Логистический хаб холодовой цепи Живая модель

Вы управляете доком и холодным складом распределительного хаба для термочувствительных грузов, например вакцин. Каждые открытые ворота пропускают тёплый воздух, каждый грузовик в очереди — это ждущий груз, а продукт должен оставаться между 2 °C и 8 °C.

Чему вы научитесь

Симулятор

Время 0 мин
Температура продукта 5,0 °C · Грузовиков в ожидании 0 · Время ожидания грузовика 0 min❄ 5,0 °C · 📦 5,0 °C · ⚡ 0,0 kW···✕✕✕🚚 0 · ⏱ 0 min
  • Ворота свободны
  • Разгрузка (ворота открыты)
  • Грузовик ожидает
  • Отказавший рефрижератор

Управление

Каждые обслуживаемые ворота разгружают одну машину за раз — и пропускают тёплый воздух, пока открыты.

В диапазоне 2–8 °C. Ниже — больше запас, но больше расход энергии.

Два компрессора, по 40 кВт охлаждения каждый.

Уменьшают проникновение тёплого воздуха через открытые ворота; вентиляторы потребляют немного энергии.

Ставит грузовик с отказавшей холодильной установкой в начало очереди.

Показатели

Температура продукта
5,0°C
норма
Время ожидания грузовика
0min
норма
Температурное отклонение
0,00°C·h
норма
Груз в отказавшем рефрижераторе
4,0°C
норма
Воздух в холодильной камере5,0 °C
Время бригад (ворото-часы с персоналом)0,5 h
Грузовиков в ожидании0
Загрузка дока0 %
Мощность охлаждения0,0 kW

Динамика

Температура продукта: — °C14,00,0

Кризисные сценарии

Уровень 1 · Отказ компрессора в жаркий день

На улице 33 °C, грузовики прибывают равномерно, для разгрузки открыты четверо ворот. Один из двух компрессоров вот-вот выйдет из строя. Удержите вакцины в пределах 2–8 °C.

  • Продукт никогда не выше 8 °C
  • Воздух в камере никогда не выше порога предварительной тревоги 7 °C (настройка объекта — допущение)
  • Среднее ожидание грузовика ≤ 60 мин

Уровень 2 · Предпраздничный пик

Через четыре часа после начала 14-часового рабочего дня начинается праздничный пик: семь часов подряд прибывает 7 грузовиков в час по записи — более чем вдвое больше обычных 3, — а обслуживаются только трое ворот. У водителей по записи есть назначенное время, поэтому среднее ожидание должно оставаться не более 20 минут. Дополнительные бригады дока на вызове, но бюджет сверхурочных покрывает 68 ворото-часов с персоналом на весь день. Откройте вовремя достаточно ворот — не «сварив» холодильную камеру в день с 33 °C.

  • Среднее ожидание грузовика ≤ 20 мин с начала пика (время по записи — жёсткий предел)
  • Продукт никогда не выше 8 °C
  • Средняя мощность охлаждения ≤ 55 кВт
  • Время бригад ≤ 68 ворото-часов (бюджет сверхурочных — допущение)

Уровень 3 · Отказ рефрижератора на дворе

Двенадцать грузовиков уже ждут, а обслуживаются только двое ворот. Затем у грузовика в хвосте очереди отказывает холодильная установка — при жаре 35 °C.

  • Груз в отказавшем рефрижераторе никогда не выше 8 °C
  • Продукт на складе никогда не выше 8 °C
  • Среднее ожидание грузовика ≤ 90 мин

Основа — модель, стоящая за числами

Все зависимости, которые использует симулятор, с источниками. Константы, помеченные как допущения, — иллюстративные калибровки.

Тепловой баланс холодильной камеры: стены и открытые ворота вносят тепло, охлаждение его отводит.
C · dT/dt = UA·(T_out − T) + Q_door − Q_refrig[3][2]Допущение: тепловая масса, проводимость стен и ворот, размер компрессоров и время обслуживания — иллюстративные значения.
Проникновение воздуха через ворота растёт с числом открытых ворот и разностью температур; воздушные завесы его снижают.
Q_door = n_open · 0.6 · 1.2 kW/K · (T_out − T) · (1 − 0.7·curtain)[2]Допущение: тепловая масса, проводимость стен и ворот, размер компрессоров и время обслуживания — иллюстративные значения.
Эффективность охлаждения как доля предела Карно.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap) [K][4]
Температура в сердцевине продукта следует за воздухом с запаздыванием в два часа.
T_product(t+Δt) = T_room + (T_product − T_room)·e^(−Δt/2h)[3]
Отклонение: градусо-часы вне диапазона хранения 2–8 °C (слишком тепло или заморозка).
excursion = Σ max(0, T − 8, 2 − T) · Δt [°C·h][1]
Прочие рабочие константы, используемые моделью.
cold room 60 MJ/K, walls 0.6 kW/K · door open 60 % of unloading · air curtain −70 % infiltration, +3 kW fan per busy door · 2 × 40 kW compressors, −1 %/K above 32 °C · 4 kW per busy door (levellers, lights) · failed reefer τ = 3 h · scenario site settings: cold-room pre-alarm 7 °C, overtime budget 68 door-hours per 14 h day · booked trucks miss 5 % of slots · unloading Erlang-2Допущение: тепловая масса, проводимость стен и ворот, размер компрессоров и время обслуживания — иллюстративные значения.
Грузовики без записи приезжают случайно, записанные — в свои слоты (некоторые их пропускают), а ворота обслуживают их параллельно. Время ожидания следует закону Литтла: очередь, делённая на число грузовиков, фактически разгруженных в час за последний час, поэтому неизменная очередь не скачет при изменении интенсивности прибытия.
arrivals ~ Poisson(λΔt) + booked slots (5 % no-show), service ~ Erlang-2 (mean 45 min), c staffed doors; X = n_busy / 45 min (smoothed, τ = 1 h); W_q = L_q / X[6][5]
Время бригад: каждые ворота с персоналом оплачиваются, есть у них грузовик или нет.
crew time = Σ c_staffed · Δt [door-hours]

Случайность: генератор mulberry32 с seed; используемые распределения — равномерное, экспоненциальное (обратная CDF), нормальное (Бокса — Мюллера), Пуассона (Кнут). Seed показан и им можно делиться.

Источники

  1. PAHO — Cold chain: vaccines are stored and transported between +2 °C and +8 °C — Pan American Health Organization
  2. ASHRAE Handbook — Refrigeration, ch. 24 Refrigerated-Facility Loads (door infiltration, Gosney–Olama model; air curtains) — ASHRAE, 2022
  3. F. P. Incropera et al. — Fundamentals of Heat and Mass Transfer: lumped capacitance — Wiley, 2011
  4. Y. A. Çengel, M. A. Boles — Thermodynamics: Carnot COP of refrigerators — McGraw-Hill, 2019
  5. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula L = λW — Operations Research 9(3), 1961
  6. D. Gross, C. M. Harris — Fundamentals of Queueing Theory (M/M/c) — Wiley, 2008

Кто этим занимается профессионально

Образовательная модель — не для принятия эксплуатационных решений. Реальные объекты калибруют каждую константу под своё оборудование и данные.