物流网络可靠性及优化设计

物流网络可靠性及复杂性物流网络可靠性研究是一个相对较新的物流研究方向,很多国内外学者在相关文献中提到了这个研究方向的重要性,但几乎还没有系统研究的文献面世。但是,在可靠性基础理论,以及其他一些与可靠性有关的应用领域和研究方向上已经取得了许多研究成果,这为本文的研究开拓了思路并提供了相关理论支持。

1.可靠性的含义

所谓可靠性,是指产品在规定的条件下,在规定的时间内,能够完成规定功能的能力。可靠性有很多数量指标,如寿命、失效率、可靠度等。其中常用的特征是可靠度,可靠度是指产品在规定的条件和规定的时间内,完成规定功的概率。

2.网络可靠性的含义

网络可靠性的研究始于对通信网络的分析,而后,逐渐渗透到电力系统、计算机网络系统和工程系统等各个领域。网络可靠性的分析方法最初只限于两终端问题,随着大型复杂网络系统的发展,使其分析变得更为一般化,同时出现不少新的算法以及新的理论方法。

国内外许多文献对网络可靠性作了定义,虽然有所差别,但最终可认为网络可靠性是指网络系统在实际规定的连续运行过程中,充分完成所规定的正常功能的能力闭。在此,“完成所规定的正常功能的能力或概率”是网络可靠性的测度,它既包含了网络的生存能力和有效性,也反映了网络对用户需求的适应能力;既研究网络正常运行情况下的可靠性,也研究异常情况下的可靠性,是对整个网络运行过程的综合测度。这一定义包括了可靠性研究对象、规定条件、规定时间、规定

功能和概率等五项要素。

3.网络可靠性测度

目前国内外研究是将网络抽象为一个由节点和连接组成的传送各种信息(业务流)的流图进行分析,网络可靠性的测度归纳起来主要有3种:网络的抗毁性、网络的生存性和网络的有效性。

(1)网络的抗毁性(Invulllerability)是网络在人为破坏下的可靠性,是从图论中提出来的,从网络连通性的角度描述了拓扑结构对网络可靠性的影响。一般通过粘聚度和连通度的确定测度表示。近年来多用于军事通信网的研究和部分公用网。

⑵网络的生存性(survivability)是在随机性破坏下的可靠性,反映了随机性破坏和网络拓扑结构对网络可靠性的影响,是由概率论和图论得出的。其连通性(即网络端到端的连通概率)作为生存性的测度。近来,在自愈网中研究网络的生存性较多。

⑶网络的有效性(渐ail曲i一ity)又称完成性(pe而rmability),是一种基于业务性能的可靠性测度。它反映了网络在部件失效的情况下,满足业务性能要求的程度。国内外对其测度指标研究较多。随着科学技术的进步,网络可靠性分析在提高网络可靠性与生存性,网络的优化设计中具有重要意义。而网络可靠性理论在社会经济系统、管理领域应用的建模与方法、算法设计等方面还有许多研究工作要做。

4.网络可靠性计算基础

网络可靠性理论涉及到计算,估计和最大化网络在面对随机失效时连接仍然存在的概率。失效或许是由于中断、阻塞或涌堵引起的。对于失效后连接的测量有各种各样的方法,比如节点可靠性(两个节点可

以通讯的概率),全节点可靠性(所有节点可以通讯的概率),节点对弹性(可以通讯节点对的期望数目)。网络可靠性文献或者专注于计算可靠性或者是优化设计可靠性系统。计算一个网络的可靠性是一个非常重要的问题,各种各样的技术已经提出来计算或评估期望概率,包括最小通路法和最小割集法。

5.物流网络结构

物流络是适应物流系统化和社会化的要求发展起来的,是指物流过程中相互联系的组织和设施的集合。物流网络由点和线组成,而点和线之间的联系物流网络的结构。表示物流网通常是用图论中的有向赋权图。节点一般代表网络中的工厂、物流中心、配送中心或销售点,连线代表在两点之间存在一条路。根据结构复杂程度,物流网络可以分为五类,

①点状结构。,即由孤立的点组成的物流网络,这是物流网络中比较极端的情况,只在封闭的、自给自足的系统中才存在,比如废弃不用的仓库、站台等。

②线状结构:,即由点和连结这些点的线组成的,且两点之间只有一条线、没有连成圈的网络。一个农副产品的供应链可能符合这样的结构,产地的配送中心(DistributionCenter,DC)首先将产品收集起来,再销售给公路沿线的各销售点。

③圈状结构。即由至少包含一个连结成圈的线组成的物流网络。例如,某企业在其2个市场区域各设置一个可以连通的配送中心,每个配送中心覆盖各自的市场区域,区域内部各供货点之间的商品可以调剂,是一种物流效率比较高的物流网络结构。

④树状结构。,即无圈但能够连通的网络。汽车物流基本上采用这种结构方式。某个汽车制造商,按市场区域设置分销网络和配送网络,每个细分市场选择一个经销商。公司设立2个DC,中心之间通过干线连结,每个DC负责供应一定市场区域的经销商,经销商之间的物流是不连通的。

⑤网状结构。是一种非常复杂的网络结构。这种结构虽然有利于各销售点的存货控制和及补货,但其组织化程度不高,物流管理的难度很大。

综上所述,点状结构没有现实意义;线状结构过于简单,树状结构其物流成本较高,两者的适应范围都非常有限;对网状结构需要进行优化,在不改变“商流”模式的前提下,将该网络的物流模式改造成圈状结构,以提高物流效率。

根据物流网络在实际构建中的模式来分类(以销售物流为例),物流网络可分为两种基本形式,一种是直送形式,另一种是经过物流中心或者配送中心的形式,其他的组合形式,

6.物流管理的复杂性

系统复杂性科学认为系统的复杂性主要表现为:第一,系统由众多的存在差异的单元组成,各单元的联系广泛而紧密,构成一个网络。该系统内各单元在系统内各司其职,互相配合,发挥系统的整体效能。第二,系统具有多层次、多功能的结构,这一结构的存在使得系统中各单元的变化既受制于其它单元,又影响着其它单元,具有系统的整体相干性。第三,系统是动态的,它不断处于发展变化之中,能够在变化中改善自身。第四,系统是开放的,它与环境有密切的联系,在与环境的相互作

用中不断利用环境和适应环境(戴汝为,2001)。基于物流行业对现代企业管理的作用以及在中国发展物流业的迫切要求,我们有必要对物流管理系统作进一步研究,特别是运用当代系统复杂性科学理论,去分析物流管理系统的一般特征。物流管理是一个复杂的系统工程,它所涉及的因素众多,各因素交互作用,系统瞬息万变,集多功能为一体,与环境交互作用,具有复杂性系统的基本特征。整个物流系统的复杂性主要体现在如下几方面:

●物流网络实体的复杂性

物流网络实体的复杂性表现在其组成实体的分散性、实体差异性及规模的巨量性。构成某一物流网络中节点的实体在地理上通常是分散的,分散的范围可能是某一区域、城市、国家等。实体在地理上的分散性为物流网络管理增加了复杂度。各实体为追求自身利益的最大化,而没有考虑物流网络整体利益。因此,在实体之间建立某种适当的供需协作关系,明确各自的责任与义务是降低物流网络管理复杂性的有效途径。

●物流网络结构的复杂性

前面已提到根据不同划分方式,物流网络有多种结构形式。从网络空间结构特性上可分为增长极网络结构、点轴网络结构、多中心多层次网络结构及复合型网络结构;从地理条件、区位基础与经济社会发展特点上可分为走廊型网络、极核型网络及扇形网络;从网络层次特性上可分为一对多网络结构、多对一网络结构及多对多网络结构。而对于实际网络经常呈现上述结构复合的形态。

●物流网络节点功能的复杂性

物流管理系统由众多基本单元组成,如:物资的运输、保管、装卸、

包装、配送、流通加工包装物和废物回收,以及与之相联系的物流信息,如信息流、资金流、工作流等,是有形与无形要素的综合组成体。这些系统单元的功能彼此间存在差异,在物流系统中各司其职,分工合作,在相互作用和相互依赖中体现着各具特色的功能。运输的功能是实现物资的空间位移,创造商品的空间效用。包装的功能是使产品单位化,便于运输和消费者购买;还能显示商品的性能和特点,以利扩大销售。保管包含着商品的仓储、管理、维护等活动,其功能是充当产品生产和消费在时间上存在差异的“平衡器”或“蓄水池”,维持社会再生产过程的连续性。搬运装卸是伴随物资运输、保管而产生的物流活动,其功能主要是作为中间环节,衔接其它物流要素活动的进行。流通加工是物资在生产过程或流通过程中,为弥补其加工程度的不足,更好地衔接产、需而在物流过程中进行的一些附加性的加工,从而使生产过程或流通过程更加合理化。配送是指按用户的订货要求,物流主体对商品进行分货、配货,并将配好的货物按指定的时间、地点送交收货人的工作。物流信息是将经过处理的、能反映物流各组成部分正常运行并获得整体最大功能的数据、资料,用于物流活动的科学决策和有效控制,以保证物流效率,取得最佳经济效益和社会效益。这些系统单元发生作用时,对其它单元有着强烈的依赖性。它们的作用空间、时间和对象彼此交叉融合,你中有我,我中有你。正是各单元间差异的存在,才一有各自功能的相对独立性;正是这种功能差异的互补性,才有物流系统的分工与合作,系统整体的相互利用与相互协作,才能形成系统内复杂的网络联系。因此,物流系统是一个组成要素众多,活动

内容丰富,整体功能多重,具有复杂性、多样性的有机整体。各要素和子系统的存在保证了物流管理系统存在的真实、完整,各要素和子系统只有在物流管理系统中才能体现其各自的作用。

物流网络的复杂性以及网络设计问题涉及的研究内容很多,且难度很大，所以我们要优化这一网络结构。

(l)物流网络中商品价格的演化规律与其上物流量密切相关,为了合理分析商品价格的变化机理,必须在演化模型中考虑物流量的影响。同时每个节点可能有多种商品在交易,因此可进一步考虑多种类商品价格的演化规律。

(2)进一步将网络结构特点与选址决策相结合,在选址的过程中反映物流网络结构的演化特点。

(3)进一步考虑物流网络中结构瓶颈对整个网络配送路径及配送效果的影响。

(4)在物流网络研究中进一步考虑突发事件或重大灾害发生时配送路径确定及配送设施选址问题。