分形應(yīng)急物流系統(tǒng)優(yōu)化重構(gòu)探究論文

時(shí)間:2022-01-14 09:25:00

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分形應(yīng)急物流系統(tǒng)優(yōu)化重構(gòu)探究論文

摘要:本文以分形理論為基礎(chǔ),介紹了應(yīng)急物流的自相似嵌套式分形結(jié)構(gòu),給出分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程。文章根據(jù)分形系統(tǒng)層次性、自相似和自優(yōu)化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),重點(diǎn)研究分形應(yīng)急物流系統(tǒng)在突發(fā)事件多變環(huán)境下的快速重構(gòu)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:應(yīng)急物流系統(tǒng)分形自優(yōu)化

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)是為了解決復(fù)雜的應(yīng)急物流問(wèn)題,在分形理論的基礎(chǔ)上提出來(lái)的,其核心思想在于增加應(yīng)急物流系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置,增強(qiáng)救援保障能力。分形應(yīng)急物流由不同層次上的相對(duì)獨(dú)立的分形單元構(gòu)成,它們具有一定的相似性并能夠根據(jù)應(yīng)急物流的總體目標(biāo)進(jìn)行自組織、自優(yōu)化、自設(shè)計(jì)。

一、分形理論

分形(Fractal)該詞是Mandlebrot為了表征復(fù)雜圖形和復(fù)雜過(guò)程將拉丁文fractus轉(zhuǎn)化后引入自然科學(xué)領(lǐng)域的,其原意具有不規(guī)則、支離破碎的物體。

Mandlebrot對(duì)分形給出了兩個(gè)定義:定義1:如果一個(gè)集合在歐氏空間中的Hausdoff維數(shù)DH恒大于其拓?fù)渚S數(shù)DT,即DH>DT,則稱這個(gè)集合為分形集,簡(jiǎn)稱為分形。定義2:組成部分以某種方式與整體相似的形體叫分形。分形特性中,最重要的一個(gè)特征是它具有自相似性。所謂自相似,是指系統(tǒng)的總體和部分之間,這部分和那部分之間具有的相似性。英國(guó)數(shù)學(xué)家Falconer列出了分形集合的五條非確定性的特性:精細(xì)結(jié)構(gòu),非常不規(guī)則,具有某種形式的自相似性,其“分形維數(shù)”常大于拓?fù)渚S數(shù),一般可以簡(jiǎn)單地遞歸定義。

二、應(yīng)急物流的分形結(jié)構(gòu)

物流的性質(zhì)可以劃分為固有性質(zhì)和非固有性質(zhì)兩類。物流的固有性質(zhì)是指物的實(shí)體(Party)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)(Flow)性質(zhì);物流的非固有性質(zhì)包括物流服務(wù)(Service)、管理(Management)、技術(shù)(Technology)和經(jīng)濟(jì)(Economy)四個(gè)方面。物流固有性質(zhì)是物流非固有性質(zhì)選擇優(yōu)化的客觀對(duì)象,而非固有性質(zhì)揭示了固有性質(zhì)效率改善的本質(zhì),提供了其選擇優(yōu)化的途徑和方法。從物流的性質(zhì)來(lái)看,物流中的任何物流活動(dòng)都應(yīng)包括主體(Party)、物質(zhì)(Material)、運(yùn)動(dòng)(Flow)三部分,且在物流中存在以PMF為分形單元的自相似嵌套式結(jié)構(gòu)。應(yīng)急物流是為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的特殊物流,同樣具有一般物流的固有和非固有性質(zhì)。

應(yīng)急物流系統(tǒng)具有一次性和臨時(shí)性的特點(diǎn),應(yīng)急物流需求和供給在突發(fā)事件發(fā)生前是不確定的,其組織構(gòu)成如軍隊(duì)、商業(yè)物流中心、企業(yè)等,必須在突發(fā)事件發(fā)生后才納入應(yīng)急物流系統(tǒng)中,各層應(yīng)急物流活動(dòng)都擁有物流的一般PMF結(jié)構(gòu)。因此,應(yīng)急物流系統(tǒng)及其子系統(tǒng)存在多層PMF,可以有更低層次的自治PMF結(jié)構(gòu)。用嵌套形式來(lái)表示應(yīng)急物流的分形結(jié)構(gòu)體系。

由此可見(jiàn),應(yīng)急物流整體與部分以及各部分之間存在結(jié)構(gòu)和功能上的自相似,即每一層次的應(yīng)急物流活動(dòng)都包括人、物和運(yùn)動(dòng)。除了在功能結(jié)構(gòu)上自相似,各應(yīng)急物流分形在目標(biāo)方面也是自相似的,每一個(gè)應(yīng)急物流子塊單元都是上一層單元的一個(gè)分形,因此其目標(biāo)與整體應(yīng)急物流目標(biāo)是一致的,就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急物資保障。除此之外,還有應(yīng)急物流分形行為規(guī)范的自相似,雖然不同的應(yīng)急物流分形單元有著不同的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)流程,尤其是擁有不同核心能力的加盟物流企業(yè),其行為規(guī)范難以形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),但隨著現(xiàn)代物流和應(yīng)急物流發(fā)展的需要,將會(huì)逐漸形成統(tǒng)一規(guī)范的物流標(biāo)準(zhǔn),包括物流基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、物流設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、物流信息交換標(biāo)準(zhǔn)、物流作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和物流管理標(biāo)準(zhǔn)等。應(yīng)急物流結(jié)構(gòu)的自相似性強(qiáng)調(diào)自治,目標(biāo)的自相似性強(qiáng)調(diào)自律,行為規(guī)范的自相似性強(qiáng)調(diào)協(xié)同。

應(yīng)急物流系統(tǒng)內(nèi)包含若干相對(duì)獨(dú)立的物流子塊單元,這些子塊單元在結(jié)構(gòu)、目標(biāo)、行為規(guī)范等方面的一定程度上是包含著整體的信息,是整體的縮影,這種應(yīng)急物流自相似嵌套式結(jié)構(gòu)體系可以稱為應(yīng)急物流分形,應(yīng)急物流分形體系內(nèi)子塊單元稱為應(yīng)急物流分形單元。每個(gè)應(yīng)急物流分形單元的活動(dòng)空間是由目標(biāo)、資源、約束三個(gè)坐標(biāo)軸組成的三維空間。

表示應(yīng)急物流分形單元有兩種位置,“●”表示應(yīng)急物流活動(dòng)的合法位置,在此范圍內(nèi)可執(zhí)行應(yīng)急物流任務(wù);“○”表示物流活動(dòng)的非法位置,超出了執(zhí)行范圍。活動(dòng)空間表示應(yīng)急物流分形單元的自治權(quán),自治權(quán)大小隨活動(dòng)空間的變化而變化。其中,目標(biāo)坐標(biāo)軸表示應(yīng)急物流的運(yùn)作策略,通過(guò)定義總體目標(biāo)和分形單元目標(biāo)自相似,全部分形單元具有共同的總目標(biāo),使得各分形單元在高度自治的基礎(chǔ)上又具有從屬性,保證分形單元的協(xié)調(diào)運(yùn)作;應(yīng)急物流以提供突發(fā)性自然災(zāi)害、突發(fā)性公共衛(wèi)生事件等突發(fā)性事件所需應(yīng)急物資為目的,以追求時(shí)間效益最大化和災(zāi)害損失最小化為目標(biāo)。資源坐標(biāo)軸表示應(yīng)急物流能力,即應(yīng)急物流實(shí)體能提供的應(yīng)急物流服務(wù)的能力,分形單元只有在一定的資源基礎(chǔ)上才能執(zhí)行應(yīng)急物流任務(wù),可以自組織和自優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)資源最佳配置。約束坐標(biāo)軸表示限制應(yīng)急物流系統(tǒng)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的各種客觀條件,如信息約束、時(shí)間約束、運(yùn)載能力約束等,表示分形單元實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物流目標(biāo)和能力上的可能性大小。

三、分形應(yīng)急物流系統(tǒng)

(一)分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的構(gòu)建

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)是以應(yīng)急物流目標(biāo)為驅(qū)動(dòng),以分形理論為指導(dǎo),針對(duì)突發(fā)事件復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)急物流資源協(xié)調(diào)的要求,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物流組織體系中各成員的協(xié)作持續(xù)優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)建主要有以下幾個(gè)步驟:

1.確定分形單元的活動(dòng)空間。即確定目標(biāo)、資源與約束。根據(jù)突發(fā)事件的危害程度、范圍等因素,確定應(yīng)急事故等級(jí),由責(zé)任區(qū)低等級(jí)指揮部先響應(yīng),責(zé)任區(qū)應(yīng)急物流能力不足,則請(qǐng)求上一級(jí)應(yīng)急物流指揮部開(kāi)展應(yīng)急響應(yīng),逐級(jí)響應(yīng),確定應(yīng)急物流響應(yīng)最高級(jí)別。將整體目標(biāo)逐一分解,形成不同層次的子目標(biāo),啟動(dòng)相關(guān)層級(jí)和相關(guān)部門應(yīng)急預(yù)案,確定應(yīng)急物流的任務(wù)。應(yīng)急物流系統(tǒng)的構(gòu)建和運(yùn)作始終圍繞應(yīng)急物流的目標(biāo)展開(kāi)。

2.構(gòu)建應(yīng)急物流分形單元。分形的一個(gè)重要特征是自相似性,在分形單元的構(gòu)建中,通常把所有分形單元胞看成一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn),任意兩個(gè)分形單元的相似度用兩節(jié)點(diǎn)間的距離L表示,定義類與類之間的距離lB,要求某一類中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離都小于lB,把所有節(jié)點(diǎn)不重復(fù)地放在不同類中;所有的節(jié)點(diǎn)都分配到其中一類之后,再把每個(gè)類用單個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)表示,稱為重構(gòu)節(jié)點(diǎn),這就得到了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò),這種重構(gòu)過(guò)程一直進(jìn)行下去,直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被歸約為單個(gè)節(jié)點(diǎn)。

應(yīng)急物流分形單元的重構(gòu)過(guò)程要求首先根據(jù)應(yīng)急物流的整體目標(biāo)和子目標(biāo)確定應(yīng)急物流分形單元重構(gòu)規(guī)則,重構(gòu)規(guī)則可以按物資種類、按應(yīng)急響應(yīng)的服務(wù)等級(jí)、按應(yīng)急響應(yīng)組織的等級(jí)結(jié)構(gòu)、按突發(fā)事件區(qū)域等進(jìn)行選擇,前提是與應(yīng)急物流總體目標(biāo)相適應(yīng);然后按照重構(gòu)規(guī)則,建立分形單元相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)集,指標(biāo)集可分為組織結(jié)構(gòu)類、運(yùn)作模式類、共享平臺(tái)類等,應(yīng)急物流可以先建立一套基礎(chǔ)指標(biāo)體系,而在戰(zhàn)時(shí)針對(duì)突發(fā)事件需要部分修改,這樣就能形成一套比較細(xì)致、準(zhǔn)確用以刻畫分形單元相似度的標(biāo)尺;最后,根據(jù)指標(biāo)集的分形單元數(shù)據(jù),采用具有分形特性的自相似度評(píng)價(jià)算法,重構(gòu)應(yīng)急物流系統(tǒng)。

重構(gòu)的基本原則是將有較大相似性的分形單元?dú)w為同一類,而將差異較大的分形單元?dú)w入不同的類。在分形單元的聚類中,需要研究分形單元之間的關(guān)系??梢允褂梅中尉S數(shù)的方法,分形維數(shù)是刻畫某個(gè)客觀事物復(fù)雜程度的尺度,將每一個(gè)分形單元看作p維空間的一個(gè)點(diǎn),并在空間定義距離,距離較近的點(diǎn)歸為一類,距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)則屬于不同的類。對(duì)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算它們的相似系數(shù),性質(zhì)越接近的評(píng)價(jià)指標(biāo),它們的相似系數(shù)越接近于1,相關(guān)性越小的評(píng)價(jià)指標(biāo)的相似系數(shù)越接近于0。將相似系數(shù)較大的評(píng)價(jià)指標(biāo)歸為一類,相似系數(shù)較小的評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于不同的類。

設(shè)xik(i=1,2,Λ,n;k=1,2,Λ,p)為第i個(gè)樣品的第k個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。即有n個(gè)同級(jí)應(yīng)急物流分形單元,有p項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),則每個(gè)分形單元都可以看成p維空間中的一個(gè)點(diǎn),n個(gè)分形單元就是p維空間中的n個(gè)點(diǎn),定義dij為分形單元i與分形單元j的在空間的距離,得到一個(gè)n×n的距離矩陣:D=(dij)n×n。分形單元的聚類基于此距離矩陣進(jìn)行,空間上各點(diǎn)之間的距離可以使用歐氏距離。類與類之間的距離計(jì)算可以使用離差平方和法,同類分形單元之間的離差平方和較小,類與類之間的離差平方和較大。

對(duì)應(yīng)急物流分形單元進(jìn)行聚類時(shí),分形間的“相似”程度可以用距離來(lái)刻畫。分形單元聚類常用的方法是在分形單元距離的基礎(chǔ)上定義類與類之間的距離,首先將n個(gè)分形單元分成n類,每個(gè)分形單元自成一類,然后每次將一定距離內(nèi)的分形單元合并為一類,這里忽略lB的設(shè)置,每次合并距離最近的兩類為一個(gè)新類,合并后重新計(jì)算類與類之間的距離,這個(gè)過(guò)程一直繼續(xù)到所有的分形單元?dú)w為一類為止,由這個(gè)過(guò)程可以得到一張聚類圖,通過(guò)聚類圖可方便的進(jìn)行分類。

根據(jù)上述分析,分形單元聚類的基本步驟如下:

計(jì)算n個(gè)分形單元兩兩間的距離,記作dij;構(gòu)造n個(gè)類,每個(gè)類只包含一個(gè)分形單元;合并距離最近的兩類為一新類;計(jì)算新類與當(dāng)前各類的距離,若類的個(gè)數(shù)等于1,轉(zhuǎn)到步驟五,否則回到步驟三;畫聚類圖;決定類的個(gè)數(shù)和類。

以上從分形單元集聚方面說(shuō)明應(yīng)急物流系統(tǒng)的重構(gòu)。實(shí)際中,分形單元間既有集聚也有分裂。每個(gè)分形單元有自適應(yīng)自組織性,可以根據(jù)其它分形單元的行為或環(huán)境的變化,不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和修改。

3.執(zhí)行。應(yīng)急物流分形單元進(jìn)行應(yīng)急物資獲得、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝卸、搬運(yùn)、包裝、配送以及信息處理等具體應(yīng)急物流活動(dòng)。各分形單元既可以自主運(yùn)作完成應(yīng)急物流子任務(wù),也可以集成和協(xié)調(diào),作為一個(gè)整體協(xié)作運(yùn)行。

4.反饋。針對(duì)突發(fā)事件的處理進(jìn)展,分階段對(duì)應(yīng)急物流的運(yùn)作情況進(jìn)行評(píng)估,調(diào)整及修正應(yīng)急物流目標(biāo)。評(píng)估內(nèi)容包括時(shí)間概況、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查處理概括、物資補(bǔ)充情況、所采取措施的效果、應(yīng)急物流運(yùn)行中存在的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)及改進(jìn)建議。

5.清算與解體。應(yīng)急物流任務(wù)結(jié)束后,分形應(yīng)急物流系統(tǒng)解體,各加盟物流單位恢復(fù)正常生產(chǎn)、運(yùn)作。在解體前,政府應(yīng)急物流中心要對(duì)加盟物流單位按合作協(xié)議進(jìn)行各項(xiàng)清算。

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)構(gòu)建框架如圖3所示。分形應(yīng)急物流系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次,第一個(gè)層次為分形單元的自優(yōu)化層次,主要設(shè)計(jì)到應(yīng)急物流系統(tǒng)微觀層面上的優(yōu)化,如企業(yè)的自組織和自優(yōu)化;第二層次為分形單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化層次,主要涉及到分形單元結(jié)構(gòu)和應(yīng)急物流系統(tǒng)加盟成員的調(diào)整和重構(gòu);第三層次為供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略優(yōu)化層次,主要涉及對(duì)應(yīng)急物流戰(zhàn)略目標(biāo)的調(diào)整、資源和約束的重新定義和劃分。

(二)分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)可定義為:分形應(yīng)急物流系統(tǒng)是由若干應(yīng)急物流分形單元組成的系統(tǒng),通過(guò)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)制,各分形單元能夠快速反應(yīng)協(xié)作,適應(yīng)突發(fā)事件環(huán)境變化。應(yīng)急物流分形單元是指能完成一定的應(yīng)急物流任務(wù),具有自相似、自組織、自優(yōu)化等功能的物流活動(dòng),是分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的基本組成單位。分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的,其動(dòng)態(tài)變化包括兩個(gè)方面:在平時(shí),應(yīng)急物流系統(tǒng)隨現(xiàn)代物流穩(wěn)定演變發(fā)展;在遇到災(zāi)害時(shí),根據(jù)突發(fā)事件實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物流系統(tǒng)快速重構(gòu)。

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)由若干相對(duì)獨(dú)立的分形單元組成,每個(gè)分形單元還可劃分下層分形單元,包含若干下層分形單元,下層分形單元受上層分形單元控制,并將其運(yùn)行結(jié)果反饋回上層分形單元,分形應(yīng)急物流系統(tǒng)的控制模型。

分形應(yīng)急物流系統(tǒng)具有的層次性和自相似性。系統(tǒng)的最上層是控制單元,其組織通常為政府應(yīng)急物流中心,它的功能職責(zé)是依據(jù)突發(fā)事件狀態(tài)、應(yīng)急救援需求等因素,定下救援目標(biāo)、擬制應(yīng)急物流計(jì)劃,并對(duì)下級(jí)分形單元提出任務(wù)要求;下層可以細(xì)分為幾個(gè)相互協(xié)作的分形單元。相對(duì)于上一層的分形單元,下層分形單元的功能職責(zé)和組織形式更明確,每一個(gè)分形單元又把自己的功能進(jìn)一步細(xì)化,以此類推。隨著功能職責(zé)的不斷細(xì)化,分形單元的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越精細(xì)化和簡(jiǎn)約,直至分解到單個(gè)的分形元胞。同層內(nèi)的分形單元具有不同的職能分工,通過(guò)協(xié)作來(lái)完成上一層分形單元所交給的任務(wù)。分形應(yīng)急物流系統(tǒng)運(yùn)作的協(xié)調(diào)度有賴于分形單元間的相似度。分形單元間的結(jié)構(gòu)相似度越大,其運(yùn)作模式上相似度越大,應(yīng)急物流系統(tǒng)的運(yùn)作協(xié)調(diào)性越好,系統(tǒng)重構(gòu)后所需付出的協(xié)調(diào)成本越低。公務(wù)員之家

四、結(jié)論

分形理論是研究自然界和人類社會(huì)中“復(fù)雜”和“不規(guī)則”事物的重要方法,已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。運(yùn)用分形理論來(lái)研究和構(gòu)建應(yīng)急物流系統(tǒng),能有效提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力和快速反應(yīng)能力,增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)突發(fā)事件環(huán)境變化的能力。應(yīng)急物流系統(tǒng)的分形研究才剛剛開(kāi)始,從理論和實(shí)踐應(yīng)用上還需要繼續(xù)深入研究。

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