隨著生產(chǎn)方式的大社會化和世界經(jīng)濟全球化,現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成為一個動態(tài)的、隨機的、高度耦合的物流系統(tǒng),并且其演化過程具備動力學(xué)生長特征。在物流網(wǎng)絡(luò)運行的過程中,不確定因素所帶來的影響和沖擊會導(dǎo)致物流節(jié)點或者輸運線路失效,造成物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的損傷和功能的損失,繼而導(dǎo)致物流服務(wù)的中斷。針對這種脆弱性,現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)必須具有良好的容錯能力和恢復(fù)能力,保障物流網(wǎng)絡(luò)在面對外部沖擊時仍然能夠提供必需的物流服務(wù),且在外部沖擊消失之后可以迅速恢復(fù)其物流功能。本文在分析現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)脆弱性形成原因的基礎(chǔ)上,總結(jié)了物流網(wǎng)絡(luò)拓撲彈性的理論體系,分別對基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)和基于隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性動態(tài)變化規(guī)律進行分析,使用分形優(yōu)化模型對現(xiàn)實物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,提高現(xiàn)實物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性。論文的主要內(nèi)容如下:(1)在分析現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)脆弱性形成原因的基礎(chǔ)上,通過對比物流網(wǎng)絡(luò)彈性、物流網(wǎng)絡(luò)可靠性和物流網(wǎng)絡(luò)柔性,確定物流網(wǎng)絡(luò)彈性的概念和邊界;通過分析物流網(wǎng)絡(luò)拓撲彈性的作用過程,設(shè)計物流網(wǎng)絡(luò)拓撲彈性二階段測度方法。(2)分析分形物流網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生機理,研究物流網(wǎng)絡(luò)分形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的必要條件和充分條件,使用盒計數(shù)法和重整化群理論,建立物流網(wǎng)絡(luò)分形特征分析體系。(3)以物流網(wǎng)絡(luò)中已存物流節(jié)點的度作為新生物流節(jié)點個數(shù)的依據(jù),設(shè)置分形物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)則生長模型的“生長規(guī)則”,基于“備用物流節(jié)點選擇規(guī)則”增加物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)冗余,并使演化所得的物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)具有自相似性和標(biāo)度不變性特征,從而獲得基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)。使用計算機仿真實驗,研究基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)在演化過程中面對隨機失效和攻擊失效時的拓撲彈性動態(tài)變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)隨著物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大,面對節(jié)點隨機失效時,基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性逐漸增強;面對區(qū)域隨機失效時,基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性保持穩(wěn)定;面對攻擊失效時,基于規(guī)則生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性保持穩(wěn)定。(4)當(dāng)物流網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生新增物流節(jié)點時,按照物流網(wǎng)絡(luò)中已存物流節(jié)點的度選擇新增物流節(jié)點的“吸引子節(jié)點”,基于不同的“備用物流節(jié)點選擇規(guī)則”增加物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)冗余,分別獲得基于DLA隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)、平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)和非平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)。使用計算機仿真試驗,研究基于隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)在演化過程中面對隨機失效和攻擊失效時的拓撲彈性動態(tài)變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)隨著物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長,面對節(jié)點隨機失效時,基于DLA隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)和平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性逐漸降低,非平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性保持穩(wěn)定;面對區(qū)域隨機失效時,基于DLA隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)和平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性保持穩(wěn)定,非平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性逐漸增強;面對攻擊失效時,基于DLA隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)、平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)和非平穩(wěn)隨機生長的分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性都保持穩(wěn)定。(5)構(gòu)建基于分形的物流網(wǎng)絡(luò)拓撲彈性優(yōu)化模型,對現(xiàn)實航空物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn),無論是面對隨機失效情況時,還是面對攻擊失效情況時,經(jīng)過分形優(yōu)化的物流網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的容錯性都得到了提升。本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和分形方法,在研究分形物流網(wǎng)絡(luò)生成機理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建分形物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)則生長模型和分形物流網(wǎng)絡(luò)隨機生長模型,并從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度分析了分形物流網(wǎng)絡(luò)的拓撲彈性,結(jié)論對研究現(xiàn)代物流網(wǎng)絡(luò)運作的穩(wěn)定性和物流網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：F252
【部分圖文】：

恢復(fù)（Recover）四個步驟以應(yīng)對外部沖擊給網(wǎng)絡(luò)造成的影響和沖擊，第二個階段通過診斷（Diagnose）和改善（Refine）對網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對外部沖擊和恢復(fù)的過程的不足予以改善（圖1-1）[11, 12]。圖1-1 網(wǎng)絡(luò)彈性策略圖 （來源Sterbenz 2011）歐陽敏等人使用“彈性三階段分析方法”對城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的彈性進行分析，他們認(rèn)為基礎(chǔ)設(shè)施彈性的分析主要分為三個階段——災(zāi)害預(yù)防階段（Disaster Prevention）、沖擊擴散階段（Damage Propagation）、評估和恢復(fù)階段

5（Assessment and Recovery）（圖1-2）。災(zāi)害預(yù)防階段是從系統(tǒng)的正常運行一直到災(zāi)害發(fā)生的初始階段，這一階段主要強調(diào)系統(tǒng)持續(xù)防止故障發(fā)生的能力與故障發(fā)生時降低系統(tǒng)損害的能力；沖擊擴散階段是初始損壞之后的破壞傳播階段，這一階段主要突出系統(tǒng)吸收損害沖擊的能力以及后續(xù)損失最小化的能力；評估和恢復(fù)階段是外部沖擊結(jié)束之后系統(tǒng)的恢復(fù)階段，這一階段主要體現(xiàn)系統(tǒng)迅速有效的恢復(fù)能力[13]。圖1-2 系統(tǒng)彈性階段分析圖 （來源Ouyang Min 2012）Rosenkrantz 等人使用拓撲學(xué)中的連通性指標(biāo)來度量物流網(wǎng)絡(luò)的彈性，這種方法使用物流網(wǎng)絡(luò)的連通性和容錯度來度量物流網(wǎng)絡(luò)的彈性[14]。Najjar 等人使用網(wǎng)絡(luò)不連通的概率來表示網(wǎng)絡(luò)容錯度的概率測度[15]。Liu 等人使用網(wǎng)絡(luò)的通信量來度量網(wǎng)絡(luò)彈性[16]。Albert 等人對隨機網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在面對隨機失效和攻擊失效時的連通性和容錯度進行研究用以測度網(wǎng)絡(luò)的彈性[17]。Crucitti 等人使用網(wǎng)絡(luò)功效對無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的容錯性進行分析，研究發(fā)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)全局功效”比“網(wǎng)絡(luò)特征路徑長度”更適合于衡量外部沖擊對網(wǎng)絡(luò)的影響[19]。以上的物流網(wǎng)絡(luò)彈性的測度體系繼承了網(wǎng)絡(luò)可靠性研究的度量標(biāo)準(zhǔn)，為物流網(wǎng)絡(luò)彈性的測度開辟了新的道路。然而該評價體系使用恢復(fù)的期望值作為規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)，沒有考慮到在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)過程中節(jié)點恢復(fù)與線路恢復(fù)的差異。Henry 等人基于時間函數(shù)設(shè)計了一套通用的系統(tǒng)彈性測度指標(biāo)和量化方法用以衡量系統(tǒng)的彈性。整個方法以時間為標(biāo)度分為四個階段

本文將物流網(wǎng)絡(luò)拓撲彈性的變化過程分為三個階段進行，即受到外部沖擊之前階段、受到外部沖擊階段和恢復(fù)階段（圖 2-1）。在受到外部沖擊之前階段，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)和功能都保持完整狀態(tài)。外部沖擊階段可以分為兩個過程，即物流網(wǎng)絡(luò)受到外部沖擊過程和物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在受到外部沖擊下達到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的過程。當(dāng)物流網(wǎng)絡(luò)受到外部沖擊時，由于物流網(wǎng)絡(luò)中各種失效事件的發(fā)生，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，其所提供的物流功能出現(xiàn)下降，在這個過程中，由于物流網(wǎng)絡(luò)具備冗余結(jié)構(gòu)，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)性，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)保持在一個可以接受的范圍之內(nèi)，這一過程表現(xiàn)了物流網(wǎng)絡(luò)抵御外部沖擊和吸收外部沖擊能量的能力，體現(xiàn)了物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的容錯能力和適應(yīng)能力。在物流網(wǎng)絡(luò)吸收外部沖擊能量時，物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身會達到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在外部沖擊消失之前，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能會保持在這個狀態(tài)。在恢復(fù)階段，隨著自然災(zāi)害和攻擊行為的結(jié)束，物流網(wǎng)絡(luò)所遭受的外部沖擊消失了，物流網(wǎng)絡(luò)中某些失效要素開始恢復(fù)運作，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能也隨之恢復(fù)，但是，物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能是否可以恢復(fù)到遭受外部沖擊之前的狀態(tài)是由網(wǎng)絡(luò)中失效要素的恢復(fù)情況所決定。

【參考文獻】

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1 郭虹;蘭巨龍;劉洛琨;;考慮節(jié)點重要度的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)抗毀性測度研究[J];小型微型計算機系統(tǒng);2010年06期

2 吳依偉;趙林度;;應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)彈性初探[J];價值工程;2008年04期

3 李鶴;張平宇;程葉青;;脆弱性的概念及其評價方法[J];地理科學(xué)進展;2008年02期

4 余小川;季建華;;物流系統(tǒng)的可靠度及其優(yōu)化研究[J];管理工程學(xué)報;2007年01期

5 譚躍進;吳俊;鄧宏鐘;;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要度評估的節(jié)點收縮方法[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2006年11期

6 鄭龍;羅鵬程;周經(jīng)倫;;網(wǎng)絡(luò)可靠性研究綜述[J];中國科技信息;2006年01期

7 吳俊,譚躍進;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性測度研究[J];系統(tǒng)工程學(xué)報;2005年02期

8 楊波,陳忠,段文奇;基于個體選擇的小世界網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演化[J];系統(tǒng)工程;2004年12期

本文編號：2815351