應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)需求緩沖策略設(shè)計(jì)*

陳蓋凱，孫綱要，張 晶

（1.空軍西安飛行學(xué)院，西安 710306；2.陜西省社保局，西安 710000）

應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)需求緩沖策略設(shè)計(jì)*

陳蓋凱1，孫綱要1，張 晶2

（1.空軍西安飛行學(xué)院，西安 710306；2.陜西省社保局，西安 710000）

航空裝備是空軍武器裝備的主體，做好航材保障工作對于充分發(fā)揮裝備作戰(zhàn)效能，確保裝備的作戰(zhàn)使用具有重要意義。描述了應(yīng)急需求沖擊條件下緩沖控制問題，建立了應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)影響緩存因素模型，進(jìn)而建立了完整的應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)框架，并進(jìn)行了應(yīng)急航材緩存分配建模。分別采用BP-GA方法對應(yīng)急航材需求進(jìn)行測算；保噪正態(tài)分布進(jìn)行了緩沖策略公式的推演，需求沖能模型進(jìn)行了單個(gè)緩存分配，并結(jié)合算例說明了其有效性。

應(yīng)急航材，配送網(wǎng)絡(luò)，需求緩沖策略，BP-GA方法

0 引言

應(yīng)急航材庫存策略主要包括經(jīng)常性庫存和補(bǔ)貨策略，主要受到應(yīng)急航材的需求和備貨速率的影響。庫存策略的好壞是應(yīng)急條件下航材保障率的重要因素，具有統(tǒng)攬全局的基礎(chǔ)性作用。多需求點(diǎn)多配送中心的應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)需求緩沖問題，更是具非線性、動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性等應(yīng)急特征。但是仍然可以轉(zhuǎn)化為物流庫存策略問題。因此，以應(yīng)急航材需求為切入點(diǎn)，重點(diǎn)研究需求沖擊帶來的應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)需求映射規(guī)律和緩沖策略模型，解決應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)性問題。

1 應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)需求緩沖策略設(shè)計(jì)框架

應(yīng)急航材是一種潛在需求的航材，只有在發(fā)生災(zāi)害事件后才會(huì)使用該航材。雖然應(yīng)急事件越來越多，但仍然屬于一個(gè)小概率事件。應(yīng)急事件發(fā)生造成需要大量的應(yīng)急物資，其缺貨成本也是較難估量的。因此，應(yīng)急航材的需求頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平時(shí)航材的需求頻率，確定應(yīng)急航材的緩存量和訂購量是其中的關(guān)鍵問題。應(yīng)急航材緩存控制，是一個(gè)需求量大、需求波動(dòng)性強(qiáng)、缺貨率低的庫存控制模型，目標(biāo)是保證較高的應(yīng)急航材保障率。

1.1 問題描述

本文的研究問題是在應(yīng)急航材需求沖擊情況下航材緩存如何進(jìn)行確定。假設(shè)有m個(gè)需求節(jié)點(diǎn)C，有n個(gè)存貯節(jié)點(diǎn)V，有l(wèi)個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)P，如圖1所示。當(dāng)應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)，可能出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)急需求點(diǎn)，也可能調(diào)用多個(gè)配送中心的緩存。

整個(gè)應(yīng)急航材配送的動(dòng)力特征是由應(yīng)急需求的自由變換，逆向傳導(dǎo)至應(yīng)急航材緩存，從而導(dǎo)致突出消耗的極大不確定性，進(jìn)而影響緩沖控制策略的實(shí)時(shí)調(diào)整。因此，面向應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)的主要問題有3個(gè)：①應(yīng)急航材需求預(yù)測問題，②應(yīng)急需求引發(fā)的緩沖策略如何變化，③應(yīng)急航材需求的沖擊程度使得各個(gè)緩存如何優(yōu)化。解決這3個(gè)子問題的最終目標(biāo)是保證各個(gè)需求節(jié)點(diǎn)在遭受需求沖擊時(shí)都能夠保持較高的保障率SR。

圖1 應(yīng)急航材配送節(jié)點(diǎn)對庫存的影響模型

1.2 設(shè)計(jì)框架

本文問題是將一種或多種航材從一個(gè)或多個(gè)工廠，在一定時(shí)間、空間范圍內(nèi)運(yùn)送至一個(gè)或多個(gè)需求點(diǎn)，結(jié)果能達(dá)到較高的應(yīng)急航材保障率。解決方法采取逆向思維，著眼應(yīng)急航材額定保障率，以各點(diǎn)需求的需求特性為突破口，進(jìn)行應(yīng)急航材緩沖控制策略動(dòng)態(tài)展開。所謂應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)就是在隨機(jī)需求沖擊能量，尋求最優(yōu)的需求測算及緩沖控制策略，使得所有緩存通過運(yùn)力綜合調(diào)配應(yīng)急航材至各個(gè)需求點(diǎn)，使得需求滿足度達(dá)到額定保障率以上的最優(yōu)化技術(shù)或方法。整個(gè)其設(shè)計(jì)過程如圖2所示。

圖2 應(yīng)急航材需求沖擊的多址庫存動(dòng)態(tài)優(yōu)化框架

綜上所述，在分析應(yīng)急航材需求與應(yīng)急緩存特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建額定航材保障率條件下，面向應(yīng)急需求沖擊的單周期緩存可拓設(shè)計(jì)模型，該模型包括應(yīng)急緩沖策略子模型和單個(gè)緩存量分配設(shè)計(jì)子模型。

2 應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略建模

應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)主要受到運(yùn)輸距離、應(yīng)急航材需求的隨機(jī)性、到貨時(shí)間及到貨量的不確定性等隨機(jī)因素影響。在第1階段采用GA-BP智能非線性模型進(jìn)行應(yīng)急航材需求預(yù)測。第2階段采用基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)與目標(biāo)規(guī)劃相結(jié)合的方法建立總體緩沖策略以及單個(gè)緩存分配設(shè)計(jì)模型。其中，應(yīng)急航材的預(yù)測量作為下一個(gè)時(shí)段的總緩存量更新值。具體步驟如圖3所示。

圖3 應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)步驟

2.1 基于BP-GA的應(yīng)急航材需求測算

基于應(yīng)急航材配送歷史數(shù)據(jù)，識別影響應(yīng)急航材需求的因素集合Ω，建立影響因素和應(yīng)急航材需求向量C之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。利用其?fù)雜的非線性映射公式f∶Ω→C，進(jìn)行緊后時(shí)段應(yīng)急航材需求測算。具體步驟主要包括應(yīng)急航材需求影響指標(biāo)構(gòu)建和GA-BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與解算，如下頁圖4所示。

圖4 基于BP-GA的應(yīng)急航材需求測算流程

2.1.1 應(yīng)急航材需求測算指標(biāo)構(gòu)建

結(jié)合空軍某部隊(duì)調(diào)研結(jié)論，經(jīng)專家評議確定的影響航材消耗量的主要因素如圖5所示。

圖5 應(yīng)急航材需求影響因素指標(biāo)體系

結(jié)合上述因素分析，可以得到影響航空維修備件需求的指標(biāo)如下：飛機(jī)使用數(shù)量s1，飛機(jī)飛行強(qiáng)度s2，飛行科目難度s3，航材使用壽命s4，航材故障率s5，航材管理水平s6，自然災(zāi)害情況s7，社會(huì)政治情況s8，傳染疾病情況s9，戰(zhàn)爭態(tài)勢情況s10，維修差錯(cuò)概率s11，航材修復(fù)能力s12。

2.1.2 BP-GA算法設(shè)計(jì)

BP-GA算法步驟如圖6所示。

圖6 GA-BP算法詳細(xì)步驟

其中，運(yùn)用遺傳算法GA優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP的主要步驟如下：

（1）初始化種群；

（2）計(jì)算評價(jià)函數(shù)。按照下式計(jì)算的概率值選擇網(wǎng)絡(luò)個(gè)體：

其中，fi為個(gè)體i的適配值，可用誤差平方和E來衡量，即：

其中，i=1，2，…，N為染色體數(shù)；k=1，…，4為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，本文中k取1；p=1，…，6為訓(xùn)練樣本數(shù)；Tk為期望輸出值；

（3）執(zhí)行交叉和變異操作；

（4）將新個(gè)體插到種群，計(jì)算其評價(jià)函數(shù)；

（5）進(jìn)行誤差條件判定。如果達(dá)到預(yù)定值，則轉(zhuǎn)入步驟（6）。反之，則轉(zhuǎn)入步驟（3）；

（6）以GA的得到的優(yōu)化值為BP網(wǎng)絡(luò)的閾值、權(quán)值。進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，直到達(dá)到預(yù)設(shè)精度。

2.1.3 算例

選取西北部某戰(zhàn)區(qū)2012年1月～12月航材保障數(shù)據(jù)。將每月數(shù)據(jù)作為一個(gè)子樣本。子樣本1月～11作為訓(xùn)練樣本，子樣本12作為測試樣本。通過采用GA算法（種群規(guī)模50，遺傳代數(shù)110）對所建立的BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行權(quán)閾值優(yōu)化，通過仿真計(jì)算，GA算法在90代數(shù)時(shí)已經(jīng)達(dá)到了收斂要求和適應(yīng)度要求。BP-GA網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差變化如圖7所示。

圖7 BP-GA網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差變化圖

2.2 基于保噪正態(tài)分布的應(yīng)急航材緩沖制

2.2.1 訂貨周期計(jì)算公式

根據(jù)額定保障率缺貨次數(shù)Ne：

其中，f（di）為服從正態(tài)分布的需求量密度函數(shù)。

表1 應(yīng)急航材需求歷史數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果

則訂貨周期為：

2.2.2 再訂貨點(diǎn)計(jì)算公式

根據(jù)ROP的構(gòu)成形式，它是由訂貨提前期內(nèi)所需的航材量和航材安全庫存量Vs構(gòu)成：

2.2.3 安全緩存計(jì)算公式

令表示應(yīng)急航材保障率，Z表示航材緩存安全系數(shù)。那么有：

由于應(yīng)急航材需求特性，根據(jù)不低于額定保障率的應(yīng)急航材保障要求，求出應(yīng)急航材的安全緩存為：

2.2.4 訂貨量計(jì)算公式

安全緩存系數(shù)反映了應(yīng)急航材管理人員對應(yīng)急航材保障程度的基本要求。通過查詢標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)表，并結(jié)合式（8）和式（9），得到應(yīng)急航材保障率和安全緩存系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表，如表2所示。

表2 正態(tài)分布情況下的安全緩存系數(shù)表

2.3 基于需求沖能的應(yīng)急航材緩存分配設(shè)計(jì)

根據(jù)上一步驟得到了應(yīng)急航材的總體緩存控制策略，提出應(yīng)急航材需求沖能ENI的概念。應(yīng)急航材沖量通過應(yīng)急需求點(diǎn)對航材的需求量和需求分布加以描述，表征所有應(yīng)急點(diǎn)對各個(gè)應(yīng)急航材配送中心需求能量的總和。

圖8 應(yīng)急航材需求沖擊的緩存分配態(tài)勢圖

則數(shù)學(xué)模型如下：

式中，ENI（V）為所有配送中心的需求沖能總和。

3 小結(jié)

本文研究了應(yīng)急需求沖擊條件下的緩沖策略設(shè)計(jì)。結(jié)合應(yīng)急航材需求特性，給出了應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)緩沖策略的變量和設(shè)計(jì)方法；接著，描述了應(yīng)急需求沖擊條件下緩沖控制問題，建立了應(yīng)急航材配送網(wǎng)絡(luò)影響緩存因素模型，進(jìn)而建立了完整的應(yīng)急航材需求沖擊的緩沖策略設(shè)計(jì)框架；最后，進(jìn)行了應(yīng)急航材緩存分配建模。分別采用BP-GA方法對應(yīng)急航材需求進(jìn)行測算，保噪正態(tài)分布進(jìn)行了緩沖策略公式的推演，需求沖能模型進(jìn)行了單個(gè)緩存分配，并結(jié)合算例說明了其有效性。

［1］王子軍.建立突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急處理物資儲(chǔ)備機(jī)制的探討［J］.中國衛(wèi)生管理，2004，20（6）：502-503.

［2］曹麗.戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備規(guī)模優(yōu)化問題分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2006，8（4）：18-20.

［3］秦軍昌，王刊良.基于跨期的應(yīng)急物資庫存模型［J］.系統(tǒng)管理學(xué)報(bào)，2009，18（1）：100-106.

［4］岳金柱，馮仲科，姜偉.運(yùn)用信息嫡構(gòu)建森林消防物資儲(chǔ)量優(yōu)化模型研究［J］.森林防火，2007（1）：9-10，13.

［5］張自立，李向陽，王桂森.基于生產(chǎn)能力儲(chǔ)備的應(yīng)急物資協(xié)議企業(yè)選擇研究［J］.運(yùn)籌與管理，2008，18（1）：146-150，162.

［6］Ozdamar L，Ekinci E.Emergency Logistics Planning in Natural Disasters［J］.Annals of Operations Research，2004：217-245.

Demand Buffering Strategy Design for Emergency Aircraft Materiel Distribution Network

CHEN Gai-kai1，SUN Gang-yao1，ZHANG Jing2
（1.The Xi’an Aviation College，Xi’an 710306，China；
2.Shaanxi Social Insurance，Xi’an 710000，China）

Aviation equipment is the principal of the Air Force weapons,and the aircraft materials security work is essential to fully equipped combat effectiveness，and ensure that the equipment operational use.This article describes the buffer control problem under emergency needs impact condition，and establish model for emergency needs impact condition，and establish model for emergence aircraft materials distribution.BP-GA methods are used for the emergence needs of aircraft materials calculation:Normal distribution conducted buffering strategy formula deduction，demand impulse energy model carried out single cache allocation，combined buffering strategy formula deduction，demand impulse energy model carried out single cache allocation，combined with example shows its effectiveness.

emergency materials，distribution network，demand buffering strategy，BP-GA method

TP301

A

1002-0640（2015）03-0121-04

2014-01-18

2014-03-19

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61174154）

陳蓋凱（1982- ），男，山西聞喜人，博士。研究方向：管理科學(xué)與工程，航空機(jī)載武器系統(tǒng)論證與綜合保障。