基于Petri網(wǎng)的危險品出入庫流程建模優(yōu)化

蔡婷婷， 劉祥偉

( 安徽理工大學 經(jīng)濟與管理學院， 安徽 淮南 232001 )

0 引言

隨著我國化工業(yè)的不斷發(fā)展，我國目前已經(jīng)成為危險品生產(chǎn)及應用大國，但對于危險品的管理方面還存在諸多問題，給社會帶來了安全隱患.如天津港“8·12”特大火災爆炸事故不僅造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，還對周邊環(huán)境造成了污染,而產(chǎn)生事故的直接原因就是倉儲公司違規(guī)儲存危險貨物，導致危險品爆炸和燃燒[1].因此，加強危險品的倉儲管理對保證社會安全具有重大意義.危險品出入庫環(huán)節(jié)是危險品倉儲管理的關鍵環(huán)節(jié)之一，若在這一環(huán)節(jié)中未按規(guī)定操作，不僅影響危險品出入庫的效率，而且還會引起安全問題，因此研究危險品出入庫流程具有重要意義.目前，研究業(yè)務流程的方法通常采用流程圖建模法、角色行為圖法、IDEF法、Petri網(wǎng)法、ARIS法等，其中Petri網(wǎng)因其具有強大的圖形表達能力和嚴謹?shù)臄?shù)學分析能力被廣泛使用.例如：文獻[2]運用Petri網(wǎng)構(gòu)建了門診流程優(yōu)化模型，并通過門診實例驗證了優(yōu)化模型的有效性；文獻[3]針對制造行業(yè)的產(chǎn)品個性化定制需求，提出了一種將面向目標的需求和Petri網(wǎng)結(jié)合起來的方法，并通過實例說明了該方法；文獻[4]針對患者就醫(yī)時重復抽血化驗的問題，提出了一種基于Petri網(wǎng)的醫(yī)療流程模型的優(yōu)化分析方法，該優(yōu)化模型可有效改善醫(yī)療流程；文獻[5]運用Petri網(wǎng)構(gòu)建了采購流程模型，并通過仿真軟件對模型進行對比分析找出了流程中的瓶頸環(huán)節(jié)；文獻[6]提出了一種基于Petri網(wǎng)行為輪廓的網(wǎng)上購物流程挖掘方法，并通過實例分析驗證了方法的可行性.目前利用Petri網(wǎng)對危險品倉儲管理方面的研究較少，如賈曄清運用Petri網(wǎng)構(gòu)建了一種新的危險品入庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于緩解入庫的安全風險[7]；李玉民等運用Petri網(wǎng)對危險品出入庫流程進行了建模，并通過ExSpect軟件分析了出入庫流程的總周期，提出了一些節(jié)省時間的措施[8].但目前還沒有學者對危險品出入庫整個流程的可達性和安全性進行分析，基于此本文以自由選擇網(wǎng)為基礎，結(jié)合Petri網(wǎng)對某危險品物流企業(yè)出入庫流程進行建模，并利用PIPE軟件對優(yōu)化后的模型進行驗證.

1 基本概念

定義1[9](流程模型Petri網(wǎng)) 設四元組PN=(P,T,F,M)， 其中：

1)P為有限庫所組成的集合，T為有限變遷組成的集合;

2)P≠?,T≠?，P∩T=?，P∪T≠?;

3)F?(P×T)∪(T×P)為輸出函數(shù)和輸入函數(shù)的集合;

4) dom(F)∪cod(F)=P∪T， 其中dom(F)是由F所含有序偶的第1個元素組成的集合， cod(F)是由第2個元素組成的集合，即dom(F)={x∈P∪T|?y∈P∪T： (x,y)∈F}， cod(F)={x∈P∪T|?y∈P∪T： (y,x)∈F};

5)M={and,xor,or}是流程網(wǎng)的結(jié)構(gòu)類型.

可見，網(wǎng)PN=(P,T,F,M)中的基本元素是P和T， 一般用○和□表示.

定義2[10]7(變遷發(fā)生規(guī)則) 一個四元組PN=(S,T,F,M)被稱為Petri網(wǎng)，當且僅當滿足下列條件：

1)M為標識，M0為初始標識.

2) 變遷t∈T具有發(fā)生權, ?：?p∈t：M(p)≥1， 記作M[t>.

3) 在標識M下使得變遷t發(fā)生后，得到一個新的標識M′, 記作M[t>M′.對?s∈S, 則有：

定義3[10]27(可達性) 已知Petri網(wǎng)PN=(P,T,F,M)， 若?t∈T， 使得M[t>M′， 則稱M′為從M直接可達的；如果存在變遷序列{t1,t2,…,tk}和標識序列{M1,M2,…,Mk}使M[t1>M1[t2>…Mk -1[tk>Mk， 則稱Mk為從M可達的.從M可達的所有標識集合記為R(M)， 約定M∈R(M).

2 基于Petri網(wǎng)的危險品出入庫流程建模優(yōu)化

針對某危險品物流企業(yè)在危險品出入庫過程中出現(xiàn)的安全隱患問題，本文建立一個基于Petri網(wǎng)的危險品出入庫流程模型(下文簡稱“原模型”)，如圖1所示.模型的流程主要分為入庫流程和出庫流程，各流程由算法自動識別并傳達給倉庫的相關部門.

入庫的流程為：①倉庫管理部門接受入庫信息后，制定計劃并通知倉庫人員做好入庫準備.②倉庫主管與送貨人進行交接并核對入庫單，若信息有誤，則拒絕入庫；若信息無誤，則倉庫主管簽字并同意車輛入庫.③車輛到達入庫等待區(qū)以后，通過調(diào)度中心查看卸貨作業(yè)區(qū)作業(yè)情況，若卸貨作業(yè)區(qū)繁忙，則依次排隊等待，直到空閑允許車輛入內(nèi).④貨品全部卸載完成后，驗收人員核對入庫貨物信息并檢驗貨物數(shù)量、包裝和安全標志，若檢驗合格，則直接入庫；若不合格，則把貨品運至不合格暫存區(qū)存放.⑤貨品入庫完成后，管理部門錄入存儲信息并更新貨位信息.⑥各部門清理運輸工具和現(xiàn)場，入庫作業(yè)完成.

出庫的流程為：①倉庫管理部門收到出庫信息后先審核信息，若信息有誤，則拒絕發(fā)貨；若信息無誤，則根據(jù)提貨單信息打印雙份發(fā)貨單，一份交給提貨人員，一份公司留存.②提貨人員將發(fā)貨單交給倉庫主管，倉庫主管進行信息核對，無誤后按照發(fā)貨單裝載貨物.③裝載完成后，倉庫主管對貨品數(shù)量和裝載設備進行復核，若有誤，則重新處理；若無誤，則提貨人可以直接領取出庫單與出門憑證.④領取完畢后，提貨人員對貨物進行清點交接.⑤交接完畢后，管理部門更新庫存信息，出庫作業(yè)完成.

從原模型可以看出，危險品在出入庫流程中存在以下問題：①檢驗合格的危險品未經(jīng)分類就直接入庫存放，有可能把相互之間易產(chǎn)生化學反應的危險品錯放在一起，從而引發(fā)安全事故.②檢驗不合格的危險品未采取任何防護措施就直接堆放在不合格暫存區(qū)，存在極大的安全隱患，如有毒氣體泄露等.③管理部門打印發(fā)貨單前未查看庫存信息，若庫存量低于訂單量，則無法按時發(fā)貨.④信息核對完成后直接按照發(fā)貨單裝載貨物，有可能導致包裝不良或性質(zhì)變異的貨物出庫.⑤貨品裝車前未檢查危險品運輸車輛是否符合國家相關安全規(guī)定.⑥主管復核時未核查提貨人的相關資質(zhì)及證明，無法保證危險品的流向安全.

基于上述問題，本文結(jié)合文獻[11]所提出的危險品安全管理辦法，從以下6個方面對原模型進行優(yōu)化：①增加入庫管理貨區(qū)，將危險品按性質(zhì)進行分區(qū)、分類、分庫存放；②發(fā)現(xiàn)不合格危險品及時向倉庫主管報告，并及時做好標識、分類、隔離等防護措施，同時在入庫單上注明貨品問題；③打印發(fā)貨單前要查看庫存信息，庫存不足時及時調(diào)貨；④增加出庫備貨區(qū)，出庫前工作人員要檢查貨品包裝是否完好，保障裝卸安全；⑤檢查運輸車輛是否符合國家相關規(guī)定，防止運輸途中貨品和車輛發(fā)生意外；⑥核查提貨人的資質(zhì)證明，登記提貨人的詳細資料和記錄危險品的流向.優(yōu)化后的模型如圖2所示.

圖2 某危險品出入庫流程的優(yōu)化模型

3 優(yōu)化模型的檢驗

為了檢驗優(yōu)化模型的可行性，利用PIPE軟件對模型進行模擬運行，運行結(jié)果如圖3所示.對優(yōu)化模型進行狀態(tài)空間分析的結(jié)果如圖4所示.由圖4可知，圖2所示的Petri網(wǎng)優(yōu)化模型是有界的、安全的、無死鎖的.這表明，圖2所示的Petri網(wǎng)優(yōu)化模型能夠減少危險品出入庫流程中的安全隱患，提高危險品出入庫的效率.

圖3 優(yōu)化模型在PIPE軟件中的運行結(jié)果

圖4 優(yōu)化模型在PIPE軟件中運行后的狀態(tài)空間

4 結(jié)束語

本文基于Petri網(wǎng)，通過新增、刪除、合并變遷的方式對某企業(yè)的危險品出入庫流程進行了優(yōu)化.利用PIPE軟件對所建模型進行模擬運行的結(jié)果表明，該模型可以有效減少危險品出入庫流程中的安全隱患，提高危險品出入庫的效率，因此具有一定的應用價值.由于危險品不同其出入庫流程會有所不同，因此本文的模型具有一定的局限性.今后我們將結(jié)合更多的危險品的出入庫流程，建立更加符合實際應用的模型，以提高模型的適用范圍.