基于模糊聚类法的军事物流仓储资源聚合研究

军事物流基地作为军队物资保障体系的新兴实体力量, 其体系保障地位日趋明显。总后勤部先后在相关文件中明确提出, 要依托后方仓库群, 大力进行军事物流基地建设, 为构建现代军事物流体系提供有力支撑[1]。事实上, 由于受体制和观念的制约, 长期以来, 我军仓库资源的分布处于一种相对分离的状态, 资源重复建设和分布不均的现象普遍存在, 区域综合配套能力严重不足, 亟需立足现有仓库, 加强仓库集群统管能力建设和资源整合。

仓储资源有广义和狭义之分, 广义的仓储资源包括仓库的人、财、物、环境、信息等, 狭义的仓储资源则主要指仓库储存的物资及用于储存的设备设施[2]。仓库是仓储资源的载体, 在区域物流系统内, 对仓储资源整合关系的研究首先可以转化为对仓库与仓库之间聚合关系的研究。

目前, 关于仓储资源整合的研究, 多以宏观定性论述为主, 定量分析较少。本文以区域内各后方仓库之间的行政隶属关系、地域关系和物资保障互补关系、资源共享关系为基本类聚属性, 借助数学中的模糊聚类法, 遵循各仓库相互关系的内在属性规律, 按照“能统则统, 不统则分”的原则, 实现对多个仓库实体之间的聚合, 形成相对适度、相对合理的军事物流基地仓储资源整合局面。

目前, 我军对“军事物流基地”仍没有统一、明确的定义, 在外军的相关文献中也找不到“军事物流基地”的概念。各相关研究者对军事物流基地的定义提出了自己的看法, 虽然认识各有不同, 但也有一些共同观点, 主要体现在以下方面:一是从属性上看, 军事物流基地应当具备军事属性, 其是一个军事实体, 其核心机构应以军事部门为主体;二是从保障层次看, 军事物流基地应当具有综合化、集约化的特点, 具备跨层次支援、跨区域保障和跨军种实施物资供应的能力, 是后方仓库和军事物流体系中其他相关力量的综合集成;三是从职能定位看, 军事物流基地是集多种功能于一体的大型综合性保障机构, 应当具备物资采购、运输、存储、维护、包装、配送、信息处理等功能。

相比于传统的后方仓库集群, 军事物流基地在功能结构组合和系统集成层面要求更高, 具有其独特的系统特性, 突出表现在以下3个方面。

(1) 网络组织性。网络是指各种行为主体在交换资源、传递资源活动过程中发生联系时建立的各种关系的总和[3]。网络组织性是指军事物流基地内部各个仓库之间由于专业化分工不同, 在有效组织下, 产生的密切交互作用, 具体体现在其体系结构方面。

(2) 资源共享性。军事物流基地在组织实施物资保障时, 将充分利用所属资源, 最大化地发挥各种资源效能, 快捷地完成保障任务。

(3) 能力整合性。军事物流基地在实施物资保障时, 通过指挥联动, 综合利用各仓库的保障能力, 产生整体保障氛围, 促使各仓库保障能力整合, 形成具有柔性化的保障区域, 使军事物流基地具备快速反应能力。

影响中心仓库与周边仓库规划决策的因素有以下方面。

(1) 地域条件。在中心仓库与周边仓库聚合评估当中, 地域条件是首要考虑的因素。其包括2方面内容:一是中心仓库和周边仓库各自所在地域的环境;二是中心仓库与周边仓库的距离。

(2) 交通条件。指中心仓库与周边仓库之间的公路、水路、铁路、机场、港口等交通设施的情况。交通条件的顺畅与否, 直接影响到中心仓库对周边仓库配送物资的时间长短与配送效率高低。

(3) 保障区域。指周边仓库与中心仓库在保障区域的方向和面积之间的关系, 空间上是相互交错重叠还是互补的关系。

(4) 物资结构。主要表现在物资品种和物资数量2方面, 通过对中心仓库和周边仓库的物资结构进行统计分析得出。

(5) 基础设施。基础设施配套情况是影响中心仓库与周边仓库聚合的重要因素之一。基础设施可分为物流作业设施、辅助作业设施、厂房建筑周边设施, 主要通过对中心仓库与周边仓库的基础设施情况进行统计分析得出。

(6) 隶属关系。对中心仓库和周边仓库与各自的隶属关系进行具体分析, 对隶属于不同总部、军兵种的仓库, 在与中心仓库聚合时, 进行特殊考虑。

理想情况下, 可以假设任何一个军事物流基地可以被7个相邻的仓库所覆盖, 各个仓库均匀地分布在一定的地域空间内 (如图1所示) , 任何一个仓库 (如图1中C) 都与6个和自己规模相同的仓库 (如图1中N) 为邻, 仓库之间的距离相同, 且每个仓库的保障区域都为半径相等的圆形地域。将中间被包围的仓库 (如图1中C) 称为中心仓库, 周围的仓库 (如图1中N) 称为周边仓库。

通常情况下, 各仓库之间存在着交通线路连接, 而每一条交通线的中点地带通常是两端仓库保障力量比较薄弱的区域 (如图2所示) , 每一个中心仓库与相接的6个周边仓库之间有6个保障能力较弱的地区, 因而每一个保障能力较弱的地区都需要1个能满足需求的周边仓库 (如图2中N) 。

从理想情况模型中, 可以看到每个中心仓库都与6个和自己规模相同的仓库为邻, 但是每3个相邻仓库的保障地域之间都存在1个空白区 (图3中的阴影部分) , 空白区得不到相邻仓库的有效保障。因为每1个中心仓库周边都有6个空白区, 所以每1个空白区都需要1个能保障此区域的周边仓库 (如图3中N) 。

根据军事物流基地的形成机理, 在影响军事物流基地中心仓库与周边仓库结构布局的因素中, 最主要的应是行政政策因素。行政政策的影响反映在空间上, 就是仓库群所在的行政区域之间的地域差异。现实的行政区划分对军事物流基地中心仓库与周边仓库的聚合也有重要的影响, 主要表现在单一仓库的地域范围应较完整地属于一个行政区域, 因此, 在该因素影响下的中心仓库与周边仓库的聚合将不会是整齐的正六边形结构, 而是随着行政区域的不同呈现出不规则的形状结构 (如图4所示) 。

在现实世界中, 把一组事物根据其亲疏程度和相似性来判定能否形成一个类群, 或一个事物是否属于某一个类别, 其界限往往是不分明的, 具有很大的模糊性, 因而不能按普通集合分类。

美国的L.A.Zadeh于1965年首次提出模糊集理论[4]———建立在模糊集合基础之上的描述和处理人类语言中所特有的模糊信息的理论。后来, Ruspini在此基础上, 又提出了“模糊划分”的概念[5]。

模糊聚类的基本思路是在样品之间定义距离, 在变量之间定义相似系数, 距离或相似系数代表样品或变量之间的相似程度, 将样品或变量逐一归类。关系密切的类聚集到一个分类单元, 然后逐步扩大, 关系疏远的聚合到一个大的分类单元, 直到所有的样品或变量都聚集完毕, 形成一个表示亲疏关系的谱系图, 以此按照某些要求对样品或变量进行分类。相对于其他定量分析方法, 模糊聚类法更多遵循的是问题本身的模糊特点及内在客观规律而不是人为的界定, 通过对阈值λ的控制, 可以得到不同的动态聚类结果, 从而展现聚类的形成过程。

军事物流基地中心仓库与周边仓库的资源聚合同样具有模糊性, 其聚合程度主要取决于中心仓库与周边仓库的相似程度, 但对于军事物流基地各组成仓库物资综合的互补关系而言, 却恰恰需要聚合存储不同物资类别的后方仓库。为此, 需要对个别指标采用反聚类的评分方法。如在仓储物资品种相同的情况下, 与中心仓库的距离越远越好;而在仓储物资品种不同的情况下, 与中心仓库的距离越近越好。

设A战区内分布有数座规模不等、类型不同的后方仓库, 现拟在C1为中心仓库的基础上, 从C2, C3, …, C15表示的14座备选仓库中遴选8或9座仓库作为周边仓库, 采取“中心库带周边库”的模式, 按照综合配套的原则, 组建战役级军事物流基地。为此, 对C2, C3, …, C15等后方仓库与C1中心仓库在隶属关系、地域关系、互补关系、资源共享等因素方面进行定量和定性分析, 并请相关方面专家确定定性方面的数据, 结合定量数据形成聚合打分表 (见表1) 。

由于表1中各个指标的量纲和数量级有所不同, 需要对数据进行标准化处理, 使每一个指标值都统一于某种共同的数据特性范围。经Spss Statistic 17.0软件计算处理后, 可得标准化数据 (见表2) 。

采用欧拉距离法建立模糊相似矩阵, 最终可得模糊相似矩阵 (见表3) 。

应用Spss Satistic17.0软件进行聚类分析与计算, 并将结果以冰柱图、树形图输出 (如图5、图6所示) 。

聚类结果表明:仓库C2、C3层次最明显, 与中心仓库的相似性最近, 在案例仓库群中处于优先位置, 说明C2、C3与中心仓库在地域关系、互补关系、资源共享等方面具有高度相似性和互补性;仓库C13、C14在第2类, 与中心仓库的相似性仅次于第1类;仓库C8、C9、C10同为第3类;仓库C7为第4类, 与中心仓库的相似性居中;剩余仓库分别位于等5、6、7、8类, 与中心仓库的相似性较远, 不计考虑。通过组内连接法得到的周边仓库为:C2、C3、C13、C14、C8、C9、C10、C7。

使用F-统计量法对A战区某战役级军事物流基地中心仓库与周边仓库聚类效果进行度量分析。仓库总数n=14, 聚合影响因数m=8, 类别数取组间连接法r=8, 经式 (1) 对表1进行处理, 使用Excel计算获得原始数据中心向量, 经分析获得8类样本中前4类聚类中心向量 (见表4) 。

作F-统计量:

经式 (1) 计算, 通过Excel计算得聚类效果统计量F=9.73。查F分布表, Fa (r-1, n-r) =F0.01 (8-1, 14-8) =F0.01 (7, 6) =8.26。显然, F>Fa (r-1, n-r) , 因此聚类效果是满意的, 也表明经过定性分析和定量计算模型验证后的中心仓库与周边仓库聚合方案是较为满意的。

仓储资源聚合优化问题是军事物流基地实体建设的核心内容, 是一项复杂的系统工程。本文围绕特定区域内各个备选仓库与中心仓库在行政隶属关系、地域关系、物资保障互补关系、资源共享关系等方面的模糊相似属性, 从理论和技术层面上对战役级军事物流基地仓储资源聚合优化问题进行探索研究。但实际上, 军事物流基地仓储资源的聚合还涉及到仓储资源的体制编制、结构布局以及建设经费投入等诸多现实问题。此外, 本文围绕中心仓库来确定周边仓库的研究思路虽然降低了仓储资源聚合这一问题的处理难度, 但也在一定程度上回避了军事物流基地仓储资源配置整体最优的问题, 这些问题尚需做进一步深入研究。