基于多目标规划的应急物流优化设计研究

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  摘 要:本文立足于我国近年来频发的突发事件对社会造成的损害,考虑到应急物资的调度是否及时有效将直接影响救灾工作是否可以顺利进行,从当代基于多目标规划的应急物流系统研究出发,分析应急物流中多目标模型发挥作用的过程。文章介绍应急物流多目标规划模型的描述、建立、求解的基本模式,进而分析其中存在的部分局限性,提出相关改进建议并基于以上展望了未来基于多目标规划的应急物流系统发展方向。
  关键词:应急物流 多目标规划 局限性 建议
  一、引言
  在当代,随着经济社会的高速发展,各种突发事件发生频率骤增,造成了巨大惨重的生命财产损失的同时,其背后更是隐藏着难以估量的隐性伤害。仅在近年,就有一系列的突发事件敲击着我们的心灵:2014年12月31日跨年当晚上海外滩发生踩踏事件,造成36人死亡,49人受伤;2015年6月1日东方之星旅游客轮在长江倾覆,客轮上共有454人,遇难442人,生存无几;2015年8月12日天津滨海新区发生大爆炸,遇难者总人数升至165人……
  因此加强对突发事件的监控和预警,建立突发事件迅速响应救援机制体系对持续性的保障人民的生命财产安全,稳定社会的可持续性的发展具有重要的研究意义。应急物流在整个突发事件反应救援机制里面扮演者重要的角色,因为应急物资的供给关系着灾害事件的救援过程能否顺利进行,良好完善的应急物流系统在救援过程中能够发挥相当大的作用。
  基于多目标规划的应急物流概念的提出使应急物流的理论发展在原有基础上再次前进一步。应急物流在决策过程中需要考虑的目标因素往往不止一个,时间是必须考虑的目标要素之一,但是效率、经济等问题也必须要考虑,在同时满足多目标需求的条件下选择最优的应急物流发生方案才能真正发挥应急物流系统在救援过程中的作用和价值。所以基于多目标规划的应急物流系统具有一定的优越性。
  本文主要研究当代基于多目标规划的应急物流系统,介绍应急物流多目标规划模型的描述、建立、求解的基本模式,进而分析其中存在的部分局限性,提出相关改进建议并基于以上展望了未来基于多目标规划的应急物流系统发展方向。
  二、多目标优化应急物流设计模型介绍
  1.应急物流多目标规划模型问题描述。目前关于应急物流多目标规划模型有两种研究思路,一是关于应急物资供应点的选址问题,二是关于应急物资运输路径的选择问题。基于对上述两个问题的探索与思考,分析前人的研究成果,选取最合适的应急物资供应地点以及最合适的物资调度方案,将整个应急物流系统集成优化,使得事故发生后相关部门能在消耗时间最短、成本最低的情況下完成对应急物资的配送。
  1.1模型建立的目标。在设计模型和算法的过程中,目前常常会考虑两个主要目标:目标一:高时效性。突发事件常常会在短时间内就带来巨大的社会危害,如严重的财产损失甚至人员伤亡等,如若放任就会使事故恶化甚至带来次生灾害,因此采取及时有效的控制手段,如应急物资的运输就显得尤为重要。在模型中具体表现在应急物资配送的时间最小化上。目标二:弱经济性。在对突发事件的处理过程中,应尽量降低对经济性的考虑,以时间效率最大化和灾害损失最小化来实现物流的效益,而不只是追求物流成本最小化。在模型中具体表现在完成目标一的基础上追求应急物资配送的成本最小化。
  1.2模型的基本假设。假设一:关于选址问题的假设。突发事件发生时,事故发生地点周围应当存在有多个物资的可能供应点,而每个供应点应该有足够种类和数量的应急物资储备,以便满足灾害发生地点的需求。假设二:关于路径问题的假设。在进行物资调度问题的研究时,从每个物资供应点到事故发生处的距离应当是已知的,以直线距离作为参考。另外每个物资供应点的位置是固定的,分别具有合理性。假设三:关于物资运输问题的假设。在突发事故发生时,救援物资的运输是由政府主导的,并不牵扯到社会组织和个人等的参与。另外每个物资供应点有足够多正在待命的可调动车辆,且任何车辆不会出现中途事故等情况。
  2.应急物流多目标规划模型建立。在上述三个假设成立的情况下,建立模型:突发事件发生后,在应急系统中有已知个数为N个的应急物资供应点,分别用字母:U1、U2、U3、…、Un表示。事故地点,记为U,所需要的物资种类共有M种,分别用字母:X1、X2、X3、…、Xm表示,而每种物资的需求数量分别用字母:X1、X2、X3、…、xm表示,即:第i(1≤i≤n)个供应点对第j(1≤j≤m)种物资的存储量为xij,供给量为xij’ (xj>0)。从Ui到U的运输时间记为ti,假设t1≤t2≤…≤tn。令Φ表示任意可行的方案,T(Φ)表示某方案在实施过程中的应急时间,F(Φ)表示完成应急物资配送所需的经济费用(包括方案实施过程中实际所用费用以及人力物力的折算)总和。
  则目标函数为:
  min T(Φ)
  min F(Φ)
  其中,T(Φ)、F(Φ)、xj、xij、xij’为参数。
  3.应急物流多目标规划模型求解。关于多目标规划的求解方法大致包括约束法、分层序列法以及线性加权法。这些解法在应急物流多目标规划模型中虽然也有运用,但是在目前的关于应急物流多目标规划模型中研究者的解法并不拘泥于这些,而且更多的表现为根据已知的假设和建立的模型采用适合的可行的解法,比如理想点的方法、线性规划的方法、遗传算法等的运用,也有很多研究者综合运用多种算法来求解,甚至也有学者自己设计研究出适合自己应急物流多目标规划模型的求解算法。
  三、基于多目标规划的应急物流优化设计研究
  1.现有应急物流多目标规划模型局限性。目前的应急物流多目标规划模型在满足其特定的条件时,能在很大程度上解决管理者在关于应急物资调配情境中的决策问题,但是应急物流在很多情况是多变的,突发状况也具有太多的不确定,应急物资也不一定能在需要的时候刚好充足,所以目前的应急物流多目标模型具有一定的局限性。具体表现在:   1.1假设条件过于理想。一方面来说,大多的应急物流多目标规划模型假设条件包括受灾点附近的应急物资仓储位置已知而且有充足的应急物资提供,但实际中突发事件是在短时间内突然发生的,具有很大的突然性,因此对于应急物资来说也具有相当大的突然性,对于应急物资的需求也会呈现出相应的跳跃式的变化,而且需求情况也是不断变化的。由于使用应急物资的局限性导致了应急物资必须具有唯一性,如地震灾区需要的救援设施、血浆血液等物资是无法被其他物资替代的,具有唯一性。所以应急物资的供给不一定能及时准确的到位也是非常有可能的。在另一方面模型构建时,关于外界客观环境并没有说明,而且突发事件的发生往往伴随着不利于出行的外界条件,比如天气、霍乱、和人们群体活动对物资运送的影响都难以估计,所以构建的模型在实际运行中可能并不能达到预期的效果。
  1.2运输途径不一定可靠最优。应急物资的配送主要以道路车辆为主,但是随着经济的高速发展,家用汽车、公用汽车和运输货车对道路的占用使用频率和量都增长迅速,特别是在以城市为中心的道路交通网络中。目前我国道路状况也是非常多变的,路径选择后的道路状况也有可能改变,致使不能通行的话就将导致整个应急物资配送路径选择决策失败。在当代社会,各种交通工具都发达的,特殊条件下可能车辆运输并不如其他运输方式来得合适和快速。铁路运输,水路运输,或者集中运输方式混合使用才能使整个应急物资配送系统达到最优状态。
  2.改进意见及未来发展方向设想。
  2.1多层应急物资配送网络。突发事件的发生越来越频繁,应急救援物资运输更是应对突发自然灾害和人为灾害等事故的重中之重,应急物资的储备与配送问题是保障应急物资及时有效供应的关键环节。世界上许多在应急方面发展较好的国家都已经建立了自己的应急物资储备体系,存在科学的配送网络,对应急救援起到了很好的促进作用。我国现在也应该在建立起全国救灾物资储备网的基础上,与流通企业建立了联系机制,既确保在紧急状态下可以非常迅速的调用相关物资,且物资状态良好,同时又可以建立科学、灵活的动态配送网络,提高物资配送效率。
  2.2灾情信息不断更新的应急物资配送问题。突发事故的爆发往往存在着连锁反应和次生灾害等,这会导致事故现场的情况更加多变和难以预测,现有的应急物资配送模型往往没有考虑灾情的不断更新问题,这可能会使得配送到事故现场的物资不足以满足需求。这就是灾情不能及时更新,即信息不对称问题造成的供需不匹配现象,降低了配送效率,造成了资源的浪费,是不可取的行为。在以后的发展与研究中,应加强灾情的传递与更新,以便更快更好的做出相关决策,实现整体效益最大化的目标。
  2.3多种运输方式结合的应急物资配送问题。突发事件爆发后,距離受灾中心越近,则道路交通状况等遭到的破坏更严重,即从物资供应点到受灾点的过程中,配送难度在不断加大。在这样的情况下,我们可以考虑多种运输方式的结合,如从供应点到距离受灾点较近且方便的某个点的过程中采用一种最便利高效的运输方法,从该点到受灾点的过程中采取在此种条件下最便利高效的运输方式,从而达到整体效益最大的目标。
  2.4受灾点对不同物资需求的紧迫程度问题。不同的突发事件爆发后,受灾点所需求的物资种类和数量往往是不同的,对不同物资需求的紧迫程度也会因灾害种类和受灾程度的不同而产生很大差异。在以后的研究中,应将对不同物资需求的紧迫程度考虑在内,按紧迫程度的高低对物资运输情况加以不同的权重,突出不同物资的重要程度,从而改变不同物资在配送过程中的优先顺序等,更好的满足受灾地的需求,达成救援的目的。
  2.5不断完善现有的应急管理体制。相对于某些西方发达国家而言,我们国家的应急管理体制还很不完善,突发事件的发生越来越频繁,种类也越来越多,存在一个充分整合各种管理因素和资源、能够从预防、响应、处置和恢复等多角度实现应急管理的科学体系是十分必要的,不仅可以提高预防和处置突发事件的能力,更是坚持以人为本、切实保护人民生命财产安全的主要体现,对促进经济社会的全面、协调可持续发展有重要意义。
  四、结语
  在应急管理中,应急物流是很重要的一个环节,应急物资的调度是否及时有效将直接影响救灾工作是否可以顺利进行。本文首先分析近期发生的事故,强调突发事故应急救援过程中应急物资配送的重要性,然后分析前人在研究应急物流过程中采用的假设和模型算法等,最后分析其存在的局限性,并提出改进意见和未来发展研究方向的设想。
  主要研究结论如下:(1)考虑现有的关于应急物资供应点的选址问题和关于应急物资运输路径的选择问题的研究,分析其所采用的假设和模型算法,选取最合适的应急物资供应地点以及最合适的物资调度方案,将整个应急物流系统集成优化,使得事故发生后相关部门能在消耗时间最短、成本最低的情况下完成对应急物资的配送。(2)在研究模型和算法的过程中发现了现有模型和算法存在一定的局限性,现有的模型大多建立在一些理想化假设的基础上,运输路径的具体情况总是在不断变化,很可能会对物资配送造成影响,受灾点的灾情等也在变化,对不同物资的变化有所改变,现有模型并不能完全解决这些问题。通过分析现有的问题提出相关的改进意见和对未来的设想,应建立起多层应急物资配送网络,基于灾情信息的不断更新、多种运输方式相结合等问题的研究重新考虑应急物资配送问题,研究受灾点对不同物资需求的紧迫程度等,得出更优的应急方案。最终着眼于大局,不断完善现有的应急管理体制,促使其更好更快的发展。
  参考文献:
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