煤電供應鏈關鍵脆性因子辨識方法

鄭州大學 周安琪

近年來，電煤供需矛盾事件時有發生，煤電供應鏈斷鏈問題是產生原因，這顯示出煤電供應鏈的脆性。而影響其脆性的因素眾多且各因素之間又相互影響、相互聯系，難以形成定量分析和評價，故迫切需要一種客觀、全面、準確的分析方法來對其中的關鍵脆性因子進行有效辨識，進而從根源上確保煤電供應鏈的可靠性?；谝陨峡紤]，本文在全面分析煤電供應鏈脆性因子基礎上，構建脆性因子有向復雜網絡模型，提出了一種面向有向復雜網絡節點重要度綜合值計算方法。

一、問題描述

在煤電供應鏈運行過程中，會受到許多內部與外部因素的干擾，導致的子系統或單元崩潰，進而使與之相關聯的子系統或單元發生崩潰，最后導致整個供應鏈的崩潰。為保證煤電供應鏈的正常運行不發生崩潰現象，應從根本原因入手，全面分析影響其脆性的因素、尋求出關鍵因子，并對其進行重點監控和管理，同時采用相關的合理措施進行改進。

二、基于ISM的煤電供應鏈復雜網絡關鍵脆性因子辨識分析

參考劉偉強，徐立云[1]提出的節點重要度綜合值計算方法和王長勇[2]提出的基于節點刪除法的供應鏈脆弱性評估模型，本文提出基于ISM的煤電供應鏈網絡節點重要度綜合值的計算步驟簡單描述如下：

對影響煤電供應鏈的脆性因子進行分類及其相關性分析，并建立脆性因子的復雜網絡拓撲模型，對煤電供應鏈脆性因子進行網絡化描述。計算網絡中各節點度、直接損失、間接損失、總損失，依據復雜網絡模型構建鄰接矩陣，在鄰接矩陣的基礎上，通過矩陣運算求得可達矩陣。對可達矩陣進行層次化處理，求得各影響因子的層級矩陣，完成網絡層級的劃分，確定不同層級的因素集合。依據構建的ISM模型，對處于不同層級的節點，計算相應網絡層級的權重Wi；之后計算網絡中各節點重要度綜合值，并將所得的節點重要度綜合值從大到小進行排序，值越大表明該節點為網絡中相對更重要的節點。

三、算例分析

參考呂濤,李肖肖[3]的研究方法，將煤電供應鏈的影響因素歸納為：煤炭質量、設備安全、運距、運力、運價、損耗、安全、電煤供給、機組、管理、電價、需求量、信息共享、企業文化、信用、自然災害、政策制度，將它們分別記為r11、r12、r21、r22、r23、r24、r25、r31、r32、r33、r41、r42、r51、r52、r53、r61、r62。針對這17個影響因素，本文采用問卷調查法和專家打分法評估各因素間相互影響關系，確定這些因素間之關聯關系。

以上述煤電供應鏈為研究對象，基于復雜網絡相關理論及上述方法得出的各脆性因素間的相互影響關系，繪制得到該煤電供應鏈脆性因子的復雜網絡模型如圖1所示。

圖1 復雜網絡模型圖

求得該復雜網絡中各節點的節點度、直接損失、間接損失、總損失的值，并按照總損失降序排序得到該復雜網絡中節點刪除法下的各節點重要度排序為r61,r62,r41,r23,r21,r22,r24,r25,r42,r53,r11,r 31,r51,r52,r12,r33,r32。所以，該煤電供應鏈脆性因子在節點刪除法下的重要度排序為自然災害、政策制度、電價、運價、運距、運力、損耗、安全、需求量、信用、煤炭質量、電煤供給、信息共享、企業文化、設備安全、管理、機組。

基于上述脆性因子復雜網絡模型，建立鄰接矩陣。在鄰接矩陣A的基礎上，應用Matlab軟件計算得到可達矩陣M。通過對可達矩陣M進行區域劃分，可得到基于ISM的網絡遞階有向圖，從而可更清晰的反映各影響因子間的層次結構關系。最終將該煤電供應鏈脆性因素劃分為3個層級，結果如下：第一層級L1={8,9,11,12,13,14,15},第二層級L2={1,2,3,4,5,6,7,10},第三層級L3={16,17}?；诳蛇_矩陣對脆性因素的層級劃分結果，可建立相應的ISM模型如圖2所示。

圖2 解釋結構模型圖

從圖2看出，利用ISM模型對該煤電供應鏈脆性影響因素進行分析有助于把各因素間的復雜關系層次化。該煤電供應鏈脆性影響因素的ISM模型總共分為3層，不同層級間的因素關系錯綜復雜、相互關聯，相同層級間的因素也彼此作用、相互影響。ISM模型中的箭頭表明了各因素間的相互影響關系，有向圖將各因素連接表示成為鏈狀結構，層層遞階。

按照前文所述方法計算得到各個脆性因子的網絡層級權重Wi，從r11到r62分別為0.764、0.655、5.564、5.564、6.982、5.564、5.564、0.131、0.164、0.873、1.855、1.091、2.509、1.091、2.509、9.273、3.055。

根據前文所述方法計算得到各個脆性因子的節點重要度綜合值從r11到r62分別為3.06、1.31、32.27、32.27、54.46、32.27、32.27、0.39、0.16、1.75、15.4、4.69、7.53、3.05、10.79、114.06、25.36。

依據上述計算結果，結合復雜網絡中節點的局部拓撲特征和節點處于網絡層級的位置關系的角度分析，處于第三層級的節點r61的重要度綜合值排在第1位，這與脆性因子復雜網絡模型結構所展現的一致，這個節點處于網絡中相對關鍵位置，為網絡的關鍵節點。r61的出度是10，有3條來自第一層級的連邊、7條來自第二層級的連邊，其為網絡模型中節點度值最高的節點，也是與其它相鄰節點的關系最為緊密的節點，同時是該網絡中最關鍵的節點；節點r23的入度和出度分別為6和4，分別各有4條來自第二層級的連邊、2條來自第三層級的連邊，它的連邊所處層級及節點度值相較與節點r61較低，故它們的重要程度僅次于節點r61，列第2位；節點r21，r22，r24，r25的入度和出度分別是5和4，其有4條來自第二層級的連邊及1條來自第三層級的連邊，與前兩個節點相比，其相關聯的相鄰節點所處的層級相對較低，故其重要性排在第3-6位；節點r62雖然處于網絡第三層級，但它的入度為0，出度均為4，具體表現為該節點與網絡中相鄰節點之間的依賴關系不強，即與相互連接的節點之間信息的流通不會使得彼此的重要度產生較大的改變，對相鄰節點的重要度貢獻不強，故其節點重要性排序并不是很高；節點重要性排在最后兩位的是節點r31和r32，這與脆性因子復雜網絡模型結構展現的一致，它們只有少量入度沒有出度，與網絡中其它節點的關聯性很差。

從煤電供應鏈實際的運行角度分析，網絡中節點重要性排序第一的關鍵節點對應的因素是自然災害，自然災害波及范圍廣，破壞程度大，影響時間長，作為影響煤電供應鏈正常運行的關鍵因子，這與實際情況相符合。在實際生產中，應當制定相關策略防災減災，設置應急管理預案，以便在自然災害發生時可以把損害降到最低；節點重要性第二的節點對應的脆性因素為運價，這表明價格對煤電供應鏈運轉的影響較大，物流承擔方應當合理規定運價，盡可能考慮到供應鏈上的每個合作伙伴的收益，保障供應鏈達到均衡；運距、運力、損耗、安全等因素也會對煤電供應鏈的正常運行產生重要影響，在倉庫選址時應當合理規劃，盡可能縮短距離，提高物流效率。安全管理也應當制定可實施性強的安全管理規范并加強對合作伙伴的安全意識強調力度；此外，其它引發煤電供應鏈系統發生脆性崩潰的客觀因素和具體量化因素雖然對于系統脆性的影響程度相對較小，但仍是保證煤電供應鏈系統正常運行的基本要素，在加大對關鍵脆性因子的監管力度的同時也不能忽略其他相關因子，這樣才能更高效、準確的制訂安全運行措施用以保障系統的安全穩定運行。

四、結論

本文著眼于煤電供應鏈脆性，對影響煤電供應鏈脆性的因素進行了全面分析，基于復雜網絡理論，構建出煤電供應鏈脆性因子復雜網絡模型，將脆性因子作為網絡節點，基于ISM模型辨識與分析有向復雜網絡關鍵節點。文中既用節點刪除法分析求解復雜網絡的重要拓撲特征參數，也用ISM模型對網絡層級進行劃分，繪制出基于ISM的網絡遞階有向圖，充分考慮各節點于整個網絡的層級關系，進而從節點局部和網絡全局兩個角度綜合評價網絡節點重要度，提出了一種新型計算節點重要度的方法，能更精確地辨識關鍵脆性因子，找出影響煤電供應鏈系統脆性的關鍵因子。最后以煤電供應鏈系統為例，使用文中提出的方法辨識影響煤電供應鏈脆性的關鍵脆性因子。結果表明，本文所述方法能有效地區分網絡中各節點的重要性差異。