新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

荀 燁，黨偉滔，李文源，楊學(xué)銘

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 軍用物資配送系，天津 300161；2.陸軍軍事交通學(xué)院 學(xué)員五大隊(duì)研究生隊(duì)，天津 300161）

1 引言

隨著國(guó)防與軍隊(duì)體制編制改革的不斷進(jìn)行與深化，新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送的保障關(guān)系也發(fā)生了重大變化。在未來(lái)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，隨著高精尖技術(shù)武器的廣泛使用，各項(xiàng)軍事任務(wù)的突發(fā)性與激烈程度空前增大，與之對(duì)應(yīng)的物資消耗就會(huì)急劇增加[1]，使新體制下的軍事行動(dòng)比過(guò)去任何時(shí)候都更加依賴物資補(bǔ)給的程度和效率。因此，合理的進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，對(duì)于新體制下完善我軍軍事物流系統(tǒng)、提高軍事物流資源的合理配置具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的內(nèi)容與技術(shù)思路

2.1 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目的與內(nèi)容

本文對(duì)戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，主要考慮保障網(wǎng)絡(luò)的時(shí)效性和保障網(wǎng)絡(luò)的總成本，為戰(zhàn)區(qū)陸軍平戰(zhàn)時(shí)物資配送保障計(jì)劃方案的編制和保障綜合效益的提高提供理論依據(jù)。

（1）保障網(wǎng)絡(luò)的時(shí)效性。保障網(wǎng)絡(luò)的時(shí)效性是指按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，物資配送保障活動(dòng)在部隊(duì)受供單位產(chǎn)生實(shí)際效果的時(shí)間限度，具體講起來(lái)就是：適時(shí)、適地、適量。

在戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)中，通專物資往往具有多個(gè)物資配送保障節(jié)點(diǎn)，多個(gè)物資配送保障節(jié)點(diǎn)又按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡(luò)關(guān)系對(duì)應(yīng)著多個(gè)部隊(duì)受供單位[2]。在優(yōu)化分析時(shí)，保障網(wǎng)絡(luò)的時(shí)效性具體表現(xiàn)為按照網(wǎng)絡(luò)關(guān)系實(shí)施物資配送保障活動(dòng)所花費(fèi)的總時(shí)間。

（2）保障網(wǎng)絡(luò)的總成本。保障網(wǎng)絡(luò)的總成本是指按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，因物資配送保障行動(dòng)所產(chǎn)生的所有直接和間接費(fèi)用。在優(yōu)化分析時(shí)，保障網(wǎng)絡(luò)的總成本具體表現(xiàn)按照網(wǎng)絡(luò)關(guān)系實(shí)施物資配送保障活動(dòng)所產(chǎn)生的總費(fèi)用。

2.2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程

結(jié)合戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障實(shí)際，采用建立模型定量計(jì)算的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的流程主要有以下幾個(gè)步驟：

（1）確定物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要內(nèi)容。主要分析確定物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要目的，并確定物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要內(nèi)容。

（2）分析確定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要因素。通過(guò)收集相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，分析自戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)接到物資調(diào)撥單起，到物資送達(dá)至陸軍部隊(duì)用戶手中，所需要經(jīng)歷的流程時(shí)間及相應(yīng)的成本，即確定網(wǎng)絡(luò)時(shí)間因素和網(wǎng)絡(luò)成本因素。

（3）建立網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。結(jié)合物資配送保障的實(shí)際情況，提出合理的假設(shè)及相關(guān)的約束限制條件，建立戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。

（4）模型求解。針對(duì)建立的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，選擇合適的優(yōu)化算法對(duì)案例模型進(jìn)行計(jì)算求解。

（5）結(jié)果分析。將求解得到的優(yōu)化后的物資配送保障方案與現(xiàn)行的物資配送保障實(shí)際方案進(jìn)行對(duì)比分析，并指出模型的應(yīng)用價(jià)值。

戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)路線如圖1所示。

2.3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化影響因素分析

依據(jù)本文設(shè)定的戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化內(nèi)容，將影響物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要因素歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間因素和網(wǎng)絡(luò)成本因素。

圖1 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)路線圖

（1）網(wǎng)絡(luò)時(shí)間因素。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)時(shí)間主要包括網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)時(shí)間及網(wǎng)絡(luò)線路時(shí)間。影響網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的主要因素有部隊(duì)用戶的物資需求量，分揀集配、裝卸搬運(yùn)物資的效率，網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)與部隊(duì)受供單位的距離，物資運(yùn)輸平均速度，因物資轉(zhuǎn)運(yùn)帶來(lái)的滯留時(shí)間以及相關(guān)技術(shù)裝備、作業(yè)人員的工作效率。

（2）網(wǎng)絡(luò)成本因素。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)成本主要包括固定成本和可變成本。影響網(wǎng)絡(luò)成本的主要因素有部隊(duì)用戶的物資需求量，分揀集配、裝卸搬運(yùn)物資的人工費(fèi)用和裝備消耗[3]，網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)與部隊(duì)受供單位的距離，物資運(yùn)輸費(fèi)率以及物資在途中轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)上的暫存費(fèi)率[4]。

3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型構(gòu)建

3.1 優(yōu)化模型的基本假設(shè)

根據(jù)目前戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障的實(shí)際情況，本文做以下幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）僅考慮公路運(yùn)輸以及公路和鐵路結(jié)合的兩種運(yùn)輸方式；

（2）采用公路運(yùn)輸方式時(shí)，車輛行駛的公路路段為市內(nèi)公路和高速公路；

（3）物資配送在庫(kù)內(nèi)作業(yè)時(shí)，不考慮物資的儲(chǔ)存時(shí)間與儲(chǔ)存成本，僅考慮物資分揀集配、裝卸搬運(yùn)的成本和時(shí)間；

（4）儲(chǔ)供基地、戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)配備的技術(shù)裝備和作業(yè)人員具有穩(wěn)定的工作效率，且?guī)齑媪砍渥悖?/p>

（5）每個(gè)部隊(duì)用戶受供同一類物資只能由一個(gè)儲(chǔ)供基地或戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)或其他網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)供應(yīng)保障。

3.2 優(yōu)化模型的基本參數(shù)設(shè)置

（1）相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 相關(guān)參數(shù)表

（2）決策變量

3.3 優(yōu)化模型的建立

根據(jù)戰(zhàn)區(qū)物資配送保障的實(shí)際情況，綜合上述分析和設(shè)定，以網(wǎng)絡(luò)保障平均時(shí)間最短和網(wǎng)絡(luò)保障總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)，建立兩級(jí)間“多個(gè)網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)部隊(duì)用戶”的多目標(biāo)優(yōu)化模型如下：目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

（1）目標(biāo)函數(shù)。式（3）、（4）分別為物資配送網(wǎng)絡(luò)保障平均時(shí)間最短和網(wǎng)絡(luò)保障總成本最低的目標(biāo)函數(shù)。保障平均時(shí)間最短的目標(biāo)函數(shù)主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：第一部分為選擇公路運(yùn)輸方式時(shí)網(wǎng)絡(luò)保障所需的平均時(shí)間，第二部分為選擇公鐵結(jié)合運(yùn)輸方式時(shí)網(wǎng)絡(luò)保障所需的平均時(shí)間。保障總成本最低的目標(biāo)函數(shù)同樣由兩個(gè)部分構(gòu)成：第一部分為選擇公路運(yùn)輸方式時(shí)網(wǎng)絡(luò)保障所花費(fèi)的總成本，第二部分為選擇公鐵結(jié)合運(yùn)輸方式時(shí)網(wǎng)絡(luò)保障所花費(fèi)的總成本。

（2）約束條件。式（5）表示在實(shí)施物資配送保障時(shí)，每個(gè)部隊(duì)用戶只能由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)來(lái)完成；式（6）表示在實(shí)施物資配送保障時(shí)，運(yùn)輸方式只能選擇公路運(yùn)輸或者公鐵結(jié)合運(yùn)輸；式（7）表示網(wǎng)絡(luò)保障節(jié)點(diǎn)庫(kù)存量充足，能夠滿足多個(gè)部隊(duì)用戶的物資需求量；式（8）表示在實(shí)施物資配送保障時(shí)，各個(gè)部隊(duì)用戶的物資保障需求量得到完全滿足；式（9）表示物資配送保障網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋所有部隊(duì)用戶；式（10）表示Zij、Zijkm為0-1整數(shù)決策變量。

4 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型求解

4.1 模型求解方法介紹

根據(jù)戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的特點(diǎn)，提出利用多目標(biāo)全面學(xué)習(xí)粒子群算法（MOCLPSO）來(lái)對(duì)本論文優(yōu)化模型進(jìn)行求解。

粒子群優(yōu)化算法是通過(guò)模擬鳥(niǎo)群覓食的過(guò)程來(lái)解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的算法[5]。多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法類似于模擬退火算法，通過(guò)對(duì)解集的不斷迭代來(lái)尋找出最優(yōu)解。

在MOCLPSO中，粒子群向粒子的全局最優(yōu)位置gbest、粒子自身飛到過(guò)的最優(yōu)位置pbest 以及其他粒子飛到過(guò)的最優(yōu)位置學(xué)習(xí)。設(shè)群體中粒子的維度為D，其中粒子的d 維向gbest 學(xué)習(xí)，粒子的D-d 維隨機(jī)向其他非劣解的pbest或者粒子自身的pbest學(xué)習(xí)[6]。

該算法中有兩個(gè)重要的參量：學(xué)習(xí)概率Ps與精英概率Pe。學(xué)習(xí)概率決定粒子是向自身最優(yōu)位置學(xué)習(xí)還是向其他非劣解最優(yōu)位置學(xué)習(xí)；精英概率決定維度d的大小。

MOCLPSO的主要操作流程如圖2所示。

圖2 MOCLPSO算法操作流程圖

4.2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型解算

本文所建立的戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型是一個(gè)典型的多目標(biāo)優(yōu)化模型，且為含約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化模型（MOP）[5]。可以應(yīng)用多目標(biāo)全面學(xué)習(xí)粒子群算法來(lái)求解該模型。本文案例樣本來(lái)源于某綜合倉(cāng)庫(kù)某年度陸軍冬季軍需被裝物資配送保障任務(wù)。

4.2.1 粒子編碼

（1）編碼方式。在本文的物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型中，將1個(gè)配送保障方案視為一個(gè)粒子。假設(shè)模型中有m個(gè)軍需倉(cāng)庫(kù)、n個(gè)陸軍部隊(duì)用戶，粒子的維度為2n，其中前n維采用整數(shù)編碼形式，將m個(gè)軍需倉(cāng)庫(kù)按照1-m依次編號(hào)，表示陸軍部隊(duì)與軍需倉(cāng)庫(kù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；后n維采用二進(jìn)制編碼形式，即公路運(yùn)輸方式編號(hào)為0，采用公鐵結(jié)合運(yùn)輸方式編號(hào)為1，表示采用的運(yùn)輸方式。例如某粒子i 的位置Xi={1,2,1,3,1|0,1,1,0,1}，說(shuō)明B01、B03、B05號(hào)部隊(duì)由N01號(hào)倉(cāng)庫(kù)保障，B02號(hào)部隊(duì)由N02號(hào)倉(cāng)庫(kù)保障，B04號(hào)部隊(duì)由N03號(hào)倉(cāng)庫(kù)保障；B01、B04 號(hào)部隊(duì)的保障采用公路運(yùn)輸方式，B02、B03、B05號(hào)部隊(duì)采用公鐵結(jié)合運(yùn)輸方式。

（2）粒子速度和位置更新。由實(shí)際情況可知，物資從軍需倉(cāng)庫(kù)到部隊(duì)用戶所采用的運(yùn)輸方式會(huì)影響物資配送的供應(yīng)保障關(guān)系，即粒子編碼的前n維和后n 維是互不獨(dú)立的，粒子前n 維信息中包含著后n 維的信息。如果采用基本粒子群算法的更新方式，會(huì)不可避免地產(chǎn)生很多不可行解，加大運(yùn)算冗余量。因此，本文算法只更新粒子的前n維向量。n維向量的初始化位置為[1，n]的隨機(jī)整數(shù)，初始化速度為[1-n，1+n]的隨機(jī)實(shí)數(shù)。

4.2.2 模型約束處理和適應(yīng)值計(jì)算。根據(jù)上文中給出的物資配送保障優(yōu)化模型，整理出本案例中存在以下的約束條件：

設(shè)置懲罰函數(shù)，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束條件的優(yōu)化問(wèn)題，令：

給定一個(gè)較大的懲罰系數(shù)σ，不妨取σ=1010，得到最終的適應(yīng)度函數(shù)：

4.2.3 結(jié)果仿真計(jì)算。本文通過(guò)MATLAB2015b 軟件編程來(lái)進(jìn)行模型求解計(jì)算，參數(shù)設(shè)置為：粒子種群規(guī)模num=50，最大迭代次數(shù)k=200，粒子維度D=2n=100，外部存檔的規(guī)模L=150，學(xué)習(xí)概率Ps=0.5，精英概率Pe=0.4，加速常數(shù)C1=C2=2。慣性因子取ω0=0.9，ω1=0.4，控制因子取d1=0.3，d2=7。經(jīng)計(jì)算，共可得到3個(gè)Pareto最優(yōu)解。

（1）平均時(shí)間最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)1=35 523.2元，平均時(shí)間T1=9.6h。方案解的粒子形式如下：

（2）綜合效益最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)2=34 281.3 元，平均時(shí)間T2=11.6h。方案解的粒子形式如下：

（3）總成本最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)3=31 251.9 元，花費(fèi)時(shí)間T3=15.3h。方案解的粒子形式如下：

4.3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)果分析

根據(jù)調(diào)查情況，所調(diào)查年度某綜合倉(cāng)庫(kù)對(duì)戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障的實(shí)際總成本為56 285.4元，耗費(fèi)平均時(shí)間為19.2h。通過(guò)上文的計(jì)算結(jié)果可知，保障方案總成本W(wǎng)1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，平均時(shí)間W1＜W2＜W3，即方案一雖然保障成本最高，但其全程為公路運(yùn)輸，大大減小了保障平均時(shí)間，利于部隊(duì)?wèi)?zhàn)時(shí)應(yīng)急條件下的物資配送；方案三采用了公鐵聯(lián)運(yùn)，運(yùn)輸時(shí)間最長(zhǎng)，但其保障總成本最低，適用于部隊(duì)平時(shí)的物資配送；方案二介于方案一三之間，為一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益與軍事效益較為均衡的解。另外，從三種方案的結(jié)果來(lái)看，隨著全部采用公路運(yùn)輸向越來(lái)越傾向于采用公鐵結(jié)合運(yùn)輸?shù)淖兓?，物資保障的平均時(shí)間會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，總成本會(huì)越來(lái)越低，比較符合物資配送保障的運(yùn)輸方式與物資配送保障時(shí)間和保障成本之間的一般性變化規(guī)律。最后，三種計(jì)算得到的優(yōu)化方案與實(shí)際調(diào)查所得數(shù)據(jù)對(duì)比，無(wú)論是保障總成本還是平均時(shí)間，三種方案均優(yōu)于實(shí)際情況[7]。

綜上可知，本文提出的新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，可以有效解決區(qū)域性軍用物資配送保障網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問(wèn)題，該優(yōu)化模型具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障優(yōu)化的重點(diǎn)考慮因素，研究確定了戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的內(nèi)容，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的流程，分析網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要目標(biāo)，以配送保障網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)間最短和網(wǎng)絡(luò)總成本最低為目標(biāo)函數(shù)建立了戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，最后以某年度中部戰(zhàn)區(qū)陸軍部隊(duì)冬季軍需被裝物資配送保障為案例，運(yùn)用改進(jìn)的多目標(biāo)全面學(xué)習(xí)粒子群優(yōu)化算法以及MATLAB 程序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算求解，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型能夠有效地解決兩級(jí)間“多個(gè)保障節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)部隊(duì)用戶”的物資配送網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問(wèn)題，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。