引言

隨著包裝成為消費(fèi)品關(guān)鍵的差異化因素，對智能設(shè)計(jì)、可持續(xù)性和高性能的要求比以往任何時(shí)候都更高 。為了滿足這些復(fù)雜的期望，公司越來越多地采用先進(jìn)的仿真方法，而現(xiàn)在人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 又極大地增強(qiáng)了這些方法 。本文探討了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)如何徹底改變包裝仿真、它們帶來的實(shí)質(zhì)性好處，以及正在改變這一領(lǐng)域的前沿工具 。

為什么包裝行業(yè)需要仿真

1. 優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能： 現(xiàn)代包裝必須有效地平衡結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、制造成本和環(huán)境影響 。傳統(tǒng)的物理測試方法通常耗時(shí)且昂貴。仿真使工程師能夠評估包裝行為的各個(gè)方面——例如抗跌落、抗擠壓和抗振動(dòng)能力——而無需制作大量物理原型 。

2. 加速產(chǎn)品開發(fā)： 在開發(fā)階段早期對包裝設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，可以在制造開始前識別并解決潛在問題 。支持 MODSIM（建模 + 仿真）的集成平臺(tái)有助于更快的設(shè)計(jì)迭代，并能夠直接使用 CAD 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而簡化流程 。

3. 通過人工智能提高準(zhǔn)確性： 基于歷史仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，隨著時(shí)間的推移，會(huì)逐步提高性能預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性 。像 SimAI 這樣的先進(jìn)工具，評估設(shè)計(jì)變體的數(shù)量可以達(dá)到傳統(tǒng)仿真方法的 10 到 100 倍 。

4. 無縫工作流集成： 借助直觀的界面，支持人工智能的仿真工具正變得越來越易于非專家使用 。這使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠直接在他們熟悉的設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行包裝的仿真、評估和優(yōu)化。

5. 材料優(yōu)化和自動(dòng)化設(shè)計(jì)： 人工智能驅(qū)動(dòng)的工具可以根據(jù)性能要求推薦最佳材料，甚至自主生成新穎的設(shè)計(jì)方案 。這種能力極大地支持了減重、提高成本效益以及遵守日益嚴(yán)格的可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)的舉措 。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用實(shí)例：用例與工具

幾家領(lǐng)先的軟件提供商提供將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)集成到包裝仿真中的解決方案：

1. 達(dá)索系統(tǒng) (Dassault Systèmes - MODSIM + AI): 集成了人工智能用于自動(dòng)網(wǎng)格劃分、幾何清理和優(yōu)化等任務(wù)，顯著加快了仿真設(shè)置速度 。

2. Ansys SimAI: 無需運(yùn)行完整仿真即可提供近乎實(shí)時(shí)的性能預(yù)測，允許用戶快速探索廣闊的設(shè)計(jì)空間 。

3. 西門子 Simcenter (Siemens Simcenter): 結(jié)合了仿真和機(jī)器學(xué)習(xí)能力，特別適用于機(jī)電一體化和包裝機(jī)械的優(yōu)化 。

4. Altair HyperWorks: 支持人工智能輔助的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)和多目標(biāo)優(yōu)化，專為消費(fèi)品包裝應(yīng)用量身定制 。

圖1：人工智能集成的設(shè)計(jì)流程

人工智能驅(qū)動(dòng)仿真的商業(yè)價(jià)值

將人工智能集成到包裝仿真中可帶來切實(shí)的商業(yè)利益：

· 加快上市時(shí)間： 人工智能將仿真周期時(shí)間從幾天大幅縮短至幾分鐘 。

· 提高準(zhǔn)確性： 機(jī)器學(xué)習(xí)模型利用歷史數(shù)據(jù)來提高性能預(yù)測的精度 。

· 降低成本： 需要的物理原型更少，設(shè)計(jì)迭代次數(shù)減少，從而顯著節(jié)省成本 。

· 可持續(xù)性： 有助于優(yōu)化以減少材料使用，并促進(jìn)在性能和環(huán)境影響之間做出更好的權(quán)衡 。

圖2：人工智能驅(qū)動(dòng)仿真的投資回報(bào)率驅(qū)動(dòng)因

市場工具對比概覽

下表對一些主要工具的特性進(jìn)行了高級比較 ：

圖3：工具比較

未來趨勢

人工智能與仿真在包裝領(lǐng)域的融合將進(jìn)一步發(fā)展：

· 人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生： 創(chuàng)建包裝和流程的虛擬副本，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測和反饋循環(huán) 。

· 包裝領(lǐng)域的生成式人工智能： 利用生成式人工智能自動(dòng)探索和提出全新的、創(chuàng)新的包裝設(shè)計(jì)概念 。

· 多物理場 + 人工智能： 將機(jī)械、熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)仿真與復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，進(jìn)行整體分析 。

· 自動(dòng)化合規(guī)性檢查： 利用人工智能自動(dòng)核對設(shè)計(jì)是否符合法規(guī)要求和可持續(xù)性基準(zhǔn) 。

結(jié)論

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)正從可選的增強(qiáng)功能轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代包裝仿真的基礎(chǔ)組成部分 。通過提供優(yōu)化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化復(fù)雜任務(wù)和加速開發(fā)周期的強(qiáng)大能力，這些技術(shù)正在為全球范圍內(nèi)更智能、更快速、更可持續(xù)的包裝解決方案鋪平道路 。