系統(tǒng)集成條件下的裝備保障業(yè)務流程優(yōu)化

李文俊， 楊學強， 杜家興

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

裝備保障業(yè)務流程[1]是指為完成裝備保障任務、實現(xiàn)裝備保障目標所進行的一系列邏輯相關的跨越時間和空間的活動集合。當前裝備保障業(yè)務流程大多呈現(xiàn)“串行”“閉合”[2]的特點，存在信息傳遞慢、易失真，業(yè)務應用系統(tǒng)信息共享困難，審批、登記和人工干預環(huán)節(jié)多，耗時、費力等問題，嚴重制約了裝備保障能力的進一步提升。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作用得到更加全面地釋放。開展系統(tǒng)集成條件下裝備保障業(yè)務流程優(yōu)化，是裝備保障信息系統(tǒng)集成的關鍵工作之一，對實現(xiàn)基于信息驅動的裝備保障業(yè)務工作模式、提升裝備保障能力具有重要作用。

諸多學者對裝備保障業(yè)務流程優(yōu)化問題展開了積極的探索，如：劉鵬宇等[3]結合排隊論和分層賦時著色Petri網對裝備搶修業(yè)務流程進行了建模優(yōu)化，但該研究是在原有保障體制條件下做出的優(yōu)化，無法完全適應新的保障體制機制的需要；段剛等[4]基于信息系統(tǒng)對航材出庫業(yè)務流程進行了優(yōu)化，并通過對比優(yōu)化前后流程時間驗證了業(yè)務流程優(yōu)化的效果，但是當前裝備保障信息系統(tǒng)大多是依托平時單項業(yè)務的局部需要而縱向開發(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[5-9]作者針對器材供應和裝備維修業(yè)務流程優(yōu)化進行了探討，但是缺乏業(yè)務流程優(yōu)化的形式化建模，優(yōu)化效果不明顯。

廣義隨機Petri網(Generalized Stochastic Petri Nets，GSPN)作為一種形式化建模工具，能夠準確描述和分析業(yè)務流程的動態(tài)關系和性能。筆者基于互聯(lián)、互通、互操作的裝備保障集成系統(tǒng)，對新編制體制下的裝備保障業(yè)務流程進行優(yōu)化，采用GSPN對裝備保障業(yè)務流程進行形式化建模，并利用GSPN與馬爾可夫鏈(Markov Chain，MC)的同構特性，基于MC的穩(wěn)定狀態(tài)概率對優(yōu)化前后的業(yè)務流程時間特性進行對比分析，以驗證流程優(yōu)化效果。

1 基于GSPN的業(yè)務流程建模與分析

1.1 GSPN定義

Petri網[10]是一種運用一定符號描述模型的建模工具。GSPN是在Petri網的每一個可實施和實施變遷之間關聯(lián)上一個隨機的延遲時間xt，并可給出相應的分布函數(shù)Ft(x)=P{xt≤x}。假設延遲時間服從指數(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為變遷個數(shù)；λt為變遷t的速率，表示單位時間內變遷的發(fā)生次數(shù)。由于指數(shù)分布具有無記憶性質，若GSPN是有界的，則GSPN的可達圖同構于一個有限的MC[11]，該MC的狀態(tài)空間就是GSPN的可達標識集。

廣義隨機Petri網定義為以下6元組[12]：

GSPN={P,T,F,M0,λ}。

(1)

式中：P={p1,p2,…,pm}，為庫所的有窮集合，m為庫所個數(shù)；P∩T=?；F?P×T∪T×P，為變遷的有向弧集合；M0∶P→N0，為初始標識，N0={1,2,…}，M(pi)表示M標識下庫所pi的容量；λ=(λ1,λ2,…,λn),為變遷實施速率的集合，瞬時變遷實施延時為0，對應該值為無窮大。

1.2 基于GSPN的業(yè)務流程性能分析

利用GSPN與MC的同構特性，可以對業(yè)務流程的平均完成時間和平均生產率等性能指標[13]進行分析，筆者選取業(yè)務流程平均完成時間為目標進行分析，具體步驟如下：

1) 構建與GSPN同構的MC。在建立業(yè)務流程GSPN模型的基礎上，求解GSPN模型的可達圖，將其每條弧上標注的變遷ti轉換為變遷實施速率λi，移去隱退標識，得到對應的隨機Petri網模型(Stochastic Petri Nets，SPN)，根據(jù)SPN與MC的關系，得到與之同構的MC。其中，隱退標識是指通過瞬時變遷與其他標識連接的標識。

(2)

業(yè)務流程平均完成時間

Tz=N/τ，

(3)

式中:N=1-x0，為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時的標識數(shù)；τ=λ1x0，為系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時單位時間進入系統(tǒng)的標識數(shù)。

2 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務分析

2.1 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務模式分析

業(yè)務模式[6]是業(yè)務流程結構的基礎，對裝備保障業(yè)務流程優(yōu)化有著重要影響?，F(xiàn)行裝備保障業(yè)務模式采用集權、多層次、經驗型的層級管理模式，為高、尖、細的金字塔結構。在“軍種主建、戰(zhàn)區(qū)主戰(zhàn)”的大格局下，通過對裝備、人員、器材、彈藥、設施設備等的管理，完成日常管理、維修管理、調配供應、訓練管理和戰(zhàn)備管理等各項裝備保障業(yè)務，現(xiàn)行裝備保障業(yè)務模式結構如圖1所示。其具有辦公體制等級化、工作任務專業(yè)化、工作程序系統(tǒng)化等特征，以及權力集中、統(tǒng)一決策、便于控制等優(yōu)點，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題。

2.2 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務流程GSPN模型構建

器材申請發(fā)放業(yè)務涉及保障環(huán)節(jié)多、保障過程復雜，是裝備保障的一項典型業(yè)務。筆者以該流程為例進行建模分析，其具體業(yè)務流程如下：使用(修理)分隊根據(jù)裝備保養(yǎng)、維修需求向裝備機關發(fā)出器材申請，裝備機關審核后，開具出庫單并通知器材倉庫發(fā)貨，若本級無法滿足需求，則向上級機關提出臨時申請，由上級機關安排發(fā)貨。

根據(jù)業(yè)務流程描述建立對應的Petri網模型，并將變遷實施速率與變遷關聯(lián)；此外，為保證模型是一個連續(xù)回路，能得到GSPN的穩(wěn)態(tài)解，需在最終庫所和初始庫所之間增加一個不需要發(fā)生時間的變遷，使之成為強連通的Petri網，器材申請發(fā)放業(yè)務流程GSPN模型如圖2所示。對本級缺貨的器材申請發(fā)放子流程t4進行細化，建立子流程t4的GSPN模型，如圖3所示，模型中庫所和變遷的含義分別如表1、2所示。

庫所含義變遷含義p1保養(yǎng)、維修器材需求t1分隊向裝備機關發(fā)出器材申請p2機關收到器材申請t2機關查詢庫存,審批后開具出庫單p3出庫單t3倉庫發(fā)貨p4缺貨t4向上級機關提出臨時申請,上級機關安排發(fā)貨p5請領的器材t*瞬時變遷

表2 本級缺貨的器材申請發(fā)放子流程t4的GSPN模型 中庫所和變遷含義

2.3 現(xiàn)行裝備保障業(yè)務流程GSPN模型分析

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

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

3.1 裝備保障業(yè)務模式分析

通過互聯(lián)、互通、互操作的裝備保障集成系統(tǒng)可改善當前系統(tǒng)存在的條塊分割的現(xiàn)狀，將部門與部門、單位與單位之間的復雜聯(lián)系和管理系統(tǒng)及其所處環(huán)境等要素結合起來，把彼此相對獨立的“信息孤島”融為一個協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)裝備保障精細化管理。

集成系統(tǒng)通過打通上連總部機關，貫穿戰(zhàn)區(qū)、部隊裝備部門和各級保障力量，下延檢查站、修理間、器材倉庫等保障場所的管理保障鏈路，為各類用戶按需及時主動推送服務應用和信息提示，將信息產品轉化為信息能力，有利于實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅動的網絡化裝備保障業(yè)務工作模式。系統(tǒng)集成條件下的裝備保障業(yè)務模式結構如圖4所示。

3.2 裝備保障業(yè)務流程優(yōu)化

對于選擇和沖突關系，可通過刪除不必要的變遷以及合并流程的方式進行優(yōu)化，具體優(yōu)化方法如下：集成系統(tǒng)生成器材訂單后，逐級自動向上推送需求信息，并按權限逐級向上查詢周邊所屬單位的庫存情況。以發(fā)貨時間最短為目標，生成訂單響應建議并推送相應機關和保障資源點，機關審批后，配送分隊或地方第三方物流送貨上門；對于器材工廠直達供應的情況，機關審批后，通過軍民融合網絡接口，由器材訂購系統(tǒng)向地方器材生產工廠下達器材訂單，器材生產工廠送貨上門。優(yōu)化后本級缺貨的器材申請發(fā)放子流程如圖5所示。

由于圖2中的變遷t2是關鍵環(huán)節(jié)之一，可采用改“串行”為“并行”的方式對其進行優(yōu)化，具體優(yōu)化方法如下：通過對系統(tǒng)積累的器材請領歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可根據(jù)“二八法則”將請領器材分為常用消耗器材和非常用消耗器材。對于常用器材的請領，可以刪除人工審核環(huán)節(jié)，系統(tǒng)收到器材申請后自動審批，生成出庫單并通知倉庫發(fā)貨；對于非常用消耗器材，仍由機關人員進行審批，以縮短業(yè)務流程完成時間。優(yōu)化后的器材申請發(fā)放流程如圖6所示。

根據(jù)優(yōu)化后的業(yè)務流程分別建立相應的GSPN模型，如圖7、8所示，其中t2、t*、c*為瞬時變遷。2個模型中庫所和變遷的含義分別如表3、4所示。

庫所含義變遷含義p1保養(yǎng)、維修器材需求t1分隊通過集成系統(tǒng)發(fā)出器材申請p2常用消耗器材目錄t2出庫單自動生成,通知倉庫發(fā)貨p3非常用消耗器材目錄t3系統(tǒng)推送機關,機關審批后生成出庫單,通知倉庫發(fā)貨p4系統(tǒng)自動生成的出庫單t4倉庫發(fā)貨p5人工審批的出庫單t5逐級自動向上推送需求信息,上級安排發(fā)貨p6本級不能滿足的器材t*瞬時變遷p7請領的器材

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

3.3 優(yōu)化效果分析

將圖8中細化的子流程t5的GSPN模型代入圖7，得到完整的優(yōu)化后器材申請發(fā)放GSPN模型，建立其可達圖，如圖9所示?？蛇_圖的標識表如表5所示，其中：“1”表示庫所具有可達標識；空白表示沒有可達標識。

標識庫所p1p2p3p4p5p6s1s2s3p7M01M111M211M3111M4111M511M6111M71111M81111M91111

由于c*為瞬時變遷，所以移去隱退標識M1、M3、M5、M8和M9，得到與GSPN模型對應的移去隱退標識的SPN模型，如圖10所示。

由圖11可得變遷實施速率矩陣

(4)

根據(jù)式(2)構造以下5個線性無關齊次方程：

(5)

4 結論

在分析現(xiàn)行裝備保障業(yè)務的基礎上，通過構建裝備保障業(yè)務流程GSPN模型，在系統(tǒng)集成條件下，對現(xiàn)行裝備保障業(yè)務流程進行了優(yōu)化。但是，筆者僅分析了業(yè)務流程的時間特性，在下一步的研究中，將綜合分析平均生產率等其他業(yè)務流程性能指標。