面采用这些新技术的方式。在应用之前，企业应该充分了解智能包装的优势和挑战。
1、什么是智能包装？
智能包装是指除了产品之外，还提供“额外附加”的任何组件。这些组件可以是任何事物或者技术，从延长保质期到温度、PH值、湿度和新鲜度的显示器和指示器，再到跟踪设备。从这个意义上说，智能包装与创新包装产品的其他术语密切相关。如有源包装和智能包装。
1.主动包装（Active packaging）
主动包装技术的主要目的是保持产品的质量和延长保质期。主要动过从包装产品或其周围环境中释放或吸收物质来影响应触发事件（如暴露于紫外线或压力下降等）。通常，这包括不同的成分，如水分或气体清除剂或抗菌薄膜等。引用2、3主动包装的一个很好的例子是氧消除技术，它被用于包装对氧敏感的产品，如药品、化妆品、食品和添加剂。除氧剂去除或降低包装内的氧气含量，有助于维护产品的安全，延长保质期。
2.感知包装（Intelligent Packaging）(狭义的智能包装)
大多数专家将其解释为，感知包装主要用于“检测包装产品的状态”以及“捕获并提供有关包装产品在运输或储存过程中质量的信息”。引用4智能包装的一个简单定义是“感知和通知的包装”。因此，感知包装系统包括硬件组建，例如时间-温度指示器（TTI）、气体检测器、新鲜和/或催熟指示器，以及射频识别（RFID）系统。
3.智能包装（Smart packaging）
我们理解的智能包装应该是上述的感知包装（Intelligent Packaging）与主动包装（Active packaging）的结合。这种类型的高级包装系统可以监控产品或其环境的变化（智能的），并根据这些变化进行操作（主动的）。引用5它可以主动监测和控制封装内的环境，并与外部接口（电气或光学）通信。
智能包装（Smart packaging）通常使用传感器或智能标签来监控产品质量、储存条件或外部环境。引用6例如，使用TTIS的智能包装可以记录时间和温度，并提供产品的部分或全部温度历史。引用7另外一个例子是基于RFID的包装。基于传感器的EFID技术可以集成到产品的包装中，跟踪和追踪产品的来源以及供应链中的任何污染源或篡改源。
这三种包装的最终目标包括延长保质期、新鲜度监控、与消费者交流质量信息、安全改进、提高便利性、增强可溯性以及有效的改善目标召回等。据2018年市场研究未来报告显示，全球智能包装市场约为467.4亿美元，引用8预计2017年到2023年将以5.16%的复合年增长率（CAGR）进行增长。智能包装的预期增长表明，企业需要持续了解和学习这些包装技术的创新才能跟上市场变化的步伐。
2、在供应链中的应用
智能包装有许多潜在的应用领域，传统包装已不能充分满足客户期望和产品不断增长的复杂性。消费者正在寻找具有性价比高、易于运输、美观的包装。不仅可以保证产品的新鲜度和完整性，同时还能随时了解产品的历史或状况。同时智能包装还可以通过消费者的手机或其他设备进行信息交互、传递。
特别是在可溯性要求比较高的行业细分市场中，智能包装技术具有巨大的发展潜力，例如食品、饮料、医药和卫生保健等方面。
1.食品供应链
包装已成为食品供应链中必不可少的一项技术，用来确保安全，避免不良反应、满足消费者的期望同时延长产品的保质期。引用9因此，食品和饮料行业是目前最大的智能包装市场也就不足为奇了。2015年，食品和饮料行业占全球销售额的45%（108亿美元）以上。引用10事实上，大多数智能包装解决方案都是针对视频供应链开发的，旨在减少食品的损失和浪费。
据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据显示，全球每年会约有三分之一（13亿吨）的粮食存在丢失和浪费的情况，造成了巨大的经济损失和资源浪费。引用11仅在美国，2017年就浪费了1.26亿吨的粮食，其中5700万吨粮食在食品供应链的消费者阶段产生。引用12虽然食物链中的所有参与者都可以在预防和减少食品浪费方面发挥作用，但是家庭垃圾的普遍存在表明，智能包装在解决减少腐败和延长保质期的能力上发挥重要的作用。
目前有很多技术可以跟踪或测试（但通常不会并存）农产品在供应链中的浪费情况。然而这些技术成本高昂，而且由于随机样本的鉴定和定量测试通常是通过外部技术和认证实验室进行。此外，由于数据流中的间隙或中断或无法与使用者共享信息，目前很难将预测和跟踪数据提供给最终用户。因此，仍然需要在整个供应链中进行无缝跟踪、预测和共享有关农业食品的数据技术的不断更新。例如，业界对建立一个有效的检测和检测系统非常感兴趣，该系统可以提供关于指定目标任何情况的数据，例如有机和无机挥发性化合物和病原体的化学、物理或生物指标。这些数据可以用在数学模型中，生成关于产品质量和保质期的预测。
以商品包装或容器上的跟踪和传感的标签技术为例，标签上的数据将被上传到互联网上，无需人工干预，进行信息共享和分析，例如，智能RFID标签可以与传感元件集成，例如化学反应涂层、石蕊试纸或导电点击，可以检测食物中的任何腐败变化。然后智能RFID标签阅读器可以将这些信息读取，使企业不仅可以跟踪产品的位置，还可以跟踪其质量。虽然RFID基础设施发展良好，并且在过去的十年中获得了显著的发展成绩，但目前只有少数商用智能包装系统使用RFID标签跟踪和记录食品质量。
2.医药保健供应链
医药保健行业也是智能包装的巨大潜在市场。引用13据2018年市场研究未来报告显示，2015年全球智能包装市场中，医疗保健约占15%，预计2016年至2024年的复合年增长率将超过20%。
医疗保健和医药细分市场被视为智能包装的主要增长市场，因为这些领域需要提高供应链的可视性。智能包装解决方案（例如支持RFID的包装、支持WIFI设备和智能自动分配器）可以帮助企业更好地检测潜在的盗窃、伪造和药物污染。为了确保患者能够获得真实、高质量的药物治疗，企业必须能够追踪单个产品的生产厂家，并在产品离开和到达整个供应链的各个节点时跟踪和监控产品。他们还希望看到产品转移时的实施状态，从而有机会监控和操作，弥补因盗窃或丢失而造成的收入损失风险，以及利用该产品制造假冒产品的可能性。通过提供这种可见性和可追溯性，智能包装还可以帮助企业遵守法律法规以及医疗改革。
智能包装还可以向消费者传递信息，帮助他们更好地了解产品以及如何安全地与产品进行交互。它可以帮助病人坚持他们的处方药物治疗方案。例如，智能药瓶、智能瓶盖、智能自动配药器和智能药柜可以与消费者的智能手机、平板电脑或其他支持WIFI的通信设备，提醒他们服药。这些智能包装解决方案可以为消费者提供一个剂量计划，已达到最佳效果。一些商业上可用的产品包括（但不限于）Pilleve，TAD，PillDrill，Baswen，Inpower，MedMinder和AdhereTech。
智能包装的应用不局限于食品和药品行业。其他行业，如个人护理、汽车和物流业可能采用智能包装，用来改善产品保护和实时跟踪，并防止盗窃、转移、有组织犯罪和假冒伪劣事件的发生。
3、未来的挑战
尽管智能包装的前景一片光明，但是在广泛的应用和推广道路还很漫长。以下是企业需要注意的几个主要问题：
1.额外成本
智能包装解决方案并不便宜，特别是与传统的包装解决方案相比，例如瓦楞纸箱、弹性包装和托盘。造成这一额外成本的一个主要原因是，智能包装还没有进入大规模的生产阶段。
2.缺乏可靠的商业案例
此外，由于大多数智能包装产品仍处于开发的早期阶段，因为没有长期可靠的成功案例。由于缺乏数据，因此很难为该产品建立一个可靠的商业业务模型。此外，目前还不清楚智能包装的总拥有成本，也没有任何相关这项技术可以从供应链中获得成本或者它所能提供价值的全名评估。行业需要全面的端到端价值链的研究，其中包括包装解决方案的最终成本，这些解决方案可以在哪里部署，关键客户最愿意采用新的包装解决方案，以及该技术在哪里具有最大的潜力，能够产生多大的影响，
对制造技术的全新要求：在将智能包装应用于各种产品之前，制造商需要开发与当前包装标准兼容的传感器和指示器制造技术。印刷技术作为一种重要的制造技术，受到了研究和制造界的广泛关注。引用14、15、16、17研究人员发现，打印方式是制造智能包装的革命性方法，因为他们能够以高效、可伸缩和低成本的方式将电子产品（如传感器、电池、RFID标签和显示器）直接沉积在柔性基板上。
3.可持续性
智能包装的许多组建都不是完全可持续的，有些甚至不符合客户所期望的环保、绿色标准。在某些情况下，其中一些组件（如电池、传感器、显示器和电路）很难回收。如果没有一定程度的可持续性，智能包装在这个“可持续发展的世界”中实现其应有的作用是不可能的。了解和衡量智能包装组件及其长期对环境的影响是至关重要的。解决办法可能包括使用将太阳能等自然能源转化为电能的电子产品，或应用安装在纸张等可生物降解材料上的“绿色”柔性电子设备。
4.立法
智能包装的复杂性也构成了相关法律的复杂性。由于智能包装是由许多不同的组件组成，它比传统包装受到更多的法规和法律的约束。跟踪和遵守这些规定将需要来自制造商机器客户的大量时间和资源。此外，由于创新解决方案发展迅速，制造商和客户希望将这些新技术纳入他们的包装，立法框架需要灵活和易于更新，以支持和跟上这个高度创新和快速发展的行业。
5.隐私问题
对于具有实时监控和跟踪功能的智能包装系统，安全和数据隐私问题也是最受关注的问题。智能包装可以搜集关于客户的敏感非公开信息（例如身份、行为、位置以及偏好）。这些资料必须加以保护，以仿被盗。密码学系统和区块链是解决这些问题的主要途径之一。密码学将帮助智能包装储存信息，这样除了预期的接收者之外，任何人都无法读取信息。区块链是一个包含交易记录的数字“块链，在该技术下篡改单个记录基本是不可能的。
4、下一步
智能包装在提高供应链有效性和效率方面具有巨大的潜力。有许多应用程序可以提高客户满意度；增加可见性；提高供电的安全性和可靠性；防止产品转移、假冒、盗窃；减少产品浪费。将智能包装解决方案集成到现有的端到端供应链中，可以通过改善关键流程，减少盗窃和管理浪费来提高客户满意度和忠诚度并降低成本，从而帮助公司提高销售额。
然而，业界必须客户实施智能包装的一些重大障碍，例如大规模生产成本高、将智能设备集成到当前包装生产线的复杂性，以及对安全性、数据隐私和可持续性的问题。
在某些情况下，先进的制造技术，如卷对卷印刷，以及物联网和区块链的应用，也可以解决这些问题。但是，为了解决与实现智能包装相关的所有基本问题，需要在工业供应链的每个节点之间进行跨协作。需要制造业、分析科学、预测模型、数据分析、犯罪学和商业领域的专家来定义一种系统的方法，将智能包装解决方案集成到供应链当中。此外，学术界和产业界需要共同努力，以了解供应链的所有战术和操作，从长远来看，将受到这项新技术的影响。组织和研究机构可以缩小学术界和行业之间的差距。最后，企业需要一个集成的系统方法，帮助他们了解包装趋势，调整他们的包装和供应链，以满足不断变化的需求。
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