基于Petri網(wǎng)的鐵路貨物快運(yùn)流程優(yōu)化

凌敏　陶韜　李昌浚等

摘 要：針對鐵路貨物快運(yùn)組織流程，文章為分析其中可能存在的不合理環(huán)節(jié)并進(jìn)行優(yōu)化，以京津冀貨物快運(yùn)列車為例，建立Petri網(wǎng)模型，通過建立關(guān)聯(lián)矩陣，尋找流程中“沖突”和“同步”關(guān)系并進(jìn)行優(yōu)化，最后從理論上分析構(gòu)建的模型對流程起到的優(yōu)化效果；提出貨物快運(yùn)流程優(yōu)化補(bǔ)充建議：構(gòu)建接取送達(dá)網(wǎng)絡(luò)，完善信息管理平臺，拓寬繳費(fèi)渠道，提前發(fā)出領(lǐng)貨通知。

關(guān)鍵詞：鐵路；貨物快運(yùn)；Petri網(wǎng)；流程優(yōu)化

中圖分類號：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0124-02

1 貨物快運(yùn)概述

鐵路貨運(yùn)組織改革實(shí)施以來，各鐵路局先后開行貨物快運(yùn)列車，改變了鐵路只辦理大宗和整車貨物運(yùn)輸?shù)姆绞剑ㄩ_受理零擔(dān)貨運(yùn)業(yè)務(wù)，提供全程物流服務(wù)，滿足沿線中小企業(yè)靈活分散的運(yùn)輸需求，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、運(yùn)行效率高、運(yùn)到期限短、運(yùn)行費(fèi)用低、安全保障高、受天氣影響小等特點(diǎn)。其中，主要改革環(huán)節(jié)包括敞開收貨，需求一次提報(bào)，提供12306網(wǎng)站自助辦理等多種受理渠道等。

2 貨物快運(yùn)流程分析與優(yōu)化

本文以京津冀地區(qū)貨物快運(yùn)列車貨運(yùn)組織流程為例，采用Petri網(wǎng)建模的方法分析流程中存在的問題，并對其進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 構(gòu)建貨物快運(yùn)的petri網(wǎng)模型

對京津冀貨物快運(yùn)列車組織流程建立Petri網(wǎng)模型，如圖1所示，模型中各庫所和變遷所代表的含義，見表1。

Petri網(wǎng)中：

庫所（P）為業(yè)務(wù)流程的資源狀態(tài)或者條件；

變遷（T）為活動的執(zhí)行；

托肯為資源數(shù)量。

2.2 對構(gòu)建的Petri網(wǎng)模型進(jìn)行特性分析

為了確保流程優(yōu)化的有效性需要驗(yàn)證模型的正確性，對Petri網(wǎng)的動態(tài)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行分析。通過求Petri網(wǎng)的S-不變量和T-不變量，判定Petri網(wǎng)的有界性、守恒性、可達(dá)性和活性。

PetriΣ=（S，T；F，M）的結(jié)構(gòu)可用一個(gè)n行m列的矩陣A=[aij]n×m來表示，首先構(gòu)建只包含aij+的矩陣A+和只包含·的矩陣A-，然后計(jì)算A+-A-，得到主圖Petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣A。

我們稱滿足AX=0的m維非負(fù)整數(shù)向量X為Petri網(wǎng)的一個(gè)S-不變向量，表示一個(gè)網(wǎng)中資源的流動范圍，即托肯的數(shù)量范圍；稱滿足ATX=0的n維非負(fù)整數(shù)向量Y為Petri網(wǎng)的一個(gè)T-不變向量，表示Petri網(wǎng)中有循環(huán)結(jié)構(gòu)。

通過MATLAB求解，存在一個(gè)正實(shí)數(shù)向量X，使AX≤0，證明此Petri網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上是有界的；存在一個(gè)正實(shí)數(shù)向量X，使AX=0，證明此Petri網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上是守恒的；每一個(gè)庫所都被一個(gè)S-不變量覆蓋，說明此業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)中的每一個(gè)庫所與變遷經(jīng)過一定的變化后均可到達(dá)，說明此Petri網(wǎng)模型是可達(dá)的、活的。

2.3 優(yōu)化Petri網(wǎng)模型

Petri網(wǎng)中存在同步、并發(fā)、選擇和沖突四種結(jié)構(gòu)關(guān)系：同步指兩個(gè)或兩個(gè)以上庫所都獲得條件（或資源）時(shí)，才能觸發(fā)某變遷；并發(fā)指某個(gè)變遷觸發(fā)時(shí)，可以使多個(gè)庫所獲得條件（或資源）；沖突指兩個(gè)或兩個(gè)以上變遷需要某庫所的條件（或資源），而該庫所只能滿足一個(gè)變遷的觸發(fā)；選擇指兩個(gè)或兩個(gè)以上變遷的輸出端某庫所，而任一個(gè)變遷的觸發(fā)都可以使該庫所獲得條件（或資源）。

四種關(guān)系中，“選擇”和“并發(fā)”關(guān)系不影響網(wǎng)與網(wǎng)之間的相互關(guān)系，因而不影響整個(gè)流程效率；而“沖突”和“同步”關(guān)系則表現(xiàn)出系統(tǒng)的耦合現(xiàn)象，代表網(wǎng)與網(wǎng)間并行結(jié)構(gòu)的相互影響和制約，影響流程效率。

運(yùn)用關(guān)系矩陣重組優(yōu)化算法，找出Petri網(wǎng)模型中的沖突表與同步表，子網(wǎng)1（T2、T3、T5）和子網(wǎng)2（T2、T4、T5）存在沖突，子網(wǎng)3（T5、T6、T8）和子網(wǎng)4（T5、T7、T8）存在同步，子網(wǎng)5（T12、T13、T15）和子網(wǎng)6（T12、T14、T15）存在同步。

根據(jù)關(guān)系矩陣的重組優(yōu)化規(guī)則，建立優(yōu)化后的Petri網(wǎng)模型，如圖2所示。

3 模型優(yōu)化效果驗(yàn)證

由于相關(guān)文獻(xiàn)資料有限，在實(shí)踐驗(yàn)證上缺少必要的數(shù)據(jù)比對，本文僅對此理論模型在一定的假設(shè)前提下進(jìn)行比較分析：

①從資源占用角度來看，優(yōu)化前庫所17個(gè)，變遷15個(gè)；優(yōu)化后庫所14個(gè)，變遷12個(gè)。優(yōu)化后庫所和變遷數(shù)目減少，表示完成同樣的業(yè)務(wù)占用的資源減少，時(shí)間縮短，成本降低，有利于提高貨物快運(yùn)的效益；

②通過對優(yōu)化后的Petri網(wǎng)模型建立關(guān)聯(lián)矩陣，尋找“沖突”和“同步”關(guān)系，可發(fā)現(xiàn)“沖突”關(guān)系消失，只有一個(gè)“同步”關(guān)系，說明此模型優(yōu)化行之有效。

4 貨物快運(yùn)流程優(yōu)化建議

4.1 構(gòu)建接取送達(dá)網(wǎng)絡(luò)

通過構(gòu)建覆蓋全國貨源吸引區(qū)的接取送達(dá)網(wǎng)絡(luò)，合理調(diào)度取送汽車，提高取送能力，從而降低兩端物流環(huán)節(jié)的成本，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的全稱物流服務(wù)，真正做到方便客戶。

此外，加強(qiáng)物流服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備建設(shè)，整合運(yùn)用社會資源，通過合資、合作或委托辦理等方式，聯(lián)合物流企業(yè)，為客戶提供相關(guān)延伸服務(wù)，促進(jìn)鐵路向現(xiàn)代物流發(fā)展。

4.2 完善信息管理平臺

貨運(yùn)信息是鐵路快運(yùn)內(nèi)容、形式、過程和發(fā)展變化的反應(yīng)，與運(yùn)輸、裝卸、倉儲等各個(gè)環(huán)節(jié)都有密切聯(lián)系，在運(yùn)輸活動過程中起到神經(jīng)系統(tǒng)的作用。加強(qiáng)取貨人員、客戶、車站調(diào)度三方的信息交流，使門到站做到無縫對接；貨物信息及時(shí)上傳更新，方便客戶實(shí)時(shí)跟蹤貨物在途動態(tài)；完善管理機(jī)制，加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)，提高客戶服務(wù)的信息化水平。

4.3 拓寬繳費(fèi)渠道

目前的繳費(fèi)方式，客戶需在銀行與發(fā)運(yùn)站間往返數(shù)次，運(yùn)費(fèi)繳納過程繁瑣且耗時(shí)，且容易因運(yùn)費(fèi)數(shù)額巨大而產(chǎn)生滯納金。為了方便客戶繳費(fèi)，提高鐵路部門的收費(fèi)效率，應(yīng)拓寬繳費(fèi)渠道，開通網(wǎng)上繳費(fèi)，客戶發(fā)貨后由銀行將貨款劃撥入鐵路賬戶。依托電子商務(wù)平臺，為客戶提供運(yùn)費(fèi)試算與網(wǎng)上支付服務(wù)，可真正實(shí)現(xiàn)“一口價(jià)”，提高運(yùn)費(fèi)繳納的準(zhǔn)確性、時(shí)效性，進(jìn)一步提高效率。

4.4 提前發(fā)出領(lǐng)貨通知

鐵路貨物快運(yùn)的優(yōu)勢在于速度和時(shí)效性，采取并行作業(yè)方式可提高流程效率。向客戶提供列車到達(dá)的預(yù)確報(bào)，提前發(fā)出領(lǐng)貨通知，方便客戶提前做好收貨及搬運(yùn)的準(zhǔn)備，可減少鐵路貨場貨物積存，也是貨物時(shí)效性的保障，有利于提高到站辦理交付作業(yè)的效率。

5 結(jié) 語

本文以Petri網(wǎng)理論為基礎(chǔ)，以京津冀貨物快運(yùn)為例，建立模型定性分析鐵路快運(yùn)貨物流程中的不合理環(huán)節(jié)并加以優(yōu)化。此外，提出了構(gòu)建接取送達(dá)網(wǎng)絡(luò)，完善信息管理平臺，拓寬繳費(fèi)渠道，提前發(fā)出領(lǐng)貨通知等建議，旨在提升鐵路貨物快運(yùn)組織的效率和服務(wù)質(zhì)量，為打造優(yōu)質(zhì)的鐵路貨物快運(yùn)品牌奠定基礎(chǔ)。

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