机械工业生产供应链资源均衡配置研究

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摘要：当前的供应链资源配置方法使用静态供应链模型为基础，易导致资源配置不均的问题，影响资源利用率。为此，文章针对机械工业生产供应链，基于粒子群优化过程设计了新的资源均衡配置方法。根据机械工业生产供应链的资源种类划分结果，计算供应链均衡测度量。然后在构建动态供应链模型的基础上，确定供应链资源配置的目标函数，再利用粒子群优化算法，设计资源均衡配置优化函数。实验结果表明：该方法能够有效缓解资源配置不均的问题，并提升资源利用率、控制资源配置成本。

关键词：粒子群优化算法；供应链；机械产业；资源均衡配置

机械制造业逐渐成为一个国家综合国力的重要体现，同时也代表了一个国家的经济实力。随着全球市场的竞争日益激烈、信息技术以及制造技术的逐步升级，传统的机械制造业已经难以满足当今市场的需求，对其进行优化与升级成为各国制造业的主要研究内容。当前，机械制造业逐渐走向集群化发展，将与之关系密切的企业与相关支撑产业在空间上进行聚集，形成强有力的竞争趋势[1]。虽然，此种产业集群已经发展成为当今最受关注的经济模式，立足于资源角度可以发现集群中也存在一些问题，严重地影响了机械制造业的发展。随着机械工业的集成化发展，机械工业生产供应链资源配置效果直接影响机械产品的生产效率。在产业供应过程中，其资源供应链相对较长。机械工业生产供应链多通过各个环节进行自组织的形式完成优化配置，但此种方式较多依赖市场调节，具有一定的随机性。为了更好实现资源的均衡分配，需要对其资源均衡分类过程进行系统研究。在以往的研究中，相关领域的专家学者也提出了部分资源均衡配置方法，如低碳供应链柔性资源配置方法[2]和智慧供应链物流资源配置方法[3]等等，但其应用效果相对较差。为此，在本次研究中对机械工业生产供应量相关理论进行了梳理，构建了一个带有时间系数的动态供应链模型。同时，使用粒子群优化算法结合动态供应链模型对当前资源均衡配置方法进行优化，构建新型资源均衡配置方法，打破以往研究中资源配置方法的局限性。

1资源均衡配置方法

1.1机械工业生产供应链资源种类划分

机械工业制造资源是维持机械工业生产的基础，同时也是机械制造体系最基本的组成单元。资源种类划分的科学性、准确性都直接影响着资源均衡配置的优劣性以及资源管理的难易程度。随着机械制造业的不断发展，其涉及资源的种类也越来越复杂，资源应用范围也在不断扩大。因此，对制造资源进行合理的划分，是实现机械工业生产供应链资源均衡配置的首要条件。本研究基于机械制造过程，对供应链资源类别进行划分，划分结果如图1所示。通过分析图1可以确定生产供应链中的资源种类，并将其作为本次研究的基础。在实际的制造业生产供应链中，一般存在两种运行模式，分别为：分散式运行模式以及集中运行模式[4]。两种运行模式涉及资源总量有所不同，但均需要保证供应链之间的均衡性。为此，在对资源种类划分结束后，根据均衡供应度原理，在供应链运行模式不确定的情况下，计算供应链均衡测度量，(1)其中，w0表示制造生产目标；w1表示制造过程中实际生产量；C表示产品的市场需求量；D表示该产品的市场需求；k表示资源对产品的投入产出比。式(1)为一般测度模型。对于部分精密制造业，假设机械车间生产工艺较为稳定，如果只根据订单进行生产的话，其产出量为固定数值，则其测度模型应优化为下述形式：(2)其中，h表示生产过程中车间需要的能源。利用上述公式，结合设计情况，确定供应链的均衡供应度，并将其与资源类型划分结果同期导入到计算软件中，为后续的计算提供基础。

1.2构建动态供应链模型

根据以往研究结果结合基础生产供应链结构，本研究构建了一个带有资源约束的动态闭环机械生产供应链模型，如图2所示。该动态闭环供应链模型中含有原料供应商、相关制造产业、接卸制造业支撑产业以及物流产业、用户等多个部分[5]，将其有序连接后，得到动态供应模型。将此模型作为本次资源规划的载体，结合机械工业生产供应链资源种类划分结果，实现本次研究目标。在动态生产供应链闭环模型中，任何一个环节发生变化都会影响机械生产供应链的稳定性。图2中的箭头表示生产过程中的时间周期，具体计算公式如下：(3)其中，Δt表示机械生产的固定间隔时间。考虑到生产过程中的复杂性，本次研究中作出下述假设：1）资源运输过程中，在供应商处进行的原料检测等活动，均不计入供应链时间内，以便于后续的计算；2）动态闭环供应链中涉及的外部资源，但机械制造企业优先采用回收的资源进行再制造。在资源均衡配置过程中，各供应链环节之间存在非竞争关系，需要保证各环节之间利润最大化，则t时刻时供应链的资源配置目标函数可表示为：(4)其中，fsi表示t时刻中制造车间所需原料量；fvi示t时刻中制造车间可回收原料量；osij表示制造车间产出产品量；ovij表示制造车间产品的用户购买量；Mi(t)表示t时刻中制造车间剩余原料；LMi,t表示制造过程中的库存成本。将式(4)作为资源均衡规划目标函数。由于此目标函数在计算过程中涵盖大量的随机变量，为保证计算结果的可靠性，对此公式的模糊信息熵展开计算，具体计算过程如下：(5)其中，Ki(η)表示获取到的机械工业生产过程中采集到的模糊子集的集合。对于生产过程中的数据，此公式还需进行细化，则有：(6)其中，zi表示数据集中存在模糊信息熵的概率；ω(·)表示数据集的隶属函数。使用此式(5)与式(6)作为目标函数的约束条件，保证其与生产供应链资源均衡配置环节的适配度。

1.3设计生产供应链资源均衡配置优化函数

以上文中内容为基础，使用粒子群优化算法设计生产供应链资源均衡配置优化函数。假设在资源供应的过程中，n种资源可组成的资源族群为P（P1,P2,...,Pn），第i种资源在供应链中的位置表示为Pi=（P1,P2,...,Pi），资源供应速度表示为Vi=（V1,V2,...,Vi），整体供应链资源使用极值表示为Pζ=（Pζ1,Pζ2,...,Pζj）。将处理后的原始数据导入到计算软件中，对其进行迭代处理，每进行一次迭代处理，需要对资源的传输位置进行更新，则资源更新速度Vi+1与位置Pi+1可表示为：(8)其中，上角标κ表示迭代次数；ℑ表示迭代过程中的惯性权重计算次数；αV、αP表示计算中的加速因子。将此公式与目标函数相结合，以此平衡资源全局检索能力，并确定资源在供应链中的位置，然后在保证制造成本的前提下控制资源分配过程，过程如下：(9)其中，Ui表示各环节可得到资源量；Ui表示各环节可得到资源量的平均值；J表示资源供应需求量；ℵ表示资源利用率；ρ表示资源需求率。通过上述计算内容，对机械工业生产过程中的资源供应进行均衡配置。

2实验与分析

为验证上述设计的基于粒子群优化的机械工业生产供应链资源均衡配置方法的实际应用性能，将其应用于实际机械工业制造中，对其应用性能加以分析。

2.1实验设计

将实验对象设定为某机械制造业的生产车间，此车间周围涵盖4个生产车间，相关资源供应企业6家。此机械制造企业需要在某年的4月份中完成500台机械零件的生产工作，为保证生产过程的连续性，要求此生产工作的周期控制在21天左右，所需生产资源约为1000T。针对上述要求对资源供应企业的资质进行分析，确定其均为一级资源供应商，可保证车间的生产要求。供应企业物流货站与生产车间之间的运输成本分别为500元、480元、300元、600元、400元、550元。为提升资源供应速度，首先完成资源的种类划分，并根据需求对资源进行等级划分，针对不同等级的资源采用不同的运输速度。从资源供应点到生产车间的运输时间如表1所示。以表1中的内容为本次实验中的主要参考数据，将此部分数据导入MATLAB软件中进行编写，构建算例实施环境。

2.2实验计算过程设定

以上文中设定的算例作为实验背景，将计算过程中涉及的资源种群数据设定为50，交叉概率设定为0.5，计算变异概率设定为0.2。同时，将此资源供应链设定为闭环形式。此闭环中共划分为5个阶段，每个阶段都具有固定的资源需求量。实验中，将首先使用本文方法对此五个环节的资源配置量进行分析，在确定本文方法具有可行性后，选取传统的低碳供应链柔性资源配置方法（传统方法1）、智慧供应链物流资源配置方法（传统方法2）与本文方法进行对比分析，根据此分析结果确定本文方法的使用效果。

2.3粒子群优化均衡分配方法验证

在本次研究中，使用生产资源利用率对本文方法的使用效果加以分析，此指标的计算过程如下所示。(10)其中，X表示资源利用率；D'表示生产单元得到的资源量；DI表示应分配到的资源量；DJ表示生产单元使用的资源量。根据式(10)对资源配置效果加以分析，所得结果如图3所示。通过分析图3中数据可以看出，在应用本文方法后，各个生产环节资源利用率相对稳定且趋近于100%，说明此方法在使用后各个生产环节所得资源量较为均衡，可以在保证生产要求的前提下提升资源的利用率，避免资源分配的不均衡，说明本文方法具有一定的可行性。

2.4对照分析

为进一步确定本文方法的应用优势，对其进行对照分析，除生产资源利用率此指标外，对资源配置成本进行分析，通过计算不同配置方法的资源配置成本，确定不同方法的经济性。资源配置成本主要以表1中数据作为参考数据，得到实验结果如图4所示。通过分析图4中数据可以看出，实验中使用的2种传统方法在多个生产环节中均出现失衡的情况。其中，草图方法1的失衡情况已经超出了资源分配的要求。将图4中数据与图3所得实验结果进行对比可以看出，本文方法的使用效果优于当前两种方法。在完成此分析过程后，对不同方法的配置成本进行计算，具体计算函数如下：L'=(load×c')+(t×c')(11)其中，load表示配置路径长度；c'表示此工作运行成本；t表示资源运输时间。应用式(11)对不同方法的运行成本加以分析。其中，本文方法的配置成本为1.54万，传统方法1的配置成本为2.67万，传统方法2的运行成本为2.06万。对此部分方法进行对比可以看出，本文方法相较于其他两种方法更具经济性，在日后的研究中可使用本文方法实现机械加工中的合理化资源分配。

3结语

随着机械产业的集成化发展，资源合理分配成为影响机械生产的主要因素。在以往的研究中，资源配置方法使用后难以达到人们的预期。为此，在本次研究中构建了新型资源配置方法，此方法在一定程度上缓解了当前方法的不足。随着机械制造供应链信息化程度的逐渐深化发展，此方法可实现更大范围的资源优化配置。但由于本次研究受到技术与时间上的限制，导致其在部分环节相对薄弱，在日后的研究中还需要对其进行完善与优化。

参考文献：

[1]张梦玲,王晶,黄钧.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[J].中国管理科学,2020,28(07):102-111.

[2]刘小红,张人龙,单汨源.低碳供应链柔性资源配置模型及算法的鲁棒性研究[J].企业经济,2020,39(08):79-86.

[3]沈超,刘莉敏,徐滔.基于智慧供应链的钢铁物流资源配置模式研究[J].物流工程与管理,2021,43(10):81-83,86.

[4]彭永涛,李丫丫,何美玲.制造业服务化背景下产品服务供应链网络均衡模型[J].统计与决策,2019,35(15):43-48.

[5]马斌,吴泽忠.基于改进的粒子群算法求解供应链网络均衡问题[J].运筹与管理,2020,29(02):122-128.

作者：钱蓝 单位：苏州工业园区职业技术学院