基于任務(wù)器材保障的虛擬倉(cāng)庫(kù)DC成員篩選*

王鐵寧，楊 帆*，于雙雙，高 晟，吳龍濤

（1.陸軍裝甲兵學(xué)院，北京100072；3.解放軍96631部隊(duì)，北京102206；3.解放軍96172部隊(duì)，江西 樂(lè)平333300）

0 引言

近年來(lái)，為了增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力，提高國(guó)家軍事實(shí)力，更好地應(yīng)對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)的不斷變換，我軍舉辦或參加的聯(lián)合軍演、出國(guó)競(jìng)演、閱兵等非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事任務(wù)越來(lái)越多，需要承擔(dān)的裝備器材保障任務(wù)也越來(lái)越重。隨著軍改的不斷深化，習(xí)近平主席在十九大開(kāi)幕式上，進(jìn)一步提出了必須“發(fā)展新型作戰(zhàn)力量和保障力量，提高基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力”、“形成軍民融合深度發(fā)展格局”。而軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)，作為一種新型的倉(cāng)庫(kù)形態(tài)，改變了傳統(tǒng)的實(shí)體倉(cāng)庫(kù)保障模式，為軍事任務(wù)過(guò)程中器材保障提供了一種新思想和新策略。同時(shí)，在軍事任務(wù)器材保障過(guò)程中，虛擬倉(cāng)庫(kù)允許地方配送中心和地方生產(chǎn)商加入，更加適應(yīng)軍民融合需要，對(duì)提高保障效益，降低保障成本具有重要意義。

虛擬倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)成成員，包括軍隊(duì)成員和地方成員。成員的選擇，尤其是地方成員的選擇，對(duì)虛擬倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建成敗至關(guān)重要。在對(duì)任務(wù)器材保障過(guò)程中，選擇合適的地方成員，能夠?qū)崿F(xiàn)互利共贏，保障任務(wù)順利進(jìn)行。而成員選擇不當(dāng)，不僅無(wú)法發(fā)揮虛擬倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，還可能威脅到整個(gè)軍事任務(wù)的成功。當(dāng)前對(duì)虛擬倉(cāng)庫(kù)的研究，大多集中在其組織模式和組建方式上［1-3］，對(duì)虛擬倉(cāng)庫(kù)成員的選擇文獻(xiàn)則相對(duì)較少。文獻(xiàn)［4］通過(guò)初選、分類(lèi)、精選、評(píng)價(jià)等步驟，采用模糊聚類(lèi)分析法及模糊層次分析法對(duì)虛擬組織成員進(jìn)行選擇與優(yōu)化；文獻(xiàn)［5］對(duì)聯(lián)盟成員的服務(wù)水平、硬件條件以及合作條件等進(jìn)行考量，建立基于佳點(diǎn)集遺傳算法的混合聚類(lèi)方法對(duì)成員進(jìn)行篩選。這些文獻(xiàn)均為虛擬倉(cāng)庫(kù)成員的選擇提供了一定參考，但是都沒(méi)有區(qū)分軍隊(duì)成員和地方成員，也沒(méi)有考慮虛擬倉(cāng)庫(kù)服務(wù)對(duì)象特性，不適用于基于任務(wù)器材保障的成員篩選。

本文在任務(wù)器材保障的基礎(chǔ)上，對(duì)組建虛擬倉(cāng)庫(kù)的地方配送中心DC（Distribution Center）成員進(jìn)行篩選。以保障成本最低為目標(biāo)，綜合考慮DC成員之間的互斥性、保障安全性、任務(wù)成功性、配送準(zhǔn)時(shí)性等實(shí)際要求，結(jié)合DC自身核心能力，建立篩選模型。采用SOFM和量子遺傳算法，結(jié)合實(shí)例求解驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的篩選方法。

1 問(wèn)題描述

Thomas于1995年首次提出“虛擬倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)”［6］，Mike P.Clarke進(jìn)一步對(duì)定義進(jìn)行了完善［7］，虛擬倉(cāng)庫(kù)理論最早便在軍事領(lǐng)域中誕生了。軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)不同于傳統(tǒng)的實(shí)物倉(cāng)庫(kù)，是為了滿足一定軍事目標(biāo)下物資儲(chǔ)備及供應(yīng)需求，應(yīng)用供應(yīng)鏈管理技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)，將所選實(shí)體倉(cāng)庫(kù)、指揮機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)商、供應(yīng)商等物流成員銜接起來(lái)，組成一個(gè)軍事物資保障聯(lián)盟，為統(tǒng)一軍事任務(wù)服務(wù)的臨時(shí)性組織。其整合了多個(gè)實(shí)體倉(cāng)庫(kù)及物流資源，能夠跨越時(shí)間與空間的限制，實(shí)現(xiàn)物資的統(tǒng)一管理和調(diào)度。因其具有針對(duì)性、動(dòng)態(tài)性、共享性、虛擬性和臨時(shí)性等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)最低化成本、最優(yōu)化服務(wù)及最優(yōu)化調(diào)配［8］，因此，是未來(lái)軍事任務(wù)器材保障的主要模式。

在采用軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)模式對(duì)任務(wù)進(jìn)行器材保障時(shí)，其組織成員包括軍隊(duì)成員和地方成員，具體包括：軍隊(duì)倉(cāng)庫(kù)、軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)指揮中心、任務(wù)器材預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)、地方配送中心及地方生產(chǎn)商。運(yùn)作過(guò)程中其物流和信息流如圖1所示。其中軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)作為一個(gè)臨時(shí)性的組織，其實(shí)體并不存在，而是通過(guò)由指揮中心對(duì)組織中實(shí)體成員進(jìn)行聯(lián)合控制和協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)及策略集［9］。根據(jù)文獻(xiàn)［9］，軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)收到軍事任務(wù)器材需求之后，通過(guò)分析各個(gè)成員所擁有的器材信息，根據(jù)實(shí)際情況及最優(yōu)化策略，組織各個(gè)成員向任務(wù)器材預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)的臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)供應(yīng)器材。實(shí)際任務(wù)預(yù)置儲(chǔ)備器材由器材生產(chǎn)商、地方配送中心及軍隊(duì)倉(cāng)庫(kù)3部分供給，同時(shí)，地方配送中心與軍隊(duì)倉(cāng)庫(kù)的缺貨器材也由生產(chǎn)商進(jìn)行補(bǔ)給。

圖1 軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)構(gòu)成圖

由圖1可以看出，軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)中，地方成員和軍隊(duì)成員都是必不可少的組成部分，其中地方配送中心，可以分擔(dān)通用器材保障的大量任務(wù)。因此，在組建虛擬倉(cāng)庫(kù)時(shí)，必須對(duì)其成員組成進(jìn)行嚴(yán)格、準(zhǔn)確篩選，綜合考慮各可選成員的核心能力，結(jié)合任務(wù)實(shí)際要求，同時(shí)盡可能降低保障成本，構(gòu)建軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)DC的成員篩選模型。

2 模型構(gòu)建

假設(shè)有N個(gè)地方DC可供選擇，已知任務(wù)器材保障中有D單位器材由DC向預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)供應(yīng)，Di表示第i個(gè)DC向器材預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)配送器材數(shù)量，1≤i≤N；Xi表示第i個(gè)DC是否被選為虛擬倉(cāng)庫(kù)成員的0-1決策變量，Xi=1表示選擇第i個(gè)DC作為組織成員，Xi=0表示不選擇第i個(gè)DC作為組織成員；T表示任務(wù)開(kāi)始前允許配送總時(shí)長(zhǎng)。

2.1 約束條件分析

2.1.1核心能力

DC核心能力是競(jìng)爭(zhēng)能力和服務(wù)能力的綜合指標(biāo)，是其能為軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)貢獻(xiàn)的關(guān)鍵。只有具備了虛擬倉(cāng)庫(kù)所需的核心能力，為組織提供服務(wù)，才可能被選為虛擬倉(cāng)庫(kù)成員。本文認(rèn)為，在對(duì)軍事任務(wù)器材進(jìn)行保障時(shí)，DC核心能力可由圖2所示7個(gè)方面表征。其中企業(yè)規(guī)模越大、信譽(yù)越佳、市場(chǎng)占有率越高，表明該DC較其他企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力越強(qiáng)，成本效益越高；自動(dòng)化程度和庫(kù)存管理信息化水平越高，則越能適應(yīng)軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)的快速響應(yīng)能力；同時(shí)自身持有器材質(zhì)量及受交通、地理位置、企業(yè)物流設(shè)施等影響的配送能力越高，則表明該中心可提供的服務(wù)越好。

圖2 DC核心能力指標(biāo)

通過(guò)對(duì)7個(gè)指標(biāo)的分析，本文將DC核心能力分為極佳、較優(yōu)、普通及較差4類(lèi)。在對(duì)成員進(jìn)行選擇時(shí)，至少要求該DC屬于極佳或較優(yōu)類(lèi)。令ki表示第i個(gè)DC所屬類(lèi)別數(shù)，數(shù)字越小，核心能力越強(qiáng)，Ki表示核心能力篩選指標(biāo)。則當(dāng)ki=1或ki=2時(shí)，Ki=1，否則，Ki=0。則有

式（1）為保證所選DC核心能力屬于前兩類(lèi)。

2.1.2任務(wù)成功性

軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)作為服務(wù)性、暫時(shí)性的組織，對(duì)其成員進(jìn)行選擇時(shí)，不僅要考慮成員自身核心能力，還必須對(duì)各成員完成任務(wù)能力進(jìn)行考量，以保障任務(wù)的高效完成。令A(yù)表示器材保障的任務(wù)成功率，則有

2.1.3危險(xiǎn)性

軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)成員為軍事任務(wù)服務(wù)，其安全性是必須考慮的因素之一。假設(shè)每個(gè)DC在將器材運(yùn)送到預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)過(guò)程中，途經(jīng)危險(xiǎn)路段的概率以及運(yùn)送不等量器材受到威脅的程度各不相同，令σi表示第i個(gè)DC運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性系數(shù)，Q表示軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)組織所能承受的最大危險(xiǎn)性，則有

2.1.4成員互斥性

2.1.5準(zhǔn)時(shí)性

所選虛擬組織成員，必須能夠?qū)⑺杵鞑募皶r(shí)運(yùn)送到器材預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)。令di表示第i個(gè)DC到預(yù)置器材儲(chǔ)備點(diǎn)的距離，vi表示第i個(gè)DC的平均配送速度，則有

2.2 目標(biāo)函數(shù)

模型的目標(biāo)函數(shù)為盡可能降低軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)任務(wù)器材保障成本，包括運(yùn)輸成本、協(xié)調(diào)成本及安全成本。令C表示總成本，csi表示第i個(gè)配送中心單位器材每公里運(yùn)輸成本，cw表示單位危險(xiǎn)度成本，cx表示單位成員協(xié)調(diào)成本，則

其中，式（6）中等號(hào)右邊第1部分表示運(yùn)輸總成本，由所選DC成員的單位器材每公里運(yùn)輸成本與器材運(yùn)輸量、器材運(yùn)輸距離相乘得出；第2部分為虛擬倉(cāng)庫(kù)的安全成本，由所選DC成員的單位危險(xiǎn)度成本與危險(xiǎn)度系數(shù)、運(yùn)輸器材數(shù)量相乘得出；第3部分為虛擬倉(cāng)庫(kù)的協(xié)調(diào)成本，由所選DC成員單位協(xié)調(diào)成本及互斥系數(shù)相乘得出，其中危險(xiǎn)度系數(shù)及互斥系數(shù)由專家對(duì)DC實(shí)地調(diào)研得出。根據(jù)文獻(xiàn)［9］，軍方統(tǒng)一承擔(dān)器材采購(gòu)成本，與所選DC無(wú)關(guān)，因此，對(duì)地方配送中心成員選擇目標(biāo)函數(shù)中不考慮器材的采購(gòu)成本。

2.3 篩選模型

由上述分析，可建立軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)DC篩選模型。

3 算例分析

借鑒文獻(xiàn)［10］，本文作如下基于任務(wù)的器材保障想定：假設(shè)擬在內(nèi)蒙古某地舉行聯(lián)合軍演，采用軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)模式對(duì)軍演裝備器材進(jìn)行供應(yīng)與保障。在軍演區(qū)域內(nèi)設(shè)有一個(gè)器材預(yù)置儲(chǔ)備點(diǎn)，由地方配送中心供應(yīng)的器材需求量為50小修基數(shù)，要求在60 h內(nèi)將這些器材調(diào)度到位。

3.1 核心能力分類(lèi)

本文將DC核心能力分為4類(lèi)，1到4類(lèi)分別表示極佳、較優(yōu)、普通及較差。多名專家對(duì)已知的35個(gè)地方配送中心深入調(diào)研，得到各個(gè)DC相關(guān)數(shù)據(jù)，并以此為樣本進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。其中企業(yè)規(guī)?？捎蒁C占地面積近似衡量，配送能力可由配送距離及平均配送速度計(jì)算，自動(dòng)化程度可由物流中心平均裝卸貨時(shí)間衡量。對(duì)于庫(kù)存管理信息化水平、企業(yè)信譽(yù)及器材質(zhì)量，由專家進(jìn)行0～10打分，分?jǐn)?shù)越高表示對(duì)應(yīng)能力越強(qiáng)。現(xiàn)有7個(gè)DC有意愿加入虛擬倉(cāng)庫(kù)，相關(guān)信息如表1所示。

表1 待分類(lèi)DC參數(shù)表

自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SOFM）作為一種無(wú)導(dǎo)師學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)算法，具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和分類(lèi)能力［11］。本文利用MATLAB2014a平臺(tái)，首先采用mapminmax（）函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，借用MATLAB中SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，可得到7個(gè)待分類(lèi)配送中心所屬類(lèi)別，如表2所示，圖3、圖4分別為SOFM獲勝神經(jīng)元統(tǒng)計(jì)圖、鄰近神經(jīng)元距離分布圖。由結(jié)果可知，DC6不屬于前兩類(lèi)，需要被剔除。

表2 DC核心能力分類(lèi)表

3.2 模型求解及驗(yàn)證

令單位危險(xiǎn)性成本為cw=30，單位成員協(xié)調(diào)成本為cx=10，A=98%，Q=5%，R=25%。各成員間互斥性系數(shù)如表3所示。

圖3 SOFM獲勝神經(jīng)元統(tǒng)計(jì)圖

圖4 SOFM鄰近神經(jīng)元距離分布圖

表3 DC成員互斥系數(shù)

采用量子遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。作為將量子計(jì)算與遺傳算法相結(jié)合的新型概率進(jìn)化算法，量子遺傳算法將態(tài)矢量引入遺傳算法編碼中，利用量子邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)染色體的進(jìn)化，從而達(dá)到比標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法更好的求解與尋優(yōu)效果［12-13］。但是標(biāo)準(zhǔn)的量子遺傳算法往往采用固定旋轉(zhuǎn)角策略，求解過(guò)程不夠靈活。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)角策略進(jìn)行改進(jìn)調(diào)整，在算法開(kāi)始時(shí)，設(shè)置一個(gè)固定的初始旋轉(zhuǎn)角，并在進(jìn)化過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整，逐步縮小旋轉(zhuǎn)角，使得算法向有利于最優(yōu)解的方向進(jìn)化。本文在MATLAB2014a中確定初始量子比特編碼矩陣，采用collapse（）函數(shù)對(duì)種群實(shí)施測(cè)量，編寫(xiě)改進(jìn)量子旋轉(zhuǎn)門(mén)Qgate（）函數(shù)，使其能夠根據(jù)進(jìn)化進(jìn)程動(dòng)態(tài)調(diào)整量子門(mén)的旋轉(zhuǎn)角大小，編輯算法主函數(shù)，可得到模型結(jié)果如表4所示。

表4 模型結(jié)果

由表4可得，選擇DC2與5可達(dá)到供應(yīng)需求，且能夠?qū)崿F(xiàn)成本最低。可以求得，虛擬倉(cāng)庫(kù)中DC加入的總成本為7 691.68。將本文算法與標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法及未改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)量子遺傳算法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表5所示。

表5 3種算法求解對(duì)比

從表5中可以看出，雖然標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法得出的虛擬倉(cāng)庫(kù)成員策略的成本也較低，但是仍然不是最優(yōu)的策略，且其運(yùn)行時(shí)間明顯較長(zhǎng)。與標(biāo)準(zhǔn)量子遺傳算法相比，改進(jìn)的量子遺傳算法由于具有動(dòng)態(tài)性，收斂速度快，能夠更快更優(yōu)地求出滿意解，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提算法的有效性。

4 結(jié)論

軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)作為未來(lái)任務(wù)器材保障的主要模式，科學(xué)選擇地方配送中心，能夠更好地發(fā)揮民間力量的作用，保證器材及時(shí)、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地向任務(wù)點(diǎn)供應(yīng)。本文以成本最小為目標(biāo)，綜合考慮軍事任務(wù)成功性、保障危險(xiǎn)性、成員互斥性、供應(yīng)準(zhǔn)時(shí)性等約束，結(jié)合地方配送中心核心能力判別，構(gòu)建了軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)中對(duì)地方配送中心的篩選模型，采用SOFM及量子遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，為軍事虛擬倉(cāng)庫(kù)成員選擇以及基于任務(wù)的器材保障提供決策支持。