關(guān)高峰,石華倩
(長江大學(xué) 管理學(xué)院,湖北 荊州 434023)
數(shù)字出版日期: 2017-09-26
在人道主義救援過程中,相關(guān)救援活動呈現(xiàn)多階段、多主體等復(fù)雜特性,救援供應(yīng)鏈中的不同業(yè)務(wù)需要不斷重組與改進,業(yè)務(wù)流程的協(xié)同可以突破救援供應(yīng)鏈中各組織的邊界,故以人道主義救援物資需求為關(guān)鍵,進行救援供應(yīng)鏈的流程再造顯得尤為重要。人道主義救援協(xié)同的復(fù)雜性以及救援處置時間和資源消耗的不確定性,使得人道主義救援流程協(xié)同缺乏形式化的建模和分析方法,因此,如何對救援業(yè)務(wù)流程進行協(xié)同分析是提高災(zāi)后救援效率的關(guān)鍵之一。正是由于人道主義救援面臨的以上挑戰(zhàn)及救援實踐中失敗的教訓(xùn),人道主義救援供應(yīng)鏈協(xié)同日益引起學(xué)術(shù)界及實踐工作者的關(guān)注。目前,商業(yè)供應(yīng)鏈研究已經(jīng)較為成熟,但是,人道主義物流與供應(yīng)鏈的知識系統(tǒng)至少落后了15年[1],不僅如此,隨著全球經(jīng)濟、社會及自然環(huán)境的日益復(fù)雜化,經(jīng)濟和社會壓力將以不同的突發(fā)事件形式顯現(xiàn)。Thomas[2]指出,災(zāi)難數(shù)量將會比過去大大增加。國內(nèi)針對應(yīng)急協(xié)同或應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)進行分析和研究的文獻較多,可以歸納為以下2方面:
1)應(yīng)用Petri網(wǎng)建模方法,構(gòu)建突發(fā)事件應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)。馬鋒、邱菀華等[3]基于信息不完全情形,建立了應(yīng)急物資轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的隨機Petri網(wǎng);曾慶田、魯法明等[4]構(gòu)建基于Petri網(wǎng)的跨組織應(yīng)急聯(lián)動處置系統(tǒng);孫欽瑩、李向陽[5]利用隨機Petri網(wǎng)構(gòu)建跨組織應(yīng)急協(xié)同流程,根據(jù)確定可能出現(xiàn)的狀態(tài)集,同構(gòu)其相應(yīng)的馬爾科夫鏈,并提出相應(yīng)對策;路永華[6]利用Petri網(wǎng)重組了電網(wǎng)物資供應(yīng)鏈流程;趙冬霞[7]對基于面向?qū)ο髸r間Petri網(wǎng)的物流配送業(yè)務(wù)流程進行了優(yōu)化;葉姿琴[8]基于Petri網(wǎng)優(yōu)化港口供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程;黃衛(wèi)東、童喆等[9]提出一種基于著色Petri網(wǎng)的情景演化應(yīng)急預(yù)案流程建模方法,將著色Petri 網(wǎng)引入應(yīng)急預(yù)案的流程建模之中,設(shè)計情景演化下應(yīng)急處置流程的CPN模型;張瑞云、張璇等[10]研究基于Petri網(wǎng)的業(yè)務(wù)流程改進方法。
2)利用Petri網(wǎng)對應(yīng)急響應(yīng)、協(xié)同流程進行仿真分析。竇桂琴[11]在分析應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上,引入著色Petri 網(wǎng),并利用支持Petri 網(wǎng)建模與仿真的成熟工具CPNTools,實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)流程的建模與仿真;王循慶[12]利用隨機Petri網(wǎng)離散事件動態(tài)表達和并行計算方法,構(gòu)建震后次生災(zāi)害預(yù)測隨機Petri網(wǎng)模型,根據(jù)隨機Petri網(wǎng)與馬爾科夫鏈的同構(gòu)關(guān)系,基于馬爾科夫鏈標識轉(zhuǎn)移概率對震后次生災(zāi)害演化進行預(yù)測;李勇建[13]根據(jù)隨機Petri網(wǎng)與馬爾科夫鏈的同構(gòu)關(guān)系,構(gòu)建震后瘟疫事件演化系統(tǒng)隨機Petri 網(wǎng)模型,最后,通過馬爾科夫鏈及相關(guān)數(shù)學(xué)方法對震后瘟疫事件演化系統(tǒng)進行了評估;陳蓉[14]仿真極端洪災(zāi)應(yīng)急管理流程;鄧燁[15]、張巍[16]分別對軍事應(yīng)急物流行動流程、虛擬應(yīng)急物流進行了協(xié)同預(yù)案編制。
綜合上述已有研究,基于Petri網(wǎng)的流程協(xié)同及建模大都停留在對理論流程的描述及合理性、有效性等基本的Petri網(wǎng)分析,而針對人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同建模及性能分析在國內(nèi)較少涉及。因此,本文引入隨機Petri網(wǎng),建立人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程模型,反映救援流程的隨機性和動態(tài)性,利用同構(gòu)的馬爾可夫鏈計算可達標識的穩(wěn)態(tài)概率、系統(tǒng)運作的時間性能和關(guān)鍵活動的運作效率,為進一步優(yōu)化救援流程提供參考。
人道主義救援供應(yīng)鏈的運營效率很大程度上取決于救援過程中的物流、人流、信息流及其他資源的流轉(zhuǎn)和處理速度。救援流程協(xié)同建模及效應(yīng)分析應(yīng)遵循可簡化、可定量的原則。應(yīng)用隨機Petri網(wǎng),能夠反映出救援業(yè)務(wù)流程中各業(yè)務(wù)的邏輯順序,資源、信息的存在狀態(tài),且能夠反映在各種狀態(tài)時救援系統(tǒng)的性能。隨機網(wǎng)應(yīng)用于救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程建模的可行性主要體現(xiàn)在以下2方面。
基本的Petri網(wǎng)系統(tǒng)可用四元組來表示, “庫所”P、“變遷”T、“有向弧”F、“標識”M和“托肯”Token等組成有向圖,SPN= (P,T,F(xiàn),M) ,圖1為最基本的Petri網(wǎng)例子。
圖1 基本Petri網(wǎng)模型示意Fig.1 Schematic diagram of the basic Petri net model
“庫所”一般描述系統(tǒng)的局部狀態(tài),如:資源(與系統(tǒng)狀態(tài)變化有關(guān)的因素);“變遷”是指修改狀態(tài)的時間、動作,如:資源的存取、信息的處理與發(fā)送;“托肯”表示“庫所”中所擁有資源的數(shù)量;“有向弧”表示局部狀態(tài)與事件之間的關(guān)系。
對Petri網(wǎng)中相關(guān)變遷賦予相應(yīng)的速率,Petri網(wǎng)就成為隨機Petri網(wǎng)(SPN),SPN中庫所狀態(tài)的變遷需要一定的時延,每個變遷用時延系數(shù)t表示,t一般為變遷隨機變量,服從指數(shù)分布。在SPN模型中,通過可達標識集,可以通過同構(gòu)馬爾科夫鏈來反映每個標識的狀態(tài)。
人道主義救援供應(yīng)鏈各業(yè)務(wù)流程時間的緊迫性,要求業(yè)務(wù)流程中的時延系數(shù)相對較短,同時,SPN中庫所的變遷及可達標識集恰好能夠反映出人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程中各環(huán)節(jié)所耗費時間以及每個庫所是否處于繁忙的狀態(tài)。因此,人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流,可借鑒SPN理論對其進行時間性能分析,并反映出協(xié)同業(yè)務(wù)流程運行效率。
基于上述分析,本文研究主要思路如下:
1)以救援供應(yīng)鏈響應(yīng)階段業(yè)務(wù)流程為研究背景,應(yīng)用協(xié)同理論建立人道主義救援供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程。
2)根據(jù)救援供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程,應(yīng)用Petri網(wǎng)理論建立供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同的SPN模型。
3)使用Matlab軟件對所建立的隨機Petri網(wǎng)進行仿真,通過同構(gòu)馬爾科夫鏈對各業(yè)務(wù)流程時間性能指標進行分析,用人道主義救援供應(yīng)鏈系統(tǒng)平均延遲時間來表示協(xié)同效應(yīng),從而提高救援效率。
人道主義救援需要在最短的時間內(nèi),將災(zāi)區(qū)所需救援物資通過人道組織各級倉庫及配送中心送達災(zāi)區(qū),同時將受傷災(zāi)民從災(zāi)區(qū)運出,最大限度搶救生命,減輕災(zāi)民痛苦。與人道主義救援階段相對應(yīng),人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流流程主要分為:災(zāi)前的救援準備、減除和災(zāi)后的人道救援響應(yīng)及恢復(fù)重建等業(yè)務(wù)流程。在災(zāi)后響應(yīng)階段中,救援物資從捐贈或緊急采購開始,經(jīng)過人道主義物流,在政府統(tǒng)一指揮,軍隊、專業(yè)救援人員等援助下到達救助對象。在此過程中,救援物資的協(xié)同供應(yīng)及災(zāi)區(qū)最后一公里的協(xié)同配送,構(gòu)成了災(zāi)后響應(yīng)階段的主要業(yè)務(wù)流程。
圖3 救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同框架Fig.3 Collaborative framework of supply chain business process
在傳統(tǒng)人道主義救援過程中,救援物資捐贈者及供應(yīng)商對非政府組織(NGO)的物資供應(yīng)往往是獨立運作,同時,NGO在救援物資配送過程中,也是各自為戰(zhàn)。因此,人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程的協(xié)同也無從談起,傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。
圖2 救援供應(yīng)鏈傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程Fig.2 Traditional business processes in the relief supply chain
人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同,本質(zhì)上就是救援供應(yīng)鏈中的救援集成體(人道組織+救援服務(wù)供應(yīng)商)為受災(zāi)民眾提供救援服務(wù)過程中,各個救援環(huán)節(jié)按照一定時序,將救援物資從接收捐贈或緊急采購開始,直至送達受災(zāi)民眾的一系列結(jié)構(gòu)化的活動集合。人道主義救援供應(yīng)鏈流程協(xié)同所要達到的目的是供應(yīng)鏈主體間業(yè)務(wù)流程的整合,從而實現(xiàn)人道主義救援供應(yīng)鏈服務(wù)的集成和協(xié)同。人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同框架如圖3所示。
由于人道主義救援的復(fù)雜性,本文主要從人道主義救援供應(yīng)鏈的縱向節(jié)點間進行業(yè)務(wù)流程的協(xié)同。救援物資如何協(xié)同供應(yīng)到NGO區(qū)域倉庫或當(dāng)?shù)嘏渌椭行?,以及區(qū)域倉庫、當(dāng)?shù)嘏渌椭行暮途仍镔Y集散地三者之間如何合理進行救援物資的配送等將是救援業(yè)務(wù)流程協(xié)同著重解決的問題。與商業(yè)供應(yīng)鏈所追求的企業(yè)利益最大化不同,人道主義救援供應(yīng)鏈強調(diào)救援時間的最短化。在人道主義救援供應(yīng)鏈系統(tǒng)中,救援物資從捐贈者或供應(yīng)商供應(yīng)開始,到達避難所或受災(zāi)地區(qū)民眾,在此過程中,各環(huán)節(jié)都需要消耗時間,這將直接影響到救援的響應(yīng)速度。救援時間消耗多的部分原因是由于救援主體間業(yè)務(wù)流程銜接協(xié)同不到位而造成的。因此,救援業(yè)務(wù)流程的協(xié)同能夠有效解決救援效率低的問題。
人道主義救援供應(yīng)鏈系統(tǒng)是典型的動態(tài)離散系統(tǒng),借助隨機Petri網(wǎng)中“托肯”的發(fā)射可以實現(xiàn)對其動態(tài)性的描述,從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)狀態(tài)的變化。在人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同SPN模型構(gòu)建過程中,最先需要解決“庫所”和“變遷”這2個重要的元素。
按照人道主義救援供應(yīng)鏈從捐贈者開始,到受災(zāi)點結(jié)束的上下游原則,將物資接收、人道組織物資集散庫、配送中心確定為SPN模型中的庫所。與此同時,依據(jù)庫所和庫所間的活動及銜接情況來確定它們之間的變遷。然后,根據(jù)確定的“庫所”和“變遷”,根據(jù)圖3繪制出簡化的供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同SPN模型圖,模型不考慮當(dāng)?shù)豊GO接收的捐贈。在SPN模型中,“庫所”用圓形表示,“變遷”用方框表示,“庫所”和“變遷”之間的邏輯關(guān)系用有向弧表示。在此設(shè)該系統(tǒng)有m個捐贈者或物資供應(yīng)商,i=(1,2,3,…,m);n個NGO倉庫(配送中心),j=(1,2,3,…,n)。SPN模型如圖4所示:
圖5 同構(gòu)的馬爾科夫鏈Fig.5 Isomorphic Markov chain
圖4 供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同Petri網(wǎng)Fig.4 Petri net of supply chain business process collaboration
圖4中,各個庫所和變遷的含義如表1所示:
表1 SPN模型圖中變遷、庫所含義
根據(jù)SPN模型,可以得到與其對應(yīng)的馬爾科夫鏈示意圖,在同構(gòu)馬爾科夫鏈時按照以下步驟進行:根據(jù)隨機Petri網(wǎng)模型圖,求出SPN的可達圖;將可達圖上每條弧上標注的實施變遷t,換成其平均實施速率,構(gòu)成同構(gòu)的馬爾科夫鏈,如圖5所示。
根據(jù)馬爾科夫鏈示意圖,系統(tǒng)的初始標識為庫所p1,p4,p5中各有1個托肯,其他庫所沒有托肯,則初始狀態(tài)M=(1,0,0,1,1,0),可以得出系統(tǒng)的可達標識集,如表2所示。
表2 可達標識集
根據(jù)馬爾科夫過程的穩(wěn)定概率求解供應(yīng)鏈物流系統(tǒng)的性能參數(shù),最后以供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)的平均延遲時間,來表明救援供應(yīng)鏈協(xié)同效應(yīng)對救援時間的控制作用。
通過對同構(gòu)的馬爾科夫鏈相關(guān)數(shù)值進行分析,可以得到人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同系統(tǒng)中各個節(jié)點所耗費的時間。
假設(shè)與人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同系統(tǒng)隨機Petri網(wǎng)同構(gòu)的馬爾科夫鏈中,可達集[M0]有n個元素,馬爾科夫鏈有n個狀態(tài),則存在1個n×n階轉(zhuǎn)移矩陣Q=[qij], 1
qij=
其中,轉(zhuǎn)移矩陣對角線上元素qij的值,與狀態(tài)Mi上相連的所有連接線上的標注值之和為零。人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為:
Q=
設(shè):馬爾科夫鏈中n個狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)概率是1個行向量X=(x1,x2,x3, …,xn),則根據(jù)馬爾科夫過程,有如下線性方程組:
(1)
根據(jù)供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣,從而得到超定線性方式組:
(2)
由于超定線性方程組并不存在唯一解,而是存在多個解,應(yīng)用左除法求得的解是最可靠的,利用Matlab軟件對上述方程組進行編程仿真求解。此方程組的解,即為馬爾科夫鏈各個狀態(tài)的穩(wěn)定概率:
P[Mi]=xi
(3)
根據(jù)以上求出的各個狀態(tài)的穩(wěn)定概率,可以得到各個庫所忙的概率如下:
P[MP1=1]=0.035 7
P[MP2=1]=0.036 0
P[MP3=1]=0.054 0
P[MP4=1]=0.051 7
P[MP5=1]=0.628 2
P[MP6=1]=0.785 2
人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同系統(tǒng)的響應(yīng)速度是救援系統(tǒng)響應(yīng)重要的性能之一,其救援活動平均執(zhí)行時間是指在穩(wěn)定狀態(tài)下完成某一特定的救援活動所需要的時間,包括:接收捐贈或緊急訂購救援物資、捐贈者運輸物資到NGO區(qū)域倉庫、NGO運輸救援物資到配送中心、配送中心配送救援物資到受災(zāi)點以及提交災(zāi)區(qū)救援物資需求信息等各個環(huán)節(jié)所花費的時間。
根據(jù)Little公式和平衡原理,系統(tǒng)的流入、流出速率應(yīng)該平衡(相等),可以得出人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同系統(tǒng)的平均延遲時間:
(4)
1個庫所集Sj?S的平均托肯數(shù)是Sj中每1個庫所si∈SJ的平均托肯數(shù)之和,記為:
庫所中的平均托肯數(shù)是一個非常重要的性能指標,在供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)中,可以把它看作是1個節(jié)點救援業(yè)務(wù)流程活動的隊列長度,進而可以分析其時間指標。
Petri網(wǎng)模型中每個庫所忙的概率,也就是每個庫所中所包含的托肯數(shù)量的概率,主要反映供應(yīng)鏈各個業(yè)務(wù)流程所需時間占供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程總時間的比重,表明各個業(yè)務(wù)流程的運作效率,有助于對供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)進一步優(yōu)化,從而加強救援時間的控制。對?s∈S,?i∈N,令P[M(s)=i]表示庫所包含i個托肯的概率,則可以從穩(wěn)定概率求得庫所S繁忙的概率:
P[M(s)=i]=ΣP[Mj]
(5)
變遷的托肯速率R(t,s):?t∈T的標記速率是指單位時間內(nèi)流入t的后置位置s的平均托肯數(shù)。
R(t,s)=W(t,s)×U(t)×λ
(6)
根據(jù)式(6)可以求出人道主義救援供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)的平均托肯數(shù):
P[MP4=1]+P[MP5=1]+P[MP6=1]=2.028 1
流入人道主義救援供應(yīng)鏈系統(tǒng)的標記流速為:
人道主義救援供應(yīng)鏈描述的是:如何將救援物資快速高效地送達NGO區(qū)域倉庫以及NGO將救援物資快速送達受災(zāi)民眾的業(yè)務(wù)流程,其運行效率反映了救援物資供應(yīng)的流程協(xié)同速度,同時也包括人道主義救援供應(yīng)鏈成員之間的緊密聯(lián)系,運作效率是人道主義救援成敗的關(guān)鍵,也是評價救援供應(yīng)鏈績效的關(guān)鍵指標之一。
采用Petri網(wǎng)建立的人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程模型中,如果庫所中有托肯數(shù),那么人道主義供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程中的相應(yīng)環(huán)節(jié)就處于忙碌狀態(tài),反之,則是閑置狀態(tài)。供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程中庫所中的托肯數(shù)越多,則越忙碌,本文通過協(xié)同的人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程中的運作效率,分析救援物資供應(yīng)效率和救援物資配送效率。分別用R1和R2表示。
R1= {M1,M2,M3,M4,M5}
R2= {M22}
從而可以計算出人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程中R1和R2環(huán)節(jié)的運作效率:
P(R1)=P(M1+M2+M3+M4+M5)=0.180 5
P(R2)=P(M22)=0.213 2
從以上計算結(jié)果可以得出,該鏈條的執(zhí)行時間平均較短,只有1.246 1個單位時間,說明救援供應(yīng)鏈中,NGO在救援物資協(xié)同供應(yīng)時的運營效率較高,相對獨立個體的救援物資供應(yīng),NGO區(qū)域倉庫的協(xié)同對救援物資供應(yīng)效率也比較高,為0.180 5,這也說明協(xié)同物資供應(yīng)提高了人道主義救援供應(yīng)鏈的運行效率。但是,業(yè)務(wù)流程中配送占比較高,為0.213 2,說明在提供人道主義救援物資配送時,該鏈條平均執(zhí)行時間較長。由分析可得,在進行救援服務(wù)時,該環(huán)節(jié)有必要進行精簡和創(chuàng)新,這也正反映了人道主義救援最后一公里的協(xié)同配送問題。因此,盡管所建立的人道主義救援供應(yīng)鏈協(xié)同業(yè)務(wù)流程縮短了平均執(zhí)行時間,但是協(xié)同配送仍存在一定問題。在以后運作過程中,需要梳理該環(huán)節(jié)的運行流程,以提高配送效率,從而達到供應(yīng)鏈整體運營效率的提高。
1)提出人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同框架,構(gòu)建供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同SPN模型。
2)同構(gòu)了基于隨機Petri網(wǎng)的馬爾科夫鏈,救援系統(tǒng)平均執(zhí)行時間就是供應(yīng)鏈的平均執(zhí)行時間,仿真結(jié)果表明協(xié)同救援時間性能得以提升,供應(yīng)鏈執(zhí)行時間較短,僅有1.246 1單位時間。
3)協(xié)同救援供應(yīng)鏈運營效率得以提高,救援物資供應(yīng)效率與配送效率分別為0.180 5和0.213 2,相對供應(yīng)效率,配送效率稍低,協(xié)同配送業(yè)務(wù)流程仍需要進一步優(yōu)化。
4)通過人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程協(xié)同,各節(jié)點所耗費的總時間減少,供應(yīng)鏈運行效率提高。同時,根據(jù)模型分析可以找出影響整個救援系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素,從而進一步優(yōu)化人道主義救援供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)流程。
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