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        基于協(xié)同下的應(yīng)急物流動態(tài)協(xié)同決策模型構(gòu)建與研究

        2020-08-21 09:21:04劉曉艷張廣思林秋平YANYanLIUXiaoyanZHANGGuangsiLINQiuping
        物流科技 2020年8期
        關(guān)鍵詞:調(diào)運突發(fā)事件物資

        閆 妍,劉曉艷,張廣思,林秋平 YAN Yan, LIU Xiaoyan, ZHANG Guangsi, LIN Qiuping

        (1. 新疆財經(jīng)大學(xué) 工商管理學(xué)院,新疆 烏魯木齊830013;2. 新疆維吾爾自治區(qū)教育考試院,新疆 烏魯木齊830049)

        0 引 言

        突發(fā)事件發(fā)生后,應(yīng)急救援管理最重要的環(huán)節(jié)就是保證救援物資的不間斷連續(xù)供應(yīng)。應(yīng)急物資在國外由于其根據(jù)突發(fā)事件的利害關(guān)系和應(yīng)急救援所處階段的不同,分為不同的階段。使得突發(fā)事件的應(yīng)急管理,更具目標性和針對性。要想實現(xiàn)救援物資不間斷連續(xù)供應(yīng),關(guān)鍵在于應(yīng)急物流的協(xié)同,在短時間內(nèi)協(xié)同物流與運輸方式,制定合理的配送方案和配送路線。但是,在突發(fā)事件發(fā)生的瞬間,通訊、無線設(shè)備等發(fā)生損壞,從而導(dǎo)致信息的收集困難、信息閉塞不通。再加上其爆發(fā)的突然性和極強的不確定性,使得應(yīng)急物資的供應(yīng)與配送在應(yīng)急管理初期陷入混亂之中。譬如,在突發(fā)事件發(fā)生的初期,由于信息的不對稱性和閉塞性,使得對救援物資的需求難以確定,但人們的救災(zāi)心情急迫,促使物資突然間從世界各地匯集而來,與災(zāi)區(qū)的實際需求不一致;志愿者從四面八方紛紛涌向災(zāi)區(qū),造成進入災(zāi)區(qū)的道路擁堵,真正的救援人員被困在路途中而無法到達救援目的地。大多數(shù)學(xué)者在研究突發(fā)事件的文章中也提到過,突發(fā)事件的物資供應(yīng)是一個動態(tài)的過程,但沒有提出真正的動態(tài)模型。大多數(shù)文獻的研究還是基于靜態(tài)的研究,這與突發(fā)事件的實際情況不符。鑒于以上分析,本文在充分考慮了突發(fā)事件的動態(tài)性和階段的多樣性基礎(chǔ)上,建立了突發(fā)事件發(fā)生后的物資動態(tài)調(diào)撥模型。此模型在充分考慮了應(yīng)急物資調(diào)撥的動態(tài)性情況下,大大減少了物資籌集與配送的不確定性與莽撞性。

        1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        1.1 國外研究現(xiàn)狀

        國外應(yīng)急物流發(fā)展較早,自20 世紀60年代以來已由發(fā)展期進入成熟期,以美國、日本、澳大利亞和歐洲部分國家為代表,對應(yīng)急物流體系的研究較為深入。應(yīng)急物流系統(tǒng)的建立在國外的一些發(fā)達國家,例如加拿大、澳大利亞、瑞士、新西蘭等,已經(jīng)趨于完善。這些發(fā)達國家成立了屬于自己的應(yīng)急物流機構(gòu),機構(gòu)內(nèi)的研究人員對此范疇內(nèi)的最新理念與存在的問題進行了大量研究。研究的重點主要集中在應(yīng)急管理體系[1],有關(guān)應(yīng)急物流的選址問題[2-3]、應(yīng)急物流運輸調(diào)度[4]、應(yīng)急政策法規(guī)制定[5]、應(yīng)急物流路線優(yōu)化[6]、應(yīng)急決策支持平臺構(gòu)建[6]等方面,并獲取了很多有益的研究成果。

        1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

        我國在SARS 事件突然爆發(fā)后,才開始重視應(yīng)急物流,比起一些發(fā)達國家,我國開始涉及應(yīng)急物流領(lǐng)域的時間相對落后。目前,針對應(yīng)急物流這一領(lǐng)域,我國的研究主要涉及以下幾個方面:應(yīng)急物流配送中心的選址、應(yīng)急物流運輸路徑的優(yōu)化、應(yīng)急物流的法律保障、應(yīng)急物資的調(diào)運與優(yōu)化。

        何鮮利(2014)運用了目標加權(quán)法和約束法這兩種在參數(shù)規(guī)劃中最常使用的方法,在突發(fā)事件——應(yīng)急物資在地震災(zāi)害發(fā)生后的選址問題這一視角下,從預(yù)防戰(zhàn)略的公平解決方案策略、反應(yīng)效率的解決方案策略、多種策略解決多目標的角度,建立了震后應(yīng)急物資選址的多目標規(guī)劃模型,并依靠MATLAB 軟件對此模型求解,現(xiàn)實意義表明,此模型在實際應(yīng)用中具有敏捷性和實用性[7]。

        姜卉、黃鈞(2015)等建立了數(shù)學(xué)模型,此模型的建立基于魯棒規(guī)劃的基礎(chǔ)上,較好地解決了應(yīng)急物資配送中心在受災(zāi)區(qū)應(yīng)急物資需求不確定的情形下,如何進行配送和選址的問題,使得決策能夠體現(xiàn)最優(yōu)性與魯棒性的均衡[8]。

        趙彤(2011)從系統(tǒng)的角度出發(fā),在對突發(fā)事件應(yīng)急物資的優(yōu)化配置、影響因素、調(diào)撥過程的剖析和歸納后,提出了在現(xiàn)有的調(diào)配體系基礎(chǔ)上,加入分階段反饋式的應(yīng)用,優(yōu)化了現(xiàn)有的應(yīng)急物資調(diào)配系統(tǒng)。并引入系統(tǒng)動力學(xué),闡明了系統(tǒng)內(nèi)各個因素的相互關(guān)系[9]。

        杜波在當前應(yīng)急物流決策不力的情況下,在總結(jié)應(yīng)急物流及其決策相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,指出了實際決策及現(xiàn)有研究缺少對決策主體的協(xié)同性及備選方案間協(xié)同表現(xiàn)的考慮,并給出了應(yīng)急物流協(xié)同決策問題的多指標模糊決策的方法設(shè)計及算例分析。但在其理論上偏重定性研究的問題,在協(xié)同決策方法中也未考慮應(yīng)急物流的動態(tài)時變性[10]。

        夏萍(2010)提出,應(yīng)急物資的分配,應(yīng)隨著突發(fā)事件發(fā)生后所處情境的不同,方案應(yīng)實時的變化。因為在突發(fā)事件發(fā)生的瞬間,各種消息無從收集,而越往后期,信息的收集越趨于準確和明朗。并指出,此分配應(yīng)是一個動態(tài)的過程。通過需求不斷變化的及時反饋信息,來調(diào)整分配的方案和策略,以更好地迎合受災(zāi)區(qū)對救援物資的需求。但是未能給出一個動分配決策模型[11]。

        從已有的研究成果可以看出國內(nèi)學(xué)者在對應(yīng)急物流相關(guān)問題的研究中,已經(jīng)得出了很多學(xué)術(shù)研究成果,這些成果對今后應(yīng)急物流的深入研究,有重要參考價值和實際意義。然而在應(yīng)急物流的協(xié)同決策這一最新的研究視角下,雖然已有學(xué)者明確說明對其研究的首要性和實踐性,但深入、系統(tǒng)、具體的研究尚未展開,其涉及到的相關(guān)理論尚未形成。從前文已有的研究中可以得知,目前,在應(yīng)急物流領(lǐng)域所取得的一些研究成果,雖然和應(yīng)急物流的協(xié)同決策這一視角,沒有直接的聯(lián)系。但其成熟的理論基礎(chǔ),為這一視角今后所開展的研究,賦予了頗具價值的參考和借鑒意義。

        2 應(yīng)急物資協(xié)同動態(tài)調(diào)撥規(guī)劃模型

        2.1 問題的描述

        設(shè)整個救援期間有m 個地區(qū)受災(zāi),需要應(yīng)急物資e 種,由i 個單純應(yīng)急物資供應(yīng)點進行供應(yīng)。應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點只進行物資的中轉(zhuǎn)庫存和轉(zhuǎn)運。應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點從單純應(yīng)急物資供應(yīng)點接收物資后,由T 個階段進行持續(xù)供應(yīng),在保證受災(zāi)地區(qū)在各個階段需求的情況下,確定應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的庫存量和上下兩級的調(diào)運分配量,使得應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)在整個應(yīng)急救援期間的運作費用最少。

        先作如下假設(shè):

        (1)動態(tài)調(diào)運規(guī)劃期間已知;

        (2)應(yīng)急物資a 從單純應(yīng)急物資供應(yīng)點到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)點、從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)點到受災(zāi)地區(qū)運輸?shù)膯挝贿\輸成本已知,并假定在整個動態(tài)調(diào)運規(guī)劃期間內(nèi)保持不變;

        (3)應(yīng)急救援物資的種類e 為已知,且各種類的應(yīng)急物資可存儲于同一倉庫中;

        (4)每個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的平均調(diào)運費用函數(shù)已知;

        (5)單純應(yīng)急物資供應(yīng)點供應(yīng)第a 類物資的數(shù)量已知;

        (6)應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c 的倉庫庫存容量己知;

        (7)在動態(tài)調(diào)運各階段中,受災(zāi)城地區(qū)對第a類應(yīng)急物資的需求函數(shù)已知;

        (8)應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c單位物資、單位階段的庫存費用已知;

        (9)從單純應(yīng)急物資供應(yīng)點到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點、應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點到受災(zāi)地區(qū)的平均運送時間已知;

        (10)受災(zāi)地區(qū)接收到應(yīng)急救援物資后能夠順暢的分發(fā),且采取一次調(diào)運的策略,即每階段內(nèi)不分批次調(diào)運而采取某階段初始時一次調(diào)運。

        2.2 參數(shù)與變量設(shè)置

        t:在此期間所劃分的階段,t=1,2,3,…,T;

        a:應(yīng)急物資種類,a=1,2,3,…,e;

        b:單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點,b=1,2,…,i;

        c:應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點,c=1,2,3,…,j;

        h:受災(zāi)地區(qū),h=1,2,3,…,m;

        Aab:單純應(yīng)急物資供應(yīng)點b的第a種應(yīng)急物資的供應(yīng)量,a=1,2,3,…,e;b=1,2,…,i;

        Btac:在t階段,應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c的第a種應(yīng)急物資的調(diào)撥量,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;

        Vc:應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c的倉儲容量上限,c=1,2,3,…,j;

        Etah:在t階段,受災(zāi)地區(qū)h對第a類應(yīng)急物資的需求量,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;h=1,2,3,…,m;

        Fabc:從單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點b調(diào)撥到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c的第a類物資的需求量,a=1,2,3,…,e;b=1,2,…,i;c=1,2,3,…,j;

        Dtach:在t階段,從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c運送至受災(zāi)地區(qū)h的第a類物資的數(shù)量,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        fabc:把第a類應(yīng)急物資從單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點b運送至應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c的單位運輸費用,a=1,2,3,…,e;b=1,2,…,i;c=1,2,3,…,j;

        Ktach:在t階段,把第a類應(yīng)急物資從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c運送至受災(zāi)地區(qū)h的單位運輸費用,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        Gtac:在t階段,從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點調(diào)撥第a類應(yīng)急物資的平均調(diào)撥費用(此費用與調(diào)撥的數(shù)量相關(guān)),t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;

        Htac:從t階段轉(zhuǎn)移至t+1 階段時,應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c剩余每單位應(yīng)急物資a的庫存占用費用,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;

        Qtac:在t階段,應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c的第a類應(yīng)急物資的庫存數(shù)量,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;

        Tbc:從單純的供應(yīng)點b運送物資至應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c所需的時間,b=1,2,…,i;c=1,2,3,…,j;

        Tch:從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c運送至物資至受災(zāi)地區(qū)h所需的時間,c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        Xabc=1 正常情況下從單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點b到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c有應(yīng)急物資a流通,b=1,2,…,i;c=1,2,3,…,j;

        Xabc=0 非正常情況下從單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點b到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c沒有應(yīng)急物資a流通(例如發(fā)生次生災(zāi)害,原有的道路無法正常通行),a=1,2,3,…,e;b=1,2,…,i;c=1,2,3,…,j;

        Xtach=1 在t階段,在正常情況下從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c到受災(zāi)地區(qū)h有應(yīng)急物資a流通,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        Xtach=0 在t階段,非正常情況下從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c到受災(zāi)地區(qū)h沒有應(yīng)急物資a流通(例如發(fā)生次生災(zāi)害,原有的道路無法正常通行),t=1,2,3,…,T;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        Ltach=1 在t階段,從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c調(diào)撥第a類物資到受災(zāi)地區(qū)h,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m;

        Ltach=0 在t階段,從應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點c不調(diào)撥第a類物資到受災(zāi)地區(qū)h,t=1,2,3,…,T;a=1,2,3,…,e;c=1,2,3,…,j;h=1,2,3,…,m。

        2.3 模型建立

        此模型是一個非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型,是考慮了應(yīng)急物資的多類別、應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的容量約束、運輸路徑隨時間的變化而動態(tài)變化、應(yīng)急物資的需求量隨階段變化的動態(tài)調(diào)撥規(guī)劃模型。式(1)是此動態(tài)規(guī)劃模型的目標函數(shù),目標函數(shù)Z1表示從單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點到應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點、應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點到受災(zāi)地區(qū)的應(yīng)急物資的聯(lián)動調(diào)運,使得整個應(yīng)急物資調(diào)運系統(tǒng)各階段內(nèi)的運輸費用、調(diào)運費用和庫存費用之和最?。荒繕撕瘮?shù)Z2表示整個動態(tài)規(guī)劃期間內(nèi),整個應(yīng)急物資調(diào)運系統(tǒng)所需要的總的調(diào)運時間最小。式(2)至式(4)是轉(zhuǎn)運平衡的約束條件;式(5)表示的是各應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)網(wǎng)點庫存狀態(tài)的連續(xù)關(guān)系;式(6)表示各應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)網(wǎng)點的庫存容量限制;式(7)表示某一階段某個受災(zāi)地區(qū)所需的第a 類應(yīng)急物資僅能由一個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點供應(yīng);式(8)為應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的調(diào)運費用,是一個關(guān)于中轉(zhuǎn)供應(yīng)點流量的分段函數(shù);式(9)為非負變量約束;式(10)為0,1 變量約束。

        3 算例分析

        設(shè)某一重大突發(fā)事件救援期間的救援物資調(diào)運任務(wù),有10 個單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點和4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點。聯(lián)動調(diào)運4 類應(yīng)急物資到10 個受災(zāi)地區(qū)。單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點的物資到達應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點后,分3 個階段持續(xù)滿足受災(zāi)地區(qū)的物資需求。需確定整個調(diào)度規(guī)劃期內(nèi),調(diào)度系統(tǒng)最小費用以及運輸和存儲費用。

        (1)10 個純供應(yīng)點供應(yīng)4 類應(yīng)急物資的數(shù)量(單位:個)。

        (2)4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點倉容量上限(單位:kg)。

        (3)3 個階段,10 個受災(zāi)區(qū)對4 類應(yīng)急物資的需求量(單位:個)。

        (4)從階段t 到t+1 階段時,4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點剩余4 類應(yīng)急物資每單位的存儲費用(單位:元)。

        (5)從10 個單純的應(yīng)急物資供應(yīng)點到4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點運輸4 類應(yīng)急物資的每單位運輸費用(單位:元)。

        (6)階段t,從4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點到10 個受災(zāi)區(qū)運輸4 類應(yīng)急物資的每單位運輸費用(單位:元)。

        (7)階段t,從4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點調(diào)運4 類應(yīng)急物資的平均調(diào)度費用(單位:元)。

        (8)從10 個純供應(yīng)點到4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的供應(yīng)物資的平均到達時間(單位:分鐘)。

        (9)從4 個應(yīng)急物資中轉(zhuǎn)供應(yīng)點的供應(yīng)物資到10 個受災(zāi)地區(qū)的平均到達時間(單位:分鐘)。

        用MATLABR 編程求解此動態(tài)調(diào)撥規(guī)劃模型,隨機運行10 次,平均計算時間為6 秒。表1 是算法隨機運行10 次,最優(yōu)一次運行結(jié)果下的各階段費用組成情況。

        算例尋優(yōu)過程表明該算法能獲得良好的收斂性能。

        4 小 結(jié)

        本文在充分考慮了突發(fā)事件的動態(tài)性、協(xié)同性和階段的多樣性的基礎(chǔ)上對需求動態(tài)變化的應(yīng)急物資分配問題進行了系統(tǒng)的研究,從而引入受災(zāi)點應(yīng)急物資需求動態(tài)變化的概念,同時根據(jù)實際情況下存在的應(yīng)急物資分配問題的多階段性建立了協(xié)同動態(tài)調(diào)撥規(guī)劃模型。但是非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后,情景處于不斷的變化之中,在基于調(diào)撥規(guī)劃模型中,所考慮的因素,也應(yīng)涉及的范圍更廣。比如受災(zāi)群眾的心理變化等,這些因素對于決策方案的生成,事件演化的方向,也會產(chǎn)生一定的作用。因此,針對非常規(guī)突發(fā)事件的具體情況,應(yīng)把“情景—應(yīng)對”這一理論在突發(fā)事件中的應(yīng)用,不斷成熟和深入。將受災(zāi)群眾的情感和內(nèi)心等因素,也逐漸添加進決策模型的構(gòu)建之中,使基于“情景—應(yīng)對”這一理論下的應(yīng)急物流決策模型不斷完善。

        表1

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