模拟钨产业链中的供应风险传播：一个包含层间信息的多层网络框架

《Journal of Environmental Engineering and Science》：Modeling supply risk propagation in tungsten industry chain: A multi-layer network framework with inter-layer information

钨产业链多层数据网络构建及耦合PageRank算法应用研究，通过2022年全球钨贸易数据建立三级产业链网络模型，结合级联故障模型模拟风险传播，发现不同国家在产业链各环节的关键性受层间反馈强度影响显著，跨层传播对冲击强度更敏感，中国展现全链条渗透效应，澳大利亚通过跨层传导产生全球影响，为资源供应链韧性管理提供决策依据。

　　在当今全球化高度发展的背景下，关键性战略资源的供应链安全已成为各国政府和企业高度关注的议题。钨作为一种具有重要工业价值的金属，因其高熔点、高密度以及出色的耐磨性能，在航空航天、国防、半导体制造等多个领域中扮演着不可或缺的角色。随着全球对钨的需求持续增长，其供应链的稳定性面临着前所未有的挑战。钨资源的地理垄断与行业内的技术寡头地位，使得一旦发生局部供应中断，可能会通过贸易和生产关系的相互连接，引发系统性风险。因此，深入研究供应冲击在核心经济体系中的传播效应和模式，对于制定有效的风险缓解策略、保障战略资源的稳定供应具有重要意义。

本研究基于2022年的全球贸易数据，构建了钨产业链的多层网络（TICMN），并结合耦合PageRank（CPR）算法与级联失效模型，模拟了关键风险源的传播过程。研究结果揭示了几个重要的发现。首先，不同产业链层面上的国家中心性在不同层间反馈强度下表现出显著差异。其次，层间传播对冲击强度的响应比层内传播更为敏感。第三，不同国家作为风险源引发系统级联的能力，不仅取决于其在产业链中的中心性，还与其在产业链中所扮演的功能性角色密切相关。最后，中国在整个传播过程中表现出“全链渗透”的特性，而澳大利亚则更可能通过跨层传播引发全球性影响。这些发现为政策制定者提供了有力的依据，以制定更具针对性的风险缓解策略，确保战略资源供应的安全。

钨作为全球战略资源，其供应链的复杂性不仅体现在物理上的分布，还体现在经济、技术以及地理等多方面的依赖关系。从产业链的角度来看，钨的生产、加工、消费和废弃物管理构成了一个完整的系统。资源国首先通过采矿从生态系统中提取钨矿石，然后通过冶炼技术将其加工成钨铁合金、APT（偏钨酸铵）等中间产品，这些产品进一步被用于制造各种高附加值的钨制品。在这一过程中，不同国家扮演着不同的角色，有的国家主导上游资源的供应，有的国家则在中游加工环节占据重要地位，而另一些国家则在下游应用市场中发挥关键作用。这种多层次的分工模式，使得供应链的任何一个环节出现问题，都可能对整个系统产生连锁反应。

当前，大多数关于供应链风险的研究主要集中于单一产业链环节，通过构建特定资源或产品的单层贸易网络来分析风险传播的路径和影响。然而，这种方法往往忽略了产业链内部不同环节之间的垂直生产联系，导致对跨层风险传播机制的理解不足。相比之下，多层网络模型能够更全面地反映产业链的复杂结构，系统地展示资源流动的层级异质性和跨层依赖关系。通过引入多层网络的概念，研究者可以更准确地识别风险源，并分析其在不同层间传播的影响。

在多层网络中，识别关键节点对于提升网络的鲁棒性和预测其行为具有重要意义。传统的网络分析方法通常依赖于网络拓扑指标，如加权度、模块性、接近中心性等，或者经济指标，如贸易依赖度等，来评估节点的重要性。然而，这些方法往往将多层网络视为多个独立的单层网络，忽略了层间连接对节点重要性的影响。为此，本研究采用了耦合PageRank（CPR）算法，该算法通过引入层间信息反馈机制，能够更全面地评估节点在多层网络中的中心性。CPR算法不仅考虑了层内结构（如贸易关系），还整合了层间结构（如生产联系），从而提供了更深入的视角，帮助识别在产业链中占据核心地位的国家。

本研究的结构分为四个部分。第一部分介绍了数据来源和研究方法，包括钨产业链多层网络的构建、CPR算法的应用以及风险传播模型的开发。第二部分详细分析了关键风险源的识别结果及其风险传播效应。第三部分讨论了研究结论和政策建议，提出了如何利用这些研究成果来增强产业链的韧性，并优化全球矿物资源的分配。第四部分则是对研究工作的总结和致谢，强调了本研究的理论和实践价值。

通过构建TICMN，本研究能够更系统地展示钨产业链中各环节之间的关系。这一网络不仅涵盖了贸易活动，还反映了生产活动的相互依赖。在这一框架下，研究者可以更清晰地看到不同国家在产业链中的角色，并分析其在风险传播过程中的影响。例如，中国作为全球钨资源的主要供应国，其在产业链中的核心地位尤为突出。然而，由于其在整个产业链中的渗透程度较高，一旦发生供应中断，可能会对下游环节产生更为广泛的影响。而澳大利亚则因其在产业链中的跨层连接能力，成为可能引发全球性影响的关键节点。

此外，本研究还探讨了不同层间反馈强度对风险传播的影响。在强反馈条件下，国家在产业链各环节中的中心性排名发生了显著变化，这表明层间连接在风险传播过程中起到了重要作用。相比之下，在弱反馈条件下，风险传播的路径和影响则相对有限。因此，理解层间反馈机制对于评估和管理供应链风险至关重要。研究者发现，层间反馈不仅影响了风险传播的速度和范围，还改变了不同国家在风险传播中的相对重要性。

从宏观角度来看，本研究分析了整个TICMN在不同冲击强度和风险韧性条件下的系统响应特性。研究结果表明，当冲击强度较高时，系统对风险的承受能力下降，风险传播的范围和速度也随之增加。而在风险韧性较强的情况下，系统能够更好地吸收和分散风险，从而减少其对整体供应链的冲击。这一发现对于政策制定者具有重要的参考价值，可以帮助他们制定更具针对性的风险缓解措施，以增强产业链的稳定性。

从微观角度来看，本研究重点关注了关键风险源在不同产业链环节中的传播特性。通过模拟不同风险源的供应中断，研究者能够更直观地看到风险在产业链中的扩散路径。例如，当上游资源供应受到限制时，风险会迅速传递到中游加工环节，并进一步影响下游市场。这种跨层传播的机制，使得单一环节的风险可能对整个产业链产生深远影响。因此，识别和管理这些关键风险源，对于维护产业链的稳定性和安全性具有重要意义。

本研究的创新之处在于，它首次将CPR算法应用于钨产业链的多层网络分析中，从而更准确地识别关键风险源。这一方法不仅考虑了贸易关系，还整合了生产联系，使得风险传播的评估更加全面。此外，研究还结合了级联失效模型，模拟了风险在产业链中的传播过程，提供了更为动态和系统的分析视角。这些方法的综合应用，使得研究者能够更深入地理解钨产业链中风险传播的机制，并为相关政策的制定提供科学依据。

通过本研究的分析，可以得出几个重要的结论。首先，不同产业链环节中的国家中心性在层间反馈强度变化时表现出显著差异。这意味着，当层间连接增强时，某些国家在产业链中的重要性可能上升，而另一些国家则可能下降。其次，层间传播对冲击强度的响应更为敏感，表明跨层连接在风险传播过程中具有关键作用。第三，不同国家作为风险源的能力不仅取决于其在产业链中的中心性，还与其功能性角色密切相关。例如，某些国家可能因其在特定环节的技术优势而成为关键风险源。最后，中国在整个传播过程中表现出“全链渗透”的特性，而澳大利亚则更可能通过跨层传播引发全球性影响。这些结论对于理解全球供应链风险的传播机制具有重要的理论和实践意义。

在全球化日益加深的今天，任何国家的供应链中断都可能对全球经济产生连锁反应。因此，建立一个全面、系统的供应链风险评估框架，对于维护全球资源安全至关重要。本研究通过构建TICMN并结合CPR算法和级联失效模型，提供了一种新的方法论，能够更准确地识别关键风险源，并分析其在不同条件下的传播效应。这一方法不仅适用于钨产业链，也可以推广到其他战略资源的供应链分析中，为全球资源管理提供新的思路和工具。

此外，本研究还强调了跨层连接在风险传播中的作用。在传统研究中，往往只关注单层网络中的风险传播，而忽略了层间连接对风险扩散的影响。然而，实际上，产业链的各个环节之间存在着复杂的相互依赖关系，这种关系在风险传播过程中起到了关键作用。因此，建立一个能够反映层间连接的多层网络模型，是理解供应链风险传播机制的重要前提。通过引入CPR算法，本研究能够在多层网络中更准确地评估节点的重要性，并揭示风险传播的路径和模式。

在全球供应链日益复杂和脆弱的背景下，如何提升产业链的韧性，已成为各国政府和企业面临的重要课题。本研究的发现表明，不同国家在产业链中的角色和地位存在显著差异，因此，针对不同环节采取不同的风险管理措施，是增强产业链稳定性的重要手段。例如，对于上游资源供应国，应加强资源储备和多元化供应渠道，以降低供应中断的风险；而对于中游加工环节，应注重技术创新和生产优化，以提高供应链的适应能力；而对于下游应用市场，则应加强国际合作，确保资源和技术的顺畅流通。

同时，本研究还提出了政策建议，以帮助各国政府和企业更好地应对供应链风险。例如，建议加强产业链各环节之间的信息共享和协调机制，以提高风险预警和应对能力；鼓励跨国合作，建立更加稳定的资源供应网络；推动技术创新，提高产业链的灵活性和抗风险能力；加强风险管理体系建设，制定更加科学和有效的风险缓解策略。这些政策建议不仅适用于钨产业链，也可以为其他战略资源的供应链管理提供借鉴。

在全球资源供应链日益复杂和脆弱的背景下，本研究的意义不仅在于揭示了钨产业链中风险传播的机制，还在于提供了一种新的方法论，能够更全面地评估供应链风险。通过构建TICMN并结合CPR算法和级联失效模型，研究者能够更深入地理解供应链风险的传播路径，并为政策制定者提供科学依据。这种研究方法的创新，为未来供应链风险研究提供了新的思路，也推动了相关领域的理论发展和实践应用。

综上所述，本研究通过构建钨产业链的多层网络，并结合CPR算法和级联失效模型，深入分析了关键风险源的传播效应和模式。研究结果表明，不同国家在产业链中的中心性受到层间反馈强度的影响，而层间传播对冲击强度的响应更为敏感。此外，不同国家作为风险源的能力不仅取决于其在产业链中的位置，还与其功能性角色密切相关。中国在整个传播过程中表现出“全链渗透”的特性，而澳大利亚则更可能通过跨层传播引发全球性影响。这些发现对于政策制定者具有重要的参考价值，可以帮助他们制定更具针对性的风险缓解策略，以确保战略资源供应的安全。通过本研究的分析，可以更全面地理解供应链风险的传播机制，并为全球资源管理提供新的思路和工具。