中断事件下的轴辐枢纽网络与柔性

This research project focuses on the design of reliable hub and spoke networks, which has been widely adopted in industries such as air transportation. The hub-and-spoke design exerts the economy of scale by consolidating flows at hubs and saves on both network and operating costs. On the other hand, the hub-and-spoke architecture is inarguably fragile when disruption events happen. Specifically, disruptions in a hub-and-spoke network can produce cascading (or ripple) effect, prolong recovery and result in further losses. This is due to the lack of consideration of disruption events in the design phase of hub-and-spoke networks. Our proposed research project intends to incorporate disruptions into the design of hub-and-spoke networks, find appropriate solution approaches, and provide managerial insights. As an extension, we look at simple bipartite networks and design reliable flexibility structures. Compared with the more complex hub location problem, studying reliable flexibility structures allows for deeper theory and more managerial insights. Both parts belong to the class of reliable network design problems where a balance between costs and max flow after the realization of disruptions is desired.

本课题研究存在中断事件下的可靠的轴辐枢纽模型设计。轴辐枢纽模型在涉及网络结构设计的领域内被广泛的采用。虽然轴辐枢纽相对于传统的点对点模型具有着如规模经济效应、易拓展等优点，轴辐枢纽模型也有缺陷。其中，最致命的是轴辐枢纽在存在中断事件时，网络的可靠性可能十分脆弱，且中断事件的影响在时间维度上和空间维度上都可能被放大。究其原因，是因为在航空网络设计时，没有对随机中断事件进行详细建模，因此实践无中无法得当的应对频繁发生的自然灾难，罢工，航空管制等中断事件。我们的研究课题从数学上在轴辐枢纽设计引入对中断事件建模，在柔性思想指导下找到可靠的轴辐枢纽设计方法和架构。在此基础上，我们尝试拓展研究（二分图）网络下存在中断事件时的柔性设计。可靠轴辐枢纽网络与柔性设计拓展均属于设计可靠网络结构的问题，目标为优化发生中断事件后最大流并节省成本，而简化为二分图易于得到更强的结果和管理启示。

本课题研究存在中断事件下的可靠的轴辐枢纽模型设计。轴辐枢纽模型在涉及网络结构设计的领域内被广泛的采用。虽然轴辐枢纽相对于传统的点对点模型具有着如规模经济效应、易拓展等优点，轴辐枢纽模型也有缺陷。其中，最致命的是轴辐枢纽在存在中断事件时，网络的可靠性可能十分脆弱，且中断事件的影响在时间维度上和空间维度上都可能被放大。究其原因，是因为在航空网络设计时，没有对随机中断事件进行详细建模，因此实践无中无法得当的应对频繁发生的自然灾难，罢工，航空管制等中断事件。我们的研究课题从数学上在轴辐枢纽设计引入对中断事件建模，在柔性思想指导下找到可靠的轴辐枢纽设计方法和架构。在此基础上 ，我们拓展研究（二部图）网络下存在中断事件时的柔性设计。可靠轴辐枢纽网络与柔性设计拓展均属于设计可靠网络结构的问题，目标为优化发生中断事件后最大流并节省成本，而简化为二部图易于得到更强的结果和管理启示。顺利完成既定目标后，我们拓展研究了数据中心网络规划和全渠道零售网络规划两个在技术上有高度联系的问题，将本课题在理论上的创新进行了拓展应用。此外，我们还关注到供应链中普遍存在的道德风险，设计了动态契约对于道德风险进行了有效管理。