基于灰色聚類模型的航天發(fā)射產(chǎn)品物流方式優(yōu)選

摘要：針對(duì)航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸方式選擇問(wèn)題，首先，基于航天發(fā)射任務(wù)實(shí)際構(gòu)建了三級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系，并闡述了各指標(biāo)含義；其次，給出了一種基于群決策層次分析法的指標(biāo)賦權(quán)方法，包括構(gòu)造判斷矩陣、判斷矩陣聚合、指標(biāo)賦權(quán)和一致性檢驗(yàn)；第三，給出了一種基于灰色聚類模型的物流運(yùn)輸效能評(píng)估方法，包括確定評(píng)價(jià)灰類及其對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)、構(gòu)造評(píng)估矩陣和效能評(píng)估；最后，給出了具體算例，證明了相關(guān)模型和方法的可行性和有效性，可為航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸方式選擇提供參考和理論支撐。

關(guān)鍵詞：航天發(fā)射；物流方式；層次分析法；灰色聚類模型；效能評(píng)估

中圖分類號(hào)：F502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A DOI：10.13714/jcnki.1002-3100.2023.20.022

Abstract： Aiming at the logistics mode optimization of space launch vehicle，firstly，the three-level evaluation index system is constructed based on the actual space launch mission，and the meaning of each index is described.Secondly， based on analytic hierarchy process with group decision making，a index weighting method is given， including the construction of judgment matrix， judgment matrix aggregation，index weighting and consistency test. Thirdly，based on the grey clustering model，the logistics efficiency evaluation is presented， including determining the evaluation gray class and corresponding whitening weight function，constructing the evaluation matrix and efficieney evaluation. Finally，a concrete example is given to prove the feasibility and effectiveness of the relevant model and method，which can provide reference and theoretical support for the selection of logistics mode of space launch vehicle.

Key words：spacelaunch;logisticsmode;analytic hierarchy process;grey clustering model;efficiency evaluation

0引言

航天發(fā)射物流保障是航天發(fā)射相關(guān)運(yùn)載器、航天器、工具器材和日常消耗品等經(jīng)過(guò)計(jì)劃、籌措、生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、配送、使用等環(huán)節(jié)，支撐和保障航天發(fā)射任務(wù)完成的整個(gè)過(guò)程\"。伴隨科技與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及民營(yíng)商業(yè)航天的迅猛發(fā)展，我國(guó)航天發(fā)射任務(wù)呈現(xiàn)逐年遞增的態(tài)勢(shì)。為了有效應(yīng)對(duì)高頻次、高密度、高強(qiáng)度的航天發(fā)射任務(wù)常態(tài)，我國(guó)航天發(fā)射組織管理逐步由粗放型向精細(xì)型轉(zhuǎn)變，但是對(duì)于航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸方式選擇問(wèn)題尚未達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，其中民營(yíng)商業(yè)航天出于成本控制方面考慮通常采用公路運(yùn)輸方式，國(guó)營(yíng)航天企業(yè)出于安全性、時(shí)效性等方面考慮通常采用鐵路運(yùn)輸方式，偶爾由于鐵路運(yùn)輸資源緊張或運(yùn)輸產(chǎn)品數(shù)量有限也采用公路運(yùn)輸方式。隨著航天發(fā)射精細(xì)化管理的深入變革，有必要對(duì)航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸方式優(yōu)選問(wèn)題進(jìn)行研究。

目前效能評(píng)估在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，典型方法包括ADC方法、層次分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法、模糊綜合評(píng)判法、灰色分析法間、理想解法7、證據(jù)推理法W、云模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，為航天發(fā)射產(chǎn)品物流方式評(píng)估優(yōu)選提供了豐富的理論基礎(chǔ)。但航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸問(wèn)題存在復(fù)雜性、特殊性和模糊性，需要重點(diǎn)考慮決策的魯棒性和決策質(zhì)量。因此，本文基于群決策層次分析法和灰色聚類評(píng)估法，提出一種航天發(fā)射產(chǎn)品物流方式評(píng)估優(yōu)選方法，可為航天發(fā)射物流保障精細(xì)化管理提供參考和理論支撐。

1評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建需要遵循以下原則：

指標(biāo)完備性原則，評(píng)估指標(biāo)應(yīng)當(dāng)涵蓋用于評(píng)價(jià)航天發(fā)射產(chǎn)品不同物流運(yùn)輸方式優(yōu)劣的所有指標(biāo)；

指標(biāo)獨(dú)立性原則，評(píng)估指標(biāo)應(yīng)當(dāng)相互獨(dú)立，其內(nèi)涵不能存在交叉重疊；

定性與定量指標(biāo)相結(jié)合原則，定量指標(biāo)具體、直觀、易于量化表述、分析結(jié)果更為清晰，但是定性指標(biāo)包含信息的廣度和深度遠(yuǎn)大于定量指標(biāo)，對(duì)于構(gòu)建物流運(yùn)輸評(píng)估指標(biāo)體系而言，定性指標(biāo)仍然是不可缺少的部分，因此應(yīng)當(dāng)綜合考慮定性指標(biāo)與定量指標(biāo)。

基于上述要求，通過(guò)反復(fù)修改完善制定航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸評(píng)估指標(biāo)體系（見(jiàn)圖1），其包括三層結(jié)構(gòu)，分別為效能指標(biāo)層、性能指標(biāo)層和具體指標(biāo)層，其中性能指標(biāo)層包括時(shí)效性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)各性能指標(biāo)層的特點(diǎn)又將其劃分為具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.1時(shí)效性

時(shí)效性是指完成航天發(fā)射產(chǎn)品遠(yuǎn)距離物流運(yùn)輸所需要的時(shí)間?；诤教彀l(fā)射實(shí)際，評(píng)價(jià)其物流運(yùn)輸時(shí)效性的指標(biāo)包括裝卸時(shí)間，即自航天發(fā)射產(chǎn)品由生產(chǎn)廠房裝載前至產(chǎn)品到達(dá)發(fā)射場(chǎng)倉(cāng)儲(chǔ)中心完成轉(zhuǎn)載下車后，期間產(chǎn)品轉(zhuǎn)載上下車所用的時(shí)間，若采用公路運(yùn)輸方式，則產(chǎn)品通常存在1次轉(zhuǎn)載上車（位生產(chǎn)廠房轉(zhuǎn)載上車）和1次轉(zhuǎn)載下車（位倉(cāng)儲(chǔ)中心轉(zhuǎn)載下車），若采用鐵路運(yùn)輸方式，則產(chǎn)品通常存在1次轉(zhuǎn)載上車（位生產(chǎn)廠房轉(zhuǎn)載上公路平板車）、1次轉(zhuǎn)載轉(zhuǎn)移（位車站由公路平板車轉(zhuǎn)載至鐵路平板車）和1次轉(zhuǎn)載下車（位倉(cāng)儲(chǔ)中心轉(zhuǎn)載下車）;運(yùn)輸時(shí)間，即運(yùn)輸平臺(tái)工作的時(shí)間；等待時(shí)間，即由于人員修整、鐵路車次調(diào)整等因素，在運(yùn)輸途中運(yùn)輸平臺(tái)停止工作、原地等待的時(shí)間。

1.2安全性

安全性是指開(kāi)展航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸活動(dòng)的安全性，其主要包括人員安全性、產(chǎn)品安全性和運(yùn)輸平臺(tái)安全性，其中人員安全性指物流運(yùn)輸活動(dòng)中人員安全的概率，產(chǎn)品安全性指航天發(fā)射產(chǎn)品不發(fā)生磕碰、墜落及環(huán)境保障條件超標(biāo)等問(wèn)題的概率，運(yùn)輸平臺(tái)安全性指運(yùn)輸平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行、不出故障的概率，其與運(yùn)輸平臺(tái)配屬的主動(dòng)、被動(dòng)安全措施及運(yùn)輸環(huán)境的危險(xiǎn)程度相關(guān)。

1.3經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是指開(kāi)展航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸活動(dòng)所需的費(fèi)用，其主要包括運(yùn)輸費(fèi)用、裝卸費(fèi)用和伴隨保障費(fèi)用，其中運(yùn)輸費(fèi)用指雇傭運(yùn)輸服務(wù)商提供運(yùn)輸服務(wù)的費(fèi)用（含運(yùn)輸平臺(tái)和運(yùn)輸人員的費(fèi)用），裝卸費(fèi)用指產(chǎn)品轉(zhuǎn)載時(shí)雇傭轉(zhuǎn)載工具和轉(zhuǎn)載人員的費(fèi)用，伴隨保障費(fèi)用指產(chǎn)品供應(yīng)商派遣相關(guān)人員伴隨物流運(yùn)輸活動(dòng)的保障費(fèi)用。

2基于群決策層次分析法的指標(biāo)賦權(quán)

2.1構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)“1—9”標(biāo)度法（見(jiàn)表1），通過(guò)專家打分的方式相互比較評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的重要性構(gòu)造判斷矩陣如式（1）所示。

Ａ＝（aij）n×n" " （1）

其中：a?×a?=1，n 為該層級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量。

根據(jù)專家打分結(jié)果，構(gòu)造各層指標(biāo)判斷矩陣，如表2—5所示。

2.2 判斷矩陣聚合

采用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)的本質(zhì)是專家打分賦權(quán)，考慮到專家個(gè)人喜好和主觀意愿的影響，指標(biāo)權(quán)重具有一定的局限性。研究表明叫采用Hadamard方法將多個(gè)專家打分構(gòu)造的判斷矩陣聚合，通過(guò)求解聚合判斷矩陣確定指標(biāo)權(quán)重可有效削弱專家個(gè)性原因?qū)τ跈?quán)重分配的影響。假設(shè)k位專家通過(guò)打分構(gòu)成k組判斷矩陣C?、C?、C……C 。對(duì)于不同的專家，考慮其權(quán)威性的不同，對(duì)其打分構(gòu)造的判斷矩陣分配不同的權(quán)重λ，則k組判斷矩陣的Hadamard組合為

其中： C 為聚合判斷矩陣，其元素滿足C=a，C·λ?C…λ，C…λ，C。

2.3指標(biāo)賦權(quán)

聚合判斷矩陣C的正規(guī)化的最大特征向量W的元素即為指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，其滿足

其中：λ…為最大特征向量對(duì)應(yīng)的最大特征值，可采用和積法進(jìn)行求解l2。

2.4 一致性檢驗(yàn)

指標(biāo)賦權(quán)是否滿足要求需要按照式（4）對(duì)聚合判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

其中：n 為聚合判斷矩陣C的階數(shù)， RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值見(jiàn)表6。

當(dāng)CR≤0.1時(shí)，聚合判斷矩陣的一致性滿足要求，指標(biāo)賦權(quán)可用；若CRgt;0.1則需要專家對(duì)于指標(biāo)打分進(jìn)行調(diào)整，直至一致性滿足要求為止。

3基于灰色聚類模型的物流運(yùn)輸評(píng)估

灰色聚類評(píng)估法是通過(guò)灰數(shù)對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)估，進(jìn)而給出評(píng)估對(duì)象所屬灰數(shù)，達(dá)到對(duì)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行優(yōu)選排序目的的一種評(píng)估理論，其具有樣本依賴性和數(shù)據(jù)依賴性小的突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸評(píng)估等小樣本、信息不完備的問(wèn)題具有優(yōu)異的適用性。因此，擬采用灰色聚類評(píng)估法對(duì)航天發(fā)射產(chǎn)品不同物流運(yùn)輸方式進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)選最佳物流運(yùn)輸方式。

3.1確定評(píng)價(jià)灰類及其對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)

對(duì)于航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸評(píng)估的所有指標(biāo)均劃分4個(gè)評(píng)估灰類，分別為“優(yōu)”“良”“中”“差”，基于航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸實(shí)際，確定四個(gè)評(píng)估灰類對(duì)應(yīng)的灰數(shù)分別為0.9，0.8，0.6，0.4，對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如圖2所示。

“優(yōu)”灰類對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如下。

“良”灰類對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如下。

“中”灰類對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如下。

“差”灰類對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如下。

3.2構(gòu)造評(píng)估矩陣

假設(shè)針對(duì)某一航天發(fā)射任務(wù)，產(chǎn)品遠(yuǎn)距離投送共有m種物流運(yùn)輸方式X，X?，…，Xm，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共有n 個(gè)底層評(píng)價(jià)指標(biāo)B?，B?，…，B， 則根據(jù)評(píng)估指標(biāo)對(duì)于各灰類的隸屬度可得某一物流運(yùn)輸方式X;=（x?）的評(píng)估矩陣為

3.3效能評(píng)估

假設(shè)通過(guò)指標(biāo)賦權(quán)得到底層評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值向量為W=（u）， 則可得某一物流運(yùn)輸方式X=（x?） 的綜合評(píng)估向量為

根據(jù)最大隸屬度原則，可得某一物流運(yùn)輸方式X 的灰度“s”及其對(duì)應(yīng)的綜合隸屬度為

通過(guò)計(jì)算所有物流運(yùn)輸方式的灰度及對(duì)應(yīng)的隸屬度可對(duì)物流運(yùn)輸方式進(jìn)行優(yōu)選排序，即優(yōu)先依據(jù)物流運(yùn)輸方式的灰度進(jìn)行排序，對(duì)于灰度相同的物流運(yùn)輸方式依據(jù)隸屬度大小排序。

4具體算例

以某型火箭由生產(chǎn)廠房投送至酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心倉(cāng)儲(chǔ)中心，開(kāi)展航天發(fā)射任務(wù)作為航天發(fā)射產(chǎn)品遠(yuǎn)距離投送問(wèn)題的典型代表開(kāi)展物流運(yùn)輸方式優(yōu)選。航天發(fā)射產(chǎn)品包括衛(wèi)星系統(tǒng)和火箭系統(tǒng)（含固體火箭和機(jī)動(dòng)發(fā)射車），由于火箭系統(tǒng)重量、體積較大，因此遠(yuǎn)距離投送方式主要考慮“公路運(yùn)輸”“鐵路運(yùn)輸”和“組合運(yùn)輸（火箭鐵路運(yùn)輸+機(jī)動(dòng)發(fā)射車公路運(yùn)輸）”3種方式。

4.1指標(biāo)賦權(quán)

根據(jù)“1—9”標(biāo)度法，邀請(qǐng)行業(yè)領(lǐng)域5名專家對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行打分，打分結(jié)果見(jiàn)表7。

根據(jù)專家權(quán)威性的不同，對(duì)其打分構(gòu)造的判斷矩陣分配不同的權(quán)重依次為0.2，0.3，0.1，0.1，0.3，通過(guò)判斷矩陣聚合及和積法求解正規(guī)化特征向量，得到具體指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重（見(jiàn)表8）。

4.2物流運(yùn)輸指標(biāo)數(shù)據(jù)

基于航天發(fā)射任務(wù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得到三種運(yùn)輸方式的具體指標(biāo)層數(shù)據(jù)（見(jiàn)表9）。

4.3效能評(píng)估

基于灰色聚類模型得到公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸和組合運(yùn)輸三種方式的綜合評(píng)估向量分別為

T=[0.6632，0.0373，0.0507，0.2487]，

從式（12）中可以得到三種運(yùn)輸方式均屬于“優(yōu)”灰度，但鐵路運(yùn)輸?shù)碾`屬度最大為0.6732，公路運(yùn)輸次之，組合運(yùn)輸?shù)碾`屬度最小，且鐵路運(yùn)輸?shù)牡诙叶葹椤爸小被叶龋渌麅煞N運(yùn)輸方式的第二灰度均為“差”灰度，因此，航天發(fā)射產(chǎn)品最優(yōu)運(yùn)輸方式為鐵路運(yùn)輸。這主要是由于鐵路運(yùn)輸?shù)暮臅r(shí)較短、費(fèi)用較高，但費(fèi)用所占權(quán)重低于時(shí)間所占權(quán)重，綜合導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸最優(yōu)，這與航天發(fā)射任務(wù)日益密集、時(shí)效性要求高的實(shí)際相契合。

5結(jié)束語(yǔ)

為了解決航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸方式?jīng)Q策問(wèn)題，本文通過(guò)構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系、群決策層次分析法完成指標(biāo)賦權(quán)、灰色聚類模型完成效能評(píng)估，給出了一種物流運(yùn)輸方式優(yōu)選方法，并通過(guò)具體實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性，可為航天發(fā)射產(chǎn)品物流運(yùn)輸精細(xì)化管理提供理論支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宗喜.軍事物流概論[M].北京：海潮出版社，1994.

[2]趙曰強(qiáng)，安實(shí)，麥強(qiáng)，等.基于ADC法的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能建模[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2020，42（9）：2003-2012.

[3]方坤，郭婧，王啟同.基于模糊層次分析的戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)航材保障能力評(píng)估[J].物流科技，2021，44（11）：139-141.

[4]閆永玲，張慶波，盛偉，等.基于貝葉斯方法的地空導(dǎo)彈裝備保障效能評(píng)估研究[J].火力與指揮控制，2019，44（3）：28-31.

[5]任佳成，徐常凱，陳博.基于模糊綜合評(píng)判的裝備維修保障能力評(píng)估[].物流科技，2018，41（9）：128-129.

[6]王雙川，胡起偉，白永生，等.基于非對(duì)稱灰色云模型的裝備維修保障系統(tǒng)效能評(píng)估[J].兵工學(xué)報(bào)，2019，40（6）：1277-1286.

[7]蔡應(yīng)洲，賀紹飛，谷振豐，等.基于TOPSIS算法的空間快速響應(yīng)發(fā)射方案評(píng)估[J].航天控制，2021，39（5）：63-67.

[8]藺志強(qiáng)，陳桂明，劉漢增，等.基于RIMER的特種破襲戰(zhàn)斗裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估[J].兵工自動(dòng)化，2020，39（1）：1-5.

[9] JIANG Jinfang，HANGuangjie，ZHUChunsheng，etal.A trust cloud model for underwater wireless sensor networks[J].IEEE Communication Magazine，2017，55（3）：110-116.

[10]鄭國(guó)杰，任吉，李澤鵬.基于改進(jìn)的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估[J].空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，33（2）：116-120.

[11]朱家翔，趙哲沁，史楊焱，等.基于模糊混合群決策支持系統(tǒng)的糧食供應(yīng)鏈安全評(píng)估研究[J].物流科技，2022，45（9）：1-6.

[12]雷寧，曹繼平，王賽，等.基于AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)法的裝備維修保障效能評(píng)估[J].兵工自動(dòng)化，2019，38（10）：76-79.

[13]陳德江，王君，趙崇丞.雷達(dá)組網(wǎng)作戰(zhàn)效能的灰色聚類評(píng)估模型[J].火力與指揮控制，2019，44（5）：26-30.