一种基于多层网络级联失效模型的智慧物流平台构建方法

本发明属于系统平台建设，具体涉及一种基于多层网络级联失效模型的智慧物流平台构建方法。

背景技术：

1、智慧物流平台正逐步成为物流行业发展的主要动力，它通过应用物联网、大数据、人工智能等技术，实现物流过程中的自动化、可视化、可控化、智能化和网络化。智慧物流平台的高效运作依赖于其内部多个子系统模块的精心组合，这是项目管理者的核心工作之一。以华为公司的松山湖物流中心为例，项目团队为了实现物料接收、存储、挑选、齐套、配送等多功能一体化的高效运作，精心选择了射频、电子标签拣货、旋转式传送带等子模块。他们与第三方的技术供应商合作，确保系统和软件能够与平台无缝集成，并与另外的第三方硬件提供商合作获取必要的传感器和扫描设备。然而，如果技术供应商若未能及时提供软件更新，或硬件提供商交付的设备不符合规格，可能会导致电子标签拣货等子模块无法正常运作，进而影响整个平台性能，甚至出现系统溃败的风险，这种现象称为项目间级联失效。因此，项目级联失效是智慧物流平台构建时不可忽略的因素。

2、尽管现有研究在模块设计、流程优化和实施策略方面取得了一定的进展，但往往忽视了在平台构建过程中，功能、项目以及第三方三者间形成的多层网络耦合关系，尤其是项目级联失效的风险。目前，项目级联失效的研究多集中在单一项目管理和企业管理领域，而在智慧物流平台的构建上的应用还相对缺乏。其中，项目层网络构建是项目级联失效分析的基础，但现有相关技术主要依赖于专家评价，尚不能解决智慧物流平台建设过程中大规模项目网络构建与分析问题，同时忽略了第三方作为重要的利益相关者之一等问题，这不利于智慧物流平台构建。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多层网络级联失效模型的智慧物流平台构建方法，用以在给定的资源和技术条件下满足核心功能需求，同时降低因子模块建设项目级联失效导致的系统性风险。

2、为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于多层网络级联失效模型的智慧物流平台构建方法，包括：

4、针对多个子模块建设项目组合中的每个子模块建设项目组合，构建“功能-项目-第三方”多层网络；所述“功能-项目-第三方”多层网络包括功能层网络、项目层网络以及第三方层网络，功能层网络中包括智慧物流平台需要实现的所有功能，项目层网络利用项目本体模型，对子模块建设项目组合中的各子模块建设项目进行描述；第三方层网络中包括第三方；利用第三方与子模块建设项目之间的支撑关系、子模块建设项目与功能之间的贡献关系，形成所述“功能-项目-第三方”多层网络；

5、对每个子模块建设项目组合对应的“功能-项目-第三方”多层网络进行失效分析；在失效分析时，首先确定项目层网络中各节点、第三方层网络中各节点的初始负载与容量，设定当节点失效时的负载分配策略；基于初始负载、容量以及所述负载分配策略，对项目层网络中的节点或第三方网络层中的节点进行失效分析，迭代计算项目层网络智慧物流平台功能实现的能力值以及第三方网络的智慧物流平台功能实现的能力值，最终通过子模块建设项目组合的韧性测度指标来选择最优子模块建设项目组合。

6、在本发明的一种实施方案中，所述功能层网络中的节点为每个功能，如果功能之间存在协同关系，则功能间存在边；所述的协同关系为功能影响功能，或者功能影响功能；功能之间的边具有方向，当功能影响功能时，边的方向为到；功能层网络中的节点设置功能权重。

7、在本发明的一种实施方案中，所述项目层网络利用项目本体模型，对子模块建设项目组合中的各子模块建设项目进行描述，包括：

8、基于i-p-o的项目本体模型对子模块建设项目组合中的各子模块建设项目进行描述；所述本体模型包括项目输入、项目处理、项目输出、项目起止时间和项目所支撑的功能；明确子模块建设项目之间的依赖关系，构建子模块建设项目间依赖关系矩阵，利用依赖关系矩阵，明确项目层网络中各子模块建设项目之间的关系以及关系的紧密程度，项目层网络中每个节点代表智慧物流平台中的一个子模块建设项目；其中：

9、使用子模块建设项目间依赖关系类型的数量来表征子模块建设项目间的依赖强度，所述依赖关系类型包括技术依赖、资源依赖、战略依赖和收益依赖，如果子模块建设项目对存在4种依赖关系中的至少一种，则认为依赖于；子模块建设项目之间的依赖强度达到1以上时，子模块建设项目之间存在边，边的权重表示子模块建设项目间关系的依赖强度；边具有方向，当依赖于时，二者之间边的方向为从节点到。

10、在本发明的一种实施方案中，第三方层网络中的每个第三方作为节点；当两个第三方、参与同一子模块建设项目时，这两个第三方之间存在边，该边的方向是双向的且权重为1，否则，第三方节之间没有边。

11、可选地，所述利用第三方与子模块建设项目之间的支撑关系、子模块建设项目与功能之间的贡献关系，形成所述“功能-项目-第三方”多层网络，包括：

12、第三方与子模块建设项目之间的支撑关系表示第三方对子模块建设项目实施的支撑程度，记为，表示第i个第三方对第j个子模块建设项目的支撑程度；当第三方对子模块建设项目存在支撑关系，二者之间具有边，边的权重为支撑程度；子模块建设项目与功能之间的贡献关系表示子模块建设项目对功能实现的贡献程度，记为，表示子模块建设项目对实现第k个功能的贡献程度；当子模块建设项目对功能存在贡献关系，则二者之间具有边，边的权重为贡献程度；和由项目经理给出；

13、利用所述支撑关系以及贡献程度，建立第三方层网络与项目层网络、项目层网络与功能层网络间的连接，从而形成 “功能-项目-第三方”多层网络。

14、优选地，所述项目层网络中节点的初始负载及容量计算方法如下：

15、

16、

17、

18、其中，表示项目层网络中第j个子模块建设项目的初始负载，表示容量；表示子模块建设项目的权重，和为控制节点初始负载强度参数且和，表示子模块建设项目的出度强度和入度强度，为的投资额度；和表示项目经理对子模块建设项目之间依赖关系、子模块建设项目投资额度的重视程度，且满足，其中，，和是容量调整参数，，。

19、进一步地，所述设定当节点失效时的负载分配策略，包括：

20、对于项目层网络，当某个或某些子模块建设项目失败后，失败的子模块建设项目所承载的负载需要分配给依赖于该子模块建设项目的其他该子模块建设项目：

21、

22、其中，表示在t时刻第j个子模块建设项目传递给第个子模块建设项目的负载，表示子模块建设项目在t时刻的负载，表示承载的任务量传递给的比例：

23、

24、其中，、分别表示子模块建设项目在t时刻的负载、容量；、分别表示第h个子模块建设项目在t时刻的负载、容量；是依赖于失败的子模块建设项目节点的项目节点集合。

25、进一步地，设定第j个子模块建设项目得到的支撑为，其中第i个第三方对的支撑程度为，i表示第三方的数量；设定阈值，当时，处于正常状态而不受第三方失效的影响；当时，因第三方失效而失败，随后失败的子模块建设项目将通过级联效应影响其他子模块建设项目。

26、在一个实施例中，所述对项目层网络中的节点或第三方网络层中的节点进行失效分析，迭代计算项目层网络智慧物流平台功能实现的能力值以及第三方网络的智慧物流平台功能实现的能力值，包括：

27、项目层网络失效分析为：将确定了初始负载与容量的“功能-项目-第三方”多层网络作为初始化网络；针对初始化网络，随机选择项目层网络中一个或部分节点作为失效节点，删除这些失效节点以及与其相关联的边；接着将失效节点的负载重新分配给依赖于该节点的且未失效的节点，计算各项目层网络中未失效节点的新负载，判断此时项目层网络中各节点的状态，如节点的负载超出容量，则将该节点标记为失效节点，删除失效节点以及与其相关联的边后，将失效节点的负载重新分配给依赖于该节点的且未失效的节点；直至网络中所有未失效的节点的负载均未超出容量，完成一次迭代，迭代完成后计算项目层网络智慧物流平台功能实现的能力值；通过针对初始化网络设定不同数量的失效节点并经过多次迭代，直至小于预设能力值；

28、第三方网络的失效分析和项目层网络失效分析相同，每次迭代后则需要计算第三方网络的智慧物流平台功能实现的能力值，经过多次迭代，直至小于预设能力值；

29、其中，和 分别表示子模块建设项目组合在项目层网络失效节点个数时和第三方层网络失效节点个数为时第次迭代的功能实现值。

30、进一步地，所述基于能力值通过子模块建设项目组合的韧性测度指标来选择最优子模块建设项目组合，具体公式为：

31、

32、

33、

34、

35、

36、

37、其中，为预期能力值，和 分别表示子模块建设项目组合在项目层网络失效节点个数时和第三方层网络失效节点个数为时第次迭代的功能实现值，表示第次迭代；、表示子模块建设项目组合在项目层节点失效个数时和第三方层失效节点个数为时的最终功能实现值；k为功能的数量，j表示子模块建设项目组合中子模块建设项目的数量，表示第k个功能的节点权重，，其中表示第k、个功能、之间的协同关系，表示功能影响的其他功能的集合，表示影响其他功能的边的权重之和；，；表示专家确定的的功能权重，表示对功能产生影响的功能集合；、表示第j个子模块建设项目对功能、实现的贡献程度；和分别表示项目层节点失效个数时和第三方层失效节点个数为时，项目层网络中存在的节点数量，、为预设值，表示所有备选子模块项目组合中，功能实现值小于预设实现值时的最大失效子模块建设项目个数；表示所有备选子模块项目组合中，功能实现值小于预设实现值的最大失效第三方个数；表示子模块建设项目组合b的韧性测度指标；

38、选择韧性测度指标最大的子模块建设项目组合作为最优子模块建设项目组合，按照该子模块建设项目组合中的子模建设项目进行子模块的构建，以实现智慧物流平台的功能。

39、与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

40、1.本发明提出了一种基于项目输入-处理-输出(i-p-o)模型的项目依赖关系生成算法，能够有效降低大规模项目依赖关系判定的复杂度和主观性，实现大规模项目层网络便捷生成。通过记录和分析物流平台中的各类项目在功能、项目和第三方多层网络中的交互数据，本发明摆脱了传统依赖专家评价的方式，提高了依赖关系判定的准确性和效率。此算法为智慧物流平台中的项目组合选择和管理提供了更为可靠的数据支持，优化了物流运营中的项目协作。

41、2.本发明扩展了传统的双层网络，构建了“功能-项目-第三方”多层网络级联失效模型。第三方网络层的引入，能够更加精准地反映智慧物流平台中的复杂协作关系，加强级联失效模型分析结果的系统性和可信度，解决了传统模型因忽略第三方影响而无法满足实际物流需求的问题。该多层网络模型有助于更全面地分析和应对物流平台中的级联失效现象，提升物流平台的整体抗风险能力和运营效率。

42、3.本发明将智慧物流平台的功能模块带入到具体的物流配送场景中，通过项目组合选择最优解，为物流系统的建设和运营提供了强有力的技术支撑。这种应用不仅提升了物流配送的效率和可靠性，而且通过优化资源配置，降低了运营成本，增强了物流系统的市场竞争力。