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    基于級聯失效理論的乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡穩定性分析

    論文價格:150元/篇 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis 編輯:碩博論文網 點擊次數:
    論文字數:39885 論文編號:sb2022070109551348852 日期:2022-07-01 來源:碩博論文網

    本文是一篇工程碩士論文,本文基于耦合理論、級聯失效理論對乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡的拓撲穩定性和經濟穩定性進行研究。
    第 1 章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.1.1 研究背景
    乳制品是人類賴以生存的必要物資,其質量水平和供應水平的穩定與人民的生活息息相關。隨著我國全面小康社會的建成,廣大消費者對食品質量安全的追求也越來越高。然而,由各種原因導致的食品質量安全事件仍層出不窮。以乳制品為例,2008 年三聚氰胺毒奶粉事件震驚全國,這一事件不僅對我國乳制品行業的信譽造成重大打擊,還直接導致三鹿、蒙牛、伊利等多條乳制品供應鏈遭到嚴重破壞。2011 年,蒙牛乳業因眉山個別養殖場飼料變質,以致其部分產品黃曲霉素嚴重超標,最終造成了乳制品銷量的急劇下降;2013 年 8 月,全球最大的乳制品加工企業新西蘭恒天然集團宣布旗下部分產品可能含有肉毒桿菌,受污染的乳制品產品可能被用于嬰兒配方奶粉、成長奶粉和運動型飲料的生產,影響到了包括 3 個中國企業在內的 8 家客戶;2018 年 12 月,雀巢公司(德國)發布消息稱,因部分產品的礦物質含量過高,食用后極易引起兒童不適,緊急召回一批恩敏舒氨基酸嬰兒配方奶粉。此外,某著名乳制品供應商也曾因奶源污染事件遭受過重大經濟損失,圖 1.1 為該集團的乳品產業鏈圖。

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    1.2 主要內容與技術路線
    1.2.1 主要研究內容
    食品質量安全問題是社會民眾和廣大研究者重點關注的問題,本文以乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡為依托,對乳制品供應鏈和質量鏈之間的耦合關系開展初步探索性研究。有關乳制品供應鏈網絡的研究已經較為成熟,本研究借鑒以往學者對復雜網絡級聯失效情形下的網絡穩定性的相關研究,將供應鏈遭遇原料供應中斷、機械設備故障、自然災害等實際情形對應于網絡中節點的隨機失效和特定失效,進而對失效后供應鏈上的流量和負載分配情況進行研究,并選取相應的衡量指標分析其網絡穩定性。
    乳品質量鏈網絡是眾多質量活動的集合,本文參考已有研究成果,從質量風險防控視角出發,研究乳品質量鏈網絡特征以及它與供應鏈網絡之間的耦合機制,以探究乳制品產銷系統的最優化運作形式。
    文章具體研究內容及章節安排如下:
    第 1 章,緒論。首先通過背景介紹引出科學問題,通過案例分析提出乳制品供應鏈與質量鏈之間存在差異性并且二者存在相互作用的關系。其次說明全文的研究思路及研究方法,最后說明研究的理論意義和現實意義。
    第 2 章,文獻綜述。分別從供應鏈網絡及質量鏈網絡研究現狀、級聯失效及網絡穩定性分析、耦合網絡模型三個方面對現有研究進行梳理,說明相關領域目前的研究現狀以及本文在此基礎上可拓展的方向。
    第 3 章,乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡建模。首先對供應鏈及質量鏈的結構進行分析,分別考慮各自的網絡特征、節點屬性、連接方式等因素,對網絡中的各指標進行界定,構建了供應鏈和質量鏈網絡模型,并在此基礎上構建了考慮二者相互關系的乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡模型。
    第 4 章,乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡重要節點識別。首先對不同層網絡及基于拓撲結構的耦合網絡的重要節點進行界定,其次對單層網絡和耦合網絡的級聯失效過程和負載分配路徑及方式進行分析,最后說明各種定義下的節點重要度計算方法并進行仿真分析。
    第 5 章,乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡穩定性分析及優化。通過引入相應指標,探究了不同網絡性能參數,不同負載分配方式、不同比例節點失效以及不同網絡結構優化方案下的拓撲穩定性和經濟穩定性,據此給與系統建設者和各實體企業相應的管理學建議。
    第 6 章,總結與展望。對研究所開展的工作進行簡要說明,指出研究的創新點和存在的不足,并說明今后可拓展的方向。
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    第 2 章 相關理論及研究綜述
    2.1 供應鏈網絡及質量鏈網絡研究現狀
    2.1.1 供應鏈及其網絡
    供應鏈是以核心企業為主導,通過對物流、信息流、資金流的控制,從原料采購、半成品及成品生產、產品分銷再到最終消費者的全過程管理,是將相關的供應商、制造商、分銷商、零售商以及客戶連成一個整體的網狀結構,它具有非線性、大規模、高維度、復雜性、動態性、協調性等多種特征,同時還兼具時間和空間尺度特性[1]。供應鏈的概念最早由 Lin 和 Shaw [2]提出,他們認為供應鏈網絡是由一系列自主程度不同的業務實體構成的網絡,它們之間互為上下游企業。栗東生和張翠華[3]認為供應鏈網是由若干條供應鏈交錯構成的網絡,其經過水平結構壓縮可變為供應鏈。由供應鏈相關概念及結構特征可知,供應鏈可用來描述復雜的生產供應關系,將實際的生產企業和它們之間復雜的業務關系運用抽象化的方法加以描述。
    在供應鏈網絡中,任何一個節點的變化都有可能給整個供應鏈網絡帶來巨大變化,而這些變化和供應鏈網絡本身的拓撲結構、經濟效益等緊密相關。供應鏈上局部微觀特征的累積或變化也將給整個供應鏈網絡帶來不同于局部的特征涌現?;诖?,從復雜網絡理論視角出發,供應鏈主要研究內容大致可包括以下幾方面: 節點重要性評估[4-6]、供應鏈網絡動力學分析[7-8]、穩定性分析[9-10]、控制性能分析[11]、風險傳播分析[12-15]等,上述研究方向也已成為供應鏈網絡研究中的熱點問題。
    在供應鏈網絡節點重要性分析方面,楊康和張忠義[16]基于節點重要性對跨層次的供應鏈網絡風險進行研究,實現了對企業重要性的綜合評估;張旭等[17]將節點自身重要度和鄰域節點間關系重要度的加權和作為衡量節點重要度指標,評估過程兼顧多個指標,更加符合實際;傅杰等[18]提出了一種綜合考慮網絡拓撲結構和系統動力學性能的關鍵節點辨識方法,克服了單一評價指標的片面性。重要節點的識別與保護對于供應鏈網絡的建設具有重要意義,但已有文獻中關于系統重要節點的識別方法大多針對單層供應鏈網絡,而對于多層網絡而言其情況更為復雜。
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    2.2 級聯失效及網絡穩定性分析
    網絡中一個或少數幾個節點的失效會通過節點之間的連接關系造成更多的節點發生過載失效,進而產生級聯效應,最終導致相當一部分節點甚至整個網絡的崩潰,這種現象稱為級聯失效,有時也形象地稱之為“雪崩”。近年來,級聯失效及網絡穩定性分析已逐漸成為復雜網絡中的研究熱點。
    在失效負載分配機制設計方面,田杭和郭瑞軍[46]將失效負載優先按照不同相鄰邊的權重進行負載分配,結合失效邊的數量及網絡的平均距離降低比例來反映失效節或邊的影響程度;Qian 等[47]提出根據失效節點的容量比例和節點連接數量,將失效節點的負載重新分配給相鄰節點;Fu 等[48]提出根據其初始負載和連接到失效節點的所有節點的總負載比例,將失效節點的負載重新分配到其鄰接節點;張欽等[49]在考慮產業鏈特性的基礎上提出同時考慮欠載和過載狀態的產業鏈級聯失效模型,這些研究對本文所要研究的科學問題均有一定的啟發意義。
    在網絡穩定性分析及整體優化方面,王佳蓉[50]研究了物流網絡和供應鏈網絡在發生級聯失效時的同階段和跨階段的負載分配機制,并引入了流量損失從經濟角度分析級聯失效給供應鏈企業帶來的影響;張震等[51]定義網絡相變臨界因子θ衡量節點失效引發級聯失效的概率,并建立基于節點冗余容量動態控制(DRC)的級聯失效模型;Tang 等[52]考慮了節點失效通過邊的連通性進行負載傳播,并分析了復雜的相互依賴的供應鏈網絡的魯棒性;Qi 等[53]對各種可控參數下的網絡級聯故障的魯棒性展開研究并提出了節點負載的新定義;王世錦等[54]提出優先保護關鍵節點連邊的方法增強航路網絡拓撲結構的魯棒性;王興隆等[55]運用復雜網絡理論,選取相應指標評估大型機場航線穩定性對于航線網絡優化設計、減少航班延誤的意義;陳超洋等[56]從復雜網絡理論角度分析了復雜電網運行時的連鎖故障及脆弱性。以上運用復雜網絡理論對系統穩定性的研究多從網絡拓撲角度出發,較少從經濟角度分析級聯故障或優化方法對網絡性能的影響。
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    第 3 章 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡建模.....................................13
    3.1 乳制品供應鏈及質量鏈結構分析................................13
    3.1.1 乳制品供應鏈結構分析......................................13
    3.1.2 乳制品質量鏈結構分析.....................................14
    第 4 章 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡重要節點識別..........................25
    4.1 質量鏈-供應鏈耦合網絡重要節點定義..........................25
    4.1.1 基于供應鏈運營視角的耦合網絡重要節點界定...........................25
    4.1.2 基于質量風險防控視角的耦合網絡重要節點界定.............................25
    第 5 章 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡穩定性分析及優化..............................41
    5.1 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡特性分析........................................41
    5.1.1 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡耦合強度分析...............................41
    5.1.2 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡失效比例分析..............................42
    第 5 章 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡穩定性分析及優化
    5.1 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡特性分析
    5.1.1 乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡耦合強度分析
    供應鏈和質量鏈之間相互作用的程度可采用耦合強度進行衡量,它是指網絡中耦合邊占較小規模網絡節點數量的比例。在乳制品質量鏈耦合網絡中,每一個質量環節均有一個或多個企業參與,某一節點企業的生產活動也有可能包含多個質量環節,它們之間相互影響,共同作用于乳制品的產銷過程。
    在具有高耦合強度的乳制品質量鏈-供應鏈產銷系統中,不同層網絡節點間的高依賴性會使得網絡整體穩定性更多的受到不同層網絡節點間耦合關系的影響。本小節通過引入耦合強度這一指標,在下文中對不同耦合強度下的系統穩定性進行分析,探究不同耦合系統結構下耦合網絡的拓撲穩定性和經濟穩定性,以期為實際的乳制品生產運作系統的構建及優化提供理論指導。
    在以往學者對級聯失效理論的研究中,對失效節點的負載分配策略主要涉及平均分配[83]、局部擇優分配[84]以及全局分配[85]等,并且不同分配策略對最終網絡狀態的影響存在較大差異。在加權網絡中,現有成果主要是基于節點權重的重分配策略,但該策略并沒有考慮鄰居節點的可承載能力,容易引發較多節點出現過載失效?;谝延袑W者的研究和乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡的特性,本文選取如下所述的兩種負載重分配策略,并通過仿真比較不同分配方式的效果并對其進行分析。

     

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    第 6 章 總結與展望
    6.1 主要工作內容
    現實中乳制品的各工藝環節或供應鏈上各實體企業都有可能遭受內外部因素的擾動而喪失運作能力,單個工藝或企業失效會通過層內連接和層間耦合關系引發較大范圍的級聯失效,從而給整個耦合系統帶來較大威脅。為了更好的降低級聯失效對耦合系統結構的破環和供應鏈整體的銷售損失,本文基于耦合理論、級聯失效理論對乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡的拓撲穩定性和經濟穩定性進行研究,主要工作內容包括:
    (1)乳制品質量鏈-供應鏈耦合系統結構分析及模型構建。本文結合實際生產情形,考慮乳制品質量鏈和供應鏈網絡的構成要素、網絡結構、負載流向等因素,設置相應參數對供應鏈及質量鏈網絡進行描述,并分析了生產工藝和實體企業之間的耦合形式,最后構建了乳制品質量鏈-供應鏈耦合網絡模型。
    (2)耦合系統中的不同層網絡具有各自的特征。在對耦合網絡中的重要節點進行識別時,分別從供應鏈運營視角,質量安全防控視角以及耦合網絡拓撲結構視角定義相應的重要度計算公式,最后對不同視角下的重要性節點進行識別和分析。其中供應鏈網絡中的重要節點多數為生產企業,質量鏈網絡中的重要節點多數為加工環節的各生產工藝,從基于耦合網絡拓撲結構的重要節點識別結果中可知,生產工藝失效對網絡結構的破壞往往比實體企業失效嚴重的多,且重要節點的失效往往會給整個耦合系統帶來較大損失。在乳制品的建設和維護過程中,一方面要嚴防質量安全事件的發生,另一方面要對關鍵生產企業和工藝環節加強監管和保護,這樣能夠較好的維持系統穩定性。
    (3)經濟效益的最大化是乳制品產銷系統的重要目標之一,現有復雜網絡的拓撲穩定性指標不足以刻畫這一耦合系統的整體性能,基于此本文提出供應鏈銷售損失作為衡量耦合系統穩定性的重要指標,仿真結果表明級聯失效情形下的拓撲穩定性和經濟穩定性整體趨勢一致但又存在差異,在耦合系統的建設和維護中要同時關注這兩個方面,根據需要選擇合適的優化方案,以實現系統運作目標。
    參考文獻(略)


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