全程冷鏈的蓄冷式冷藏裝備系統(tǒng)信息化建設(shè)研究

姬連凱 李子瀟 童山虎 武鑫 田澎

摘 要：“十四五”以來(lái)，我國(guó)冷鏈產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，以“全程冷鏈”為代表的連接產(chǎn)地至餐桌的冷鏈模式越來(lái)越受到市場(chǎng)的追捧。但我國(guó)全程冷鏈在物流、成本與效率控制等方面仍存在很多問(wèn)題，難以形成完備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及有效的監(jiān)管。為了突破困局，以蓄冷技術(shù)為基礎(chǔ)，具備全程冷鏈應(yīng)用特點(diǎn)的蓄冷式冷藏裝備系統(tǒng)快速發(fā)展。本研究從蓄冷式冷鏈裝備、全程冷鏈應(yīng)用兩方面需求入手，主要研究蓄冷材料的狀態(tài)檢測(cè)和實(shí)時(shí)獲取能力、充冷作業(yè)的精細(xì)化管理、全程冷鏈體系下中臺(tái)型網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)三個(gè)層級(jí)的信息化建設(shè)。目前，該系統(tǒng)已在云南省進(jìn)行了多次實(shí)證研究，利用信息平臺(tái)搭建起數(shù)據(jù)橋梁，最終帶動(dòng)冷鏈業(yè)與社會(huì)聯(lián)運(yùn)體系的共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：全程冷鏈;蓄冷式冷藏集裝箱;信息化建設(shè);解決方案

中圖分類號(hào)：U15 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2022）7-0006-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.001

Abstract：Since the 14th five-year Plan， China's cold chain industry has entered a period of rapid development. The cold chain model， represented by the "whole cold chain"， which connects the origin to the table， is increasingly sought after by the market. However， there are still many problems in logistics， cost and efficiency control of the whole cold chain in China， and it is difficult to form industry standards and effective supervision. In order to break through the dilemma， based on the cold storage technology， the cold storage refrigeration equipment system with the characteristics of the whole cold chain application develops rapidly. From the requirements of cold-storage cold chain equipment and whole-process cold chain application， the information construction of three levels， namely， the state detection and real-time acquisition ability of cold-storage materials， the fine management of cold-filling operation， and the middle-platform network platform construction under the whole-process cold chain system are mainly studied. At present， many empirical studies have been carried out on this system in Yunnan province， and the data bridge is built by using the information platform， which ultimately drives the common development of the cold chain industry and the social combined transport system.

Keywords： whole process cold chain; cold storage refrigerated container; information construction; solution

1 基于全程冷鏈的蓄冷式冷藏裝備系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)冷鏈業(yè)在全程冷鏈方面發(fā)展較為緩慢。一方面是因?yàn)楝F(xiàn)有冷鏈?zhǔn)袌?chǎng)存在“小、散、亂、弱”的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題;另一方面是市場(chǎng)中不同類型的冷鏈裝備系統(tǒng)建設(shè)良莠不齊，“假冷鏈、土保溫”等問(wèn)題在市場(chǎng)中屢禁不止[1]。

在此背景下，中國(guó)中車集團(tuán)研發(fā)了蓄冷式冷藏裝備系統(tǒng)，集合了標(biāo)準(zhǔn)集裝箱和蓄冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)一次充冷，無(wú)源釋冷120 h，如圖1所示。在使用前，通過(guò)充冷裝備將冷能運(yùn)送到箱體內(nèi)的蓄冷模塊中;在運(yùn)輸過(guò)程中，蓄冷模塊再將存儲(chǔ)的冷能均勻釋放，以此來(lái)維持箱體內(nèi)冷藏運(yùn)輸環(huán)境[2，3]。

從目前公鐵聯(lián)運(yùn)的社會(huì)冷鏈發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，鐵路冷鏈運(yùn)輸受到鐵路貨車運(yùn)途無(wú)供電的困擾，無(wú)法實(shí)現(xiàn)甩箱作業(yè)[4-6]。蓄冷式冷鏈裝備系統(tǒng)主要在裝備系列開(kāi)發(fā)、釋冷時(shí)間延長(zhǎng)、充冷效率提升等方面進(jìn)行集中突破，缺乏在信息化方面的布局、建設(shè)。蓄冷式冷鏈裝備系統(tǒng)的信息化建設(shè)要從自身技術(shù)需求入手，最終通過(guò)裝備實(shí)現(xiàn)全鏈條節(jié)點(diǎn)的連接，依靠信息化技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)全程冷鏈中數(shù)據(jù)、信息以及商業(yè)間的連接。

2 蓄冷式冷鏈信息化建設(shè)的需求分析

2.1 蓄冷技術(shù)自身發(fā)展的信息化建設(shè)需求

蓄冷材料在相變過(guò)程中具有穩(wěn)定的溫度和潛熱存儲(chǔ)能力，結(jié)合保溫箱的隔熱作用，可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)營(yíng)造穩(wěn)定的環(huán)境溫度，溫度波動(dòng)幅度不大于0.5 ℃，如圖2所示。

從圖2可以看出，相變材料在初始凝固期和融化末期，由于其內(nèi)部冷能的缺乏，環(huán)境溫度波動(dòng)很大，由此可將相變材料分為三個(gè)階段：充冷期、穩(wěn)定期和失效期。相變材料在充冷期吸收足夠的冷量，在穩(wěn)定期進(jìn)行均勻釋放，釋放結(jié)束后進(jìn)入失效期。在使用過(guò)程中，應(yīng)盡量保證充冷期合理利用及穩(wěn)定期充分利用。

由此來(lái)看，蓄冷技術(shù)本身的應(yīng)用，需要如下兩方面的信息化建設(shè)：掌握蓄冷材料的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可控使用;通過(guò)綜合判斷，提供冷能的最優(yōu)使用方案。

2.2 針對(duì)全程冷鏈應(yīng)用場(chǎng)景中的信息平臺(tái)建設(shè)需求

蓄冷式冷鏈裝備從商流上實(shí)現(xiàn)了從“最先一公里”到“最后一公里”的全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋。在未來(lái)，該信息化系統(tǒng)可能會(huì)面對(duì)從產(chǎn)地的果農(nóng)、菜農(nóng)到最終消費(fèi)者的全產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)。所以，該信息系統(tǒng)不僅要注重蓄冷式裝備本身的信息化建設(shè)，更要從產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)展示，尤其是針對(duì)不同商業(yè)角色的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，要將一站式能力作為信息化平臺(tái)的搭建重點(diǎn)之一。該信息系統(tǒng)包括多協(xié)議接口的適配，支持對(duì)子系統(tǒng)、設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)等各類接入對(duì)象開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng);應(yīng)用模塊化拓展，支持系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能類似“APP”一樣可獨(dú)立開(kāi)發(fā)，升級(jí)和維護(hù);服務(wù)生態(tài)化支持，提供低門檻、低成本、高效率二次開(kāi)發(fā)生態(tài)技術(shù)服務(wù)。

3 蓄冷式冷藏裝備系統(tǒng)信息化平臺(tái)的技術(shù)方案

3.1 蓄冷材料狀態(tài)檢測(cè)和實(shí)時(shí)獲取

在使用過(guò)程中，蓄冷材料不斷經(jīng)歷由冰到水、再由水到冰的物態(tài)變化，而獲取蓄冷材料的狀態(tài)，就是要對(duì)材料充冷期、穩(wěn)定期、失效期進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)等，開(kāi)發(fā)冷量算法，通過(guò)多維度、有深度的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握蓄冷材料的能量狀態(tài)[7]。這就要做到蓄冷箱在充、釋冷過(guò)程中的可知和可控，消除僅依靠經(jīng)驗(yàn)的粗放式使用。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立交互方式，便于蓄冷箱在公鐵聯(lián)運(yùn)中多參與方進(jìn)行溝通，降低技術(shù)的應(yīng)用門檻。

3.2 充冷作業(yè)的精細(xì)化管理建設(shè)

充冷后，蓄冷箱的使用集中在穩(wěn)定期。這就對(duì)運(yùn)輸時(shí)間和穩(wěn)定期時(shí)長(zhǎng)的匹配提出了更高的要求。從冷鏈過(guò)程來(lái)考慮，根據(jù)蓄冷箱的冷量狀態(tài)、運(yùn)輸或存儲(chǔ)環(huán)境等信息，優(yōu)化運(yùn)輸路徑和倉(cāng)儲(chǔ)管理，不僅可對(duì)充冷作業(yè)進(jìn)行精細(xì)化管理，而且能提升蓄冷箱公鐵聯(lián)運(yùn)體系運(yùn)行效率，從而獲取更高的收益。

從優(yōu)化運(yùn)輸路徑上看，結(jié)合運(yùn)途環(huán)境數(shù)據(jù)，配合最優(yōu)的充冷策略，合理安排車次，提前明確路線圖以及發(fā)車時(shí)間。依靠GPS定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄冷箱的位置，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌l件、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、市場(chǎng)發(fā)展情況，優(yōu)化物流運(yùn)輸配送地址[8]。

從優(yōu)化倉(cāng)儲(chǔ)管理上看，感知箱內(nèi)存儲(chǔ)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，另一方面結(jié)合收集到的數(shù)據(jù)對(duì)充冷裝備進(jìn)行智能控制，最終從整體上優(yōu)化能量使用效率，節(jié)約充冷成本和管理成本。

3.3 中臺(tái)型網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

通過(guò)“裝備+信息化”的組合形態(tài)，串聯(lián)商業(yè)（產(chǎn)業(yè)鏈）的全流程節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而形成生態(tài)效應(yīng)。中臺(tái)型網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的搭建需要提供統(tǒng)一的應(yīng)用接口、統(tǒng)一的設(shè)備接口以及內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，提高設(shè)備、用戶、平臺(tái)的對(duì)接效率。該平臺(tái)技術(shù)方案如圖3所示。

4 蓄冷式冷鏈信息化平臺(tái)架構(gòu)搭建

蓄冷式冷鏈項(xiàng)目不僅是裝備研制的問(wèn)題，還是使蓄冷技術(shù)適應(yīng)全程冷鏈體系，更是通過(guò)信息化建設(shè)為蓄冷技術(shù)謀求生存和發(fā)展空間。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物流場(chǎng)景、蓄冷技術(shù)、平臺(tái)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)模式的綜合創(chuàng)新應(yīng)用，突出其在平臺(tái)架構(gòu)搭建中的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化、平臺(tái)化、應(yīng)用化特點(diǎn)。其實(shí)現(xiàn)架構(gòu)由“6層、5模塊”組成，如圖4所示。

“6層”建立了從裝備到用戶的交互空間，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人、人與人的溝通以及標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)資源池的搭建。

“5模塊”主要是從用戶間高效溝通及滿足不同用戶多樣性需求的角度出發(fā)，進(jìn)行的基礎(chǔ)能力建設(shè)。

目前，冷鏈信息化平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了面向蓄冷箱及補(bǔ)冷裝備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)掌握其內(nèi)外部環(huán)境信息，獲取并查看蓄冷箱和裝備的運(yùn)行位置[9]。該平臺(tái)具備“蓄冷裝置冷量算法”模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄冷材料蓄冷量的實(shí)時(shí)獲取，并以“冷電池”的形式進(jìn)行交互和展示。該平臺(tái)在冷量算法開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，建立了“剩余冷量-可用時(shí)長(zhǎng)”的智能算法模塊，為蓄冷箱在公鐵聯(lián)運(yùn)體系下的運(yùn)輸路線選擇和聯(lián)運(yùn)策略提供了數(shù)據(jù)支撐。

總的來(lái)看，目前蓄冷式冷鏈信息化實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄冷材料狀態(tài)的可知、可控，最大限度地發(fā)揮了釋冷平穩(wěn)期的溫控優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

蓄冷式冷鏈信息化平臺(tái)利用蓄冷裝備系統(tǒng)本身的場(chǎng)景滲透能力，甚至是“前后一公里”的滲透能力，結(jié)合其自身信息平臺(tái)的第三方特征，可搭建起不同應(yīng)用場(chǎng)景間的數(shù)據(jù)“橋梁”，并以此探索全程冷鏈、公鐵聯(lián)運(yùn)下的標(biāo)準(zhǔn)體系框架，最終帶動(dòng)冷鏈業(yè)與社會(huì)聯(lián)運(yùn)體系的共同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅千峰，張利庠.農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流高質(zhì)量發(fā)展的理論闡釋與實(shí)現(xiàn)路徑[J].中國(guó)流通經(jīng)濟(jì)，2021（11）：3-11.

[2] 閔霞.公鐵聯(lián)運(yùn)，華冷物流開(kāi)啟冷鏈干配聯(lián)運(yùn)一體化[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2018（11）：112-114.

[3] 劉溪，楊瑾，閆建華，等.國(guó)家物流樞紐體系下多式聯(lián)運(yùn)物流園區(qū)開(kāi)發(fā)模式研究[J].綜合運(yùn)輸，2021（1）：98-103.

[4] 徐劍，李周奇，蔣洋.考慮儲(chǔ)存成本的集裝箱公鐵聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2021（2）：175-179.

[5] 李文濤.鐵路集裝箱多式聯(lián)運(yùn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].中國(guó)物流與采購(gòu)，2021（10）：40.

[6] 劉暢，孫春華，秦勝，等.我國(guó)鐵路集裝箱多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展對(duì)策研究[J].鐵道貨運(yùn)，2021（7）：20-25.

[7] 南熙.云計(jì)算在生鮮食品冷鏈物流中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)市場(chǎng)，2021（14）：144-145.

[8] 朱羽然，鐘匯豐，黃帝聰，等.大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景下智能冷鏈溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儲(chǔ)運(yùn)，2021（5）：188-190.

[9] 李子瀟，陰曉東，童山虎，等.蓄冷式冷鏈平臺(tái)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020（10）：111-112，125.