煤電供應鏈關(guān)鍵脆性因子辨識方法

鄭州大學 周安琪

近年來，電煤供需矛盾事件時有發(fā)生，煤電供應鏈斷鏈問題是產(chǎn)生原因，這顯示出煤電供應鏈的脆性。而影響其脆性的因素眾多且各因素之間又相互影響、相互聯(lián)系，難以形成定量分析和評價，故迫切需要一種客觀、全面、準確的分析方法來對其中的關(guān)鍵脆性因子進行有效辨識，進而從根源上確保煤電供應鏈的可靠性?；谝陨峡紤]，本文在全面分析煤電供應鏈脆性因子基礎上，構(gòu)建脆性因子有向復雜網(wǎng)絡模型，提出了一種面向有向復雜網(wǎng)絡節(jié)點重要度綜合值計算方法。

一、問題描述

在煤電供應鏈運行過程中，會受到許多內(nèi)部與外部因素的干擾，導致的子系統(tǒng)或單元崩潰，進而使與之相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)或單元發(fā)生崩潰，最后導致整個供應鏈的崩潰。為保證煤電供應鏈的正常運行不發(fā)生崩潰現(xiàn)象，應從根本原因入手，全面分析影響其脆性的因素、尋求出關(guān)鍵因子，并對其進行重點監(jiān)控和管理，同時采用相關(guān)的合理措施進行改進。

二、基于ISM的煤電供應鏈復雜網(wǎng)絡關(guān)鍵脆性因子辨識分析

參考劉偉強，徐立云[1]提出的節(jié)點重要度綜合值計算方法和王長勇[2]提出的基于節(jié)點刪除法的供應鏈脆弱性評估模型，本文提出基于ISM的煤電供應鏈網(wǎng)絡節(jié)點重要度綜合值的計算步驟簡單描述如下：

對影響煤電供應鏈的脆性因子進行分類及其相關(guān)性分析，并建立脆性因子的復雜網(wǎng)絡拓撲模型，對煤電供應鏈脆性因子進行網(wǎng)絡化描述。計算網(wǎng)絡中各節(jié)點度、直接損失、間接損失、總損失，依據(jù)復雜網(wǎng)絡模型構(gòu)建鄰接矩陣，在鄰接矩陣的基礎上，通過矩陣運算求得可達矩陣。對可達矩陣進行層次化處理，求得各影響因子的層級矩陣，完成網(wǎng)絡層級的劃分，確定不同層級的因素集合。依據(jù)構(gòu)建的ISM模型，對處于不同層級的節(jié)點，計算相應網(wǎng)絡層級的權(quán)重Wi；之后計算網(wǎng)絡中各節(jié)點重要度綜合值，并將所得的節(jié)點重要度綜合值從大到小進行排序，值越大表明該節(jié)點為網(wǎng)絡中相對更重要的節(jié)點。

三、算例分析

參考呂濤,李肖肖[3]的研究方法，將煤電供應鏈的影響因素歸納為：煤炭質(zhì)量、設備安全、運距、運力、運價、損耗、安全、電煤供給、機組、管理、電價、需求量、信息共享、企業(yè)文化、信用、自然災害、政策制度，將它們分別記為r11、r12、r21、r22、r23、r24、r25、r31、r32、r33、r41、r42、r51、r52、r53、r61、r62。針對這17個影響因素，本文采用問卷調(diào)查法和專家打分法評估各因素間相互影響關(guān)系，確定這些因素間之關(guān)聯(lián)關(guān)系。

以上述煤電供應鏈為研究對象，基于復雜網(wǎng)絡相關(guān)理論及上述方法得出的各脆性因素間的相互影響關(guān)系，繪制得到該煤電供應鏈脆性因子的復雜網(wǎng)絡模型如圖1所示。

圖1 復雜網(wǎng)絡模型圖

求得該復雜網(wǎng)絡中各節(jié)點的節(jié)點度、直接損失、間接損失、總損失的值，并按照總損失降序排序得到該復雜網(wǎng)絡中節(jié)點刪除法下的各節(jié)點重要度排序為r61,r62,r41,r23,r21,r22,r24,r25,r42,r53,r11,r 31,r51,r52,r12,r33,r32。所以，該煤電供應鏈脆性因子在節(jié)點刪除法下的重要度排序為自然災害、政策制度、電價、運價、運距、運力、損耗、安全、需求量、信用、煤炭質(zhì)量、電煤供給、信息共享、企業(yè)文化、設備安全、管理、機組。

基于上述脆性因子復雜網(wǎng)絡模型，建立鄰接矩陣。在鄰接矩陣A的基礎上，應用Matlab軟件計算得到可達矩陣M。通過對可達矩陣M進行區(qū)域劃分，可得到基于ISM的網(wǎng)絡遞階有向圖，從而可更清晰的反映各影響因子間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。最終將該煤電供應鏈脆性因素劃分為3個層級，結(jié)果如下：第一層級L1={8,9,11,12,13,14,15},第二層級L2={1,2,3,4,5,6,7,10},第三層級L3={16,17}?；诳蛇_矩陣對脆性因素的層級劃分結(jié)果，可建立相應的ISM模型如圖2所示。

圖2 解釋結(jié)構(gòu)模型圖

從圖2看出，利用ISM模型對該煤電供應鏈脆性影響因素進行分析有助于把各因素間的復雜關(guān)系層次化。該煤電供應鏈脆性影響因素的ISM模型總共分為3層，不同層級間的因素關(guān)系錯綜復雜、相互關(guān)聯(lián)，相同層級間的因素也彼此作用、相互影響。ISM模型中的箭頭表明了各因素間的相互影響關(guān)系，有向圖將各因素連接表示成為鏈狀結(jié)構(gòu)，層層遞階。

按照前文所述方法計算得到各個脆性因子的網(wǎng)絡層級權(quán)重Wi，從r11到r62分別為0.764、0.655、5.564、5.564、6.982、5.564、5.564、0.131、0.164、0.873、1.855、1.091、2.509、1.091、2.509、9.273、3.055。

根據(jù)前文所述方法計算得到各個脆性因子的節(jié)點重要度綜合值從r11到r62分別為3.06、1.31、32.27、32.27、54.46、32.27、32.27、0.39、0.16、1.75、15.4、4.69、7.53、3.05、10.79、114.06、25.36。

依據(jù)上述計算結(jié)果，結(jié)合復雜網(wǎng)絡中節(jié)點的局部拓撲特征和節(jié)點處于網(wǎng)絡層級的位置關(guān)系的角度分析，處于第三層級的節(jié)點r61的重要度綜合值排在第1位，這與脆性因子復雜網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)的一致，這個節(jié)點處于網(wǎng)絡中相對關(guān)鍵位置，為網(wǎng)絡的關(guān)鍵節(jié)點。r61的出度是10，有3條來自第一層級的連邊、7條來自第二層級的連邊，其為網(wǎng)絡模型中節(jié)點度值最高的節(jié)點，也是與其它相鄰節(jié)點的關(guān)系最為緊密的節(jié)點，同時是該網(wǎng)絡中最關(guān)鍵的節(jié)點；節(jié)點r23的入度和出度分別為6和4，分別各有4條來自第二層級的連邊、2條來自第三層級的連邊，它的連邊所處層級及節(jié)點度值相較與節(jié)點r61較低，故它們的重要程度僅次于節(jié)點r61，列第2位；節(jié)點r21，r22，r24，r25的入度和出度分別是5和4，其有4條來自第二層級的連邊及1條來自第三層級的連邊，與前兩個節(jié)點相比，其相關(guān)聯(lián)的相鄰節(jié)點所處的層級相對較低，故其重要性排在第3-6位；節(jié)點r62雖然處于網(wǎng)絡第三層級，但它的入度為0，出度均為4，具體表現(xiàn)為該節(jié)點與網(wǎng)絡中相鄰節(jié)點之間的依賴關(guān)系不強，即與相互連接的節(jié)點之間信息的流通不會使得彼此的重要度產(chǎn)生較大的改變，對相鄰節(jié)點的重要度貢獻不強，故其節(jié)點重要性排序并不是很高；節(jié)點重要性排在最后兩位的是節(jié)點r31和r32，這與脆性因子復雜網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)展現(xiàn)的一致，它們只有少量入度沒有出度，與網(wǎng)絡中其它節(jié)點的關(guān)聯(lián)性很差。

從煤電供應鏈實際的運行角度分析，網(wǎng)絡中節(jié)點重要性排序第一的關(guān)鍵節(jié)點對應的因素是自然災害，自然災害波及范圍廣，破壞程度大，影響時間長，作為影響煤電供應鏈正常運行的關(guān)鍵因子，這與實際情況相符合。在實際生產(chǎn)中，應當制定相關(guān)策略防災減災，設置應急管理預案，以便在自然災害發(fā)生時可以把損害降到最低；節(jié)點重要性第二的節(jié)點對應的脆性因素為運價，這表明價格對煤電供應鏈運轉(zhuǎn)的影響較大，物流承擔方應當合理規(guī)定運價，盡可能考慮到供應鏈上的每個合作伙伴的收益，保障供應鏈達到均衡；運距、運力、損耗、安全等因素也會對煤電供應鏈的正常運行產(chǎn)生重要影響，在倉庫選址時應當合理規(guī)劃，盡可能縮短距離，提高物流效率。安全管理也應當制定可實施性強的安全管理規(guī)范并加強對合作伙伴的安全意識強調(diào)力度；此外，其它引發(fā)煤電供應鏈系統(tǒng)發(fā)生脆性崩潰的客觀因素和具體量化因素雖然對于系統(tǒng)脆性的影響程度相對較小，但仍是保證煤電供應鏈系統(tǒng)正常運行的基本要素，在加大對關(guān)鍵脆性因子的監(jiān)管力度的同時也不能忽略其他相關(guān)因子，這樣才能更高效、準確的制訂安全運行措施用以保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

四、結(jié)論

本文著眼于煤電供應鏈脆性，對影響煤電供應鏈脆性的因素進行了全面分析，基于復雜網(wǎng)絡理論，構(gòu)建出煤電供應鏈脆性因子復雜網(wǎng)絡模型，將脆性因子作為網(wǎng)絡節(jié)點，基于ISM模型辨識與分析有向復雜網(wǎng)絡關(guān)鍵節(jié)點。文中既用節(jié)點刪除法分析求解復雜網(wǎng)絡的重要拓撲特征參數(shù)，也用ISM模型對網(wǎng)絡層級進行劃分，繪制出基于ISM的網(wǎng)絡遞階有向圖，充分考慮各節(jié)點于整個網(wǎng)絡的層級關(guān)系，進而從節(jié)點局部和網(wǎng)絡全局兩個角度綜合評價網(wǎng)絡節(jié)點重要度，提出了一種新型計算節(jié)點重要度的方法，能更精確地辨識關(guān)鍵脆性因子，找出影響煤電供應鏈系統(tǒng)脆性的關(guān)鍵因子。最后以煤電供應鏈系統(tǒng)為例，使用文中提出的方法辨識影響煤電供應鏈脆性的關(guān)鍵脆性因子。結(jié)果表明，本文所述方法能有效地區(qū)分網(wǎng)絡中各節(jié)點的重要性差異。