全程冷链的蓄冷式冷藏装备系统信息化建设研究

姬连凯 李子潇 童山虎 武鑫 田澎

摘 要：“十四五”以来，我国冷链产业进入高速发展期，以“全程冷链”为代表的连接产地至餐桌的冷链模式越来越受到市场的追捧。但我国全程冷链在物流、成本与效率控制等方面仍存在很多问题，难以形成完备的行业标准及有效的监管。为了突破困局，以蓄冷技术为基础，具备全程冷链应用特点的蓄冷式冷藏装备系统快速发展。本研究从蓄冷式冷链装备、全程冷链应用两方面需求入手，主要研究蓄冷材料的状态检测和实时获取能力、充冷作业的精细化管理、全程冷链体系下中台型网络平台建设三个层级的信息化建设。目前，该系统已在云南省进行了多次实证研究，利用信息平台搭建起数据桥梁，最终带动冷链业与社会联运体系的共同发展。

关键词：全程冷链;蓄冷式冷藏集装箱;信息化建设;解决方案

中图分类号：U15    文献标志码：A    文章编号：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装备系统发展现状

长久以来，我国冷链业在全程冷链方面发展较为缓慢。一方面是因为现有冷链市场存在“小、散、乱、弱”的现实问题;另一方面是市场中不同类型的冷链装备系统建设良莠不齐，“假冷链、土保温”等问题在市场中屡禁不止[1]。

在此背景下，中国中车集团研发了蓄冷式冷藏装备系统，集合了标准集装箱和蓄冷技术的优势，能够实现一次充冷，无源释冷120 h，如图1所示。在使用前，通过充冷装备将冷能运送到箱体内的蓄冷模块中;在运输过程中，蓄冷模块再将存储的冷能均匀释放，以此来维持箱体内冷藏运输环境[2，3]。

从目前公铁联运的社会冷链发展趋势来看，铁路冷链运输受到铁路货车运途无供电的困扰，无法实现甩箱作业[4-6]。蓄冷式冷链装备系统主要在装备系列开发、释冷时间延长、充冷效率提升等方面进行集中突破，缺乏在信息化方面的布局、建设。蓄冷式冷链装备系统的信息化建设要从自身技术需求入手，最终通过装备实现全链条节点的连接，依靠信息化技术从而实现全程冷链中数据、信息以及商业间的连接。

2 蓄冷式冷链信息化建设的需求分析

2.1 蓄冷技术自身发展的信息化建设需求

蓄冷材料在相变过程中具有稳定的温度和潜热存储能力，结合保温箱的隔热作用，可以在很长一段时间内营造稳定的环境温度，温度波动幅度不大于0.5 ℃，如图2所示。

从图2可以看出，相变材料在初始凝固期和融化末期，由于其内部冷能的缺乏，环境温度波动很大，由此可将相变材料分为三个阶段：充冷期、稳定期和失效期。相变材料在充冷期吸收足够的冷量，在稳定期进行均匀释放，释放结束后进入失效期。在使用过程中，应尽量保证充冷期合理利用及稳定期充分利用。

由此来看，蓄冷技术本身的应用，需要如下两方面的信息化建设：掌握蓄冷材料的实时状态，实现可控使用;通过综合判断，提供冷能的最优使用方案。

2.2 针对全程冷链应用场景中的信息平台建设需求

蓄冷式冷链装备从商流上实现了从“最先一公里”到“最后一公里”的全产业链覆盖。在未来，该信息化系统可能会面对从产地的果农、菜农到最终消费者的全产业节点。所以，该信息系统不仅要注重蓄冷式装备本身的信息化建设，更要从产业链数据收集、数据展示，尤其是针对不同商业角色的应用开发，要将一站式能力作为信息化平台的搭建重点之一。该信息系统包括多协议接口的适配，支持对子系统、设备、数据库等各类接入对象开发、驱动;应用模块化拓展，支持系统业务功能类似“APP”一样可独立开发，升级和维护;服务生态化支持，提供低门槛、低成本、高效率二次开发生态技术服务。

3 蓄冷式冷藏装备系统信息化平台的技术方案

3.1 蓄冷材料状态检测和实时获取

在使用过程中，蓄冷材料不断经历由冰到水、再由水到冰的物态变化，而获取蓄冷材料的状态，就是要对材料充冷期、稳定期、失效期进行标定。结合现代传感器技术、物联网技术和边缘计算技术等，开发冷量算法，通过多维度、有深度的数据，实时掌握蓄冷材料的能量状态[7]。这就要做到蓄冷箱在充、释冷过程中的可知和可控，消除仅依靠经验的粗放式使用。利用计算机技术建立交互方式，便于蓄冷箱在公铁联运中多参与方进行沟通，降低技术的应用门槛。

3.2 充冷作业的精细化管理建设

充冷后，蓄冷箱的使用集中在稳定期。这就对运输时间和稳定期时长的匹配提出了更高的要求。从冷链过程来考虑，根据蓄冷箱的冷量状态、运输或存储环境等信息，优化运输路径和仓储管理，不仅可对充冷作业进行精细化管理，而且能提升蓄冷箱公铁联运体系运行效率，从而获取更高的收益。

从优化运输路径上看，结合运途环境数据，配合最优的充冷策略，合理安排车次，提前明确路线图以及发车时间。依靠GPS定位系统，实时监控蓄冷箱的位置，根据当地的交通条件、经济环境、市场发展情况，优化物流运输配送地址[8]。

从优化仓储管理上看，感知箱内存储环境的动态变化，一方面进行数据收集，另一方面结合收集到的数据对充冷装备进行智能控制，最终从整体上优化能量使用效率，节约充冷成本和管理成本。

3.3 中台型网络平台建设

通过“装备+信息化”的组合形态，串联商业（产业链）的全流程节点，进而形成生态效应。中台型网络平台的搭建需要提供统一的应用接口、统一的设备接口以及内部统一的数据格式，提高设备、用户、平台的对接效率。该平台技术方案如图3所示。

4 蓄冷式冷链信息化平台架构搭建

蓄冷式冷链项目不仅是装备研制的问题，还是使蓄冷技术适应全程冷链体系，更是通过信息化建设为蓄冷技术谋求生存和发展空间。该平台实现物流场景、蓄冷技术、平台技术、互联网模式的综合创新应用，突出其在平台架构搭建中的网络化、数据化、平台化、应用化特点。其实现架构由“6层、5模块”组成，如图4所示。

“6层”建立了从装备到用户的交互空间，实现了设备与设备、设备与人、人与人的沟通以及标准化数据资源池的搭建。

“5模块”主要是从用户间高效沟通及满足不同用户多样性需求的角度出发，进行的基础能力建设。

目前，冷链信息化平台已经实现了面向蓄冷箱及补冷装备状态的实时监控功能，能够实时掌握其内外部环境信息，获取并查看蓄冷箱和装备的运行位置[9]。该平台具备“蓄冷装置冷量算法”模块，可实现对蓄冷材料蓄冷量的实时获取，并以“冷电池”的形式进行交互和展示。该平台在冷量算法开发的基础上，建立了“剩余冷量-可用时长”的智能算法模块，为蓄冷箱在公铁联运体系下的运输路线选择和联运策略提供了数据支撑。

总的来看，目前蓄冷式冷链信息化实现了对蓄冷材料状态的可知、可控，最大限度地发挥了释冷平稳期的温控优势。

5 结语

蓄冷式冷链信息化平台利用蓄冷装备系统本身的场景渗透能力，甚至是“前后一公里”的渗透能力，结合其自身信息平台的第三方特征，可搭建起不同应用场景间的数据“桥梁”，并以此探索全程冷链、公铁联运下的标准体系框架，最终带动冷链业与社会联运体系的共同发展。

参考文献：

[1] 罗千峰，张利庠.农产品冷链物流高质量发展的理论阐释与实现路径[J].中国流通经济，2021（11）：3-11.

[2] 闵霞.公铁联运，华冷物流开启冷链干配联运一体化[J].物流技术与应用，2018（11）：112-114.

[3] 刘溪，杨瑾，闫建华，等.国家物流枢纽体系下多式联运物流园区开发模式研究[J].综合运输，2021（1）：98-103.

[4] 徐剑，李周奇，蒋洋.考虑储存成本的集装箱公铁联运路径优化[J].沈阳工业大学学报（社会科学版），2021（2）：175-179.

[5] 李文涛.铁路集装箱多式联运项目的经济风险分析[J].中国物流与采购，2021（10）：40.

[6] 刘畅，孙春华，秦胜，等.我国铁路集装箱多式联运发展对策研究[J].铁道货运，2021（7）：20-25.

[7] 南熙.云计算在生鲜食品冷链物流中的应用分析[J].中国市场，2021（14）：144-145.

[8] 朱羽然，钟汇丰，黄帝聪，等.大数据与区块链应用场景下智能冷链温控系统设计[J].中国储运，2021（5）：188-190.

[9] 李子瀟，阴晓东，童山虎，等.蓄冷式冷链平台方案设计与实现[J].电子元器件与信息技术，2020（10）：111-112，125.