基于區(qū)間型數(shù)據(jù)離散化算法的電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量可追溯模型研究

王民濤,陳立釗

(1.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010090)

(2.國網(wǎng)赤峰供電公司,內(nèi)蒙古 赤峰 024099)

電力應(yīng)急物資的供應(yīng)由于受到技術(shù)與成本等因素的限制[1-2],導(dǎo)致物資的質(zhì)量追溯較為困難,且每個(gè)環(huán)節(jié)中所使用的溯源技術(shù)有所不同,因此溯源技術(shù)的優(yōu)勢未能體現(xiàn)出來,限制了此技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

電力是保障人民生計(jì)的能源系統(tǒng)之一。電力應(yīng)急物資的質(zhì)量反映了一個(gè)國家對人民生計(jì)的重視程度。然而,電力應(yīng)急物資供應(yīng)鏈在應(yīng)用過程中受到各種限制,且可追溯性較差[3]。針對此情況,本文提出一種基于區(qū)間型數(shù)據(jù)離散化算法的電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量可追溯模型,應(yīng)用此模型對所有物資信息進(jìn)行詳細(xì)記錄,當(dāng)供應(yīng)質(zhì)量發(fā)生問題時(shí),能夠在最短的時(shí)間內(nèi)找到問題的根源,對其進(jìn)行改進(jìn)。

1 應(yīng)急物資質(zhì)量可追溯模型構(gòu)建思路

不同的對象其追溯模型具有不同的特征,一是應(yīng)急物資儲備數(shù)量上的不足,二是對應(yīng)急物資儲備的管理不到位,在使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行應(yīng)急物資質(zhì)量可追溯性分析時(shí),有一定的難度。為此,本文使用半定量、半定性技術(shù)[4]對其進(jìn)行分析。在確定追溯主體與追溯客體后,將整體追溯模型的運(yùn)行過程分為7個(gè)環(huán)節(jié),如圖1所示。

圖1 供應(yīng)質(zhì)量追溯思路

部分物資標(biāo)識并不具備唯一性,不同批次物資的標(biāo)識均有所不同,為了獲取可靠性更高的追溯結(jié)果,本文采用區(qū)間型數(shù)據(jù)離散算法構(gòu)建新型追溯模型。區(qū)間型數(shù)據(jù)離散算法的計(jì)算過程為:

(1)

式中:S*為離散處理后的數(shù)據(jù),S為模型計(jì)算中采集的原始數(shù)據(jù),Smax為模型計(jì)算中采集到的原始數(shù)據(jù)最大值,χ為離散計(jì)算系數(shù),I為樣本數(shù)量,Si為第i個(gè)樣本的值。

2 電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量可追溯模型構(gòu)建

2.1 電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量關(guān)系分析

在電力應(yīng)急物資供應(yīng)過程中,為了盡可能地捕捉到與質(zhì)量相關(guān)的信息,需要建立一個(gè)制度,對各個(gè)供應(yīng)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行跟蹤和追溯。這個(gè)制度將以電力應(yīng)急物資供應(yīng)周期的形式呈現(xiàn),以為后續(xù)追溯工作提供分析基礎(chǔ)和支持。電力應(yīng)急物資供應(yīng)周期如圖2所示。

圖2 電力應(yīng)急物資供應(yīng)周期

在質(zhì)量因素中,一部分可以通過測量獲得,用具體數(shù)值表示,例如溫度、質(zhì)量、尺寸等,將其稱為質(zhì)量定量因素,用Ac表示;另一部分不能通過測量儀器測定,只能通過人的感官進(jìn)行判定,例如外觀質(zhì)量、氣味、口感等,在本文中將其稱為質(zhì)量定性因素[5-6],用Ad表示。為了獲得更加真實(shí)的分析結(jié)果,對定量因素和定性因素進(jìn)一步細(xì)分,在構(gòu)建追溯函數(shù)時(shí),考慮到偶然發(fā)生事件α和各指標(biāo)的理論賦值β,可以更全面地考慮和評估各種因素對應(yīng)急物資質(zhì)量指標(biāo)的影響。再通過將Ac、Ad與α和β進(jìn)行組合,可以得到更準(zhǔn)確和真實(shí)的應(yīng)急物資質(zhì)量指標(biāo)取值結(jié)果。應(yīng)急物資質(zhì)量指標(biāo)理論值由上述幾個(gè)因素共同決定,則有:

β=f(Ac,Ad,α)

(2)

式中:f(·)為追溯函數(shù)。

要保證物資供應(yīng)質(zhì)量,需要在物資生產(chǎn)后對其進(jìn)行檢測,剔除不合格產(chǎn)品,但此種方式不能改變β的分布情況,且會增加追溯的工作量,因此需要構(gòu)建多質(zhì)量因素追蹤函數(shù)。為便于后續(xù)的計(jì)算,將其設(shè)定為線性正態(tài)函數(shù)。假設(shè)在供應(yīng)鏈中存在n個(gè)影響供應(yīng)質(zhì)量的因素q1,q2,…,qn,在評估和控制物資質(zhì)量時(shí),需要關(guān)注的指標(biāo)有o個(gè),分別為α1,α2,…,αo,o1表示定量指標(biāo),o2表示定性指標(biāo):

o1+o2=o

(3)

則影響供應(yīng)質(zhì)量的因素與需要關(guān)注的指標(biāo)之間的線性關(guān)系可表示為:

(4)

式中:x為物資所在供應(yīng)環(huán)節(jié)序號,e、d分別為函數(shù)中的計(jì)算常數(shù)以及計(jì)算參數(shù)。由于此線性關(guān)系函數(shù)涵蓋了大量的數(shù)據(jù),為了降低計(jì)算難度,將其整合為矩陣的形式,則有:

(5)

式中:Q為需要關(guān)注的指標(biāo)向量,E為計(jì)算向量常數(shù),D為影響供應(yīng)質(zhì)量因素與需要關(guān)注的指標(biāo)之間的系數(shù)矩陣,X為影響供應(yīng)質(zhì)量因素的值矩陣,D1為定量因素的系數(shù),D2為定性因素的系數(shù)。

根據(jù)式(5)確定電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系,并使用其對采集到的指標(biāo)進(jìn)行分析,以明確指標(biāo)內(nèi)容和其對應(yīng)的影響因素,將其作為模型搭建的基礎(chǔ)。

2.2 應(yīng)急物資供應(yīng)鏈時(shí)間參數(shù)計(jì)算

需要對供應(yīng)鏈周期進(jìn)行計(jì)算,以此確定出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)。本文將時(shí)間參數(shù)的計(jì)算公式設(shè)定如下:

time=timei+timej+timek

(6)

式中:time為質(zhì)量問題的輸出時(shí)間,timei為質(zhì)量問題的輸入時(shí)間,timej為質(zhì)量問題的等待處理時(shí)間,timek為質(zhì)量問題的處理時(shí)間。由于應(yīng)急物資供應(yīng)環(huán)節(jié)存在并行行為,則式(6)應(yīng)轉(zhuǎn)化為:

(7)

式中:m為供應(yīng)環(huán)節(jié)中并行結(jié)構(gòu)的數(shù)量。結(jié)合電力應(yīng)急物資供應(yīng)過程中的實(shí)際情況,在應(yīng)急物資供應(yīng)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié),包括質(zhì)量問題的輸出、輸入、等待處理和處理時(shí)間,會受到一定程度的隨機(jī)性影響。假設(shè)供應(yīng)鏈中的各個(gè)環(huán)節(jié)在時(shí)間處理上是均衡的,那么供應(yīng)鏈中每項(xiàng)業(yè)務(wù)的總運(yùn)行時(shí)間timeall可表示為:

(8)

根據(jù)式(8)計(jì)算供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的處理時(shí)間,并將其相加作為總運(yùn)行時(shí)間的一部分。這些處理時(shí)間可以是確定性的值,也可以是以隨機(jī)變量的形式表示的值,并作為追溯過程中的時(shí)間系數(shù)。通過將時(shí)間參數(shù)設(shè)定為隨機(jī)變量,可以更準(zhǔn)確地模擬供應(yīng)鏈的運(yùn)行情況,并考慮到潛在的風(fēng)險(xiǎn)和不確定因素,更好地理解和預(yù)測供應(yīng)鏈的性能。則式(8)應(yīng)轉(zhuǎn)化為:

(9)

將式(9)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入仿真軟件中,同時(shí)將應(yīng)急物資供應(yīng)鏈代入其中,得到供應(yīng)鏈的總運(yùn)行時(shí)間,為后續(xù)的計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

2.3 構(gòu)建區(qū)間型數(shù)據(jù)離散化物資質(zhì)量可追溯模型

應(yīng)用區(qū)間型數(shù)據(jù)離散算法中的計(jì)算公式(1)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,以構(gòu)建符合應(yīng)急物資質(zhì)量追溯要求的模型。在本文中,將模型設(shè)定為原始物資W1、運(yùn)輸中物資W2以及應(yīng)用中物資W3三部分,其中原始物資階段指應(yīng)急物資供應(yīng)鏈中的初始階段,即從物資的生產(chǎn)或采購開始,到進(jìn)入運(yùn)輸環(huán)節(jié)之前的階段。在該階段,涉及X批次的原始物資,即尚未進(jìn)行運(yùn)輸和應(yīng)用的物資。運(yùn)輸中物資階段指應(yīng)急物資供應(yīng)鏈中的運(yùn)輸階段,即原始物資從供應(yīng)商處運(yùn)輸至應(yīng)急物資儲備庫或者其他目的地的階段。在該階段,G批次的應(yīng)急物資處于運(yùn)輸過程中,會面臨一些因運(yùn)輸而引起的質(zhì)量問題。應(yīng)用中物資階段指應(yīng)急物資供應(yīng)鏈中的最后階段,即運(yùn)輸結(jié)束后物資進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)的階段。在該階段,Z批次的應(yīng)用中物資已經(jīng)運(yùn)輸?shù)轿?進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)急使用或分發(fā),會面臨一些與應(yīng)用相關(guān)的質(zhì)量問題。則此時(shí)供應(yīng)過程可表示為:

W1={W1,1,…,W1,i,…,W1,X}

(10)

W2={W2,1,…,W2,i,…,W2,G}

(11)

W3={W3,1,…,W3,i,…,W3,Z}

(12)

式中:W1,X、W2,G、W3,Z分別為不同分布階段X批次的原始物資供應(yīng)集、G批次的運(yùn)輸中物資供應(yīng)集、Z批次的應(yīng)用中物資供應(yīng)集。

不同階段的可應(yīng)用率,即應(yīng)急物資在供應(yīng)鏈中各個(gè)階段中的合格或可用物資的比例,其計(jì)算公式為:

(13)

式中:h(a,b)為第a個(gè)問題物資與第b個(gè)正常物資之比,問題物資的數(shù)量為A,正常物資的數(shù)量為B。通過該比例可確定目標(biāo)物資需要追溯的比例[7-8]。將式(13)結(jié)合時(shí)間參數(shù)對應(yīng)急物資進(jìn)行追溯,可得到異常質(zhì)量區(qū)間以及物資區(qū)間屬性η。假設(shè)此屬性在區(qū)間中的不一致率閾值為?,將此區(qū)間等分為U簇。對于兩個(gè)相鄰的供應(yīng)周期,其不一致率[9]分別為δi與δi+1,對應(yīng)的簇分別為Ri與Ri+1,此時(shí),兩簇之間的不一致率可表示為:

(14)

式中:QRi∪Ri+1為Ri簇與Ri+1簇并集的不一致率閾值。

不一致率可以評估應(yīng)急物資供應(yīng)鏈中不同階段的物資質(zhì)量的差異或變化。當(dāng)不一致率相對穩(wěn)定地遞增時(shí),即表示供應(yīng)周期內(nèi)的物資質(zhì)量基本保持一致。但如果出現(xiàn)δi≤δi+1且δi+1≤δmax的情況,說明兩個(gè)相鄰的供應(yīng)周期Ri與Ri+1之間發(fā)生了質(zhì)量問題,存在一個(gè)斷點(diǎn),此時(shí)的Ri與Ri+1的數(shù)值即為應(yīng)急物資質(zhì)量問題追溯點(diǎn)。因此,通過觀察不一致率的變化趨勢并檢測斷點(diǎn),可以確定應(yīng)急物資供應(yīng)鏈中存在的質(zhì)量問題,并追溯到問題的具體時(shí)間點(diǎn)(即斷點(diǎn))。

至此,基于區(qū)間型數(shù)據(jù)離散化算法的電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量可追溯模型構(gòu)建完成。

3 仿真分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文構(gòu)建了仿真實(shí)驗(yàn)平臺對文中構(gòu)建模型的使用效果進(jìn)行分析,采用ExSpect仿真軟件完成電力應(yīng)急物資供應(yīng)環(huán)節(jié)的仿真。在物資供應(yīng)業(yè)務(wù)中,由于各種因素的影響,每個(gè)具體操作的完成時(shí)間往往是不確定的,具有一定的隨機(jī)性。為了使仿真結(jié)果更加貼近真實(shí)數(shù)據(jù),假設(shè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)完成的時(shí)間服從某種分布,具有均勻性。部分關(guān)鍵參數(shù)見表1。將參數(shù)導(dǎo)入ExSpect仿真軟件中,對電力應(yīng)急物資供應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真,完成了用于模擬電力應(yīng)急物資供應(yīng)環(huán)節(jié)的運(yùn)作過程的仿真環(huán)境構(gòu)建。

表1 電力應(yīng)急物資供應(yīng)環(huán)節(jié)部分關(guān)鍵參數(shù)

3.2 仿真場景設(shè)計(jì)

將變壓器作為進(jìn)行電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對象產(chǎn)品,結(jié)合某城市電力應(yīng)急處理環(huán)境,采用歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建溯源模型。模型驗(yàn)證條件設(shè)定如下:

1)對供應(yīng)鏈中的變壓器生產(chǎn)批次進(jìn)行ID編號,每個(gè)批次號都對應(yīng)著一組變壓器,而不同批次號的變壓器質(zhì)量和性能均會有所差異。通過為每個(gè)變壓器批次分配唯一的ID,并進(jìn)行批次號識別,可以幫助在供應(yīng)鏈中的監(jiān)管部門或用戶更好地追溯和記錄變壓器的質(zhì)量信息。因此,將變壓器的批次號(XT-1、XT-2等)作為唯一標(biāo)識用以辨別變壓器的質(zhì)量。在模型驗(yàn)證中,根據(jù)批次號和其他相關(guān)數(shù)據(jù),對變壓器的質(zhì)量進(jìn)行評估和驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)行的產(chǎn)品追溯碼編碼規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì),對供應(yīng)鏈中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與計(jì)算,得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)整理成表2。

表2 變壓器批次ID列表

2)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)總結(jié)得到供應(yīng)過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)與相關(guān)計(jì)算參數(shù)。歷史數(shù)據(jù)中應(yīng)包含整個(gè)物資供應(yīng)過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)和相關(guān)計(jì)算參數(shù),其中部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

3)根據(jù)上述兩部分?jǐn)?shù)據(jù),構(gòu)建仿真環(huán)境。

將表中數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真軟件中,構(gòu)建實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,并將其作為模型驗(yàn)證的數(shù)據(jù)來源。

3.3 仿真方案設(shè)計(jì)

本次仿真主要對模型的缺陷物資召回范圍確定能力以及缺陷物資傳播路徑預(yù)測能力進(jìn)行分析。

1)缺陷物資召回范圍。

在確定缺陷物資召回范圍時(shí),追溯模型從正向追溯與反向追溯兩方面進(jìn)行分析。應(yīng)用模型獲取變壓器批次以及相關(guān)的批次節(jié)點(diǎn)信息,通過正向追溯,可以確定與缺陷物資相關(guān)的起始批次。在確定起始批次后,對物資進(jìn)行技術(shù)檢測,確定缺陷物資中存在的異常環(huán)節(jié),根據(jù)異常環(huán)節(jié)的檢測結(jié)果,進(jìn)行反向溯源,尋找缺陷批次的來源和確定召回范圍。

2)缺陷物資傳播路徑預(yù)測。

對電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量進(jìn)行溯源分析,預(yù)測可能發(fā)生質(zhì)量問題的路徑,提升質(zhì)量問題物資的召回率。路徑追溯示意圖如圖3所示。

圖3 路徑追溯示意圖

由圖3可知,在對電力應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量進(jìn)行溯源分析,并預(yù)測可能發(fā)生質(zhì)量問題的路徑時(shí),可以使用問題物資LK的召回率評估本文方法的使用效果,具體指標(biāo)計(jì)算公式如下:

(15)

式中:V為異常物資召回率,LI為可追溯的物資量,LP為異常不可追溯物資量。

3.4 仿真結(jié)果分析

選取基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的追溯模型[10]與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)追溯模型[11]與本文模型進(jìn)行對比分析,所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 路徑追溯結(jié)果示意圖

在應(yīng)急物資召回過程中,聯(lián)盟區(qū)塊鏈追溯模型與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)追溯模型完成產(chǎn)品追溯效果較差,且造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。而本文模型在一定程度上可以節(jié)約物資的追溯時(shí)間成本以及召回成本。由圖4可知,本文模型可以在最短的路徑內(nèi)完成物資的追溯工作,將追溯結(jié)果整合為表格的形式,見表3。

表3 追溯模型應(yīng)用效果分析

由表3可知,應(yīng)用不同模型進(jìn)行分析后,在物資召回率以及異常物資的召回批次上存在著大量的差異,本文模型的異常物資召回范圍相對較大且異常物資召回批次量較多,同時(shí)異常物資召回率相對較高。

4 結(jié)束語

電力應(yīng)急管理過程中,應(yīng)急物資質(zhì)量對于電力系統(tǒng)的重建具有重要影響。本文構(gòu)建了新型質(zhì)量追溯模型,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文模型在物資追溯過程中能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成追溯工作,提高了召回效率,并且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的異常物資召回率,為應(yīng)急物資召回提供了一種更有效、更節(jié)約成本的解決方案。在日后的研究中應(yīng)將人工智能技術(shù)結(jié)合到應(yīng)急物資供應(yīng)質(zhì)量追溯過程中,以提升智能化管理水平,在保證供應(yīng)質(zhì)量的同時(shí)提升追溯模型的使用效果。