專利名稱：一種基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括群集智能、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域知識，具體涉及一種基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法。特別適用于供應(yīng)鏈成員企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同和資源優(yōu)化問題。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對高效智能技術(shù)提出了更高更新的要求。然而，鑒于實(shí)際問題的復(fù)雜性、約束性、非線性和建模困難等特點(diǎn)，尋找各 種適用于領(lǐng)域?qū)嵺`需求的新興的智能計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為越來越多研究者的關(guān)注焦點(diǎn)。在沒有集中控制且不提供全局模型的前提下，群集智能為尋找復(fù)雜的分布式問題的解決方案提供了基礎(chǔ)。供應(yīng)鏈協(xié)同是指供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間為了提高供應(yīng)鏈的整體競爭力而進(jìn)行的彼此協(xié)調(diào)和相互努力。供應(yīng)鏈上分散在各個(gè)地方的相關(guān)節(jié)點(diǎn)企業(yè)，包括產(chǎn)品開發(fā)、資源提供、原配件采購、生產(chǎn)加工、市場營銷和物流服務(wù)等價(jià)值增值環(huán)節(jié)，這些企業(yè)具有各自特定的優(yōu)勢，經(jīng)過不同方式聯(lián)合起來，依靠生產(chǎn)要素的流動(dòng)，實(shí)行分工合作、優(yōu)勢互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、利益共享，從而產(chǎn)生“ 1+1>2”的放大效應(yīng)，使得供應(yīng)鏈上的各個(gè)企業(yè)都獲得整體競爭優(yōu)勢。對于供應(yīng)鏈協(xié)同的研究，根據(jù)研究層次大體可以分為戰(zhàn)略層、運(yùn)作層和操作層3個(gè)層次，其中戰(zhàn)略層主要探討供應(yīng)鏈協(xié)同形成的原因、協(xié)同機(jī)制以及影響協(xié)同的因素等；運(yùn)作層研究上下游企業(yè)間的協(xié)同策略，主要包括研發(fā)協(xié)同、采購協(xié)同、生產(chǎn)協(xié)同、庫存協(xié)同、銷售協(xié)同及物流協(xié)同等；而操作層的協(xié)同更多地是研究協(xié)同技術(shù)，如協(xié)同軟件、信息交流技術(shù)如多智能體技術(shù)等?？v觀目前有關(guān)供應(yīng)鏈協(xié)同問題的研究，大多集中于其中某一方面，缺乏在整體上的考慮；此外，諸如自然界中生物系統(tǒng)的覓食、尋途、墓穴構(gòu)造問題就是非常典型的協(xié)同問題，若將此類生物系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制映射到人類經(jīng)濟(jì)社會中的供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，必將帶來不可估量的啟迪作用。因此，我們研究物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化問題。引入群集智能中的蟻群勞動(dòng)分工模型，充分考慮影響物流供應(yīng)鏈協(xié)同的能力評價(jià)與利益驅(qū)動(dòng)等因素，提出一種基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法。通過該方法科學(xué)合理的解決物流供應(yīng)鏈中的協(xié)同與優(yōu)化問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要克服現(xiàn)有物流供應(yīng)鏈協(xié)同性差、效率低的缺點(diǎn)，提出一種基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法，支持供應(yīng)鏈成員企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同和資源優(yōu)化配
置、提高效率。本發(fā)明提出的基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法，包括以下步驟
I)基于能力評價(jià)的個(gè)體響應(yīng)閾值的描述方法假設(shè)企業(yè)Agent個(gè)體的能力評價(jià)指標(biāo)包括財(cái)務(wù)指標(biāo)、工作誠意、預(yù)算計(jì)劃、工作區(qū)域、主要消費(fèi)人群等m個(gè)，即Cl，C2,……cm。以這部分指標(biāo)為基礎(chǔ)，由專家或根據(jù)統(tǒng)計(jì)聚類分析，將企業(yè)Agent自身能力定量地分為η個(gè)等級，把它們描述為以下的定性、定量綜合評價(jià)物元模型，即經(jīng)典域物元，以Mtlj表示
R.0j C\ ^OjlR(fifOj11 Jl)M0j=(R0j,ck,X0Jk)= = 十2)(I)
_Cm ^O jm _ _Cm (Ω0 jn J jn) _式中M0j表示企業(yè)Agent的第j級能力的物元模型，Roj表示企業(yè)Agent的能力為第j級；Χ_ = (a0Jk, b0Jk)表示企業(yè)Agent能力為第j級時(shí)第k個(gè)評價(jià)指標(biāo)Ck的量值范圍。企業(yè)Agent個(gè)體能力綜合評價(jià)指標(biāo)的允許取值范圍形成的物元模型Mp，稱為節(jié)域物元
Rp Clpp (apl，bpl)
「 . , , { ΛΤ Γ/、C2 X .plC2 iap2，bρι )Mp =(N p,ck,l pk)= ::= ； (2)
_Cm Xpm\ [_Cm iaPn,bPn)_式中Mp表示企業(yè)Agent能力綜合評價(jià)物元模型的節(jié)域物元；Rp表示企業(yè)Agent能力具有的全體等級；Xpk = (apk, bpk)表示待評企業(yè)Np中指標(biāo)Ck的取值允許范圍；I - Vpk °2)基于利益驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)分配的決策機(jī)制利益驅(qū)動(dòng)下螞蟻或企業(yè)Agent需要做兩種不同的重要決策，一是Agent根據(jù)自身能力判斷是否有能力承接該項(xiàng)業(yè)務(wù)；二是多個(gè)Agent個(gè)體同時(shí)競爭執(zhí)行某一項(xiàng)業(yè)務(wù)，此時(shí)需要對Agent進(jìn)行選擇，可通過基本蟻群勞動(dòng)分工模型中的環(huán)境刺激進(jìn)行描述。對應(yīng)于這兩種不同的決策，Agent個(gè)體可對應(yīng)三種不同的狀態(tài)，即加入、退出與躍遷狀態(tài)，其中加入狀態(tài)指個(gè)體由空閑到執(zhí)行某業(yè)務(wù)；退出狀態(tài)指個(gè)體由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)；而躍遷狀態(tài)指Agent個(gè)體從執(zhí)行業(yè)務(wù)i躍遷到執(zhí)行業(yè)務(wù)j，其利益驅(qū)動(dòng)的螞蟻Agent決策過程如圖I所示。3)環(huán)境刺激值的確定當(dāng)需求出現(xiàn)一個(gè)業(yè)務(wù)T，為了方便建模，將T劃分為q個(gè)子業(yè)務(wù)T= {T1； T2, -,TJ0對應(yīng)于每個(gè)子業(yè)務(wù)都存在一個(gè)環(huán)境刺激值，它反映了執(zhí)行該子業(yè)務(wù)的緊急程度；刺激值越高，則更容易吸引到螞蟻個(gè)體來完成此項(xiàng)子業(yè)務(wù)。螞蟻個(gè)體結(jié)合環(huán)境刺激值與自己的響應(yīng)閾值共同決定是否參與到該項(xiàng)子業(yè)務(wù)中。在子業(yè)務(wù)未被完成時(shí)，每過一個(gè)單位時(shí)間段，子業(yè)務(wù)的刺激值都會自增一個(gè)常量\_。而根據(jù)參與的螞蟻個(gè)體的情況，會不同程度地部分完成各子業(yè)務(wù)，其多少取決于參與業(yè)務(wù)的螞蟻個(gè)體的總數(shù)和每個(gè)螞蟻個(gè)體的業(yè)務(wù)執(zhí)行效率^，由以下公式描述5j.(/+1) = Sj (/) + Sj - YjSijS)(O(5)
/=1式中，t為離散時(shí)間變量，Sj (t)表示t時(shí)刻的環(huán)境刺激值。4)螞蟻個(gè)體i執(zhí)行業(yè)務(wù)j的概率值螞蟻個(gè)體i執(zhí)行業(yè)務(wù)j的概率不僅與螞蟻?zhàn)陨砟芰τ嘘P(guān)，而且與業(yè)務(wù)特性及從事此項(xiàng)業(yè)務(wù)的收益與風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。當(dāng)業(yè)務(wù)的環(huán)境刺激值越大，而螞蟻?zhàn)陨淼捻憫?yīng)閾值越低，則螞蟻個(gè)體執(zhí)行該業(yè)務(wù)的概率越高。此外，每個(gè)業(yè)務(wù)協(xié)作工作的螞蟻個(gè)體總數(shù)應(yīng)有一個(gè)上限，過多或過少都不太有利，因此需對業(yè)務(wù)能夠容納螞蟻個(gè)體的總數(shù)做一個(gè)限制。根據(jù)以上分析，螞蟻個(gè)體i執(zhí)行業(yè)務(wù)j的概率公式如下所示
iηPj = r.3nh( k! . (Φ + Ψ::))(4)
1sn +{θ))其中,€螞蟻個(gè)體i對應(yīng)子任務(wù)j的響應(yīng)閾值，由其個(gè)體能力確定。tanhO為雙正切函數(shù)，保證概率值取
，代表為螞蟻個(gè)體的“學(xué)習(xí)”影響，每經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔，將影響其業(yè)務(wù)選擇的概率。此外，函數(shù)代表業(yè)務(wù)j需被完成的緊急程度，可表示為 Φ j= Φ j (Nj-rij (t)) Θ (Nj-Iij (t)) (5)其中r^(t)是在時(shí)刻t執(zhí)行業(yè)務(wù)j的螞蟻總數(shù)，Nj是業(yè)務(wù)j能夠同時(shí)容納螞蟻的極限。θ (χ)為亥維賽函數(shù)，可表示為
0,(χ<0)^(x) = \ t ,(6)
U，(^>0)函數(shù)Φ]描述的是隨著越來越多的螞蟻執(zhí)行某一項(xiàng)業(yè)務(wù)，其對其它螞蟻的吸引越來越小直到= Nj為止。但是，由于期望同時(shí)加入業(yè)務(wù)的Nj個(gè)螞蟻繼續(xù)從事該業(yè)務(wù)，直到其完成，需通過函數(shù)xPj來保證，其公式如下Ψ； = SjTU^i (t))O)其中Sj為業(yè)務(wù)j的環(huán)境刺激值，Y (j，Vi(t))確保當(dāng)螞蟻i正在執(zhí)行業(yè)務(wù)j時(shí)， 非零，也即當(dāng)業(yè)務(wù)能容納的螞蟻總數(shù)未達(dá)到上限時(shí)，其對應(yīng)業(yè)務(wù)緊迫度繼續(xù)增加；而當(dāng)
=Nj時(shí)，業(yè)務(wù)不能再容納新的螞蟻個(gè)體。γ a i^a))可表示如下
I; (x, =X-,)/(XljX2) = ^—
[O;(X1 Φ X2)最后，代表時(shí)刻t螞蟻i對業(yè)務(wù)j的學(xué)習(xí)，即隨著時(shí)間的增加，螞蟻i執(zhí)行業(yè)務(wù)j的可能性的增加。5)螞蟻個(gè)體i執(zhí)行狀態(tài)k轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率由于在實(shí)際業(yè)務(wù)執(zhí)行中，作為企業(yè)Agent，經(jīng)常會在利益驅(qū)動(dòng)下優(yōu)先執(zhí)行那些對本企業(yè)有利的工作，因此，螞蟻的狀態(tài)不僅僅是加入與退出業(yè)務(wù)兩個(gè)狀態(tài)，還需增加不同業(yè)務(wù)間的躍遷，本文將其定義為螞蟻的轉(zhuǎn)移概率，可表示為
SiFfrI.. = ianh(C!f—^~)(9)
SI + ε其中k與j取O到J之間的整數(shù)，α為協(xié)調(diào)系數(shù)，與業(yè)務(wù)之間的協(xié)調(diào)成本、關(guān)聯(lián)度等因素有關(guān)，ε為人工引入的極小數(shù)用以避免分母被零除。6)螞蟻個(gè)體的業(yè)務(wù)退出概率沿用基本勞動(dòng)分工模型中的概率計(jì)算方法，有如下S10=P(10)其中，P為預(yù)設(shè)值。7)對螞蟻個(gè)體的能力評價(jià)用于體現(xiàn)不同Agent的差異性，而基于利益驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)分配機(jī)制則體現(xiàn)了個(gè)體選擇業(yè)務(wù)的傾向性，即選擇執(zhí)行使自己利益最大化的業(yè)務(wù)，該擴(kuò)展的蟻群勞動(dòng)分工流程圖如圖2所示。8)輸出最優(yōu)業(yè)務(wù)協(xié)同優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明引入改進(jìn)的蟻群勞動(dòng)分工模型解決物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化問題，首先通過個(gè)體能力評價(jià)獲取供應(yīng)鏈成員的生產(chǎn)、經(jīng)營能力。其次結(jié)合利益驅(qū)動(dòng)思想，確定成員企業(yè)的業(yè)務(wù)分配與資源共享機(jī)制，最終得到最優(yōu)的物流供應(yīng)鏈協(xié)同結(jié)果。本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明有效地克服了傳統(tǒng)物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法的缺點(diǎn)，搭建了物流供應(yīng)鏈協(xié)同管理機(jī)制，提升了效率，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。


圖I是本發(fā)明方法的利益驅(qū)動(dòng)網(wǎng)中的Agent決策機(jī)制圖。圖2是本發(fā)明方法的基于能力評價(jià)與利益驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展蟻群勞動(dòng)分工流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提出的基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法，包括以下步驟I)基于能力評價(jià)的個(gè)體響應(yīng)閾值的描述方法假設(shè)企業(yè)Agent個(gè)體的能力評價(jià)指標(biāo)包括財(cái)務(wù)指標(biāo)、工作誠意、預(yù)算計(jì)劃、工作區(qū)域、主要消費(fèi)人群等m個(gè)，即Cl，C2,……cm。以這部分指標(biāo)為基礎(chǔ)，由專家或根據(jù)統(tǒng)計(jì)聚類分析，將企業(yè)Agent自身能力定量地分為η個(gè)等級，把它們描述為以下的定性、定量綜合評價(jià)物元模型，即經(jīng)典域物元，以Mtlj表示
Rqj c\ 叉0ji Rn c\ 0 ji，) c, Χ ηC2 (a0r,b0 2)M0j = (R0jyCk,X0jk)=,=::(I)
_Cm XOjm _ __Cm (fifO jn ^ jn) _式中M0j表示企業(yè)Agent的第j級能力的物元模型，Roj表示企業(yè)Agent的能力為第j級；Χ_ = (a0Jk, b0Jk)表示企業(yè)Agent能力為第j級時(shí)第k個(gè)評價(jià)指標(biāo)Ck的量值范圍。企業(yè)Agent個(gè)體能力綜合評價(jià)指標(biāo)的允許取值范圍形成的物元模型Mp，稱為節(jié)域物元
Rp C1 P C1
C2 Χ c, (a0^boJ)Mp =(Np,CkiVpk)=.2 f2 = P、P_(2)
_L cw (, ,bp )_式中Mp表示企業(yè)Agent能力綜合評價(jià)物元模型的節(jié)域物元；Rp表示企業(yè)Agent能力具有的全體等級；Xpk = (apk, bpk)表示待評企業(yè)Np中指標(biāo)Ck的取值允許范圍；V0jk C Vpk。2)基于利益驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)分配的決策機(jī)制利益驅(qū)動(dòng)下螞蟻或企業(yè)Agent需要做兩種不同的重要決策，一是Agent根據(jù)自身能力判斷是否有能力承接該項(xiàng)業(yè)務(wù)；二是多個(gè)Agent個(gè)體同時(shí)競爭執(zhí)行某一項(xiàng)業(yè)務(wù)，此時(shí)需要對Agent進(jìn)行選擇，可通過基本蟻群勞動(dòng)分工模型中的環(huán)境刺激進(jìn)行描述。對應(yīng)于這兩種不同的決策，Agent個(gè)體可對應(yīng)三種不同的狀態(tài)，即加入、退出與躍遷狀態(tài)，其中加入狀態(tài)指個(gè)體由空閑到執(zhí)行某業(yè)務(wù)；退出狀態(tài)指個(gè)體由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)；而躍遷狀態(tài)指Agent個(gè)體從執(zhí)行業(yè)務(wù)i躍遷到執(zhí)行業(yè)務(wù)j，其利益驅(qū)動(dòng)的螞蟻Agent決策過程如圖I所示。3)環(huán)境刺激值的確定當(dāng)需求出現(xiàn)一個(gè)業(yè)務(wù)T，為了方便建模，將T劃分為q個(gè)子業(yè)務(wù)T= {T1； T2, -,TJ0對應(yīng)于每個(gè)子業(yè)務(wù)都存在一個(gè)環(huán)境刺激值，它反映了執(zhí)行該子業(yè)務(wù)的緊急程度；刺激值越高，則更容易吸引到螞蟻個(gè)體來完成此項(xiàng)子業(yè)務(wù)。螞蟻個(gè)體結(jié)合環(huán)境刺激值與自己的響應(yīng)閾值共同決定是否參與到該項(xiàng)子業(yè)務(wù)中。在子業(yè)務(wù)未被完成時(shí)，每過一個(gè)單位時(shí)間段，子業(yè)務(wù)的刺激值都會自增一個(gè)常量\_。而根據(jù)參與的螞蟻個(gè)體的情況，會不同程度地部分完成各子業(yè)務(wù)，其多少取決于參與業(yè)務(wù)的螞蟻個(gè)體的總數(shù)和每個(gè)螞蟻個(gè)體的業(yè)務(wù)執(zhí)行效車S由以下公式描述
權(quán)利要求
1.基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法，包括以下步驟 1)基于能力評價(jià)的個(gè)體響應(yīng)閾值的描述方法假設(shè)企業(yè)Agent個(gè)體的能力評價(jià)指標(biāo)包括財(cái)務(wù)指標(biāo)、工作誠意、預(yù)算計(jì)劃、工作區(qū)域、主要消費(fèi)人群等m個(gè)，即Cl，c2，……cm。以這部分指標(biāo)為基礎(chǔ)，由專家或根據(jù)統(tǒng)計(jì)聚類分析，將企業(yè)Agent自身能力定量地分為η個(gè)等級，把它們描述為以下的定性、定量綜合評價(jià)物元模型，即經(jīng)典域物元，以Mtlj表示
全文摘要
本發(fā)明包括群集智能、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域知識，具體涉及一種基于改進(jìn)蟻群勞動(dòng)分工模型的物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法。特別適用于物流供應(yīng)鏈成員企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同和資源優(yōu)化問題。本方法引入改進(jìn)的蟻群勞動(dòng)分工模型解決物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化問題，首先通過個(gè)體能力評價(jià)獲取供應(yīng)鏈成員的生產(chǎn)、經(jīng)營能力。其次結(jié)合利益驅(qū)動(dòng)思想，確定成員企業(yè)的業(yè)務(wù)分配與資源共享機(jī)制，最終得到最優(yōu)的物流供應(yīng)鏈協(xié)同結(jié)果。本發(fā)明有效地克服了傳統(tǒng)物流供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化方法的缺點(diǎn)，搭建了物流供應(yīng)鏈協(xié)同管理機(jī)制，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G06N3/00GK102831495SQ201210260348
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者肖亮, 謝宏, 王銅安, 袁霄, 陳庭貴, 許翀寰 申請人:浙江工商大學(xué)