基于灰色聚類模型的航天發射產品物流方式優選

摘要：針對航天發射產品物流運輸方式選擇問題，首先，基于航天發射任務實際構建了三級評估指標體系，并闡述了各指標含義；其次，給出了一種基于群決策層次分析法的指標賦權方法，包括構造判斷矩陣、判斷矩陣聚合、指標賦權和一致性檢驗；第三，給出了一種基于灰色聚類模型的物流運輸效能評估方法，包括確定評價灰類及其對應的白化權函數、構造評估矩陣和效能評估；最后，給出了具體算例，證明了相關模型和方法的可行性和有效性，可為航天發射產品物流運輸方式選擇提供參考和理論支撐。

關鍵詞：航天發射；物流方式；層次分析法；灰色聚類模型；效能評估

中圖分類號：F502 文獻標志碼： A DOI：10.13714/jcnki.1002-3100.2023.20.022

Abstract： Aiming at the logistics mode optimization of space launch vehicle，firstly，the three-level evaluation index system is constructed based on the actual space launch mission，and the meaning of each index is described.Secondly， based on analytic hierarchy process with group decision making，a index weighting method is given， including the construction of judgment matrix， judgment matrix aggregation，index weighting and consistency test. Thirdly，based on the grey clustering model，the logistics efficiency evaluation is presented， including determining the evaluation gray class and corresponding whitening weight function，constructing the evaluation matrix and efficieney evaluation. Finally，a concrete example is given to prove the feasibility and effectiveness of the relevant model and method，which can provide reference and theoretical support for the selection of logistics mode of space launch vehicle.

Key words：spacelaunch;logisticsmode;analytic hierarchy process;grey clustering model;efficiency evaluation

0引言

航天發射物流保障是航天發射相關運載器、航天器、工具器材和日常消耗品等經過計劃、籌措、生產、運輸、存儲、配送、使用等環節，支撐和保障航天發射任務完成的整個過程\"。伴隨科技與經濟快速發展及民營商業航天的迅猛發展，我國航天發射任務呈現逐年遞增的態勢。為了有效應對高頻次、高密度、高強度的航天發射任務常態，我國航天發射組織管理逐步由粗放型向精細型轉變，但是對于航天發射產品物流運輸方式選擇問題尚未達成統一認識，其中民營商業航天出于成本控制方面考慮通常采用公路運輸方式，國營航天企業出于安全性、時效性等方面考慮通常采用鐵路運輸方式，偶爾由于鐵路運輸資源緊張或運輸產品數量有限也采用公路運輸方式。隨著航天發射精細化管理的深入變革，有必要對航天發射產品物流運輸方式優選問題進行研究。

目前效能評估在各個領域廣泛應用，典型方法包括ADC方法、層次分析法、貝葉斯網絡方法、模糊綜合評判法、灰色分析法間、理想解法7、證據推理法W、云模型法、神經網絡法等，為航天發射產品物流方式評估優選提供了豐富的理論基礎。但航天發射產品物流運輸問題存在復雜性、特殊性和模糊性，需要重點考慮決策的魯棒性和決策質量。因此，本文基于群決策層次分析法和灰色聚類評估法，提出一種航天發射產品物流方式評估優選方法，可為航天發射物流保障精細化管理提供參考和理論支撐。

1評估指標體系構建

評估指標體系的構建需要遵循以下原則：

指標完備性原則，評估指標應當涵蓋用于評價航天發射產品不同物流運輸方式優劣的所有指標；

指標獨立性原則，評估指標應當相互獨立，其內涵不能存在交叉重疊；

定性與定量指標相結合原則，定量指標具體、直觀、易于量化表述、分析結果更為清晰，但是定性指標包含信息的廣度和深度遠大于定量指標，對于構建物流運輸評估指標體系而言，定性指標仍然是不可缺少的部分，因此應當綜合考慮定性指標與定量指標。

基于上述要求，通過反復修改完善制定航天發射產品物流運輸評估指標體系（見圖1），其包括三層結構，分別為效能指標層、性能指標層和具體指標層，其中性能指標層包括時效性、可靠性、安全性和經濟性，根據各性能指標層的特點又將其劃分為具體的評價指標。

1.1時效性

時效性是指完成航天發射產品遠距離物流運輸所需要的時間。基于航天發射實際，評價其物流運輸時效性的指標包括裝卸時間，即自航天發射產品由生產廠房裝載前至產品到達發射場倉儲中心完成轉載下車后，期間產品轉載上下車所用的時間，若采用公路運輸方式，則產品通常存在1次轉載上車（位生產廠房轉載上車）和1次轉載下車（位倉儲中心轉載下車），若采用鐵路運輸方式，則產品通常存在1次轉載上車（位生產廠房轉載上公路平板車）、1次轉載轉移（位車站由公路平板車轉載至鐵路平板車）和1次轉載下車（位倉儲中心轉載下車）;運輸時間，即運輸平臺工作的時間；等待時間，即由于人員修整、鐵路車次調整等因素，在運輸途中運輸平臺停止工作、原地等待的時間。

1.2安全性

安全性是指開展航天發射產品物流運輸活動的安全性，其主要包括人員安全性、產品安全性和運輸平臺安全性，其中人員安全性指物流運輸活動中人員安全的概率，產品安全性指航天發射產品不發生磕碰、墜落及環境保障條件超標等問題的概率，運輸平臺安全性指運輸平臺穩定運行、不出故障的概率，其與運輸平臺配屬的主動、被動安全措施及運輸環境的危險程度相關。

1.3經濟性

經濟性是指開展航天發射產品物流運輸活動所需的費用，其主要包括運輸費用、裝卸費用和伴隨保障費用，其中運輸費用指雇傭運輸服務商提供運輸服務的費用（含運輸平臺和運輸人員的費用），裝卸費用指產品轉載時雇傭轉載工具和轉載人員的費用，伴隨保障費用指產品供應商派遣相關人員伴隨物流運輸活動的保障費用。

2基于群決策層次分析法的指標賦權

2.1構造判斷矩陣

根據“1—9”標度法（見表1），通過專家打分的方式相互比較評價指標之間的重要性構造判斷矩陣如式（1）所示。

Ａ＝（aij）n×n" " （1）

其中：a?×a?=1，n 為該層級評價指標的數量。

根據專家打分結果，構造各層指標判斷矩陣，如表2—5所示。

2.2 判斷矩陣聚合

采用層次分析法進行指標賦權的本質是專家打分賦權，考慮到專家個人喜好和主觀意愿的影響，指標權重具有一定的局限性。研究表明叫采用Hadamard方法將多個專家打分構造的判斷矩陣聚合，通過求解聚合判斷矩陣確定指標權重可有效削弱專家個性原因對于權重分配的影響。假設k位專家通過打分構成k組判斷矩陣C?、C?、C……C 。對于不同的專家，考慮其權威性的不同，對其打分構造的判斷矩陣分配不同的權重λ，則k組判斷矩陣的Hadamard組合為

其中： C 為聚合判斷矩陣，其元素滿足C=a，C·λ?C…λ，C…λ，C。

2.3指標賦權

聚合判斷矩陣C的正規化的最大特征向量W的元素即為指標對應的權重，其滿足

其中：λ…為最大特征向量對應的最大特征值，可采用和積法進行求解l2。

2.4 一致性檢驗

指標賦權是否滿足要求需要按照式（4）對聚合判斷矩陣進行一致性檢驗。

其中：n 為聚合判斷矩陣C的階數， RI 為平均隨機一致性指標，其取值見表6。

當CR≤0.1時，聚合判斷矩陣的一致性滿足要求，指標賦權可用；若CRgt;0.1則需要專家對于指標打分進行調整，直至一致性滿足要求為止。

3基于灰色聚類模型的物流運輸評估

灰色聚類評估法是通過灰數對應的白化權函數對評估指標進行定量評估，進而給出評估對象所屬灰數，達到對評估對象進行優選排序目的的一種評估理論，其具有樣本依賴性和數據依賴性小的突出優點，對于航天發射產品物流運輸評估等小樣本、信息不完備的問題具有優異的適用性。因此，擬采用灰色聚類評估法對航天發射產品不同物流運輸方式進行評估，優選最佳物流運輸方式。

3.1確定評價灰類及其對應的白化權函數

對于航天發射產品物流運輸評估的所有指標均劃分4個評估灰類，分別為“優”“良”“中”“差”，基于航天發射產品物流運輸實際，確定四個評估灰類對應的灰數分別為0.9，0.8，0.6，0.4，對應的白化權函數如圖2所示。

“優”灰類對應的白化權函數如下。

“良”灰類對應的白化權函數如下。

“中”灰類對應的白化權函數如下。

“差”灰類對應的白化權函數如下。

3.2構造評估矩陣

假設針對某一航天發射任務，產品遠距離投送共有m種物流運輸方式X，X?，…，Xm，評價指標體系共有n 個底層評價指標B?，B?，…，B， 則根據評估指標對于各灰類的隸屬度可得某一物流運輸方式X;=（x?）的評估矩陣為

3.3效能評估

假設通過指標賦權得到底層評價指標權值向量為W=（u）， 則可得某一物流運輸方式X=（x?） 的綜合評估向量為

根據最大隸屬度原則，可得某一物流運輸方式X 的灰度“s”及其對應的綜合隸屬度為

通過計算所有物流運輸方式的灰度及對應的隸屬度可對物流運輸方式進行優選排序，即優先依據物流運輸方式的灰度進行排序，對于灰度相同的物流運輸方式依據隸屬度大小排序。

4具體算例

以某型火箭由生產廠房投送至酒泉衛星發射中心倉儲中心，開展航天發射任務作為航天發射產品遠距離投送問題的典型代表開展物流運輸方式優選。航天發射產品包括衛星系統和火箭系統（含固體火箭和機動發射車），由于火箭系統重量、體積較大，因此遠距離投送方式主要考慮“公路運輸”“鐵路運輸”和“組合運輸（火箭鐵路運輸+機動發射車公路運輸）”3種方式。

4.1指標賦權

根據“1—9”標度法，邀請行業領域5名專家對評估指標進行打分，打分結果見表7。

根據專家權威性的不同，對其打分構造的判斷矩陣分配不同的權重依次為0.2，0.3，0.1，0.1，0.3，通過判斷矩陣聚合及和積法求解正規化特征向量，得到具體指標層指標權重（見表8）。

4.2物流運輸指標數據

基于航天發射任務實踐經驗，得到三種運輸方式的具體指標層數據（見表9）。

4.3效能評估

基于灰色聚類模型得到公路運輸、鐵路運輸和組合運輸三種方式的綜合評估向量分別為

T=[0.6632，0.0373，0.0507，0.2487]，

從式（12）中可以得到三種運輸方式均屬于“優”灰度，但鐵路運輸的隸屬度最大為0.6732，公路運輸次之，組合運輸的隸屬度最小，且鐵路運輸的第二灰度為“中”灰度，其他兩種運輸方式的第二灰度均為“差”灰度，因此，航天發射產品最優運輸方式為鐵路運輸。這主要是由于鐵路運輸的耗時較短、費用較高，但費用所占權重低于時間所占權重，綜合導致鐵路運輸最優，這與航天發射任務日益密集、時效性要求高的實際相契合。

5結束語

為了解決航天發射產品物流運輸方式決策問題，本文通過構建評估指標體系、群決策層次分析法完成指標賦權、灰色聚類模型完成效能評估，給出了一種物流運輸方式優選方法，并通過具體實例驗證了該方法的有效性和可行性，可為航天發射產品物流運輸精細化管理提供理論支撐。

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