抗蓄意攻击的正/逆向集成物流网络优化设计研究

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现代制造的供应链物流日趋复杂化、网络化,形成供应链物流网络。随着产业升级,绿色制造、再制造、循环经济等概念相继提出,传统正向物流网络日益向正/逆向集成(或闭环)物流网络发展。而在当今世界政治对抗与局部武装冲突加剧,如恐怖袭击、经济制裁、技术封锁等蓄意攻击事件频发,供应链全球化日益受到挑战并朝着区域化发展的背景下,本研究的最终目标是在已有正向物流网络的基础上,设计与构建抗蓄意攻击的正/逆向集成物流网络。其具体构建方式要求,不增加新的设施或对原正向网络节点间的连接关系进行调整,而是选择将一定数量的正向物流链改造为正/逆向集成的物流链。为此,本文基于多分网络,建立了符合实际物流系统结构特征的网络模型及相应鲁棒性指标,并利用分布式进化算法以抗蓄意攻击的鲁棒性为目标对设计构建的正/逆向集成物流网络进行优化。论文具体研究工作及结论如下:(1)建立了能直接反映物流网络层次性及节点异质性的网络模型针对传统的网络模型只由单个矩阵表示而难以直接的反映物流网络的层次性及节点的异质性的问题,本文基于多分网络,利用一组层间邻接矩阵来表示物流网络。以此种方式构建物流网络模型还能直观的反映节点之间的上下游关系,并可通过矩阵运算表示完整的物流链。随后基于物流网络实例的层间邻接矩阵分别分析了各层的结构特征,结果表明社团结构和嵌套结构是在物流网络中普遍存在的网络结构特征,且对于同一物流网络的不同层级,可能表现出较大的结构特征差异,所以分层级的对物流网络结构进行分析相对于传统的对整个网络进行结构分析是有必要的。(2)建立了能够反映上下游节点间功能性级联失效的鲁棒性指标针对传统的衡量物流网络鲁棒性的指标在被提出时没有考虑上下游节点间的功能性依赖而导致的级联失效的问题。本文基于所提出的网络模型,建立了两种能够反映级联失效对物流网络产生影响的鲁棒性指标。随后在所定义的不同攻击方式下,对物流网络实例的鲁棒性分析表明了物流网络面对统一衡量所有节点重要性的蓄意攻击十分脆弱,但对随机攻击抗性较高。而后进一步分析了在重要节点被保护的情况下的物流网络鲁棒性,发现对于不同的攻击方式,受保护节点比例的增加与鲁棒性提升效果之间的关系迥异,从而为平衡节点保护成本与鲁棒性提升程度提供了一定的依据。以上分析还伴随着各种鲁棒性指标的对比,相较于传统的物流网络鲁棒性指标,分析结果表明所提鲁棒性指标更为严格。(3)建立了用于集成网络的抗蓄意攻击优化设计的分布式进化算法针对在已有正向物流网络的基础上如何构建最能抗蓄意攻击的正/逆向集成物流网络的问题,本文首先明确了将原正向物流链改造为正/逆向集成物流链的构建方式。为了以完整物流链为基本单元构建集成物流网络,即保证所选择的逆向路径能够全部用于组成完整的逆向物流链,本文基于建立的多层物流网络模型,具体提出了两种不同的逆向路径选择方式,针对不同方式,构建了相应的集成网络鲁棒性优化模型及算法。两种优化算法被分别称为基于岛屿模型的分布式进化算法和基于主-从模型的分布式嵌套进化算法。就算法的创新点而论,前一种算法为了满足问题的约束条件,进行交叉操作的两个父代个体具有位置不同的断点以保证所得子代个体中的元素“1”数量保持不变。而对于后一种嵌套的进化算法,算法中个体分为主码与子码两部分,需分别构建各自的编码、解码、交叉、变异等算子。其中,子码种群依托于主码个体进行初始化,子码种群迭代进化后的最佳适应度值被作为对应主码个体的适应度值。最后,针对实例的仿真结果表明,所提算法能够显著提高所构建集成物流网络抗蓄意攻击的鲁棒性,同时抗随机攻击的能力在优化前后没有被破坏。
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