李文俊， 楊學(xué)強(qiáng)， 杜家興

(1. 陸軍裝甲兵學(xué)院裝備保障與再制造系， 北京 100072； 2. 陸軍裝甲兵學(xué)院信息通信系， 北京 100072)

裝備保障業(yè)務(wù)流程[1]是指為完成裝備保障任務(wù)、實(shí)現(xiàn)裝備保障目標(biāo)所進(jìn)行的一系列邏輯相關(guān)的跨越時(shí)間和空間的活動(dòng)集合。當(dāng)前裝備保障業(yè)務(wù)流程大多呈現(xiàn)“串行”“閉合”[2]的特點(diǎn)，存在信息傳遞慢、易失真，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息共享困難，審批、登記和人工干預(yù)環(huán)節(jié)多，耗時(shí)、費(fèi)力等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了裝備保障能力的進(jìn)一步提升。在系統(tǒng)集成條件下，信息力在裝備保障能力生成中的主導(dǎo)作用得到更加全面地釋放。開(kāi)展系統(tǒng)集成條件下裝備保障業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，是裝備保障信息系統(tǒng)集成的關(guān)鍵工作之一，對(duì)實(shí)現(xiàn)基于信息驅(qū)動(dòng)的裝備保障業(yè)務(wù)工作模式、提升裝備保障能力具有重要作用。

諸多學(xué)者對(duì)裝備保障業(yè)務(wù)流程優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)了積極的探索，如：劉鵬宇等[3]結(jié)合排隊(duì)論和分層賦時(shí)著色Petri網(wǎng)對(duì)裝備搶修業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了建模優(yōu)化，但該研究是在原有保障體制條件下做出的優(yōu)化，無(wú)法完全適應(yīng)新的保障體制機(jī)制的需要；段剛等[4]基于信息系統(tǒng)對(duì)航材出庫(kù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了優(yōu)化，并通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后流程時(shí)間驗(yàn)證了業(yè)務(wù)流程優(yōu)化的效果，但是當(dāng)前裝備保障信息系統(tǒng)大多是依托平時(shí)單項(xiàng)業(yè)務(wù)的局部需要而縱向開(kāi)發(fā)的，信息交互、共享困難，制約了裝備保障信息力的有效釋放；文獻(xiàn)[5-9]作者針對(duì)器材供應(yīng)和裝備維修業(yè)務(wù)流程優(yōu)化進(jìn)行了探討，但是缺乏業(yè)務(wù)流程優(yōu)化的形式化建模，優(yōu)化效果不明顯。

廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)(Generalized Stochastic Petri Nets，GSPN)作為一種形式化建模工具，能夠準(zhǔn)確描述和分析業(yè)務(wù)流程的動(dòng)態(tài)關(guān)系和性能。筆者基于互聯(lián)、互通、互操作的裝備保障集成系統(tǒng)，對(duì)新編制體制下的裝備保障業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化，采用GSPN對(duì)裝備保障業(yè)務(wù)流程進(jìn)行形式化建模，并利用GSPN與馬爾可夫鏈(Markov Chain，MC)的同構(gòu)特性，基于MC的穩(wěn)定狀態(tài)概率對(duì)優(yōu)化前后的業(yè)務(wù)流程時(shí)間特性進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證流程優(yōu)化效果。

1 基于GSPN的業(yè)務(wù)流程建模與分析

1.1 GSPN定義

Petri網(wǎng)[10]是一種運(yùn)用一定符號(hào)描述模型的建模工具。GSPN是在Petri網(wǎng)的每一個(gè)可實(shí)施和實(shí)施變遷之間關(guān)聯(lián)上一個(gè)隨機(jī)的延遲時(shí)間xt，并可給出相應(yīng)的分布函數(shù)Ft(x)=P{xt≤x}。假設(shè)延遲時(shí)間服從指數(shù)分布,?t∈T:Ft=1-e-λtx，其中：T={t1,t2,…,tn}，為變遷t的有窮集合，n為變遷個(gè)數(shù)；λt為變遷t的速率，表示單位時(shí)間內(nèi)變遷的發(fā)生次數(shù)。由于指數(shù)分布具有無(wú)記憶性質(zhì)，若GSPN是有界的，則GSPN的可達(dá)圖同構(gòu)于一個(gè)有限的MC[11]，該MC的狀態(tài)空間就是GSPN的可達(dá)標(biāo)識(shí)集。

廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)定義為以下6元組[12]：

GSPN={P,T,F,M0,λ}。

(1)

式中：P={p1,p2,…,pm}，為庫(kù)所的有窮集合，m為庫(kù)所個(gè)數(shù)；P∩T=?；F?P×T∪T×P，為變遷的有向弧集合；M0∶P→N0，為初始標(biāo)識(shí)，N0={1,2,…}，M(pi)表示M標(biāo)識(shí)下庫(kù)所pi的容量；λ=(λ1,λ2,…,λn),為變遷實(shí)施速率的集合，瞬時(shí)變遷實(shí)施延時(shí)為0，對(duì)應(yīng)該值為無(wú)窮大。

1.2 基于GSPN的業(yè)務(wù)流程性能分析

利用GSPN與MC的同構(gòu)特性，可以對(duì)業(yè)務(wù)流程的平均完成時(shí)間和平均生產(chǎn)率等性能指標(biāo)[13]進(jìn)行分析，筆者選取業(yè)務(wù)流程平均完成時(shí)間為目標(biāo)進(jìn)行分析，具體步驟如下：

1) 構(gòu)建與GSPN同構(gòu)的MC。在建立業(yè)務(wù)流程GSPN模型的基礎(chǔ)上，求解GSPN模型的可達(dá)圖，將其每條弧上標(biāo)注的變遷ti轉(zhuǎn)換為變遷實(shí)施速率λi，移去隱退標(biāo)識(shí)，得到對(duì)應(yīng)的隨機(jī)Petri網(wǎng)模型(Stochastic Petri Nets，SPN)，根據(jù)SPN與MC的關(guān)系，得到與之同構(gòu)的MC。其中，隱退標(biāo)識(shí)是指通過(guò)瞬時(shí)變遷與其他標(biāo)識(shí)連接的標(biāo)識(shí)。

(2)

業(yè)務(wù)流程平均完成時(shí)間

Tz=N/τ，

(3)

式中:N=1-x0，為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的標(biāo)識(shí)數(shù)；τ=λ1x0，為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)單位時(shí)間進(jìn)入系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)數(shù)。

2 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)分析

2.1 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)模式分析

業(yè)務(wù)模式[6]是業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對(duì)裝備保障業(yè)務(wù)流程優(yōu)化有著重要影響?，F(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)模式采用集權(quán)、多層次、經(jīng)驗(yàn)型的層級(jí)管理模式，為高、尖、細(xì)的金字塔結(jié)構(gòu)。在“軍種主建、戰(zhàn)區(qū)主戰(zhàn)”的大格局下，通過(guò)對(duì)裝備、人員、器材、彈藥、設(shè)施設(shè)備等的管理，完成日常管理、維修管理、調(diào)配供應(yīng)、訓(xùn)練管理和戰(zhàn)備管理等各項(xiàng)裝備保障業(yè)務(wù)，現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)模式結(jié)構(gòu)如圖1所示。其具有辦公體制等級(jí)化、工作任務(wù)專業(yè)化、工作程序系統(tǒng)化等特征，以及權(quán)力集中、統(tǒng)一決策、便于控制等優(yōu)點(diǎn)，但也存在管理幅度窄、層次繁雜、條塊分割、信息處理緩慢和裝備保障決策不確定性因素多等問(wèn)題。

2.2 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)流程GSPN模型構(gòu)建

器材申請(qǐng)發(fā)放業(yè)務(wù)涉及保障環(huán)節(jié)多、保障過(guò)程復(fù)雜，是裝備保障的一項(xiàng)典型業(yè)務(wù)。筆者以該流程為例進(jìn)行建模分析，其具體業(yè)務(wù)流程如下：使用(修理)分隊(duì)根據(jù)裝備保養(yǎng)、維修需求向裝備機(jī)關(guān)發(fā)出器材申請(qǐng)，裝備機(jī)關(guān)審核后，開(kāi)具出庫(kù)單并通知器材倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨，若本級(jí)無(wú)法滿足需求，則向上級(jí)機(jī)關(guān)提出臨時(shí)申請(qǐng)，由上級(jí)機(jī)關(guān)安排發(fā)貨。

根據(jù)業(yè)務(wù)流程描述建立對(duì)應(yīng)的Petri網(wǎng)模型，并將變遷實(shí)施速率與變遷關(guān)聯(lián)；此外，為保證模型是一個(gè)連續(xù)回路，能得到GSPN的穩(wěn)態(tài)解，需在最終庫(kù)所和初始庫(kù)所之間增加一個(gè)不需要發(fā)生時(shí)間的變遷，使之成為強(qiáng)連通的Petri網(wǎng)，器材申請(qǐng)發(fā)放業(yè)務(wù)流程GSPN模型如圖2所示。對(duì)本級(jí)缺貨的器材申請(qǐng)發(fā)放子流程t4進(jìn)行細(xì)化，建立子流程t4的GSPN模型，如圖3所示，模型中庫(kù)所和變遷的含義分別如表1、2所示。

庫(kù)所含義變遷含義p1保養(yǎng)、維修器材需求t1分隊(duì)向裝備機(jī)關(guān)發(fā)出器材申請(qǐng)p2機(jī)關(guān)收到器材申請(qǐng)t2機(jī)關(guān)查詢庫(kù)存,審批后開(kāi)具出庫(kù)單p3出庫(kù)單t3倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨p4缺貨t4向上級(jí)機(jī)關(guān)提出臨時(shí)申請(qǐng),上級(jí)機(jī)關(guān)安排發(fā)貨p5請(qǐng)領(lǐng)的器材t*瞬時(shí)變遷

表2 本級(jí)缺貨的器材申請(qǐng)發(fā)放子流程t4的GSPN模型 中庫(kù)所和變遷含義

2.3 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)流程GSPN模型分析

在Petri網(wǎng)的同步、并發(fā)、選擇和沖突[9]4種結(jié)構(gòu)關(guān)系中，同步和沖突關(guān)系對(duì)流程效率的影響較大?？衫藐P(guān)聯(lián)矩陣的重組算法[15]尋找業(yè)務(wù)流程模型的子網(wǎng)，得出子網(wǎng)間同步與沖突關(guān)系，并利用合并、刪除、縮小差距和保留等規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)分析圖2、3中的GSPN模型發(fā)現(xiàn)：在圖2中對(duì)于變遷t2,庫(kù)所p3、p4存在選擇關(guān)系；在圖3中對(duì)于變遷c2，庫(kù)所s2、s3存在選擇關(guān)系，對(duì)于庫(kù)所s4，變遷c5、c6存在沖突關(guān)系；其余皆為順序依賴關(guān)系。可結(jié)合基于系統(tǒng)集成的裝備保障業(yè)務(wù)模式對(duì)其進(jìn)行流程合并，以消除沖突。

3 系統(tǒng)集成條件下裝備保障業(yè)務(wù)流程優(yōu)化與效果分析

3.1 裝備保障業(yè)務(wù)模式分析

通過(guò)互聯(lián)、互通、互操作的裝備保障集成系統(tǒng)可改善當(dāng)前系統(tǒng)存在的條塊分割的現(xiàn)狀，將部門(mén)與部門(mén)、單位與單位之間的復(fù)雜聯(lián)系和管理系統(tǒng)及其所處環(huán)境等要素結(jié)合起來(lái)，把彼此相對(duì)獨(dú)立的“信息孤島”融為一個(gè)協(xié)同系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝備保障精細(xì)化管理。

集成系統(tǒng)通過(guò)打通上連總部機(jī)關(guān)，貫穿戰(zhàn)區(qū)、部隊(duì)裝備部門(mén)和各級(jí)保障力量，下延檢查站、修理間、器材倉(cāng)庫(kù)等保障場(chǎng)所的管理保障鏈路，為各類用戶按需及時(shí)主動(dòng)推送服務(wù)應(yīng)用和信息提示，將信息產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為信息能力，有利于實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障業(yè)務(wù)工作模式。系統(tǒng)集成條件下的裝備保障業(yè)務(wù)模式結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 裝備保障業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

對(duì)于選擇和沖突關(guān)系，可通過(guò)刪除不必要的變遷以及合并流程的方式進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化方法如下：集成系統(tǒng)生成器材訂單后，逐級(jí)自動(dòng)向上推送需求信息，并按權(quán)限逐級(jí)向上查詢周邊所屬單位的庫(kù)存情況。以發(fā)貨時(shí)間最短為目標(biāo)，生成訂單響應(yīng)建議并推送相應(yīng)機(jī)關(guān)和保障資源點(diǎn)，機(jī)關(guān)審批后，配送分隊(duì)或地方第三方物流送貨上門(mén)；對(duì)于器材工廠直達(dá)供應(yīng)的情況，機(jī)關(guān)審批后，通過(guò)軍民融合網(wǎng)絡(luò)接口，由器材訂購(gòu)系統(tǒng)向地方器材生產(chǎn)工廠下達(dá)器材訂單，器材生產(chǎn)工廠送貨上門(mén)。優(yōu)化后本級(jí)缺貨的器材申請(qǐng)發(fā)放子流程如圖5所示。

由于圖2中的變遷t2是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，可采用改“串行”為“并行”的方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化方法如下：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)積累的器材請(qǐng)領(lǐng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可根據(jù)“二八法則”將請(qǐng)領(lǐng)器材分為常用消耗器材和非常用消耗器材。對(duì)于常用器材的請(qǐng)領(lǐng)，可以刪除人工審核環(huán)節(jié)，系統(tǒng)收到器材申請(qǐng)后自動(dòng)審批，生成出庫(kù)單并通知倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨；對(duì)于非常用消耗器材，仍由機(jī)關(guān)人員進(jìn)行審批，以縮短業(yè)務(wù)流程完成時(shí)間。優(yōu)化后的器材申請(qǐng)發(fā)放流程如圖6所示。

根據(jù)優(yōu)化后的業(yè)務(wù)流程分別建立相應(yīng)的GSPN模型，如圖7、8所示，其中t2、t*、c*為瞬時(shí)變遷。2個(gè)模型中庫(kù)所和變遷的含義分別如表3、4所示。

庫(kù)所含義變遷含義p1保養(yǎng)、維修器材需求t1分隊(duì)通過(guò)集成系統(tǒng)發(fā)出器材申請(qǐng)p2常用消耗器材目錄t2出庫(kù)單自動(dòng)生成,通知倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨p3非常用消耗器材目錄t3系統(tǒng)推送機(jī)關(guān),機(jī)關(guān)審批后生成出庫(kù)單,通知倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨p4系統(tǒng)自動(dòng)生成的出庫(kù)單t4倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨p5人工審批的出庫(kù)單t5逐級(jí)自動(dòng)向上推送需求信息,上級(jí)安排發(fā)貨p6本級(jí)不能滿足的器材t*瞬時(shí)變遷p7請(qǐng)領(lǐng)的器材

表4 優(yōu)化后本級(jí)缺貨的器材申請(qǐng)發(fā)放子流程的 GSPN模型中庫(kù)所和變遷的含義

3.3 優(yōu)化效果分析

將圖8中細(xì)化的子流程t5的GSPN模型代入圖7，得到完整的優(yōu)化后器材申請(qǐng)發(fā)放GSPN模型，建立其可達(dá)圖，如圖9所示?？蛇_(dá)圖的標(biāo)識(shí)表如表5所示，其中：“1”表示庫(kù)所具有可達(dá)標(biāo)識(shí)；空白表示沒(méi)有可達(dá)標(biāo)識(shí)。

標(biāo)識(shí)庫(kù)所p1p2p3p4p5p6s1s2s3p7M01M111M211M3111M4111M511M6111M71111M81111M91111

由于c*為瞬時(shí)變遷，所以移去隱退標(biāo)識(shí)M1、M3、M5、M8和M9，得到與GSPN模型對(duì)應(yīng)的移去隱退標(biāo)識(shí)的SPN模型，如圖10所示。

由圖11可得變遷實(shí)施速率矩陣

(4)

根據(jù)式(2)構(gòu)造以下5個(gè)線性無(wú)關(guān)齊次方程：

(5)

4 結(jié)論

在分析現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建裝備保障業(yè)務(wù)流程GSPN模型，在系統(tǒng)集成條件下，對(duì)現(xiàn)行裝備保障業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了優(yōu)化。但是，筆者僅分析了業(yè)務(wù)流程的時(shí)間特性，在下一步的研究中，將綜合分析平均生產(chǎn)率等其他業(yè)務(wù)流程性能指標(biāo)。