Глобальная экономика опирается на сложные сети поставок, охватывающие континенты. Используя математическую модель, исследователи изучили, как ключевые свойства таких сетей — их структура и наличие дополнительных запасов — во многом определяют, насколько хорошо они выдерживают экстремальный спрос [1]. Анализ показывает, что сеть, структура связности которой больше похожа на широкий куст, чем на узкое дерево, и которая включает дополнительные запасы, скорее всего, будет обладать наибольшей устойчивостью.
Марк Бартелеми из Университета Париж-Сакле (UP Saclay) говорит: «Мы надеемся, что этот подход поможет создать более совершенную основу для понимания хрупкости цепочек поставок, даже если компании в реальности не имеют полного контроля над сетями, с которыми им приходится работать». Он отмечает, что модели, которые экономисты используют для анализа сетей поставок, как правило, фокусируются на среднем поведении сети, стремясь понять, например, как выбрать структуру сети для максимизации прибыли. Эти модели уделяют меньше внимания устойчивости сети или её способности работать в сложных условиях.
Бартелеми и Янник Фельд из UP Saclay были вдохновлены недавними исследованиями, в которых сети поставок рассматривались как один из примеров более общего класса систем, ориентированных на эффективность по времени — то есть систем, предназначенных для доставки товаров, услуг или людей в нужное место в нужное время [2]. Например, компании часто используют так называемую доставку точно в срок (just-in-time delivery), схему, при которой поставки осуществляются точно в нужное время, чтобы избежать расходов, связанных с хранением избыточных запасов материалов.
Предыдущий анализ показал, что в системе, ориентированной на максимальную своевременность, сеть катастрофически не справляется, когда спрос превышает критический порог.
Бартелеми и Фельд разработали расширенную модель, включающую эти особенности. Они варьировали аспекты сети — меняли её топологию или увеличивали наличие буферных запасов — и изучали влияние на критический порог спроса, при превышении которого работа сети нарушалась.
Использование математических моделей для анализа устойчивости цепочек поставок
Исследователи обнаружили аналитическое решение (выраженное математически) для случая, когда буферных запасов нет вообще. В этом случае критическая скорость спроса не зависит от топологии.
Перейдя к более реалистичному случаю, они использовали численное моделирование и обнаружили, что буферные запасы коренным образом меняют поведение сети. Даже небольшие буферы внутри сети обеспечивают значительные преимущества в устойчивости по сравнению с системами, ориентированными на принцип «точно в срок». Более того, моделирование показало, что ширококустовидные сетевые структуры обеспечивают лучшую устойчивость, чем сети, содержащие протяжённые линейные сегменты.
Хосе Моран из Оксфордского университета в Великобритании, эксперт по сложным экономическим системам, говорит, что многие исследователи создали модели для изучения динамики цепочек поставок, но большинство из них применимы только к отдельным компаниям и не учитывают более сложные цепочки поставок. Новая работа помогает восполнить этот пробел. «Это очень актуальная тема в последнее время, поскольку у нас просто нет многих инструментов для понимания того, как работают цепочки поставок и как небольшие проблемы могут быстро превратиться в большие», — говорит он.
В будущей работе исследователи надеются повысить реалистичность нескольких аспектов своей модели. Например, они предположили, что спрос постоянен во времени. Реальные сети сталкиваются с постоянно меняющимся уровнем спроса, и Бартелеми и Фельд надеются определить, какие сетевые структуры более устойчивы к таким естественным колебаниям.
Батареи и другие электронные накопители: производство из арахисовой шелухи
Балла Нгом — физик из Университета им. Шейха Анты Диопа в Сенегале — нашёл способ производить батареи и другие электронные накопители из арахисовой шелухи. В течение последних десяти лет Нгом искал устойчивые производственные процессы, которые используют сельскохозяйственные отходы, такие как арахисовая шелуха и рисовая шелуха, для создания электродных материалов. Он и его коллеги изготовили небольшой суперконденсатор на растительной основе, который можно использовать в портативных электронных устройствах. Теперь Нгом ищет инвесторов для разработки технологий производства более крупных накопителей, которые могли бы обеспечивать электроэнергией удалённые районы.
Нгом представил часть своей работы на сессии в Сенегале в рамках Глобального физического саммита Американского физического общества в марте. Майкл Ширбер из журнала Physics Magazine встретился с Нгомом, чтобы узнать больше о деталях этого «зелёного синтеза».
Препятствия кристаллизации с помощью закреплённых частиц
Популярный способ выращивания тонких кристаллических плёнок — физическое осаждение из паровой фазы, процесс, при котором газообразные частицы оседают на поверхности и постепенно образуют упорядоченную структуру. Можно предположить, что кристаллизации будет способствовать закрепление некоторых частиц на поверхности, которые послужат начальными точками для роста кристаллов. Однако это не так, согласно новым экспериментальным данным Чандана Мишры из Индийского технологического института в Гандинагаре и его коллег [1].
Команда исследователей закрепила несколько микрометровых шариков диоксида кремния на стеклянной поверхности в случайном, редко распределённом порядке. Затем они поместили тысячи других шариков диоксида кремния в жидкость, которую поместили на поверхность. Эти подвижные шарики опустились на поверхность под действием силы тяжести, а затем, благодаря своему взаимному короткодистантному притяжению, объединились в кластеры — с закреплённым шариком или без него.
Любой шарик мог служить начальной точкой для кластера, но исследователи обнаружили, что по сравнению с подвижными шариками закреплённые шарики с меньшей вероятностью делали это. Закреплённые шарики препятствовали кристаллизации, поскольку их неподвижность затрудняла формирование окружающих шариков специфических структур, необходимых для роста кристаллов.
Команда говорит, что в будущей работе можно изучить системы частиц с дальнодействующими взаимодействиями и другими особенностями.
— Райан Уилкинсон, редактор журнала Physics Magazine, Дарем, Великобритания.