本文是一篇工程硕士论文，本文基于耦合理论、级联失效理论对乳制品质量链-供应链耦合网络的拓扑稳定性和经济稳定性进行研究。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
乳制品是人类赖以生存的必要物资，其质量水平和供应水平的稳定与人民的生活息息相关。随着我国全面小康社会的建成，广大消费者对食品质量安全的追求也越来越高。然而，由各种原因导致的食品质量安全事件仍层出不穷。以乳制品为例，2008 年三聚氰胺毒奶粉事件震惊全国，这一事件不仅对我国乳制品行业的信誉造成重大打击，还直接导致三鹿、蒙牛、伊利等多条乳制品供应链遭到严重破坏。2011 年，蒙牛乳业因眉山个别养殖场饲料变质，以致其部分产品黄曲霉素严重超标，最终造成了乳制品销量的急剧下降；2013 年 8 月，全球最大的乳制品加工企业新西兰恒天然集团宣布旗下部分产品可能含有肉毒杆菌，受污染的乳制品产品可能被用于婴儿配方奶粉、成长奶粉和运动型饮料的生产，影响到了包括 3 个中国企业在内的 8 家客户；2018 年 12 月，雀巢公司（德国）发布消息称，因部分产品的矿物质含量过高，食用后极易引起儿童不适，紧急召回一批恩敏舒氨基酸婴儿配方奶粉。此外，某著名乳制品供应商也曾因奶源污染事件遭受过重大经济损失，图 1.1 为该集团的乳品产业链图。
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1.2 主要内容与技术路线
1.2.1 主要研究内容
食品质量安全问题是社会民众和广大研究者重点关注的问题，本文以乳制品质量链-供应链耦合网络为依托，对乳制品供应链和质量链之间的耦合关系开展初步探索性研究。有关乳制品供应链网络的研究已经较为成熟，本研究借鉴以往学者对复杂网络级联失效情形下的网络稳定性的相关研究，将供应链遭遇原料供应中断、机械设备故障、自然灾害等实际情形对应于网络中节点的随机失效和特定失效，进而对失效后供应链上的流量和负载分配情况进行研究，并选取相应的衡量指标分析其网络稳定性。
乳品质量链网络是众多质量活动的集合，本文参考已有研究成果，从质量风险防控视角出发，研究乳品质量链网络特征以及它与供应链网络之间的耦合机制，以探究乳制品产销系统的最优化运作形式。
文章具体研究内容及章节安排如下：
第 1 章，绪论。首先通过背景介绍引出科学问题，通过案例分析提出乳制品供应链与质量链之间存在差异性并且二者存在相互作用的关系。其次说明全文的研究思路及研究方法，最后说明研究的理论意义和现实意义。
第 2 章，文献综述。分别从供应链网络及质量链网络研究现状、级联失效及网络稳定性分析、耦合网络模型三个方面对现有研究进行梳理，说明相关领域目前的研究现状以及本文在此基础上可拓展的方向。
第 3 章，乳制品质量链-供应链耦合网络建模。首先对供应链及质量链的结构进行分析，分别考虑各自的网络特征、节点属性、连接方式等因素，对网络中的各指标进行界定，构建了供应链和质量链网络模型，并在此基础上构建了考虑二者相互关系的乳制品质量链-供应链耦合网络模型。
第 4 章，乳制品质量链-供应链耦合网络重要节点识别。首先对不同层网络及基于拓扑结构的耦合网络的重要节点进行界定，其次对单层网络和耦合网络的级联失效过程和负载分配路径及方式进行分析，最后说明各种定义下的节点重要度计算方法并进行仿真分析。
第 5 章，乳制品质量链-供应链耦合网络稳定性分析及优化。通过引入相应指标，探究了不同网络性能参数，不同负载分配方式、不同比例节点失效以及不同网络结构优化方案下的拓扑稳定性和经济稳定性，据此给与系统建设者和各实体企业相应的管理学建议。
第 6 章，总结与展望。对研究所开展的工作进行简要说明，指出研究的创新点和存在的不足，并说明今后可拓展的方向。
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第 2 章 相关理论及研究综述
2.1 供应链网络及质量链网络研究现状
2.1.1 供应链及其网络
供应链是以核心企业为主导，通过对物流、信息流、资金流的控制，从原料采购、半成品及成品生产、产品分销再到最终消费者的全过程管理，是将相关的供应商、制造商、分销商、零售商以及客户连成一个整体的网状结构，它具有非线性、大规模、高维度、复杂性、动态性、协调性等多种特征，同时还兼具时间和空间尺度特性[1]。供应链的概念最早由 Lin 和 Shaw [2]提出，他们认为供应链网络是由一系列自主程度不同的业务实体构成的网络，它们之间互为上下游企业。栗东生和张翠华[3]认为供应链网是由若干条供应链交错构成的网络，其经过水平结构压缩可变为供应链。由供应链相关概念及结构特征可知，供应链可用来描述复杂的生产供应关系，将实际的生产企业和它们之间复杂的业务关系运用抽象化的方法加以描述。
在供应链网络中，任何一个节点的变化都有可能给整个供应链网络带来巨大变化，而这些变化和供应链网络本身的拓扑结构、经济效益等紧密相关。供应链上局部微观特征的累积或变化也将给整个供应链网络带来不同于局部的特征涌现。基于此，从复杂网络理论视角出发，供应链主要研究内容大致可包括以下几方面: 节点重要性评估[4-6]、供应链网络动力学分析[7-8]、稳定性分析[9-10]、控制性能分析[11]、风险传播分析[12-15]等，上述研究方向也已成为供应链网络研究中的热点问题。
在供应链网络节点重要性分析方面，杨康和张忠义[16]基于节点重要性对跨层次的供应链网络风险进行研究，实现了对企业重要性的综合评估；张旭等[17]将节点自身重要度和邻域节点间关系重要度的加权和作为衡量节点重要度指标，评估过程兼顾多个指标，更加符合实际；傅杰等[18]提出了一种综合考虑网络拓扑结构和系统动力学性能的关键节点辨识方法，克服了单一评价指标的片面性。重要节点的识别与保护对于供应链网络的建设具有重要意义，但已有文献中关于系统重要节点的识别方法大多针对单层供应链网络，而对于多层网络而言其情况更为复杂。
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2.2 级联失效及网络稳定性分析
网络中一个或少数几个节点的失效会通过节点之间的连接关系造成更多的节点发生过载失效，进而产生级联效应，最终导致相当一部分节点甚至整个网络的崩溃，这种现象称为级联失效，有时也形象地称之为“雪崩”。近年来，级联失效及网络稳定性分析已逐渐成为复杂网络中的研究热点。
在失效负载分配机制设计方面，田杭和郭瑞军[46]将失效负载优先按照不同相邻边的权重进行负载分配，结合失效边的数量及网络的平均距离降低比例来反映失效节或边的影响程度；Qian 等[47]提出根据失效节点的容量比例和节点连接数量，将失效节点的负载重新分配给相邻节点；Fu 等[48]提出根据其初始负载和连接到失效节点的所有节点的总负载比例，将失效节点的负载重新分配到其邻接节点；张钦等[49]在考虑产业链特性的基础上提出同时考虑欠载和过载状态的产业链级联失效模型，这些研究对本文所要研究的科学问题均有一定的启发意义。
在网络稳定性分析及整体优化方面，王佳蓉[50]研究了物流网络和供应链网络在发生级联失效时的同阶段和跨阶段的负载分配机制，并引入了流量损失从经济角度分析级联失效给供应链企业带来的影响；张震等[51]定义网络相变临界因子θ衡量节点失效引发级联失效的概率，并建立基于节点冗余容量动态控制（DRC）的级联失效模型；Tang 等[52]考虑了节点失效通过边的连通性进行负载传播，并分析了复杂的相互依赖的供应链网络的鲁棒性；Qi 等[53]对各种可控参数下的网络级联故障的鲁棒性展开研究并提出了节点负载的新定义；王世锦等[54]提出优先保护关键节点连边的方法增强航路网络拓扑结构的鲁棒性；王兴隆等[55]运用复杂网络理论，选取相应指标评估大型机场航线稳定性对于航线网络优化设计、减少航班延误的意义；陈超洋等[56]从复杂网络理论角度分析了复杂电网运行时的连锁故障及脆弱性。以上运用复杂网络理论对系统稳定性的研究多从网络拓扑角度出发，较少从经济角度分析级联故障或优化方法对网络性能的影响。
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第 3 章 乳制品质量链-供应链耦合网络建模.....................................13
3.1 乳制品供应链及质量链结构分析................................13
3.1.1 乳制品供应链结构分析......................................13
3.1.2 乳制品质量链结构分析.....................................14
第 4 章 乳制品质量链-供应链耦合网络重要节点识别..........................25
4.1 质量链-供应链耦合网络重要节点定义..........................25
4.1.1 基于供应链运营视角的耦合网络重要节点界定...........................25
4.1.2 基于质量风险防控视角的耦合网络重要节点界定.............................25
第 5 章 乳制品质量链-供应链耦合网络稳定性分析及优化..............................41
5.1 乳制品质量链-供应链耦合网络特性分析........................................41
5.1.1 乳制品质量链-供应链耦合网络耦合强度分析...............................41
5.1.2 乳制品质量链-供应链耦合网络失效比例分析..............................42
第 5 章 乳制品质量链-供应链耦合网络稳定性分析及优化
5.1 乳制品质量链-供应链耦合网络特性分析
5.1.1 乳制品质量链-供应链耦合网络耦合强度分析
供应链和质量链之间相互作用的程度可采用耦合强度进行衡量，它是指网络中耦合边占较小规模网络节点数量的比例。在乳制品质量链耦合网络中，每一个质量环节均有一个或多个企业参与，某一节点企业的生产活动也有可能包含多个质量环节，它们之间相互影响，共同作用于乳制品的产销过程。
在具有高耦合强度的乳制品质量链-供应链产销系统中，不同层网络节点间的高依赖性会使得网络整体稳定性更多的受到不同层网络节点间耦合关系的影响。本小节通过引入耦合强度这一指标，在下文中对不同耦合强度下的系统稳定性进行分析，探究不同耦合系统结构下耦合网络的拓扑稳定性和经济稳定性，以期为实际的乳制品生产运作系统的构建及优化提供理论指导。
在以往学者对级联失效理论的研究中，对失效节点的负载分配策略主要涉及平均分配[83]、局部择优分配[84]以及全局分配[85]等,并且不同分配策略对最终网络状态的影响存在较大差异。在加权网络中，现有成果主要是基于节点权重的重分配策略，但该策略并没有考虑邻居节点的可承载能力，容易引发较多节点出现过载失效。基于已有学者的研究和乳制品质量链-供应链耦合网络的特性，本文选取如下所述的两种负载重分配策略，并通过仿真比较不同分配方式的效果并对其进行分析。
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第 6 章 总结与展望
6.1 主要工作内容
现实中乳制品的各工艺环节或供应链上各实体企业都有可能遭受内外部因素的扰动而丧失运作能力，单个工艺或企业失效会通过层内连接和层间耦合关系引发较大范围的级联失效，从而给整个耦合系统带来较大威胁。为了更好的降低级联失效对耦合系统结构的破环和供应链整体的销售损失，本文基于耦合理论、级联失效理论对乳制品质量链-供应链耦合网络的拓扑稳定性和经济稳定性进行研究，主要工作内容包括：
（1）乳制品质量链-供应链耦合系统结构分析及模型构建。本文结合实际生产情形，考虑乳制品质量链和供应链网络的构成要素、网络结构、负载流向等因素，设置相应参数对供应链及质量链网络进行描述，并分析了生产工艺和实体企业之间的耦合形式，最后构建了乳制品质量链-供应链耦合网络模型。
（2）耦合系统中的不同层网络具有各自的特征。在对耦合网络中的重要节点进行识别时，分别从供应链运营视角，质量安全防控视角以及耦合网络拓扑结构视角定义相应的重要度计算公式，最后对不同视角下的重要性节点进行识别和分析。其中供应链网络中的重要节点多数为生产企业，质量链网络中的重要节点多数为加工环节的各生产工艺，从基于耦合网络拓扑结构的重要节点识别结果中可知，生产工艺失效对网络结构的破坏往往比实体企业失效严重的多，且重要节点的失效往往会给整个耦合系统带来较大损失。在乳制品的建设和维护过程中，一方面要严防质量安全事件的发生，另一方面要对关键生产企业和工艺环节加强监管和保护，这样能够较好的维持系统稳定性。
（3）经济效益的最大化是乳制品产销系统的重要目标之一，现有复杂网络的拓扑稳定性指标不足以刻画这一耦合系统的整体性能，基于此本文提出供应链销售损失作为衡量耦合系统稳定性的重要指标，仿真结果表明级联失效情形下的拓扑稳定性和经济稳定性整体趋势一致但又存在差异，在耦合系统的建设和维护中要同时关注这两个方面，根据需要选择合适的优化方案，以实现系统运作目标。
参考文献（略）