新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化

荀 燁，黨偉滔，李文源，楊學銘

（1.陸軍軍事交通學院 軍用物資配送系，天津 300161；2.陸軍軍事交通學院 學員五大隊研究生隊，天津 300161）

1 引言

隨著國防與軍隊體制編制改革的不斷進行與深化，新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送的保障關系也發(fā)生了重大變化。在未來現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隨著高精尖技術武器的廣泛使用，各項軍事任務的突發(fā)性與激烈程度空前增大，與之對應的物資消耗就會急劇增加[1]，使新體制下的軍事行動比過去任何時候都更加依賴物資補給的程度和效率。因此，合理的進行戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡設計與優(yōu)化，對于新體制下完善我軍軍事物流系統(tǒng)、提高軍事物流資源的合理配置具有重大的現(xiàn)實意義。

2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的內容與技術思路

2.1 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化目的與內容

本文對戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡進行優(yōu)化，主要考慮保障網(wǎng)絡的時效性和保障網(wǎng)絡的總成本，為戰(zhàn)區(qū)陸軍平戰(zhàn)時物資配送保障計劃方案的編制和保障綜合效益的提高提供理論依據(jù)。

（1）保障網(wǎng)絡的時效性。保障網(wǎng)絡的時效性是指按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡關系，物資配送保障活動在部隊受供單位產生實際效果的時間限度，具體講起來就是：適時、適地、適量。

在戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡中，通專物資往往具有多個物資配送保障節(jié)點，多個物資配送保障節(jié)點又按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡關系對應著多個部隊受供單位[2]。在優(yōu)化分析時，保障網(wǎng)絡的時效性具體表現(xiàn)為按照網(wǎng)絡關系實施物資配送保障活動所花費的總時間。

（2）保障網(wǎng)絡的總成本。保障網(wǎng)絡的總成本是指按照一定的物資配送保障網(wǎng)絡關系，因物資配送保障行動所產生的所有直接和間接費用。在優(yōu)化分析時，保障網(wǎng)絡的總成本具體表現(xiàn)按照網(wǎng)絡關系實施物資配送保障活動所產生的總費用。

2.2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化流程

結合戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障實際，采用建立模型定量計算的方法進行網(wǎng)絡優(yōu)化。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的流程主要有以下幾個步驟：

（1）確定物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的主要內容。主要分析確定物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的主要目的，并確定物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的主要內容。

（2）分析確定網(wǎng)絡優(yōu)化的主要因素。通過收集相關資料和數(shù)據(jù)，分析自戰(zhàn)役倉庫接到物資調撥單起，到物資送達至陸軍部隊用戶手中，所需要經(jīng)歷的流程時間及相應的成本，即確定網(wǎng)絡時間因素和網(wǎng)絡成本因素。

（3）建立網(wǎng)絡優(yōu)化模型。結合物資配送保障的實際情況，提出合理的假設及相關的約束限制條件，建立戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型。

（4）模型求解。針對建立的網(wǎng)絡優(yōu)化模型，選擇合適的優(yōu)化算法對案例模型進行計算求解。

（5）結果分析。將求解得到的優(yōu)化后的物資配送保障方案與現(xiàn)行的物資配送保障實際方案進行對比分析，并指出模型的應用價值。

戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化技術路線如圖1所示。

2.3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化影響因素分析

依據(jù)本文設定的戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化內容，將影響物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的主要因素歸結為網(wǎng)絡時間因素和網(wǎng)絡成本因素。

圖1 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化技術路線圖

（1）網(wǎng)絡時間因素。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡時間主要包括網(wǎng)絡保障節(jié)點時間及網(wǎng)絡線路時間。影響網(wǎng)絡時間的主要因素有部隊用戶的物資需求量，分揀集配、裝卸搬運物資的效率，網(wǎng)絡保障節(jié)點與部隊受供單位的距離，物資運輸平均速度，因物資轉運帶來的滯留時間以及相關技術裝備、作業(yè)人員的工作效率。

（2）網(wǎng)絡成本因素。戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡成本主要包括固定成本和可變成本。影響網(wǎng)絡成本的主要因素有部隊用戶的物資需求量，分揀集配、裝卸搬運物資的人工費用和裝備消耗[3]，網(wǎng)絡保障節(jié)點與部隊受供單位的距離，物資運輸費率以及物資在途中轉運節(jié)點上的暫存費率[4]。

3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型構建

3.1 優(yōu)化模型的基本假設

根據(jù)目前戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障的實際情況，本文做以下幾點假設：

（1）僅考慮公路運輸以及公路和鐵路結合的兩種運輸方式；

（2）采用公路運輸方式時，車輛行駛的公路路段為市內公路和高速公路；

（3）物資配送在庫內作業(yè)時，不考慮物資的儲存時間與儲存成本，僅考慮物資分揀集配、裝卸搬運的成本和時間；

（4）儲供基地、戰(zhàn)役倉庫配備的技術裝備和作業(yè)人員具有穩(wěn)定的工作效率，且?guī)齑媪砍渥悖?/p>

（5）每個部隊用戶受供同一類物資只能由一個儲供基地或戰(zhàn)役倉庫或其他網(wǎng)絡保障節(jié)點供應保障。

3.2 優(yōu)化模型的基本參數(shù)設置

（1）相關參數(shù)見表1。

表1 相關參數(shù)表

（2）決策變量

3.3 優(yōu)化模型的建立

根據(jù)戰(zhàn)區(qū)物資配送保障的實際情況，綜合上述分析和設定，以網(wǎng)絡保障平均時間最短和網(wǎng)絡保障總成本最小作為目標函數(shù)，建立兩級間“多個網(wǎng)絡保障節(jié)點對多個部隊用戶”的多目標優(yōu)化模型如下：目標函數(shù)：

約束條件：

（1）目標函數(shù)。式（3）、（4）分別為物資配送網(wǎng)絡保障平均時間最短和網(wǎng)絡保障總成本最低的目標函數(shù)。保障平均時間最短的目標函數(shù)主要由兩個部分構成：第一部分為選擇公路運輸方式時網(wǎng)絡保障所需的平均時間，第二部分為選擇公鐵結合運輸方式時網(wǎng)絡保障所需的平均時間。保障總成本最低的目標函數(shù)同樣由兩個部分構成：第一部分為選擇公路運輸方式時網(wǎng)絡保障所花費的總成本，第二部分為選擇公鐵結合運輸方式時網(wǎng)絡保障所花費的總成本。

（2）約束條件。式（5）表示在實施物資配送保障時，每個部隊用戶只能由一個網(wǎng)絡保障節(jié)點來完成；式（6）表示在實施物資配送保障時，運輸方式只能選擇公路運輸或者公鐵結合運輸；式（7）表示網(wǎng)絡保障節(jié)點庫存量充足，能夠滿足多個部隊用戶的物資需求量；式（8）表示在實施物資配送保障時，各個部隊用戶的物資保障需求量得到完全滿足；式（9）表示物資配送保障網(wǎng)絡能夠覆蓋所有部隊用戶；式（10）表示Zij、Zijkm為0-1整數(shù)決策變量。

4 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型求解

4.1 模型求解方法介紹

根據(jù)戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的特點，提出利用多目標全面學習粒子群算法（MOCLPSO）來對本論文優(yōu)化模型進行求解。

粒子群優(yōu)化算法是通過模擬鳥群覓食的過程來解決多目標優(yōu)化問題的算法[5]。多目標粒子群優(yōu)化算法類似于模擬退火算法，通過對解集的不斷迭代來尋找出最優(yōu)解。

在MOCLPSO中，粒子群向粒子的全局最優(yōu)位置gbest、粒子自身飛到過的最優(yōu)位置pbest 以及其他粒子飛到過的最優(yōu)位置學習。設群體中粒子的維度為D，其中粒子的d 維向gbest 學習，粒子的D-d 維隨機向其他非劣解的pbest或者粒子自身的pbest學習[6]。

該算法中有兩個重要的參量：學習概率Ps與精英概率Pe。學習概率決定粒子是向自身最優(yōu)位置學習還是向其他非劣解最優(yōu)位置學習；精英概率決定維度d的大小。

MOCLPSO的主要操作流程如圖2所示。

圖2 MOCLPSO算法操作流程圖

4.2 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型解算

本文所建立的戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型是一個典型的多目標優(yōu)化模型，且為含約束條件的多目標優(yōu)化模型（MOP）[5]。可以應用多目標全面學習粒子群算法來求解該模型。本文案例樣本來源于某綜合倉庫某年度陸軍冬季軍需被裝物資配送保障任務。

4.2.1 粒子編碼

（1）編碼方式。在本文的物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型中，將1個配送保障方案視為一個粒子。假設模型中有m個軍需倉庫、n個陸軍部隊用戶，粒子的維度為2n，其中前n維采用整數(shù)編碼形式，將m個軍需倉庫按照1-m依次編號，表示陸軍部隊與軍需倉庫的對應關系；后n維采用二進制編碼形式，即公路運輸方式編號為0，采用公鐵結合運輸方式編號為1，表示采用的運輸方式。例如某粒子i 的位置Xi={1,2,1,3,1|0,1,1,0,1}，說明B01、B03、B05號部隊由N01號倉庫保障，B02號部隊由N02號倉庫保障，B04號部隊由N03號倉庫保障；B01、B04 號部隊的保障采用公路運輸方式，B02、B03、B05號部隊采用公鐵結合運輸方式。

（2）粒子速度和位置更新。由實際情況可知，物資從軍需倉庫到部隊用戶所采用的運輸方式會影響物資配送的供應保障關系，即粒子編碼的前n維和后n 維是互不獨立的，粒子前n 維信息中包含著后n 維的信息。如果采用基本粒子群算法的更新方式，會不可避免地產生很多不可行解，加大運算冗余量。因此，本文算法只更新粒子的前n維向量。n維向量的初始化位置為[1，n]的隨機整數(shù)，初始化速度為[1-n，1+n]的隨機實數(shù)。

4.2.2 模型約束處理和適應值計算。根據(jù)上文中給出的物資配送保障優(yōu)化模型，整理出本案例中存在以下的約束條件：

設置懲罰函數(shù)，將問題轉化為無約束條件的優(yōu)化問題，令：

給定一個較大的懲罰系數(shù)σ，不妨取σ=1010，得到最終的適應度函數(shù)：

4.2.3 結果仿真計算。本文通過MATLAB2015b 軟件編程來進行模型求解計算，參數(shù)設置為：粒子種群規(guī)模num=50，最大迭代次數(shù)k=200，粒子維度D=2n=100，外部存檔的規(guī)模L=150，學習概率Ps=0.5，精英概率Pe=0.4，加速常數(shù)C1=C2=2。慣性因子取ω0=0.9，ω1=0.4，控制因子取d1=0.3，d2=7。經(jīng)計算，共可得到3個Pareto最優(yōu)解。

（1）平均時間最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)1=35 523.2元，平均時間T1=9.6h。方案解的粒子形式如下：

（2）綜合效益最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)2=34 281.3 元，平均時間T2=11.6h。方案解的粒子形式如下：

（3）總成本最優(yōu)解。該物資配送保障方案總成本W(wǎng)3=31 251.9 元，花費時間T3=15.3h。方案解的粒子形式如下：

4.3 戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化結果分析

根據(jù)調查情況，所調查年度某綜合倉庫對戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障的實際總成本為56 285.4元，耗費平均時間為19.2h。通過上文的計算結果可知，保障方案總成本W(wǎng)1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，平均時間W1＜W2＜W3，即方案一雖然保障成本最高，但其全程為公路運輸，大大減小了保障平均時間，利于部隊戰(zhàn)時應急條件下的物資配送；方案三采用了公鐵聯(lián)運，運輸時間最長，但其保障總成本最低，適用于部隊平時的物資配送；方案二介于方案一三之間，為一個經(jīng)濟效益與軍事效益較為均衡的解。另外，從三種方案的結果來看，隨著全部采用公路運輸向越來越傾向于采用公鐵結合運輸?shù)淖兓镔Y保障的平均時間會越來越長，總成本會越來越低，比較符合物資配送保障的運輸方式與物資配送保障時間和保障成本之間的一般性變化規(guī)律。最后，三種計算得到的優(yōu)化方案與實際調查所得數(shù)據(jù)對比，無論是保障總成本還是平均時間，三種方案均優(yōu)于實際情況[7]。

綜上可知，本文提出的新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型，可以有效解決區(qū)域性軍用物資配送保障網(wǎng)絡的優(yōu)化問題，該優(yōu)化模型具有較高的實際應用價值[8]。

5 結語

本文重點分析了新體制下戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障優(yōu)化的重點考慮因素，研究確定了戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化的內容，設計網(wǎng)絡優(yōu)化的流程，分析網(wǎng)絡優(yōu)化的主要目標，以配送保障網(wǎng)絡平均時間最短和網(wǎng)絡總成本最低為目標函數(shù)建立了戰(zhàn)區(qū)陸軍物資配送保障網(wǎng)絡優(yōu)化模型，最后以某年度中部戰(zhàn)區(qū)陸軍部隊冬季軍需被裝物資配送保障為案例，運用改進的多目標全面學習粒子群優(yōu)化算法以及MATLAB 程序進行優(yōu)化計算求解，并對優(yōu)化結果進行了分析與評價。結果表明，該網(wǎng)絡優(yōu)化模型能夠有效地解決兩級間“多個保障節(jié)點對多個部隊用戶”的物資配送網(wǎng)絡的優(yōu)化問題，具有廣泛的實際應用價值。