基于最小最大后悔值的应急救灾网络构建鲁棒优化模型与算法

应急救灾过程分为两个阶段：第一阶段启动应急救灾网络构建,在灾区附近设立临时应急配送中心,并由应急资源供应方向其紧急调配应急资源;第二阶段将应急资源从临时应急配送中心向灾区受灾点进行调度,以保证救灾过程顺利进行。本文研究第一阶段应急救灾网络的构建问题,考虑到突发灾害初期灾情相关参数概率分布情况难以获取,建立了基于情景的最小最大后悔值准则的应急救灾网络构建鲁棒优化模型。求解模型时,利用有限情景集表示第二阶段的不确定性数据,并将模型化为与其等价的混合整数规划模型,利用情景松弛的迭代算法进行求解。数值试验中给出相应的绝对鲁棒模型与本文偏差鲁棒模型作了比较,结果表明基于最小最大后悔值准则的应急救灾网络优化模型具有良好的鲁棒性,而且算法也是有效的。     

不确定环境下两阶段应急供应链网络建模与优化求解

为制订有效的应急供应链网络规划方案,提升应急组织救援效率、实现资源物质合理配置,考虑供应和需求的不确定性,采用多运输方式联合的配送模式,以最小化网络响应时间、成本和碳排为优化目标,构建两阶段应急供应链混合整数规划模型,同时,基于鲁棒优化理论构建可调节鲁棒优化模型,增强网络应对不确定因素的能力,通过线性对偶理论对含不确定参数的约束进行转化;为提升模型的求解效果,提出一种优化布谷鸟搜索（optimize cuckoo search,OCS）算法,引入基准实例,以验证OCS算法求解多目标函数的优越性和适用性;最后,利用武汉新冠疫期期间应急物资配送数据,研究带有不确定参数的应急供应链网络决策问题,并通过敏感性分析证明鲁棒控制系数对不确定扰动的有效抑制作用。     

平战结合下的公路养护多资源布局问题研究

平战结合是突发事件应急管理的重要原则之一.以公路养护中的平时资源和应急资源的布局问题为研究对象,考虑到日常养护点的选址和资源配置要满足工作的便利性和不同养护点之间工作量的均衡性,把应急资源放置在日常养护点上,既节省管理成本又能满足及时调度的要求,建立一个多目标的混合整数规划模型同时对日常和应急2种资源进行布局,并设计了算法,最后给出了算例.     

基于场景分析的应急资源布局模型研究

突发事件越来越频繁地发生,对应急物资保障提出了更高的要求,好的资源布局方案对地区需求的保障程度至关重要。本文利用场景分析的方法,给出一个适于多点需求,多点救助的应急资源布局多目标规划模型,并根据资源的具体配置情况决定选址,以期为选址决策者提供选址的依据。求解该问题时,针对模型设计了算法,并进行了算例分析。     

考虑关联与替代关系的应急物资储备量模型

应急物资储备量决策是应急管理的重点工作之一 ，需要兼顾以人为本和经济性两方面的要求．针对应急救援的阶段性特点，应急物资被划分为响应期物资和恢复期物资。其中，恢复期物资需求量会受到响应期物资缺货量的影响。首先考虑两阶段应急物资之间的关联关系，构建了考虑关联关系的应急物资储备量决策模型，分析了模型最优解的特征；进一步，分析了同类应急物资之间的替代性，构建了考虑关联与替代关系的应急物资储备量决策模型，设计了基于蒙特卡洛仿真的求解算法；最后，通过算例分析，验证了模型的有效性。理论和计算分析的结果表明，将应急物资的关联和替代关系与储备量决策综合考虑，可在保证供应的前提下减少应急物资的储备量。     

应急准备浅析

全过程的应急管理一般划分为减缓、准备、响应、恢复重建四个环节，减缓与准备活动发生于灾害来袭之前，响应与恢复活动发生于灾害发生之后。准备环节可以预先为突发事件的响应提供所需要的人力、物资资源，以及制度保障。有效的准备活动要求人们评估自身的应急响应能力，制定规划，建立应急准备与响应的组织结构，设立运行中心；目前我国政府十分重视提高预案的覆盖率，这事实上也突出准备环节在应急管理中的关键地位。但是，对比国外较为完备的准备坏节，我国在这方面还存在较多问题，这削弱了“准备”应该发挥的作用，也限制了我国应急管理的发展。     

设施失灵风险下不确定需求应急定位-路径鲁棒优化研究

为抵御突发灾害对路网造成的破坏性和设施失灵风险,降低系统成本,并快速完成应急救援任务,本文考虑到受灾点物资需求量的不确定和风险对救援系统的影响,采用直升机进行物资运送以规避路径风险。建立了最小化应急物流系统总成本和物资到达需求点总救援时间为双目标的应急物流定位-路径鲁棒优化模型,基于相对鲁棒优化方法处理需求不确定,采用偏差鲁棒优化思想描述设施失灵风险损失,采用遗传算法进行求解。通过对三个算例进行数据仿真实验,证明了相对鲁棒优化方法在处理需求不确定和偏差鲁棒优化方法在处理设施失灵风险方面的有效性,进而为解决应急设施点的开设和救援物资的安全及时准确配送,增强应急物流系统的风险应对能力提供了有效的方法。     

基于非概率可靠性的铁路应急设施选址-路径鲁棒优化

鉴于铁路应急设施选址研究中很难合理估计参数的概率分布或确定其隶属函数的问题,将选址-路径问题与区间非概率可靠性方法结合起来,以复杂网络理论为基础,提出网络节点区间权重的确定方法,同时考虑节点权重、边权及径权区间不确定性的共同作用,构建铁路应急设施选址节点加权网络。基于区间非概率可靠性理论及区间运算规则,提出路径的非概率可靠性度量及最优时间可靠度路径选择方法,建立节点权重、边权及径权均为区间数的非概率可靠性铁路应急设施选址-路径鲁棒优化模型,并给出了求解算法,确定了基于区间模型的铁路应急设施鲁棒选址的最优方案。算例表明,本文的优化方案能更好地保证救援的时间鲁棒性,能有效地规避不确定因素波动对设施选址的长期风险,具有很好的实际应用价值。     

基于信息更新的两阶段鲁棒-随机优化调配模型研究

在突发事件的应对中,应急决策过程的灾情信息具有动态性、不确定性等特征,从而使得整个应急救援过程中的决策都必须随信息更新而不断调整,本文在调研国内外相关研究的基础上,以地震为背景提出了基于信息更新的资源调配决策问题。文章结合灾情信息更新的特征,给出了应急救援响应的阶段划分;以此为基础建立了两阶段鲁棒-随机优化模型,通过虚拟储备库点及虚拟临时分发中心点的设计,实现了第一阶段调配结果对第二阶段调配决策的后效性调整决策;根据鲁棒优化及随机优化的特点,设计了相应的原始-对偶及L-Shaped Method算法对模型进行求解;最后,通过CPLEX软件编程求解,并进行情景生成下的算例分析,与其他方法比较分析,证明了文章所设计的模型在灾情信息更新下的优势。     

不确定需求下考虑供应商参与机制的应急资源配置鲁棒优化研究

突发事件应急资源优化配置是突发事件发生后救援工作有效开展的前提和基本保障。本文在调研国内外相关研究的基础上，以应对地震灾难为背景研究考虑供应商参与机制的应急资源保障策略，在灾前选择供应商建立政府与供应商的合作机制完成政府储备仓库的选址与资源配置，突发事件发生后依托政府储备仓库和供应商生产能力共同满足应急救援对应急资源的分时段需求，以期协调供应商与政府储备、灾前实物采购与灾后生产能力采购的比例，在保障救援效率的同时降低应急资源保障体系的成本。同时由于地震灾难发生具有需求不确定性的特点，本文引入L1范数描述需求的不确定性，建立了备灾与灾害救援两阶段决策的鲁棒优化模型，并给出了鲁棒模型对应问题的转化方法。最后通过算例仿真验证了模型和对应问题转换方法的有效性，为地震的应对提供理论指导和决策支持。     

基于临期回收和响应供给策略的易逝性应急物资库存决策研究

基于降低由于需求时间和需求数量的不确定性会引致较高的过期损失和缺货损失,将临期回收策略和响应供给策略引入易逝性应急物资库存系统,同时考虑应急系统中需求时间不确定性的这一突出特性,建立临期回收策略和应急供给策略的随机规划模型,决策临期回收策略和响应供给策略下的最佳存储水平,并分析各策略带来的风险降低和价值增加。回收策略和应急供给策略并不都是有利的,存在着降低风险和增加价值的有利条件域;库存决策需要权衡风险的降低与价值的增加,给定一个判断标准;需求时间和需求数量的不同随机分布对策略的价值增加作用有不同的影响,且分布的不确定性程度对价值增加的影响不具有一致性和单调性。     

模糊信息下多种类应急物资多周期分配优化模型

考虑灾害的突发性、信息获取的不完全性以及应急救援的紧迫性，引入区间数描述应急物资供给与需求的模糊不确定性，引入三角模糊数刻画路网容量受限情况下每周期的最大物资运输总量，综合考虑灾害、灾区、灾民以及物资等多重因素，引入延迟系数，以应急物资分配的总延迟时间最小化和总系统损失最小化为目标，构建模糊信息条件下考虑多需求点、多配送中心、多物资、多周期、多目标的应急物资动态分配优化决策模型，分析了区间目标函数、区间模糊与三角模糊约束条件的清晰化方法，采用基于二维欧式距离客观赋权模糊算法求解模型，并以青海玉树地震为例对所提出模型的有效性和可行性进行验证。结果表明：所提出的模型能够最大程度地权衡延迟时间与系统损失，形成多周期最优的物资分配方案；现实多周期应急物资分配，时间并不是唯一考虑的因素，需要综合考虑不同应急周期的灾情、灾区、灾民和物资等多种因素对系统总损失造成的影响；重视时间偏好系数，可能使系统总损失增大，表明单一考虑时间偏好系数和损失偏好系数均具有片面性，应该把握选择"度"，发挥二者结合的相互促进作用；物资分配方案基于决策者偏好，并考虑每周期不同需求点的易损性、重要性、需求紧急性以及各类应急物资的重要性与时效性差异参数，有利于提高多周期决策的柔性和现实适用性。     

基于随机p-鲁棒优化的国家血液战略储备库选址-库存模型

以往的救灾实践对建立国家血液战略储备体系提出了迫切要求。国家血液战略储备库的建设问题亟待解决。由于血液产品特性以及应急血液保障特性的存在,使得国家血液战略储备库的选址决策具有一定的复杂性。本文将问题定位为选址-库存问题。首先,以应急条件下血液保障及时度最高为目标,构建了一个不确定环境下考虑多情景、多血型、多阶段、带提前期、有容量限制、日常随机需求、有预算约束及协同定位的国家血液战略储备库选址-库存模型。同时,为了规避应急条件下的不确定风险,进一步构建了国家血液战略储备库选址-库存问题的随机p-鲁棒优化模型。该模型为离散非线性混合整数规划模型,难以快速精确求解。故基于模型性质,设计了相应的遗传算法。最后,设计了两组算例验证模型与算法的有效性。其中,第1组算例基于我国大陆地区31个省级血液中心与省级行政区的数据,并根据不同预算值给出6个算例,得到了国家血液战略储备库的选址-库存决策方案。第2组算例为6个不同规模的模拟算例,用来测试不同规模下的算法性能。算例结果表明：遗传算法的性能更好;鲁棒解与确定性模型最优值相差不大（最大差距≤1.08%）,可降低不确定性导致的风险。实践中,可对本文所建模型稍作改进,应用于具有类似特征的易腐品（药品、粮食等）应急物资储备库选址-库存决策。     

Flexible Backup Supply and the Management of Lead‐Time Uncertainty

We consider replenishment decisions for a constant rate demand environment from a supplier with uncertain lead times. We study the potential use of a flexible backup supplier as an emergency response to accurate lead‐time information arriving at (or close after) the beginning of the demand interval and well after an original order with the stochastic lead‐time supplier has been placed. The emergency response decisions involve whether to order and how much from the flexible backup supplier, with the objective of minimizing the cost of meeting demand. We derive the optimal emergency‐response policy and clearly outline its implications on the optimized safety lead time of the original order placement and on the cost of meeting demand. We examine the impact on the use of the flexible backup supplier of factors like the arrival time of accurate lead‐time information and the response lead time of the backup supplier. We further study the potential benefits of the use of the flexible backup supplier in a dual role: as one of the two suppliers in a redundant supply system assigned to originally meet the demand and as an emergency response to later‐arriving lead‐time information. Our numerical studies illustrate the benefits from the use of the flexible backup supplier as an emergency response, but for reasonable purchase premiums and short lead times of flexible backup supply options, their use in a dual (regular and emergency response) role often leads to improved performance over safety lead‐time single and uncertain lead‐time supplier‐replenishment strategies. The benefits of the backup supply options are accentuated the higher the lead‐time uncertainty of the stochastic lead‐time supplier is.     

考虑先期和当期资源投入的能源应急协同研究

鉴于当前中国能源应急协同过程中暴露出的临时性和过度依赖政府的问题,构建了两种情况下政府和能源供应链企业的应急协同模型,一种是仅有当期应急协同资源投入,一种是有先期和当期两种应急协同资源投入。通过对两种情况的建模以及结果的比较分析,表明两种情况下政府和能源供应链企业的最优协同参与度一样,且受到边际协同收益及补偿力度等参数的影响;政府的补偿力度与能源供应链企业的应急协同参与度正相关,政府的协同参与度与能源供应链企业的边际协同收益负相关;应急协同资源投入与政府的协同参与度正相关,应急协同资源投入与政府的补偿力度正相关;高效的日常应急资源投入有利于提高当前能源应急协同收益,反之亦然。通过算例分析,对研究结果进行直观验证和说明。建议政府和能源供应链企业应加快建设常态化的应急管理体系;政府和能源供应链企业应权责分明,合理分工;加快构建能源应急补偿机制,调动能源供应链企业应急积极性,使其承担更多的责任,以此提高能源应急协同效率。     

一种基于知识供需匹配的预案应急能力评价方法

作为应急响应的行动指南和法律依据,应急预案的应急能力,即其提供应急知识的程度,直接影响应急响应的效果。基于此,从知识供需匹配的角度提出一种评价及诊断预案的方法。该方法从需求的角度建立突发事件应急管理一般流程和应急知识的层次结构,获取突发事件应急响应所需的知识;从供应的角度分析应急预案所提供的知识,将应急预案的内容作为解决问题的答案,通过反问的方式获取预案提供的应急知识;通过供需2个方面的知识匹配来评价和诊断预案。与传统的综合评价结果不同的是,该方法能够有效地诊断出预案的不足之处,为修订和完善应急预案提供明确且有针对性的参考依据。     

有限需求信息下基于回购契约的供应链鲁棒协调策略

研究了仅知需求均值和区间信息条件下,基于最小最大后悔值准则的供应链回购契约协调问题。针对未知需求具体分布形式的两级供应链系统,在回购契约框架下,建立了以鲁棒决策和最优决策下的供应链及其成员绩效之差为目标函数的供应链协调模型。在仅知需求区间和均值信息条件下,采用鲁棒优化方法求解了最小最大后悔值准则下的集成供应链鲁棒订货策略和分散供应链鲁棒契约协调策略及其绩效偏差。分析了不同服务水平和契约参数条件下,由于信息缺失而未能实现最优运作的供应链及其成员绩效损失情况。最后,进行了数值计算,验证了通过鲁棒优化方法得到的供应链回购契约协调策略的鲁棒性和有效性。结果表明,基于回购契约的供应链鲁棒协调策略能够有效抑制需求不确定性对系统及其成员运作绩效的影响,同仅知需求区间信息相比,额外获得需求均值信息能够有效改进供应链运作绩效。     

Contingency Strategies in Managing Supply Systems with Uncertain Lead‐Times

The globalization of markets and geographic dispersion of production facilities, combined with a heavy outsourcing of supply chain processes, have substantially increased the exposure of supply chains to supply lead‐times of long and uncertain nature. In this paper, we study the potential use of two contingency strategies on top of the conventionally used time buffer—statically planned safety lead‐time (SL)—approach to deal with the lead‐time uncertainty. These are (1) the ex‐ante planning for disruption safety stock (DSS) to be released when a “disruption” (in this case, late delivery of the order) occurs; and (2) the ex‐post dynamic emergency response (DER), which dynamically decides on the timing and size of an emergency order to be placed. Our work elaborates on the optimal parameter setting for these strategies, compares their added values when used to complement the traditional SL approach, and examines how the use of the contingency strategies affects the SL and corresponding cycle length of a periodic review system. Our research finds that: (1) the above contingency strategies reduce the reliance on the SL and are cost effective when the coefficient of variation (CV) of the uncertain lead‐time is high; (2) it is important to re‐optimize the SL to account for the contingency plans; and (3) re‐optimization of the cycle length to account for the presence of the contingency responses, as opposed to using an EOQ‐determined cycle length, does not significantly improve the cost performance. However, such re‐optimization does well in the SL approach when the CV of the uncertain lead‐time is high.     

面向安全硬约束的煤矿生产物流效率优化研究

在保证安全生产前提下实现效率最大化是煤炭生产企业亟需解决的现实问题。本文结合煤矿生产物流系统的复杂性特征,首先从人员素质、机械装备、环境改善、安全管理、应急救援等方面确定了煤矿生产物流的安全投入指标,运用响应曲面法分析了安全指标与安全水平间的作用关系,确定了煤矿生产物流安全硬约束条件;然后以效率最大化为目标函数、安全目标和资源投入为约束条件,构建了煤矿生产物流效率优化模型;最后通过实例验证了模型的有效性及适用性,为安全生产前提下实现资源优化配置,提高煤矿生产物流效率提供了科学依据。