摘 要

本文以零担冷链物流为背景，以适用于冷链物流的可充电冷藏箱为依托，采用了控制图方法提出了一种对零担冷链物流过程中温度的监控与警报的方法。论文主要研究了参数已知和未知情况下的休哈特控制图与VSI 控制图的图形设计以及效率指标的设计与实现。通过理论计算与仿真分析，对比验证出了最适合零担冷链物流及冷藏箱的控制图种类。最后，本文使用冷藏箱实际使用过程中的温度数据进行检测，验证了所得到的结论。

研究结果表明，在参数已知和参数未知的情况下，控制图的使用存在很大差别。同时在这几种控制图中，以VSI控制图为更优选择，其无论在参数已知还是参数未知的情况下均有更好的效果。

关键词：零担冷链物流；冷藏箱；控制图；VSI控制图；参数未知

Abstract

This paper takes the LTL cold chain logistics as the background and relies on the rechargeable refrigerator for cold chain logistics. It adopts the control chart method to propose a method for monitoring and alarming the temperature during the LTL cold chain logistics process. The paper mainly studies the design and implementation of the graphic design and efficiency index of the ordinary Shewhart control chart and VSI control chart with known and unknown parameters. Through theoretical calculation and simulation analysis，the control maps that are most suitable for LTL cold chain logistics and refrigerators are verified. Finally，the article uses the temperature data during the actual use of the refrigerator to verify the conclusions obtained.

The results of the study show that the use of control charts is very different when the parameters are known and the parameters are unknown. At the same time, in these kinds of control charts, the VSI control chart is a better choice, which has better effects regardless of whether the parameters are known or the parameters are unknown.

Key Words：LTL cold chain logistics; freezer; control chart; VSI control chart; unknown parameter

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 国内外研究现状 3

1.3.1 冷链研究现状 3

1.3.2 零担物流研究现状 3

1.3.3 统计过程控制研究现状 4

1.3.4 冷链物流温度控制研究现状 5

1.3.5控制图研究现状 6

1.3.6含有未知参数的控制图研究现状 7

1.3.7 研究现状总结 7

1.4研究内容与方法 8

1.4.1研究内容 8

1.4.2研究方法 8

1.4.3技术路线图 10

1.5小结 10

第二章 相关概念说明 12

2.1冷链物流简介 12

2.1.1 概念和分类 12

2.1.2 现行零担冷链物流模式 12

2.2适用于冷链物流的可充电冷藏箱简介 14

2.2.1温控模块 15

2.2.2能源模块 18

2.2.3信息与解锁模块 18

2.2.4配套物流运输模式 18

2.3控制图简介 19

2.3.1统计过程控制 19

2.3.2控制图 20

2.4小结 23

第三章 控制图 24

3.1参数已知的 控制图基本思路与设计 24

3.2参数已知的控制图的效率评价指标设计 25

3.3参数已知的控制图的效率评价的MATLAB实现 26

3.4参数未知的 控制图基本思路与设计 26

3.5参数未知的控制图的效率评价指标设计 27

3.6参数未知的控制图的效率评价的MATLAB实现 29

3.7 控制图的效率评价指标分析及对比 31

3.7.1 参数已知控制图ARL分析 31

3.7.2 参数未知控制图ARL分析 31

3.8小结 31

第四章 VSI 控制图 32

4.1参数已知的 VSI 控制图基本思路与设计 32

4.2参数已知的 VSI 控制图的效率评价指标设计 33

4.3参数已知的 VSI 控制图的效率仿真计算 34

4.4 参数未知的VSI 控制图思路及设计 40

4.5参数未知的 VSI 控制图的效率评价指标设计 41

4.6参数未知的 VSI 控制图的效率评价指标仿真计算 42

4.7 VSI 控制图的效率评价指标分析及对比 47

4.7.1 参数已知VSI 控制图ATS分析 47

4.8 横向对比 47

4.8.1 参数未知VSI 控制图ATS分析 47

4.8.2 参数已知控制图和VSI 控制图对比 47

4.8.3 参数未知控制图和VSI 控制图对比 48

4.9小结 48

第五章 控制图于可充电车载冷藏箱中的应用 49

5.1 应用于冷链物流的可充电冷藏箱内部系统简介 49

5.2 控制图的运用 49

5.3 控制图效果评判 53

第六章 总结与展望 55

6.1 工作总结 55

6.2 经济性分析 56

6.3 环保性分析 56

6.4 展望 57

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着国民经济及互联网产业的迅速发展，人们对生活水平的要求越来越高。随之而来的便是人们对生鲜、医药产品需求的不断升级，而冷链物流的概念也因此应运而生。冷链物流也逐步成为全面提升民众生活质量的重要社会基础服务。冷链物流旨在保障蔬果、海鲜及药品等易腐易变质产品的质量，并在合理的时间内将货物妥善地运送至下个环节。与此同时，人民群众对冷链物流所运输产品的时效性以及质量的要求不断提高，对冷链物流的需求不断的提升，这也就对运输的速度，效率以及质量提出了更高的要求。

与此同时，冷链物流行业也被国家视为经济发展的核心行业以及最能够提升民众生活幸福指数的行业之一，并备受国家和地区重视。仅2018年一年，在国家层面出台的冷链物流相关政策与规划便超过35项，而在这35项中，无不提到了鼓励加强冷链基础设施建设，着眼农产品与小型零担物流的质量，加强保险储藏技术，打造全链条冷链物流体系等要点。由此，我们可以清晰地看出，发展全链条型零担冷链物流非常符合国家规划，具有很强战略意义的同时，也具有很强实践意义。这对冷链物流行业来说既是发展的机会又提出了挑战。

现如今，冷链物流行业中，零担冷链物流及其运输的质量尚存在较大问题，主要表现为零担冷链物流技术水平不高，不能完全保证货品在运输过程中，完全不接触外界环境的同时，始终保持容器内部温度稳定。根据有关媒体报道，在2017年中，仅在农产品类货物中，因为运输质量无法保证而造成的损失就高达700亿元左右。与此同时，在药物及疫苗运输的过程中，亦有高达7%的腐坏。这就导致了在对社会资源造成了极大浪费的同时，也对人民群众的安全和生活质量造成了威胁。

因此，在本科阶段，本人及本人所属团队对此问题进行了研究并设计出一种针对与冷链物流的可充电冷藏箱。其采用电源与电池联合供电的方法，使其有能力保证在运输过程中可以实时降温，并希望以此解决小批量货品冷链物流中存在的上述缺陷。其设计的初衷是为了在冷链的全过程中对箱内温度进行实时的监控以及及时地对异常进行处理。故而，问题的关键就集中在如何及时检测出设施内的温度，并根据不同的情况进行不同程度的降温，达到既节约成本又能妥善地保证箱内物品质量的目的。

在此背景下，控制图工具是非常简便而又准确的工具，其在温度相关指标监控方面非常有效。故而本文将以针对于冷链物流的可充电冷藏箱为基础，寻找一种可以适用于零担

冷链物流的控制图工具，以达到保证质量和解决相应成本的目的。

1.2 研究意义

本文的主要意义有以下几点：

（1）完善适用于冷链物流的可充电冷藏箱

在先前的研究中，针对冷链物流的可充电冷藏箱并不具备对箱内温度进行实时监控的功能。而作为服务于零担冷链物流的设施，其对运输过程中内部温度的监控是非常有必要的。本文通过使用控制图的方法，为冷藏箱设计一种监控温度的方法及逻辑，完善冷藏箱在实际运输过程中的应用。

（2）提升零担冷链物流运输效果

本文所使用的控制图方法可以非常有效的提升各种类型零担冷链物流运输的效率以及效果。本文所使用的方法并不仅局限于适用于冷链物流的可充电冷藏箱，其针对于其他零担冷链物流的运输方式亦能发挥较好的效果。从而此方法可以从对温度监控的角度，解决零担冷链物流目前存在的质量难以控制，运输过程难以把控等问题，对小批量冷链运输的发展具有实践意义。

（3）提升其他类型运输的效率

文中所述控制图方法虽然是以车载可充电式冷藏箱为基础的，但针对其他类型的冷链运输及存储问题依旧有较强的参考意义。例如在面对大宗冷链路上运输、长距离海上冷链运输、冷库内部温度控制等问题时，本文所研究的控制图方法依旧可以发挥其对温度监控的作用。同时，经过简单改造及设计，本文所研究的控制图方法也可以应用于对运输时间、客户满意度等其他指标进行较好的监控，从而多方面的提升冷链物流及其他类型物流的效率。故而本文所研究内容具有较强的普适性，同时可以较好的提升物流整体效率，切实提升客户对运输的满意度。

（4）对参数未知控制图进行研究

若要使用控制图工具作为监控冷藏箱内部温度的手段，需要有相关的参数作为基础，才可顺利的使用控制图。但是，在实际生产过程中，控制图所要求参数完全已知的情况是不现实的，大多数情况其参数是不可知的。故而本文将对生产中最为常见的未知参数情况进行研究，使结果更具实际意义。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 冷链研究现状

国内外学者对冷链物流相关的研究相对来讲较为具体与全面。国内学者在冷链物流方面更加注重冷链物流网络的整体规划以及运行效率的提升。张亚明^[1]等通过分析冷链分配成本的构成，基于时间和质量满意度约束构建单车和多车模型的VRP模型，设计了局部精英单亲遗传算法，并分析了单一和多单元之间的分配成本差异。张秀萍^[2]等提出了一种基于GPS的冷链物流监控终端设计，实现了冷链物流中车辆温度跟踪和车辆选择跟踪的实时监控，并提高了冷链运输的整体效率。鲍春玲^[3]等提出了一种考虑时间窗口，碳排放成本和货物损坏成本的冷链物流联合配送路线优化模型，其中当企业有多个配送中心，车辆数量有限，每辆车可以返回任何配送中心进行配送。刘虎沉^[4]等提出了一种基于区间直觉模糊集（IVIFS）和多属性边界近似区域比较（MABAC）方法的改进FMEA模型，并应用于实际冷链物流配送过程的风险分析，以保证货物的安全性。张文峰^[5]等以冷链物流的建设成本和运行成本为优化目标，提出了一种非线性混合整数规划模型，并通过量子粒子群算法求解该模型。

与此同时，国外的学者如IHsiao^[6]提出了一套温度与时间的透明度模型，并讨论了在冷链运输中温度与时间之间的关系。Abad^[7]提出了使用RFID技术对鱼类产品进行全程监控的方法。Alvarez^[8]创新性的提出了将类似于冷藏箱的冷冻技术运用于FRISBEE项目中的操作实例。

可以看出，目前各类学者对于冷链问题的研究方向是多种多样的，而其重点主要是从宏观的规划及调控的角度进行研究，而未能将其具体至某种特定的运输模式，例如针对零担冷链物，长距离冷链运输物流等具体冷链运输模式的研究普遍偏少。

1.3.2 零担物流研究现状

针对零担物流方面，国内外学者也相应的做了很多研究，但其主体都是针对于普通货物零担运输问题，而针对零担冷链物流问题则少有提及。肖艳^[9]对我国零担物流市场的发展现状进行描述，随后对将迎来的市场变革进行深入剖析。王雁凤^[10]等构建了基于双层规划的大规模零负荷物流中心辐射网络模型，并基于进化博弈和多目标优化思想，设计了一种分层遗传算法来解决该模型。 最后，通过数值算例验证了模型和算法，得到了LTL物流网络枢纽位置和交通分布的大规模决策。穆玉^[11]对辽宁省零担物流行业的规模状况进行研究，并进一步总结辽宁省发展零担物流的优势以及缺点，并提出具有针对性的优化策略。王湾^[12]针对零担物流企业从零时间的新视角追求快速响应特征，基于时间、质量、成本、信息和灵活性五个因素，从运营能力、快速反应能力和管理控制三个维度，设计了基于零担物流企业物流能力指标体系。

在国外学者中，也有部分对零担物流进行了研究。M.Y.Maknoon^[13]提出了一种增强交叉对接操作的调度模型。它试图通过最小化需要双重处理的产品总数，来减少零担物流的转运工作量。Anne Lange^[14]从客运航空公司的角度，对卡车公路运输的网络集中度指数和哈勃集中度指数进行了修正。修改后的指标使信息能够通过网络集中传输到非卡车网络设计决策中，并提供了一个合适的视角，将面向服务的方面纳入网络设计中。Korhan Acar^[15]介绍了一个混合整数二次模型，其目标是生成零担拖车到车门分配，该模型在车门处平均分配空闲时间，以适应卡车到达时间中遇到的操作不确定性。

可以看出，目前学者针对于零担物流的研究也是主要集中于如何对零担物流进行合理的规划为切入点的，而针对如何从内部提升零担物流运输质量的问题研究相对较少。与此同时，针对于零担冷链物流的研究非常少有，其中针对于如何提升冷链物流最后一公里运输质量的问题更加少见。

所以，目前零担冷链物流的质量保证问题并未被予以足够的重视，而现行的冷链温度监控手段较为落后。针对此情况，我们考虑使用统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）的方法对此方面进行考虑及研究。

1.3.3 统计过程控制研究现状

统计过程控制作为一种较为成熟的方法及思路，国内外学者对其均进行了较多且较为充分的研究。霍春景^[16]等对变速箱减速链的尺寸控制进行了研究，其从尺寸链原理出发，明确了计算方法的选择取决于组成环环数的限制条件，给出了利用零件加工统计数据和统计过程控制能力Cp优化尺寸链的方法。李晓潭^[17]等针对现有生产企业质量管理的不足，采用统计系统控制结合实际生产过程构建系统结构，进行数据采集、统计计算、异常判断、报警处理、参数建模和统计分析。曾家铨^[18]等对现在进行焊接过程的实时监控和分析，并根据焊接过程的稳定性评估焊接质量。 结果表明，该系统能够反映焊接过程的异常情况，结合影响电阻焊的主要因素，可以进一步分析过程异常的可能原因，指导焊接过程的调整和优化。孟丽丽^[19]等首先分析了生产过程流程，然后运用统计过程控制（SPC）理论和方法确定质量改进的关键点，分析过程能力，制定质量改进措施和计划。 最后，进行了回归分析和关键过程热处理的整个过程。同时还阐明了渗碳温度，渗碳保温时间，淬火温度，回火温度，回火时间以及各种因素对齿面硬度的影响的最佳组合。 该项目的成功实施降低了螺旋锥齿轮缺陷产品的比例。

对于国外的学者，他们在此方面也有较多的研究。AP,Morton^[20]等将SPC中的统计过程控制图应用于感染指标的监测，并能够连续进行实时评估。Majdi Mansouri^[21]等提出了一种将状态估计与过程监控技术相结合的新方法。所开发的方法，称为基于粒子滤波器（PF）的多尺度最大双指数加权移动平均（MS-M-DEWMA）图表，利用SPC原理检测生物系统中的平均值和/或方差的变化（使用材料和能量平衡获得的预定义结构），其中使用状态估计技术估计变量。George Nenes^[22]重新审视SPC图表的统计特性问题表明，在将误报限制在可接受的水平方面，没有α约束足以使控制程序的性能合理化，并提出可用于最常用的统计性能的新度量控制图。

综上，我们可以看出，国内外学者对SPC相关研究角度较多，范围较广，同时SPC技术在实际生产过程中的应用也较为广泛，所以此技术属较有保障且成熟的技术。而在SPC中，控制图方法又属于较为常见及准确的方法。下面我们考虑SPC方法在冷链温度监控上是否有较好的适用性。

1.3.4 冷链物流温度控制研究现状

对于冷链物流温度控制方面，国内外学者均对此有不少研究。但值得注意的是，在这些研究中，主要针对的都是大宗冷链货物和大批量整车冷链运输的问题，针对零担冷链物流的温度控制研究则鲜有提及。李志刚^[23]提出了一种基于算术均值和批量估计的簇内数据融合和自适应加权簇间数据融合冷链温度监测方法。冯旭^[24]设计了基于Zig Bee的羊肉冷链温度监测系统。系统使用DS18B20温度传感器收集温度数据，并通过GPRS模块将温度数据传输到主机进行处理和存储。郭世成^[25]对江西省冷链温度自动监测系统的运行情况进行了评估，以确保疫苗的质量。孙烨祥^[26]通过区域疫苗监测平台追踪冷链日常最高温度，每日最低温度和预警短信，评估和分析冰箱的温度稳定性和冷链异常的原因，并对所有冰箱进行实时监控。同时分析了宁波市鄞州区疫苗冷链温度实时监测系统的应用效果并在四年后进行了评估。

在冷链物流的温度控制方面，国外学者也进行了相关研究。Hsin-IHsiao^[27]对冷藏冷冻食品供应链中的时-温信息共享行为进行了研究。发现，从供应商处获得原材料时间温度信息比从食品制造商处获得加工食品信息更困难，所考虑的决定因素也不同。为了在从供应商到食品制造商的配送过程中共享原料的时间-温度信息，食品制造商的相对权力、经营策略和原料质量的不确定性非常重要。Rui M.S.Cruz^[28]研究了温度滥用对一种新的冷冻蔬菜豆瓣菜颜色和维生素C含量的影响。同时对色相角和AA实验数据进行了比较，并利用等温条件下确定的动力学参数建立了预测模型。