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复杂快递网络的优化方法及抗毁性能研究

黄建华  
【摘要】:网络优化问题一直都是物流、交通、计算机、通信、数学和运筹学等领域研究的热点,以往研究的焦点大多集中在如何设计有效的算法,以解决优化过程中多目标、多约束条件以及高计算复杂度等问题。本论文所研究的快递网络系统,是一个具有多维、多层和多目标等特征的超网络系统。在这个系统中配送网点和配送线路所构成的物理层网络仅仅是超网络系统的组成部分之一,在其上部还存在着管理层网络。管理层网络由以分公司为管理单元的组织管理维度子网和以转运中心为区域货物集散中心的业务管理维度子网构成,物理层网络中货物的配送过程受管理层网络的调度和制约。因此,研究物理层网络的优化问题时,需要考虑管理层网络的影响。另外,由于快递网络系统内部各层次之间要素的相互关联性,针对物理层网络和管理层网络的破坏行为均可能对快递公司造成重大损失。因此,从不同层次研究其抗毁性能,有助于更好的保护快递网络系统。 本论文分析了快递企业配送系统所具有的超网络结构,探讨了在矩阵式的管理结构和快递行业“限时派送”经营模式的制约下,物理层网络的综合优化问题;论文还从超网络的视角,分别研究了快递网络系统中的物理层网络和管理层网络遭受破坏时,其抗毁性能特征: (1)构造了一种适合描述快递网络系统特征的超网络模型 为了能兼顾配送成本和效率,快递企业通常采用矩阵式的管理结构,一方面以省级分公司为管理单元,实现对物理层网络的分区管理和成本控制;另一方面,以转运中心作为区域货物的集散中心,对货物进行统一调度和配送。这种矩阵式的管理模式,使得快递企业在管理层形成两个不同维度的子网络,物理网络中货物的配送是在管理层网络中两个不同维度子网络的管理和调度下完成的,本论文构建了适合描述快递网络系统内部复杂结构和关系的超网络模型。 (2)提出了一种新的快递网络优化方法 分析了组织管理维度基于成本的优化方法和业务管理维度基于效率的优化方法,以此为基础,结合快递企业“限时派送”的经营模式,提出了基于时间阈值的优化方法。该优化方法能保证快递企业在承诺的时间内完成快件送达任务的前提下,最大限度的降低配送成本。论文还以某快递企业的网络系统为例,对模型和优化方法进行了验证,结果表明,阈值取值的差异,不仅会影响总配送时间和总配送成本,也会改变快件的最优配送路径。 (3)设计了适合物理层网络结构特点的优化算法 论文针对快递网络系统中物理层网络具有社区结构和子核的特征,设计了具有并行运算特征的基于局域搜索的分段优化方法,并以某快递企业的网络为例,对该优化算法进行了验证,结果表明,该算法能够在保证计算精度的前提下,降低运算的复杂度。 (4)评估了快递网络系统的抗毁性能 首先,设计了评价快递网络抗毁性能的效率指标,该效率指标不仅能反映快递网络静态结构的破坏状况,同时还能反映动态流所受的影响,因此能科学评价快递企业因网络破坏而遭受的损失;其次,采用节点删除法模拟物理层网络遭受的破坏,在考虑相继故障和拥挤度影响的前提下,分析了物理层网络的抗毁性能;最后,定义了管理层网络中分公司的管理效率值指标,模拟了管理层网络遭受破坏后,由于管理效率值下降,从而导致物理层网络中的配送效率下降的过程。研究结果显示,管理效率的少量下降,将会导致物理层网络中总配送成本大幅度的增加,说明了相比于物理层网络的局部破坏,管理层网络的局部破坏对企业影响更大。


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