一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法技术

技术编号:20925883 阅读:22 留言:0更新日期:2019-04-20 11:45
本发明专利技术提出了一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其步骤为:将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,用节点表示企业,并用邻接矩阵表示有向网络;根据供应链网络中节点的度定义节点的初始负载;根据企业正常运行时负载的上下限定义负载容量;通过节点的度计算节点间的业务关系强度,根据业务关系强度进行节点失效后负载的重新分配;根据节点遭受的损失以及采取的保护措施更新企业负载;根据企业是否欠载进行新一轮的失效判断;根据相对网络效率度量级联失效模型的传播规模。与过载级联失效模型相比,本发明专利技术能更深刻地反映供应链网络中级联失效的传播特征,可为预防、控制级联失效提供有益参考。

A Cascade Failure Model Construction Method for Supply Chain Networks Based on Underload

The invention proposes a method for constructing cascade failure model of supply chain network based on under-load. The steps are as follows: abstracting supply chain network as a directed network from upstream to downstream, representing enterprises with nodes, and expressing directed network with adjacency matrix; defining initial load of nodes according to degree of nodes in supply chain network; defining upper and lower bounds of load according to normal operation of enterprises. Define the load capacity; calculate the strength of business relationship between nodes through the degree of nodes, redistribute the load after the node fails according to the strength of business relationship; update the enterprise load according to the loss of nodes and the protective measures taken; make a new round of failure judgment according to whether the enterprise is under-loaded; measure the propagation scale of cascade failure model according to the relative network efficiency. Compared with overload cascade failure model, the invention can reflect the propagation characteristics of cascade failure in supply chain network more profoundly, and can provide useful reference for preventing and controlling cascade failure.

【技术实现步骤摘要】
一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法
本专利技术涉及复杂网络与供应链管理交叉的
,尤其涉及一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法。
技术介绍
供应链是由供应商、制造商、分销商和零售商共同组成的实现原材料到成品并满足最终用户需求的一个功能链状结构模式。供应链不仅是一条连接供应商到用户的物流链、信息链、资金链,而且是一条增值链。随着经济的全球化和外包的盛行,供应链逐渐由链式结构演化成网式结构。相应的,复杂网络理论也被广泛应用到供应链管理中。从复杂网络的角度出发,供应链网络中单个节点企业的故障可能会触发整个网络的崩溃,造成巨大经济损失,这种现象叫做级联失效。比如,2000年3月,飞利浦公司位于美国新墨西哥州的芯片工厂发生火灾,导致爱立信公司亏损近4亿美元,并最终退出手机市场。近年来,供应链网络中的级联失效现象越来越受到研究者的广泛关注。但是,相关研究存在以下局限性:采用基础设施网络中的级联失效模型描述供应链网络中的级联失效过程,这与实际情况不符。在基础设施网络中,节点因过载而失效。比如,变电站过负荷、交叉口拥堵会导致相应节点性能下降,甚至失效。而在供应链网络中,节点因欠载而失效。具体的,供应链网络中上下游企业之间是一种供应-需求的关系。某个企业由于某种原因发生故障以后,其上游企业由于产品需求下降,可能会造成运营的终止;其下游企业由于缺少原料供应,也可能会导致无法正常生产。这种向上和向下的影响会进一步沿着供应链网络传播,引发欠载机制下的级联失效。因此,基础设施网络中的级联失效属于过载失效,而供应链网络中的级联失效属于欠载失效。
技术实现思路
针对现有方法采用基础设施网络中的过载级联失效模型研究供应链网络中的欠载级联失效现象,与企业因欠载而失效的真实情况不相符的技术问题,本专利技术提出一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,从企业欠载失效出发,考虑企业负载容量具有上下限、企业负载根据业务关系强度重分配、企业通过加强已有业务关系弥补损失等实际情况,能更准确地反映供应链网络级联失效的传播过程。为了达到上述目的,本专利技术的技术方案是这样实现的:一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其步骤如下:步骤一:将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,用节点表示企业,并用邻接矩阵表示有向网络;根据供应链网络中节点的度定义节点的初始负载;步骤二:根据企业正常运行时负载的上下限定义负载容量:将企业满负荷运作时的负载定义为负载容量上限,将企业维持运营所需的最小负载定义为负载容量下限;步骤三:通过节点的度计算节点间的业务关系强度,根据业务关系强度进行节点失效后负载的重新分配;步骤四:根据节点遭受的损失以及采取的保护措施更新企业负载:失效节点的下游或上游节点遭受损失后,与其他上游或下游节点强化已有关系,直到损失得到弥补或者所有上游或下游节点没有冗余能力为止;步骤五:根据企业是否欠载进行新一轮的失效判断;步骤六:根据相对网络效率度量级联失效模型的传播规模。所述步骤一中将物流作为供应链网络的负载,将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,并用有向图来表示;在复杂网络视角下,供应链网络中的节点代表企业,边代表企业间的业务关系,边上传递着物流、资金流和信息流的信息;将供应链网络描述为一个具有N个节点和M条边的有向图G。有向图G用一个N×N的邻接矩阵{aij}来表示,若从节点i到节点j存在一条有向边连接,则aij=1;否则aij=0,且1≤i≤N,1≤j≤N。所述节点的初始负载的计算方法为:根据节点的度数及其相邻节点的度数来定义节点的初始负载,节点i的初始负载Li为:其中,Ki代表节点i的度数,且Ki=Ki(in)+Ki(out),Ki(in)为节点i的入度,Ki(out)为节点i的出度;Γi(in)表示节点i的上游邻居节点集合,Γi(out)表示节点i的下游邻居节点集合;Kr表示节点i的邻居节点r的度数,θ是控制节点负载强度的可调参数。所述节点的负载容量上限正比于节点的初始负载,节点i的负载容量上限Gi(max)为:Ci(max)=δ·Li;其中,δ为可调整的容量上限参数,取值范围为δ≥1;节点的负载容量下限正比于节点的初始负载,节点i的负载容量下限Ci(min)为:Ci(min)=σ·Li;其中,σ为可调整的容量下限参数,取值范围为0<σ≤1。所述供应链网络是一个有向加权网络,有向加权网络中边的权重代表节点企业间的业务关系强度,供应链网络中节点i和节点的j的业务关系强度为:Wij=(KiKj)τ,其中,Ki代表节点i的度数,Kj代表节点j的度数,τ是控制边权强度的可调整参数。根据企业间的业务关系强度进行负载重分配的方法为:设节点i在t时刻发生故障,即负载Li(t)=0,则其上游邻居节点和下游邻居节点都将遭受损失;上游邻居节点和下游邻居节点遭受损失的方式相似,以下游邻居节点遭受损失为例:节点i分配给下游邻居节点j的负载即节点j减少的负载为:其中,Wh′i表示上游邻居节点h’和节点i的业务关系强度,Wij′表示节点i和下游邻居节点j’的业务关系强度,Kh′代表上游邻居节点h’的度数,Kj′代表下游邻居节点j’的度数。所述步骤四中更新企业负载的方法为:节点i失效以后,其上游邻居节点和下游邻居节点都会通过加强已有的业务关系来弥补损失;二者弥补损失的方式相似,以下游邻居节点为例进行阐述:下邻居游节点j遭受上游邻居节点i带来的损失后,选择与其他未失效的上游邻居节点强化已有关系,直到损失得到弥补或者所有上游邻居节点没有冗余能力为止;假设冗余能力大的节点会被优先选择,则其他未失效的上游邻居节点i’被下游邻居节点j选中的概率为:其中,Ri′(t)=Ci′(max)-Li′(t)表示上游邻居节点i’的冗余能力,Ci′(max)表示上游邻居节点i’的负载容量上限,Li′(t)表示上游邻居节点i’的当前负载;r表示下游邻居节点j的其他未失效的上游邻居节点,Rr(t)表示节点r的冗余能力;节点j增加的负载为:下游邻居节点j在负载重分配以及与节点i’加强业务关系后的负载更新为:上游邻居节点i’的负载更新为:所述步骤五中失效判断的方法为:如果节点j在t+1时刻的负载低于其容量下限,即负载Lj(t+1)<Cj(min),则节点j在t+1时刻进一步发生故障,即负载Lj(t+1)=0,其中,Cj(min)为节点j的负载容量下限。所述步骤六中用一个N×1的效率矩阵{ei}来表示各节点的效率状态,其取值范围为0≤ei≤1,0表示节点失效,1表示节点正常工作,其他值表示节点因欠载而效率降低;设初始时刻所有节点都正常工作,即ei=1,则节点在t时刻的效率为:ei(t)=eiLi(t)/Li;相对网络效率E(t)为:相对网络效率E(t)度量t时刻网络效率相对于初始效率的变化情况。所述邻接矩阵{aij}中第i列的和为节点i的入度Ki(in),第i列中与1对应的点为节点i的上游邻居节点;邻接矩阵{aij}中第i行的和为节点i的出度Ki(out),第i行中与1对应的点为节点i的下游邻居节点。本专利技术的有益效果:(1)根据真实供应链网络中企业欠载无法运营、企业负载容量具有上下限、企业负载根据业务关系强度重新分配、企业通过加强已有业务关系弥补损失等情况,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,其步骤如下:步骤一:将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,用节点表示企业,并用邻接矩阵表示有向网络;根据供应链网络中节点的度定义节点的初始负载;步骤二:根据企业正常运行时负载的上下限定义负载容量:将企业满负荷运作时的负载定义为负载容量上限,将企业维持运营所需的最小负载定义为负载容量下限;步骤三:通过节点的度计算节点间的业务关系强度,根据业务关系强度进行节点失效后负载的重新分配;步骤四:根据节点遭受的损失以及采取的保护措施更新企业负载:失效节点的下游或上游节点遭受损失后,与其他上游或下游节点强化已有关系,直到损失得到弥补或者所有上游或下游节点没有冗余能力为止;步骤五:根据企业是否欠载进行新一轮的失效判断;步骤六:根据相对网络效率度量级联失效模型的传播规模。

【技术特征摘要】
1.一种基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,其步骤如下:步骤一:将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,用节点表示企业,并用邻接矩阵表示有向网络;根据供应链网络中节点的度定义节点的初始负载;步骤二:根据企业正常运行时负载的上下限定义负载容量:将企业满负荷运作时的负载定义为负载容量上限,将企业维持运营所需的最小负载定义为负载容量下限;步骤三:通过节点的度计算节点间的业务关系强度,根据业务关系强度进行节点失效后负载的重新分配;步骤四:根据节点遭受的损失以及采取的保护措施更新企业负载:失效节点的下游或上游节点遭受损失后,与其他上游或下游节点强化已有关系,直到损失得到弥补或者所有上游或下游节点没有冗余能力为止;步骤五:根据企业是否欠载进行新一轮的失效判断;步骤六:根据相对网络效率度量级联失效模型的传播规模。2.根据权利要求1所述的基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,所述步骤一中将物流作为供应链网络的负载,将供应链网络抽象为一个从上游指向下游的有向网络,并用有向图来表示;在复杂网络视角下,供应链网络中的节点代表企业,边代表企业间的业务关系,边上传递着物流、资金流和信息流的信息;将供应链网络描述为一个具有N个节点和M条边的有向图G;有向图G用一个N×N的邻接矩阵{aij}来表示,若从节点i到节点j存在一条有向边连接,则aij=1;否则aij=0,且1≤i≤N,1≤j≤N。3.根据权利要求1或2所述的基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,所述节点的初始负载的计算方法为:根据节点的度数及其相邻节点的度数来定义节点的初始负载,节点i的初始负载Li为:其中,Ki代表节点i的度数,且Ki=Ki(in)+Ki(out),Ki(in)为节点i的入度,Ki(out)为节点i的出度;Γi(in)表示节点i的上游邻居节点集合,Γi(out)表示节点i的下游邻居节点集合;Kr表示节点i的邻居节点r的度数,θ是控制节点负载强度的可调参数。4.根据权利要求3所述的基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,所述节点的负载容量上限正比于节点的初始负载,节点i的负载容量上限Ci(max)为:Ci(max)=δ·Li;其中,δ为可调整的容量上限参数,取值范围为δ≥1;节点的负载容量下限正比于节点的初始负载,节点i的负载容量下限Ci(min)为:Ci(min)=σ·Li;其中,σ为可调整的容量下限参数,取值范围为0<σ≤1。5.根据权利要求3所述的基于欠载的供应链网络级联失效模型构建方法,其特征在于,所述供应链网络是一个有向加权网络,有向加权网络中边的权重代表节点企业间的业务关系强度,供应链网络中节点i和节点的j的业务关系强度为:Wij=(KiKj)τ,其中,Ki代表节点i的度数,Kj代表节点j的度数,τ是控制边权强度的可调整参数。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:王英聪王延峰孙军伟黄春张勋才张丰鹏
申请(专利权)人:郑州轻工业学院
类型:发明
国别省市:河南,41

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