摘要：配送系統(tǒng)作為第三方物流系統(tǒng)的核心，其運(yùn)作效率的高低直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的效益。針對(duì)配送系統(tǒng)事件的隨機(jī)并發(fā)性，采用Petri網(wǎng)建立系統(tǒng)模型，并運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣法，分析模型的性質(zhì)，建立其狀態(tài)方程，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行的有效性 。

關(guān)鍵詞：第三方物流配送系統(tǒng)；Petri網(wǎng);建模；關(guān)聯(lián)矩陣；狀態(tài)方程

中圖分類號(hào)：F259．22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A Study on Third-party Logistics Distribution System ModelingBased on Petri Net

ZUO Chun-rong，ZHANG Zhi-ping

(School of Management，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

Abstract: Distribution system is the core of third-party logistics. The operation efficiency directly affects that of the whole system. On account of the randomness and concurrency of the logistics distribution system， the paper adopts the Petri Net theory to construct the system model. Correlation matrix method is used to analyze the character of the model and build the state equation. The operation effectiveness of the system is evaluated via experimental simulations.

Key words: third-party logistics distribution system； Petri net；modeling；correlation matrix；state equation

一、前言

隨著現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式的變革和市場外部條件的變化，“第三方物流”（Third Party Logistics）這種物流專業(yè)化的形態(tài)開始引起人們的重視。配送系統(tǒng)是整個(gè)第三方物流系統(tǒng)的核心，高效準(zhǔn)確的配送系統(tǒng)是物流企業(yè)提高物流服務(wù)水平，獲取競爭優(yōu)勢，贏得客戶的關(guān)鍵^[1]。

在系統(tǒng)真正實(shí)施前，通過對(duì)配送系統(tǒng)各種資源的評(píng)估和分析，建立系統(tǒng)模型， 分析模型性質(zhì)，從而減少系統(tǒng)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)的有效運(yùn)行。目前對(duì)物流系統(tǒng)建模有多種方法，Petri網(wǎng)是非常有效的一種。Petri網(wǎng)是異步并發(fā)系統(tǒng)建模與分析的一種重要工具，可直觀、系統(tǒng)地表達(dá)各種關(guān)系和行為，如資源共享、沖突關(guān)系等。Kulp，P， DisCesare，F(xiàn)等提出采用隨機(jī)顏色Petri網(wǎng)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行績效評(píng)價(jià)，利用模擬試驗(yàn)產(chǎn)生一個(gè)近似可達(dá)模型 ；文獻(xiàn)［3］提出了一種基于Petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型的物流系統(tǒng)模型，它可以將物流系統(tǒng)的物理過程通過Petri網(wǎng)系統(tǒng)形象地表示出來。文獻(xiàn)［4］基于Agent的遺傳分層有色Petri網(wǎng)(AGHCPN)，采用AGHCPN方法建立供應(yīng)鏈配送系統(tǒng)適應(yīng)性主體的執(zhí)行層模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)適應(yīng)性主體自治性、動(dòng)態(tài)性以及自適應(yīng)性等特性的描述。文獻(xiàn)［5］的Jan Kosturiak和Milan Gregor將離散事件中建模仿真用于復(fù)雜物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)作和連續(xù)的改進(jìn)。Derrien R.Jansen等開發(fā)一個(gè)仿真模型用來分析多車廂配送系統(tǒng)^[6]。意大利的Pasquale Legat和RinaM .M aZZa采用過程的方法，對(duì)集裝箱碼頭船只到達(dá)、停泊和離開等物流活動(dòng)建立一個(gè)隊(duì)列網(wǎng)絡(luò)模型^[7]。

筆者根據(jù)第三方物流配送系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程分析，基于Petri網(wǎng)這一建模工具，建立其可視化模型，并運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣法，對(duì)所建立的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，分析系統(tǒng)運(yùn)作效率。

二、Petri網(wǎng)的物流配送系統(tǒng)建模

（一） Petri網(wǎng)的含義

一般Petri定義為6元組^[8]：

∑=(P，T，F(xiàn)，K，W，M)

P——庫所（每一位置代表一種資源），用圓圈代表，表示離散系統(tǒng)可能的狀態(tài)，通過庫所中是否包含及包含多少托肯（Token）來表述。托肯用包含在庫所中的實(shí)心圓表示，它反映著庫所所代表的局部狀態(tài)與事件之間的聯(lián)系；

T——變遷，用四方形或粗實(shí)線代表，表示系統(tǒng)中可能的事件；

F——流關(guān)系，用一條帶箭頭的弧來表示，規(guī)定資源在狀態(tài)元素P和變遷元素T之間流動(dòng)；

K——容量函數(shù)，當(dāng)容量函數(shù)W(p)=w時(shí)（其中w表示無窮大）時(shí)，通常省略標(biāo)注。當(dāng)K(p)

W——權(quán)函數(shù)，對(duì)于弧f∈F，當(dāng)權(quán)函數(shù)W(f)>1時(shí)，將W(f)標(biāo)注在弧上，當(dāng)W(f)=1時(shí)，省略不標(biāo)；

標(biāo)識(shí)M0下，可能有若干個(gè)變遷發(fā)生權(quán)，隨意一個(gè)變遷發(fā)生，就得到一個(gè)新的標(biāo)識(shí)M1。不同的變遷發(fā)生，所得到的新標(biāo)識(shí)一般也不相同。在M1下又可能有若干個(gè)變遷有發(fā)生權(quán)，其中隨意一個(gè)發(fā)生，又得到一個(gè)新的標(biāo)識(shí)M2，……。這樣繼續(xù)下去，變遷的連接發(fā)生和標(biāo)識(shí)的不斷變化，就是網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行^[9]。

Petri網(wǎng)是完全從過程的角度出發(fā)的一種有效模型工具。它既能夠說明復(fù)雜離散系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，又可以用數(shù)學(xué)分析或圖形表達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，善于描述順序、并行、選擇、條件“與”、循環(huán)等常見流程^[9]。因此基于Petri網(wǎng)理論的模型非常適合于在物流系統(tǒng)中的運(yùn)用。

（二）配送處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程建模

1.配送系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程

配送系統(tǒng)根據(jù)客戶的要求并結(jié)合庫存的情況，制定經(jīng)濟(jì)可靠的配送計(jì)劃，對(duì)貨物進(jìn)行相關(guān)的補(bǔ)貨、揀貨、分貨、送貨等作業(yè)，將貨物及時(shí)準(zhǔn)確送達(dá)指定地點(diǎn)^[10] 。

配送系統(tǒng)的一般業(yè)務(wù)流程如下：

首先，配送中心接到客戶訂單，根據(jù)訂單要求完成裝運(yùn)單，并通知運(yùn)輸裝備到達(dá)倉庫。然后根據(jù)裝運(yùn)單要求進(jìn)行揀貨。揀貨是指配送中心根據(jù)訂單所規(guī)定的貨物品名數(shù)量和儲(chǔ)存庫位地址，將貨物從貨垛或貨架上取出，搬運(yùn)到理貨場所。在現(xiàn)代化配送中心里，在貨架的每一貨格上安裝電子數(shù)字顯示器，作業(yè)人員按照貨位指示燈和數(shù)字顯示器立即可以獲知所需貨品在貨架的具體位置和數(shù)量，并可按照指令取貨。若揀貨區(qū)缺貨，則進(jìn)行補(bǔ)貨作業(yè)，補(bǔ)貨的目的是保證揀貨區(qū)有貨可揀。通常是以托盤為單位從貨物保管區(qū)將貨品移到另一個(gè)按訂單揀取用的揀貨區(qū)。揀貨作業(yè)完成后將商品按照不同的客戶或不同的配送路線做分類的工作就稱之為分貨。隨著激光掃描計(jì)算機(jī)控制和條形碼等高新技術(shù)日新月異地發(fā)展，國內(nèi)外許多大中型配送中心都廣泛使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)大體上由收貨輸送機(jī)、喂料輸送機(jī)、分揀指令設(shè)定裝置、合流裝置、分揀輸送機(jī)、分揀卸貨道口、計(jì)算機(jī)控制器等七部分組成 。最后進(jìn)行送貨作業(yè)?，F(xiàn)代送貨作業(yè)能夠通過智能系統(tǒng)、專家系統(tǒng)的決策分析，降低運(yùn)輸?shù)目振偮屎瓦\(yùn)輸成本。通過車載終端設(shè)備GPS 、衛(wèi)星定位技術(shù)GSM、無線通信技術(shù)GIS、 地理信息系統(tǒng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等形成一個(gè)完整的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，最終使貨物能及時(shí)安全的到達(dá)目的 。其業(yè)務(wù)流程圖見圖1所示。

2. 配送系統(tǒng)的Petri網(wǎng)建模

(1)配送處理的Petri網(wǎng)模型。根據(jù)前文物流配送的業(yè)務(wù)流程描述，運(yùn)用Petri網(wǎng)建立系統(tǒng)模型，如圖2所示，其變遷與庫所的含義見表1。

（2）關(guān)聯(lián)矩陣分析。根據(jù)建立的Petri網(wǎng)模型，運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣法分析模型性質(zhì)。其配送系統(tǒng)的事件和條件見表2所示。

Petri網(wǎng)的狀態(tài)方程為M=M0+ATX。其中M0為初始標(biāo)識(shí)，n維非負(fù)整數(shù)向量X稱為發(fā)生數(shù)向量，其中X中的第i個(gè)分量等于ti在變遷序列σ中出現(xiàn)的次數(shù)。若求出的X為非負(fù)向量，且存在合法的變遷序列σ，則認(rèn)為M是從M0可達(dá)的；否則求出X為負(fù)向量，則M從M0是不可達(dá)的^[9]。

（3）Petri網(wǎng)模型的實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析。在物流配送系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，往往很難在短時(shí)間內(nèi)跟蹤發(fā)現(xiàn)運(yùn)作是否有效順暢，這是因?yàn)椴荒茈S時(shí)隨刻監(jiān)視系統(tǒng)每一環(huán)節(jié)的作業(yè)^[12]。一般都是一個(gè)運(yùn)作周期以后，根據(jù)企業(yè)的效益及客戶的滿意度才能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行是否有問題，這樣給企業(yè)帶來極大的損失，此時(shí)再修補(bǔ)系統(tǒng)通常難度極高，且代價(jià)昂貴，效果卻并不盡人意。這些問題可通過對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M來解決，根據(jù)系統(tǒng)前后狀態(tài)的變化，能檢測出此段時(shí)間內(nèi)整個(gè)流程如何運(yùn)作，是否合理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，使系統(tǒng)處于正常運(yùn)作狀態(tài)。

下面就兩種典型的情況驗(yàn)證如何運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣分析系統(tǒng)運(yùn)行的有效性。

不失一般性，假設(shè)容量函數(shù)K(p)為無限大，權(quán)函數(shù)W(f）=1。

實(shí)驗(yàn)一：初始狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)是M0=(100000010)T，表示p1，p7是有資源的，即接到客戶訂單及可供出庫方案。一段時(shí)間后，觀察到Petri網(wǎng)系統(tǒng)的新狀態(tài)，M1=（100010011）T，即接到客戶訂單，倉庫管理員等待，可供出庫方案及完成出庫裝車。由前后狀態(tài)，可得出X=（1111101121）T。由X值，進(jìn)一步考察，得出變遷序列σ=t7t8t0t1t2t3t4t6t7。在這種情況下，配送系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，從M0到M1是可達(dá)的。整個(gè)配送系統(tǒng)都能順暢有效的運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)二：同樣初始狀態(tài)下的標(biāo)識(shí)是M0=(100000010)T，p0，p7是有資源的，即接到客戶訂單及可供出庫方案。一段時(shí)間后，觀察到Petri網(wǎng)系統(tǒng)的新狀態(tài)M2=（100110000）T，即p0，p3，p4是有資源的。接到客戶訂單，可供運(yùn)輸設(shè)備已到達(dá)倉庫，且有倉庫管理員等待。計(jì)算X=(111000011)T，得出變遷序列σ=t0t1t2t7t8或者σ=t7t8t0t1t2。在這種情況下，流程的前半階段是接到顧客訂單后，完成裝運(yùn)單，并將裝運(yùn)單發(fā)送給運(yùn)輸設(shè)備。而后半階段則是在制定完成出庫方案后，進(jìn)行送貨。而中間階段的已到達(dá)倉庫設(shè)備的運(yùn)輸設(shè)備和倉庫管理員沒有進(jìn)行有效工作，使得流程的連續(xù)性中斷，從而影響了整個(gè)配送系統(tǒng)的效率。變遷序列σ并不合理，所以正常運(yùn)行情況下從M0是不能到達(dá)M2的。出現(xiàn)從M0到M2的情況說明，這個(gè)系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)，問題在于到達(dá)倉庫的運(yùn)輸設(shè)備和倉庫管理員這兩個(gè)環(huán)節(jié)。找到了關(guān)鍵所在，這樣就可以有針對(duì)性地及時(shí)解決。

變遷序列σ反映的就是物流配送系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)作流程。在現(xiàn)實(shí)操作中，因?yàn)橄到y(tǒng)的錯(cuò)誤運(yùn)行往往很難及時(shí)跟蹤發(fā)現(xiàn)，并且需要付出巨大的代價(jià)來修補(bǔ)，所以采用Petri網(wǎng)模型對(duì)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)是完全有效可行的。采用關(guān)聯(lián)矩陣法來分析Petri網(wǎng)模型的可達(dá)性，可以在任一時(shí)間點(diǎn)，只要知道系統(tǒng)初始狀態(tài)，就可以得出系統(tǒng)在這段時(shí)間是如何運(yùn)行的，是否可達(dá)，是否合理^[13]。及時(shí)有效地檢測物流配送運(yùn)作流程，提早發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行順暢。

三、結(jié)論

第三方物流配送流程的建模對(duì)于保證系統(tǒng)的通暢運(yùn)行十分重要，因?yàn)榱鞒踢\(yùn)作的錯(cuò)誤環(huán)節(jié)在實(shí)際操作中很難跟蹤并及時(shí)發(fā)現(xiàn)^[14]。一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要付出較大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間代價(jià)。因此，對(duì)物流配送系統(tǒng)進(jìn)行建模和模擬分析十分必要^[15]。

筆者在詳細(xì)分析第三方物流配送業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，采用Petri網(wǎng)建立物流配送系統(tǒng)模型，并運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣法對(duì)Petri網(wǎng)模型建立狀態(tài)方程，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析系統(tǒng)運(yùn)行的有效性?？稍谂渌拖到y(tǒng)運(yùn)作之前，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的有效性進(jìn)行評(píng)估、比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

筆者運(yùn)用基本Petri網(wǎng)對(duì)物流配送系統(tǒng)建模。下一步可在此基礎(chǔ)上，引入顏色Petri網(wǎng)、時(shí)間Petri網(wǎng)來解決配送系統(tǒng)中訂單差異、作業(yè)時(shí)間限制等問題。

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(責(zé)任編輯:阿 蓮)

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>