一种基于多层网络演化博弈的产业链协同产能分发方法

本发明涉及智能优化，尤其是涉及一种基于多层网络演化博弈的产业链协同产能分发方法。

背景技术：

1、产业链构成了全球制造业的结构框架，对经济增长、技术创新和就业具有战略性的重要意义。然而，在技术快速进步、市场需求波动以及全球竞争加剧的背景下，产业链正经历着深刻的重构与变革。在诸多挑战中，产能分配问题尤为关键，链主企业需要在地理上分散的制造基地中科学选择协作主体，并将市场需求高效地转化为可执行的生产计划。

2、目前，链主企业管控下的产业链产能分发问题尚未得到充分研究。该问题跨越多个相互关联的行业，不仅涉及制造业内部的产能匹配，更涵盖供应、物流等相关产业的协同响应。然而，现有的产业链产能分配方法主要存在以下不足：一方面，在建模层面缺乏系统性。多数现有方法仅聚焦于制造环节的资源配置与调度，未能将供应、物流及服务环节纳入统一的联动模型中进行考量。这种割裂的建模方式导致其无法准确刻画多层产业间的物料流动、能力约束及反馈机制，从而难以评估产能分配决策对整个产业链系统的真实影响。另一方面，在协同机制设计上存在缺陷。现有技术缺乏基于博弈与演化思想的自适应协同方法，各行业主体在产能分配过程中往往基于局部信息进行独立决策，缺乏有效的利益协调与均衡机制，难以实现跨行业主体间的互利共赢。这导致分配方案在整体层面难以达到最优，甚至可能引发部分环节的资源挤兑或闲置。由于上述缺陷的存在，若仅关注制造业的产能分配而忽略上下游行业的约束与响应能力，极易引发产业链的系统性失衡。例如，过度集中的生产计划可能超出上游供应商的供给能力，或使物流系统在仓储与配送资源受限的情况下出现瓶颈。这种错配不仅会扰乱个别企业的生产节奏，还可能造成产能闲置、供应延迟及整体运营成本上升，从而削弱整个产业生态系统的竞争力。

3、因此，如何在产业链的产能分发过程中，系统性地整合制造中心及其上下游企业的能力约束与交互影响，实现跨行业主体间的协同均衡，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多层网络演化博弈的产业链协同产能分发方法，本发明通过建立包含供应层、制造层和物流层的多层网络模型，采用网络结构演化和网络参数演化交替迭代的协同进化机制，并在每次演化后基于各层能力约束和流量平衡约束进行可行性校验与择优保留，使制造层的产能分配充分接收来自上游供应能力和下游物流能力的实时反馈，最终输出跨层协同均衡的产能分发方案。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种基于多层网络演化博弈的产业链协同产能分发方法，具体步骤包括：

4、s1、采集产业链的多层网络的初始结构数据，所述多层网络包括供应层、制造层和物流层，各层分别包扩若干个节点；

5、s2、根据所述初始结构数据和市场需求总量数据，为各层的节点分配初始任务配额，得到初始网络配置数据；

6、s3、对所述初始网络配置数据进行迭代优化，每轮迭代依次执行网络结构演化操作和网络参数演化操作，在每轮迭代结束后判断是否满足预设终止条件，若满足则输出当前迭代选择的最优网络配置数据作为协同产能分发方案；

7、其中，所述网络结构演化操作调整网络拓扑结构，所述网络参数演化操作调整各节点的任务配额，网络结构演化操作和网络参数演化操作在执行后均基于预设可行性约束进行校验，并根据预设条件择优保留网络配置数据。

8、进一步地，所述s1中，所述多层网络的初始结构数据的采集具体包括：

9、采集制造层的全部节点数据和各节点的制造成本数据，根据历史链主企业的偏好数据，从所述制造层的全部节点中筛选出参与任务分配的制造节点集合，作为所述制造层的节点数据；

10、采集供应层的全部节点数据和各节点的能力上限数据，根据各制造节点的位置坐标和各供应层节点的位置坐标计算运输距离，将每个制造节点与满足预设距离条件的供应层节点建立相邻关系，将所有建立相邻关系的供应层节点构建成所述供应层的节点数据；

11、获取所述物流层的全部节点数据和各节点的能力上限数据，根据各制造节点的位置坐标和各物流层节点的位置坐标计算运输距离，将每个制造节点与满足预设距离条件的物流层节点建立相邻关系，将所有建立相邻关系的物流层节点构建成所述物流层的节点数据。

12、进一步地，所述s2中，为各层的节点分配初始任务配额，具体包括：

13、根据所述制造层节点的历史产能数据，计算各制造层节点的历史产能占制造层总历史产能的比例作为制造层节点的分配权重，根据所述制造层节点的分配权重将所述市场需求总量数据进行分配，得到各制造层节点的初始任务配额；

14、根据各制造层节点的位置坐标与各供应层节点的位置坐标计算第一运输距离，计算各制造层节点与所有供应层节点之间的第一运输距离之和，以每个供应层节点的各第一运输距离占第一运输距离之和的比值作为当前供应层节点的分配权重，将各制造层节点的初始任务配额按照各供应层节点的分配权重分配至各供应层节点，将所有制造节点的初始任务配额分配后，得到各供应层节点的初始任务配额；

15、根据各物流层节点的位置坐标与各制造层节点的位置坐标计算第二运输距离，计算各制造层节点与全部物流层节点之间的第二运输距离之和，以每个物流层节点的各第二运输距离占第二运输距离之和的比值作为当前物流层节点的分配权重，将各制造层节点的初始任务配额按照各物流层节点的分配权重分配至各物流层节点，将所有制造节点的初始任务配额分配后，得到各物流层节点的初始任务配额。

16、进一步地，所述s3中的网络结构演化操作包括：

17、在当前网络配置数据中任意选取一条边，所述边包括所述制造层节点与所述供应层节点之间的连边，及所述制造层节点与所述物流层节点之间的连边；

18、对选取的边执行增加操作或删除操作，更新制造层与供应层之间或制造层与物流层之间的网络拓扑；

19、根据更新后的网络配置数据计算各层节点的物料流量，获取各层节点的能力上限数据；

20、校验各供应层节点的物料流量是否超过预设网络配置约束，所述网络配置约束包括各供应层节点的能力上限、各制造层节点的能力上限、各物流层节点的能力上限、每一制造节点的原材料接收量是否等于对应产品交付量、以及各层的产出总量是否满足所述市场需求总量数据；

21、若均满足预设网络配置约束且更新后网络的产业链总利润数据优于更新前，则保留该更新，否则恢复至更新前的网络配置数据。

22、进一步地，在所述网络结构演化操作中，当选取的边为制造层节点与供应层节点之间的连边时，执行增加操作为建立当前制造层节点与供应节点之间的物料供给关系，执行删除操作为切断当前制造节点与该供应节点之间的物料供给关系；当选取的边为制造层节点与物流层节点之间的连边时，执行增加操作为建立当前制造层节点与物流层节点之间的产品配送关系，执行删除操作为切断当前制造层节点与物流层节点之间的产品配送关系；

23、在执行对所述边的增加或删除操作后，根据所述制造层与所述供应层之间和所述制造层与所述物流层之间拓扑变化导致的物料流量在各层间的重新分配，对未直接参与当前操作的相邻层的连接配额进行对应更新；

24、若更新失败，则恢复网络配置数据至所述操作前的状态。

25、进一步地，所述s3中的网络参数演化操作包括：

26、在当前网络配置数据中选取任意一层中的任意节点及其同层相邻节点，作为参与当前网络参数演化操作的节点集合；

27、获取当前节点集合中各节点的局部观测信息，所述局部观测信息包括当前节点集合中各节点的当前任务配额和能力上限数据；

28、选取的节点根据所述局部观测信息随机执行竞争动作、合作动作或静默动作，调整当前节点集合中的任务配额；其中，当节点执行竞争动作时，增加自身任务配额并相应减少对应同层相邻节点的任务配额；当节点执行合作动作时，与对应同层相邻节点协调重新分配任务配额；当节点执行静默动作时，维持当前任务配额；

29、校验各供应层节点的物料流量是否超过预设网络配置约束，所述网络配置约束包括各供应层节点的能力上限、各制造层节点的能力上限、各物流层节点的能力上限、每一制造节点的原材料接收量是否等于对应产品交付量、以及各层的产出总量是否满足所述市场需求总量数据；

30、若均满足预设网络配置约束且更新后网络的产业链总利润数据优于更新前，则保留该更新，否则恢复至更新前的网络配置数据。

31、进一步地，所述竞争动作为节点增加自身任务配额以获取更高收益，所述合作动作为节点通过与相邻节点协调共享任务配额以调整任务分配，所述静默动作为节点维持当前任务配额；

32、当选取的节点集合为制造层节点时，在制造层节点执行所述竞争动作、合作动作或静默动作调整自身的任务配额后，原材料需求量和产品交付量相应变化，对与供应层之间的物料流量和物流层之间的物料流量进行联动更新；

33、当选取的节点集合为供应层节点时，在供应层节点执行所述竞争动作、合作动作或静默动作调整自身的任务配额后，向对应制造层节点的物料供给量相应变化，对与当前选取的供应层节点相邻的制造层节点的原材料接收量进行联动更新；

34、当选取的节点集合为物流层节点时，在执行所述竞争动作、合作动作或静默动作调整自身的任务配额后，对应制造层节点的产品接收量相应变化，对与当前物流节点相邻的制造节点的产品交付量进行联动更新；

35、各节点动作执行后，对未直接参与动作调整的同层节点的连接配额进行相应更新；

36、若更新失败，则恢复网络配置数据至所述动作执行前的状态。

37、进一步地，输出的协同产能分发方案包括制造层节点的任务配额数据、供应层节点与制造层节点之间的物料流量分配数据和制造层节点与物流层节点之间的物料流量分配数据。

38、根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

39、根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、（1）本发明通过建立包含供应层、制造层和物流层的多层网络初始结构数据，并在网络结构演化操作中针对制造层与供应层之间的连边、以及制造层与物流层之间的连边执行增加或删除操作，实现网络拓扑的动态调整，同时在网络参数演化操作中选取任意一层中的任意节点及其同层相邻节点，通过竞争、合作和静默三种动作调整各节点的任务配额，使网络结构演化与网络参数演化形成交替迭代的协同进化机制，本发明中的制造层的产能分配不是独立于上下游进行，而是在每次结构或参数更新后均通过校验各层节点的物料流量是否超过能力上限、每一制造节点的原材料接收量是否等于产品交付量、以及各层产出总量是否满足市场需求总量等约束条件，强制性地将供应层的供给能力约束和物流层的配送能力约束反馈至制造层的产能分配决策中，克服了现有技术中制造环节与上下游环节割裂建模的缺陷，实现了制造中心与上下游企业之间能力约束和交互影响的系统性整合。

42、（2）本发明在网络结构演化操作中，通过针对制造层与供应层之间，以及制造层与物流层之间的单条边执行增加或删除操作后，根据拓扑变化导致的物料流量在各层间的重新分配，对未直接参与当前操作的相邻层的连接配额进行对应更新，并在更新失败时恢复至操作前的状态；同时在网络参数演化操作中，当任一节点执行竞争、合作或静默动作后，根据选取节点的所属层别，分别对供应层与制造层之间的物料供给量、或制造层与物流层之间的产品接收量进行联动更新，并对未直接参与动作调整的同层节点的连接配额进行相应更新；通过联动更新与失败回退机制，使产业链各层在演化过程中的任意中间状态均能够保持物料流量平衡与能力约束的可行性，从而避免了因单层决策引发的上下游资源挤兑或闲置，为产业链整体运营成本的控制提供了技术保障。

43、（3）本发明通过上述网络结构演化与网络参数演化的协同迭代优化过程，在满足各层能力约束和流量平衡约束的前提下，以更新后网络的产业链总利润数据优于更新前作为择优保留的依据，持续迭代直至满足预设终止条件，最终输出包含制造层节点任务配额数据、供应层与制造层之间物料流量分配数据、以及制造层与物流层之间物料流量分配数据的协同产能分发方案，从而获得的协同产能分发方案，其制造层各节点的产能分配结果是在充分迭代吸收了上游供应层能力约束与下游物流层配送约束的反馈后形成的，能够有效避免制造任务过度集中导致上游供给超负荷或下游物流配送瓶颈，提升链主企业在制定跨行业产能分发方案时的决策科学性，使产业链整体的协调性与执行效率得到改善。