USST_Arts_117190728物联网技术在食品冷链物流中的研究与应用

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3.0 赵德峰 2024-11-11 4 4 2.28MB 66 页 15积分

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摘要

近年来，随着人们生活水平的日益提高，普通食品已经难以满足人们的生活

需求，营养丰富、新鲜程度高、配送时效性强的冷链食品逐步走进人们的视线，

获得越来越多的重视，冷链食品以其特有的品质保证，已经在整个食品行业拥有

重要的地位。在流通的各个环节，如何能够确保冷冻冷藏食品的质量品质，不受

到外界因素（如温度、湿度等）影响；一旦发生问题食品事件，食品监管部门能

够第一时间查找问题发生的根源（称溯源性），以及对问题食品的走向进行追踪（称

跟踪性）。实现快速召回，将问题食品产生的危害降到最小，这两方面是本文的主

要研究目标。

如今，物联网技术在各行各业都有广泛的应用，可以实现人与物、物与物的

信息共享，进行信息交换和通信。对于本文所要实现对食品冷链物流的溯源性和

跟踪性的目标，本文基于物联网技术，对食品冷链物流划分为四个子系统分别进

行研究，包括生产加工子系统、仓库存储子系统、物流配送子系统以及终端销售

子系统。本文应用的物联网关键技术包括：无线射频识别技术、EPC 编码技术、

无线传感网络技术以及全球定位系统，同时结合地理信息系统对食品冷链物流进

行全面研究。

本文基于 Flexsim 物流仿真软件，针对某肉类食品冷链物流的核心环节，即仓

库存储子系统进行模拟仿真。根据仿真结果，输出仿真模型，并进行数据分析，

找出存在的瓶颈，提出合理化的解决方案，即在仓库存储子系统中应用物联网的

核心技术 RFID 技术，来解决原方案未采用物联网技术存在的瓶颈问题，并对优化

方案进行分析，判断提出将物联网技术应用在仓储环节是否合理。最终利用物联

网技术实现对食品冷链物流的智能化跟踪和追溯，在最大限度上保证冷藏食品的

新鲜程度、色泽与安全。

关键词：物联网食品冷链物流射频识别技术流程仿真

ABSTRACT

In recent years, with improvement of people's living standard, it’s difficult that the

ordinary food cannot meet needs of people's lives. Cold chain food that is nutritious,

freshness in high level and distributed in time is getting into people's sight and gaining

more and more attention, cold chain has its unique quality assurance, that’s already

became an important role in the entire food industry. In all aspects of circulation, how to

ensure the quality of the refrigerated foods, and cannot be affected by external factors

(such as temperature, humidity, etc.). Once the accident about problem food appeared,

food supervision can immediately seek the root of problem food (called traceability),

and track the issue food (called tracking). The goal of this paper is that achieves rapid

recall and makes the hazards of problem food to minimize level.

Nowadays, internet of things is widely application in all walks of life, it can

achieve that sharing information of people with objects, things with objects and

exchanging information, making communication. For this paper to achieve the food

cold chain logistics tracking and traceability, this article is based on internet of things

technology, food cold chain logistic is divided into four subsystems to study in

separately, including production process subsystem, warehouse storing subsystem,

logistic distribution subsystem, and terminal sale subsystem. In this paper, the key

internet of things including: RFID, EPC encoding, WSN, GPS and GIS. Use the above

technology to conduct comprehensive study for the food cold chain.

This paper that is aiming at the core of food cold chain logistic is based on Flexsim

logistic simulation software to simulate for warehouse storing. According to results the

simulation, output the model of simulation and analysis the data which are used to

identify bottleneck problem of existence. In view of bottleneck problem, this paper puts

forward the rationalization of solution. That uses RFID technology which is core of

things of internet in the warehouse storing subsystem to solve the bottleneck problem

for the original program, which doesn’t utilize the things of internet. What’s more,

analysis for optimization, it’s determine that whether the proposed internet of things

technology apply in food cold chain logistic is reasonable. Finally, utilize internet of

things to achieve tracking and traceability of food cold chain logistic, to ensure

freshness on the maximum, color and security of the refrigerated food.

Key words: Internet of things, Food cold chain logistic, RFID, Process,

Simulation

中文摘要

ABSRTACT

第一章绪论................................................................................................................. 1

1.1 论文研究背景、目的及意义................................................................................. 1

1.1.1 研究背景.......................................................................................................... 1

1.1.2 论文研究的目的.............................................................................................. 2

1.1.3 论文研究的意义............................................................................................. 3

1.2 国内外研究现状..................................................................................................... 4

1.2.1 食品冷链物流的国内外研究综述.................................................................. 4

1.2.2 物联网技术的国内外研究综述...................................................................... 6

1.3 本文的主要研究内容............................................................................................. 8

1.4 本章小结................................................................................................................. 9

第二章食品冷链物流相关理论................................................................................... 10

2.1 食品冷链物流概述............................................................................................... 10

2.1.1 食品冷链物流定义........................................................................................ 10

2.1.2 食品冷链物流特点........................................................................................ 11

2.1.3 食品冷链物流构成要素................................................................................ 12

2.2 肉类食品冷链物流定义及特点概述................................................................... 15

2.2.1 冷冻食品与冷藏食品定义............................................................................ 15

2.2.2 肉类食品定义............................................................................................... 15

2.2.3 肉类食品冷链物流定义................................................................................ 16

2.3 肉类食品冷链物流业务基本流程....................................................................... 16

2.3.1 肉类食品冷链生产加工子系统流程分析.................................................... 16

2.3.2 肉类食品冷链仓库存储子系统流程分析.................................................... 17

2.3.3 肉类食品冷链物流配送子系统流程分析.................................................... 17

2.3.4 肉类食品冷链终端销售子系统流程分析.................................................... 18

2.4 本章小结.............................................................................................................. 19

第三章物联网技术在肉类食品冷链物流中的应用................................................... 20

3.1 物联网概述........................................................................................................... 20

3.1.1 物联网概念.................................................................................................... 20

3.1.2 物联网四层体系结构.................................................................................... 20

3.2 物联网关键技术................................................................................................... 21

3.2.1 射频识别技术............................................................................................... 21

3.2.2 无线传感器网络技术.................................................................................... 22

3.2.3 全球定位系统................................................................................................ 23

3.2.4 地理信息系统................................................................................................ 23

3.4 本章小结.............................................................................................................. 24

第四章基于物联网技术的肉类食品冷链物流流程分析........................................... 25

4.1 基于物联网技术肉类冷链生产加工子系统流程分析...................................... 25

4.1.1 基于 RFID 技术的肉类冷链生产加工子系统工作原理............................. 25

4.1.2 基于 RFID/EPC 技术的肉类冷链生产加工子系统实现............................26

4.2 基于物联网技术肉类冷链仓库存储子系统流程分析...................................... 27

4.2.1 基于 RFID 技术肉类冷链仓库存储子系统工作原理................................ 28

4.2.2 基于 RFID 技术肉类冷链仓库存储子系统实现........................................ 29

4.3 基于物联网技术肉类冷链物流配送子系统流程分析....................................... 30

4.3.1 基于 WSN/GPS/GIS 肉类冷链物流配送子系统工作原理......................... 30

4.3.2 基于 WSN/GPS/GIS 肉类冷链物流配送子系统实现................................. 32

4.4 基于物联网技术肉类冷链物流终端销售子系统流程分析.............................. 33

4.4.1 基于条形码技术肉类冷链终端销售子系统工作原理................................ 33

4.4.2 基于条形码技术肉类冷链终端销售子系统实现........................................ 34

4.5 本章小结.............................................................................................................. 35

第五章基于物联网技术的肉类食品冷链物流仿真模型........................................... 37

5.1 某肉类食品冷链物流仓库存储子系统作业布局.............................................. 37

5.2 某肉类食品冷链物流企业仓库存储子系统目前存在的问题.......................... 38

5.3 肉类食品冷链物流仓库存储子系统仿真模型建立.......................................... 38

5.3.1 Flexsim 仿真软件系统介绍.......................................................................... 38

5.3.2 肉类食品冷链物流仓库存储子系统仿真模型的提出............................... 39

5.3.3 肉类食品冷链物流仓库存储子系统仿真模型的运行................................ 40

5.4 肉类食品冷链物流仓库存储子系统仿真模型分析........................................... 45

5.4.1 仓库存储子系统仿真结果分析.................................................................... 45

5.4.2 仓库存储子系统仿真模型优化.................................................................... 50

5.5 本章小结.............................................................................................................. 56

第六章总结与展望....................................................................................................... 57

6.1 全文总结.............................................................................................................. 57

6.2 研究展望.............................................................................................................. 58

第一章绪论

1.1 论文研究背景、目的及意义

1.1.1 研究背景

近年来，随着世界经济的快速发展，我国的食品冷链市场发展迅速，年增长

率在 8%以上，食品冷链物流的发展前景引起业内广泛关注，人们对食品提出安全、

新鲜和无污染的要求，确保食品质量的安全性、实时性和可靠性，因此，食品冷

链物流应运而生。

食品冷链物流是现代物流的重要系统方式，是物流精益化方向发展的必然结

果，它的运作流程复杂，涉及到的企业和环节较多，各环节之间需要高度组织协

调性。供应链上下游之间，制造企业、设备供应商、系统集成商、物流服务商之

间要充分协调，才可以实现多方共赢，食品冷链物流的发展需要顺畅的信息沟通，

先进的管理模式和现代技术设备的支持。

从目前的发展情况而言，我国的食品冷链物流存在以下问题：

我国食品冷链物流还未形成完整的体系，相比国外冷链物流水平仍存在较大

的差距。就整体而言，冷链物流的市场规范化程度较低，各冷链物流企业的操作

标准不完善，很少有第三方介入，网络服务平台不健全，信息技术水平有待提高，

以上这些因素都会影响冷链物流的在途质量、准确性和及时性。因此，中国的食

品冷链物流无法实现较高的经济效益。此外，我国冷链物流的设施和装备不足，

原有设施装备陈旧，冷链物流人才缺乏，这些因素也成为我国食品冷链物流发展

的瓶颈，严重制约了食品产业的发展。主要体现在以下几个方面：

(1)食品冷链物流的基础设施建设不足

我国冷藏保温汽车与货运汽车的比例仅为 0.3%左右，美国为 0.8%-1%；我国

保温汽车仅约有 3万辆，而美国就有 20 多万辆。目前，我国的冷冻冷藏运输设备

陈旧，但仍坚持运营，采用陈旧的机械式操作，制冷技术落后，备有制冷机及保

温箱的冷藏车辆一成都不到，缺乏规范式的保鲜冷藏运输车厢和温度控制设施，

区域性食品物流配送中心等关键的物流节点，也普遍缺乏制冷设备。虽然.我国一

些引进先进运输工具的企业，产品水平接近国际先进产品水平，但装备制造能力、

物联网技术的应用能力等与国外相比仍有差距。

上海理工大学硕士学位论文

（2）缺乏完整独立的食品冷链体系

相比于国外的冷链物流体系，我国食品冷链物流发展的并不完善，存在以下

问题[1]：一方面缺乏懂得食品冷链物流知识的综合性专业人员，另一方面食品供应

链上下游之间的整体规划与协调。我国冷链物流人员，存在一种错误意识，重视

肉类冷库建设，而轻视果蔬冷库建设。缺乏果蔬物流专用运输和包装设备，缺乏

及时的冷藏储存和冷藏运输，无法保证果蔬的新鲜度，造成腐烂浪费，也会造成

食品行业进步的滞后性。

(3)食品冷链物流信息化程度低

我国还未完全建立起一套可监控食品全过程质量状况的完整体系，涉及生产

加工环节、仓库存储环节、物流运输环节和市场销售环节，可以真正实现从田地

到餐桌的跟踪溯源，致使食品在整体物流过程中的质量无法得到实时监控和保障,

出了问题也无法追溯源头。

在这一背景下，充分利用网络信息技术，进一步提高温控监督设备的精准性

和可靠性。实现对相关影响因素的控制（如温度、湿度、运输车辆的运行参数），

记录和储存数据以备后台监管人员进行监管和追溯，从而实现食品在生产、仓储、

配送及销售的信息快速共享、协同运作和快速反应，最大程度保证食品的品质。

1.1.2 论文研究的目的

近年来，禽流感的再次爆发、三聚氰胺、瘦肉精、转基因大米事件等问题食

品之多，涉及范围广泛，全球食品消费领域所发生的事件，都与食品安全的脆弱

有关，这些事件已使消费者到了谈“食”色变的地步，消费者对饮食的信心逐渐

下降。对于消费者来说，无论是在综合卖场、超市还是传统的菜市场购买冷冻包

装的一系列需靠温度控制来保鲜的食品时，主要考虑是否购买的主要因素是产品

的质量。对于非常温保存的食品来说。在整个供应链中，对质量的保证是最为重

要的。如果由于物流配送、储存等环节造成食品品质的不新鲜，严重的情况会对

消费者身体健康产生影响，可将其等同于伪劣产品。因此，冷冻保鲜食品需要一

个完整的食品冷链物流体系在供应链的主要环节进行全程控制，以确保食品安全。

对食品安全问题发生的根源进行划分，可分为两类：一类是在原材料获取或

初加工过程中产生的食品安全问题，如食源性污染或加工过程中受到的污染；另

一类是在物流配送和销售流通过程中发生的食品安全问题，如在车辆配送过程中

遭受污染或在市场销售时没有很好控制温湿度，贮藏条件和方法有误，导致食品

变质，甚至腐烂。因此，建立食品安全可追溯体系是就成为确保食品安全的关键。

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摘要：

摘要近年来，随着人们生活水平的日益提高，普通食品已经难以满足人们的生活需求，营养丰富、新鲜程度高、配送时效性强的冷链食品逐步走进人们的视线，获得越来越多的重视，冷链食品以其特有的品质保证，已经在整个食品行业拥有重要的地位。在流通的各个环节，如何能够确保冷冻冷藏食品的质量品质，不受到外界因素（如温度、湿度等）影响；一旦发生问题食品事件，食品监管部门能够第一时间查找问题发生的根源（称溯源性），以及对问题食品的走向进行追踪（称跟踪性）。实现快速召回，将问题食品产生的危害降到最小，这两方面是本文的主要研究目标。如今，物联网技术在各行各业都有广泛的应用，可以实现人与物、物与物的信息共享，进行信息交换和通...

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