基于GO-FLOW法的蘋果冷鏈物流系統(tǒng)安全性評價(jià)

楊芳，謝如鶴，劉鵬飛

（1．中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，中國長沙 410075;2．長沙學(xué)院工商管理系，中國長沙 410003; 3．廣州大學(xué)商學(xué)院，中國廣州 510000;4．長沙理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，中國長沙 410004）

基于GO-FLOW法的蘋果冷鏈物流系統(tǒng)安全性評價(jià)

楊芳1，2*，謝如鶴1，3，劉鵬飛4

（1．中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，中國長沙 410075;2．長沙學(xué)院工商管理系，中國長沙 410003; 3．廣州大學(xué)商學(xué)院，中國廣州 510000;4．長沙理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，中國長沙 410004）

應(yīng)用系統(tǒng)可靠性理論，利用GO-FLOW方法對蘋果冷鏈物流系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，進(jìn)行GO-FLOW程序運(yùn)算，分析系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的可靠性和故障率，找出了影響系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)并提出了解決思路．

GO-FLOW法;蘋果冷鏈物流;系統(tǒng)安全性評價(jià)

蘋果酸甜可口，營養(yǎng)豐富，是老幼皆宜的水果之一，是人們生活當(dāng)中重要的水果來源．中國是世界蘋果第一生產(chǎn)大國，也是濃縮蘋果汁生產(chǎn)和出口第一大國，2009年中國蘋果種植面積204萬公頃，產(chǎn)量為3168．1萬噸［1］，種植面積和產(chǎn)量分別占世界總量的40．6%、42．2%，均居世界首位．蘋果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民收入及出口創(chuàng)匯等方面發(fā)揮了重要作用．蘋果等果蔬農(nóng)產(chǎn)品具有鮮嫩易腐易衰老、受溫度變化影響大等生物特性，也具有地域性生產(chǎn)和異地運(yùn)輸銷售等特點(diǎn)，加上我國對蘋果進(jìn)行商品化處理的程度低，果品自動(dòng)清洗、分級、打蠟、包裝、冷鏈貯運(yùn)等一系列產(chǎn)后處理基本上空缺，因此蘋果在流通過程中安全控制難度大，損耗與變質(zhì)率高，達(dá)到20～30%［2］．蘋果冷鏈系統(tǒng)是以蘋果低溫冷藏為中心的“冷鏈”系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)安全保障體系，保障蘋果等果蔬農(nóng)產(chǎn)品流通過程安全高效非常重要．建立安全保障體系的前提是對系統(tǒng)進(jìn)行安全性評價(jià)，通過系統(tǒng)安全評價(jià)分析影響蘋果物流的重要因素，有針對性地采取措施，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)控制．然而目前對于生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)安全評價(jià)進(jìn)行量化研究的甚少，本文試圖應(yīng)用系統(tǒng)可靠性相關(guān)理論，利用GO-FLOW法對蘋果冷鏈物流系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)．在研究中，通過對我國湖南長沙地區(qū)水果市場的調(diào)查，走訪毛家橋水果市場、紅星水果批發(fā)市場，以及長沙市多家超市，以山東棲霞至長沙市毛家橋的蘋果流通為例，統(tǒng)計(jì)蘋果物流環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)間、損耗率等指標(biāo)，重點(diǎn)分析超市經(jīng)營生鮮果蔬的流通模式下，蘋果冷鏈物流系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)性．

1 GO-FLOW法及其基本思想

在系統(tǒng)安全可靠性分析中，主要有以故障為導(dǎo)向的故障樹分析（FTA）和以成功為導(dǎo)向的GO法［3］（GO methodology）．GO-FLOW法是在GO法的研究基礎(chǔ)上一種新的系統(tǒng)可靠性分析方法．GO-FLOW法和GO法都是以成功為導(dǎo)向的系統(tǒng)概率分析技術(shù)，可以評估系統(tǒng)的可靠度與安全性，GO-FLOW法適用于有一定操作順序的系統(tǒng)，狀態(tài)隨時(shí)間變化的系統(tǒng)或有階段性任務(wù)的系統(tǒng)的概率分析，能解決有共因失效的系統(tǒng)分析，系統(tǒng)的不確定性分析和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析等方面的問題［4］．

應(yīng)用GO-FLOW法對系統(tǒng)安全性進(jìn)行分析時(shí)，首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能圖建立系統(tǒng)的GO-FLOW圖，GOFLOW圖表示系統(tǒng)或子系統(tǒng)的工程特性，由標(biāo)準(zhǔn)操作符和連接操作符的信號線組成，根據(jù)GO-FLOW圖輸入操作符數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)操作順序通過GO-FLOW程序計(jì)算信號強(qiáng)度，得到系統(tǒng)最終信號在所有時(shí)間點(diǎn)的強(qiáng)度，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行分析．

物流系統(tǒng)是帶有階段性任務(wù)的、狀態(tài)隨時(shí)間變化的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)．物流系統(tǒng)安全性評價(jià)（safety assessment of logistics system）是在物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)作過程中，應(yīng)用安全工程技術(shù)和知識，分析并排除物流系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)單元的缺陷及可能導(dǎo)致災(zāi)害的危險(xiǎn)，使其在效能、費(fèi)用和使用時(shí)間上綜合達(dá)到最佳的安全狀態(tài)［5］．GOFLOW法是解決物流系統(tǒng)安全評價(jià)的一種有效的方法．本文應(yīng)用GO-FLOW法對蘋果冷鏈物流系統(tǒng)進(jìn)行安全評價(jià)，單元的可靠度反映了系統(tǒng)的安全可靠性，最終輸出的可靠性參數(shù)代表整個(gè)系統(tǒng)的可靠性特性．

2 蘋果冷鏈物流系統(tǒng)GO-FLOW可靠性分析

2．1 系統(tǒng)分析

蘋果冷鏈物流系統(tǒng)是保證蘋果在采摘后到消費(fèi)前始終處于其生理所需要的低溫環(huán)境下（－3℃至－15℃冷卻溫度帶），形成采后預(yù)冷—產(chǎn)地冷藏—冷藏運(yùn)輸—銷地冷藏—冷柜銷售—家庭冷藏的一條冷鏈．蘋果的冷鏈物流系統(tǒng)包括采收、剔果分級、浸果、預(yù)冷、包裝、貯藏、運(yùn)輸、保鮮銷售等環(huán)節(jié)．蘋果冷鏈物流系統(tǒng)的輸出已包含了所有單元和系統(tǒng)的可靠性特性．其冷鏈物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:

圖1 冷鏈物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2．2 建立GO-FLOW圖

根據(jù)蘋果冷鏈物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立GO-FLOW圖，采收是系統(tǒng)的輸入源，某個(gè)時(shí)間產(chǎn)生1個(gè)輸出信號，進(jìn)入物流系統(tǒng)，用類型25操作符信號發(fā)生器代表．剔果分級、預(yù)冷、包裝本身有成功和故障2個(gè)狀態(tài)，因此可用類型21操作符兩狀態(tài)元件代表．冷藏、冷藏運(yùn)輸、保鮮銷售作業(yè)期間，蘋果的新鮮度會(huì)隨時(shí)間增長而下降的，因此選擇隨時(shí)間失效的工作元件類型35操作符代表．操作符確定后即可由系統(tǒng)圖直接生成GO-FLOW圖，如圖2，GO-FLOW圖中操作符號內(nèi)，前一個(gè)數(shù)字表示該操作符的類型號，后一個(gè)數(shù)字表示操作符序號，信號流上的數(shù)字表示信號編號．這個(gè)系統(tǒng)GO-FLOW圖中最終信號編號為11，信號11是系統(tǒng)的輸出信號，信號強(qiáng)度就表示蘋果冷鏈物流系統(tǒng)的可靠度．

圖2 蘋果冷鏈物流系統(tǒng)GO-FLOW圖

2．2．1 信號信號強(qiáng)度是用于描述信號的數(shù)量特征，在蘋果冷鏈物流系統(tǒng)中，因?yàn)樘O果具有鮮嫩易腐易損耗的特性，是流通過程中風(fēng)險(xiǎn)較大的生鮮農(nóng)產(chǎn)品，其品質(zhì)和數(shù)量方面的損耗使商品價(jià)值折損．降低蘋果在物流系統(tǒng)的損耗率，提高蘋果冷鏈物流系統(tǒng)的可靠度是系統(tǒng)安全性的體現(xiàn)．因此，用信號強(qiáng)度代表蘋果的安全性．信號強(qiáng)度越高則說明安全性越好．S（t）表示輸入信號強(qiáng)度，R（t）表示輸出信號強(qiáng)度．P（t）表示分支輸入信號，信號表示類型35的分支輸入時(shí)，信號強(qiáng)度表示兩個(gè)時(shí)間之間的時(shí)間長度，在這種情況下，信號強(qiáng)度的大小可以大于1（不表示概率）．

2．2．2 時(shí)間點(diǎn)因?yàn)橄到y(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間改變，所以必須引入時(shí)間來表示系統(tǒng)狀態(tài)的變化．GO-FLOW模型中的時(shí)間點(diǎn)不是時(shí)鐘時(shí)間，而只表示順序，如:時(shí)間點(diǎn)3在2后面，時(shí)間點(diǎn)2在1之后．一般用時(shí)間點(diǎn)1表示系統(tǒng)運(yùn)行前的時(shí)間點(diǎn)．時(shí)間點(diǎn)的總數(shù)由用戶定義，取決于系統(tǒng)運(yùn)行的序列或分析目的．時(shí)間點(diǎn)通常選擇系統(tǒng)運(yùn)行過程中系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)刻，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)著系統(tǒng)某一特定的狀態(tài)．本文研究中假定失效率為平均值，不設(shè)點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)．

2．2．3 操作符及其運(yùn)算規(guī)則［6-8］系統(tǒng)涉及3種類型的操作符．設(shè)定Is、λs分別表示輸入信號的可靠性和故障率，用Ic、λc分別表示操作符的本身的可靠性和故障率，用IR、λR分別表示輸出信號的可靠度和故障率．各操作符的運(yùn)算規(guī)則如下:①類型25操作符用來模擬單信號發(fā)生器，僅有一個(gè)輸出信號，輸出信號的可靠度即為操作符的可靠度，IR=Ic;②類型21操作符用來模擬只有兩種狀態(tài)的元部件，例如工作或作業(yè)成功或故障等，這種操作符只有一個(gè)輸入信號和一個(gè)輸出信號．輸出信號強(qiáng)度為IR=Is*Ic;③類型35操作符用于模擬正在工作的失效概率隨時(shí)間增長的元件，參數(shù)λ為工作元件在單位時(shí)間內(nèi)的失效率，即果蔬的變質(zhì)率或損失率，假定失效率λ不隨時(shí)間而改變，為一常數(shù)，其輸出信號強(qiáng)度IR=Isexp－λIc這里Ic表示時(shí)間段;④類型22操作符是邏輯門，用來模擬多個(gè)信號的或門的邏輯關(guān)系，有多個(gè)輸入信號和一個(gè)輸出信號，輸出信號的強(qiáng)度是所有輸入信號的并集的強(qiáng)度，兩輸入信號Is1和Is2，而且它們互相獨(dú)立，則輸出信號強(qiáng)度的計(jì)算式為:

2．3 系統(tǒng)可靠度計(jì)算與評價(jià)

本系統(tǒng)有19個(gè)操作符和19個(gè)信號線，操作符類型，參數(shù)和含義列于表1．表1中操作符的參數(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際運(yùn)作過程中對蘋果物流過程各環(huán)節(jié)的損耗，得出各單元的可靠度和失效率．根據(jù)表1數(shù)據(jù)，從信號發(fā)生器開始，沿信號線序列，按運(yùn)算規(guī)則，逐個(gè)對操作符計(jì)算輸出信號強(qiáng)度，直到最終信號，GO-FLOW分析即完成（可應(yīng)用MATLAB進(jìn)行模擬運(yùn)算得出結(jié)果）．通過運(yùn)算得到所有信號狀態(tài)概率見表2．

表1 蘋果冷鏈物流系統(tǒng)操作符數(shù)據(jù)

表2 基于冷鏈的蘋果物流系統(tǒng)信號強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

從表2的計(jì)算結(jié)果可以看出，在預(yù)冷環(huán)節(jié)系統(tǒng)可靠度為0．946 9，但經(jīng)過產(chǎn)地冷藏、長途運(yùn)輸和銷地冷藏等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的安全可靠度為0．780 4，操作符14表示或門，即經(jīng)過長途運(yùn)輸后可直接進(jìn)行集貨分揀、配送等環(huán)節(jié)，也可以進(jìn)行銷地冷藏，在物流過程中有多種策略選擇對于提高系統(tǒng)最終可靠度有一定的貢獻(xiàn)度．經(jīng)過14或門后，可靠度為0．951 8，系統(tǒng)最終輸出的可靠度為0．839 1，說明在一定冷藏條件下，蘋果的損耗率0．160 9．

結(jié)果表明，運(yùn)輸和冷藏是影響系統(tǒng)可靠度的重要環(huán)節(jié)，時(shí)間與損耗率對系統(tǒng)的安全可靠度產(chǎn)生很大影響，實(shí)際調(diào)研中，果蔬運(yùn)輸仍以常溫運(yùn)輸為主，損耗率、事故率偏高．減少物流環(huán)節(jié)，提高各環(huán)節(jié)的安全可靠度，減少環(huán)節(jié)損耗，可以提高系統(tǒng)的安全度．現(xiàn)對以上系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，通過降低冷藏過程中的損耗，將損耗率λ=0．000 2/h降為λ=0．000 1/h，將銷地分揀集貨、配送以及超市損耗率降低在0．02以內(nèi)，修正后系統(tǒng)最終安全度達(dá)0．913 6，說明系統(tǒng)的安全性得到明顯提高．對系統(tǒng)進(jìn)行修正后得到計(jì)算數(shù)據(jù)如表3所示．

表3 改進(jìn)后的蘋果物流系統(tǒng)信號強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

給出了蘋果物流系統(tǒng)的可靠性研究方法，深入研究蘋果物流系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析了系統(tǒng)單元對物流系統(tǒng)可靠性的影響，影響蘋果物流系統(tǒng)可靠性的因素很多，在蘋果等果蔬物流系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)作過程中控制重點(diǎn)在于:監(jiān)管損耗率、事故率較高的系統(tǒng)單元;盡量壓縮相關(guān)環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)間，如冷藏、運(yùn)輸、柜臺(tái)銷售等;建立多種可選擇的物流渠道以備系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急選擇．應(yīng)用GO-FLOW法對果蔬物流系統(tǒng)進(jìn)行量化分析與安全評價(jià)有其獨(dú)特的優(yōu)越性，相對于故障樹法（FTA）來說能夠更準(zhǔn)確更直觀地描述系統(tǒng)，使分析得到簡化，相對于與GO-FLOW法基本思想一致的GO法而言，GO-FLOW更適應(yīng)于有一定操作順序的動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)分析．因此，在果蔬物流系統(tǒng)安全評價(jià)中應(yīng)用GO-FLOW法有很強(qiáng)的實(shí)際意義．

［1］中國國家統(tǒng)計(jì)局．中國2010年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)年鑒（農(nóng)業(yè)）．http://www．stats．gov．cn/tjsj/ndsj/2010/indexch．htm．

［2］杜衛(wèi)東，魏啟文，高觀．我國蔬菜水果冷鏈物流發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］．煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（2）:24-32．

［3］沈祖培，黃祥瑞．GO法原理及應(yīng)用［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2004．

［4］MATSUOKA T，KOBAYASHI M．The GO-FLOW reliability analysis methodology-analysis of common carse failures with uncertainty［J］．Nucl Eng Desig 1997，175:205-214．

［5］謝如鶴，張得志，羅榮武．物流系統(tǒng)規(guī)劃［M］．北京:中國物資出版社，2007．

［6］SHEN Z P，WANG Y，HUANG X R．A quantification algorithm for a repairable system in the GO methodology［J］．Reli Eng Sys Saf，2003，80（3）:293-298．

［7］蔡鑒明，曾峰．基于GO法的供應(yīng)鏈可靠性分析［J］．公路交通科技，2007，24（3）:141-144．

［8］沈祖培，高佳．GO法原理和改進(jìn)的定量分析方法［J］．清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1999，39（6）:15-19．

The Safety Evaluation of Apple Cold Chain Logistics System Based on the GO-FLOW Reliability Analysis Methodology

YANG Fang1，2*，XIE Ru-he1，3，LIU Peng-fei4
（1．College of Traffic and Transportation Engineering，Central South University，Changsha 410075，China;
2．Department of Business Administration，Changsha College，Changsha 410003，China; 3．Business School，Guangzhou University，Guangzhou 510000，China; 4．College of Economics and Management，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410004，China）

Appling the system reliable theory，the safety analysis of apple cold-chain logistics system is presented by using the GO-FLOW method，GO-FLOW algorithm is performed to determine the reliability and failure probability of every network nodes，so as to find out the key nodes that affect the safety of apple logistics system and propose solutions thinking．

GO-FLOW method;apple cold-chain logistics;system security evaluation

N945.1

A

1000-2537（2011）05-0041-05

2011-07-26

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（70671108）;湖南省企業(yè)管理與投資研究基地開放基金項(xiàng)目（10jdjy02）;湖南省2010年高校青年骨干教師培養(yǎng)項(xiàng)目

*通訊作者，E-mail:ylzhuo@163．com

（編輯陳笑梅）