云计算下基于Petri网的供应链模型分析

何景师,王 磊

(1.东莞职业技术学院 物流工程系，广东东莞 523808；2.江西中烟工业有限责任公司 信息中心，南昌 330096)

0 引言

随着信息技术的发展，供应链管理（SCM）已成为适应当前网络环境、个性化需求、动态需求、全球化等现代市场特征下的新型管理模式。现代市场的竞争不再是企业与企业之间的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争。供应链管理通过企业间的合作及共享资源以达到减少成本、提高产品质量和服务水平、提高企业的市场反应能力和效率，增强客户满意度为目的。然而，顾客服务水平与库存成本始终是一对矛盾，如何以尽可能低的成本，快速地向顾客提供适当的产品和服务是供应链管理的一个重要目标，而达到这一目标的关键是供应链业务活动的协调运行。云计算(Cloud Computing)正逐渐成为一个资源共享的计算平台，为用户提供基础设施、软件、应用程序和商业过程等资源[1]。由于显著降低了IT成本和创造新的商业模式和资源价值的机会，云计算正受到政府和业界的广泛关注[2][3]。因此本文结合云计算技术，前瞻性地提出了一种基于云计算的供应链管理参考架构。

1 云计算的服务模式及部署方式

根据美国国家标准技术研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）[4]的权威定义，云计算主要包括三大服务模式，称为S-P-I模式：软件即服务（SaaS,Software as a Service），平台即服务（PaaS,Platform as a Service），基础设施即服务（IaaS,Infrastructure as a Service）。

由于云计算分为IaaS，PaaS和SaaS三种类型，不同的厂家又提供了不同的解决方案，目前还没有统一的技术体系结构。IBM在2011年2月提出IBM云计算参考体系架构CCRA(IBM Cloud Computing Reference Architecture 2.0)[5]，定义了三个主要角色：云服务消费者（Cloud Service Consumer）、云服务提供商（Cloud Service Provider）和云服务创造者（Cloud Service Creator）。每一个角色可以由单个人执行，也可以由一组人或一个组织团体去执行。

2 基于云计算的供应链参考体系架构

2.1 基于云计算的供应链集成体系架构

云计算是基于互联网的超级计算模式，即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起，协同工作。本文提出一种面向云计算服务的供应链集成体系架构，将云计算服务平台看作是“虚拟经纪人”，负责节点企业的权限管理，将各个节点企业看作是网格节点，这样就形成一个以云计算服务平台为中心的网状架构，即供应商的供应商、分销商的分销商间的位置是平行的,如图1所示。

图1 基于云计算的供应链体系结构

2.2 基于云计算的供应链管理架构

供应链企业云计算应当包括以应用（SaaS），平台服务（PaaS）和基础设施服务（IaaS）的方式动态交付到供应链上的各个企业和合作伙伴的IT服务，从而使企业尤其是中小企业通过供应链云服务平台可以降低成本来完成企业信息化，同时也给供应链的构建提供高水平的信息基础设施保证。

本文在总结和分析现有供应链集成方法优缺点的基础上，参考IBM、微软、亚马逊等公司的云计算平台体系结构，设计出基于云计算的供应链管理系统参考架构（Cloud Computing-Based SupplyChain ReferenceArchitecture,C-SCRA），如图2所示，该架构主要由基础架构层，平台层和服务层以及访问层和管理层五部分构成。

图2 C-SCM架构模型

(1)基础架构层（IaaS）：C-SCRA的基础架构层存储供应链上各企业节点所拥有的资源,通过信息技术实现这些资源的集成,这些资源主要体现各企业在协作过程中的资源状况。

(2)平台层（PaaS）：搭建在基础设施层上用来提供云计算能力的云计算框架。为企业提供对资源服务层的封装，包括数据库服务和中间件服务。数据库服务为用户提供可扩展的数据库处理能力，中间件服务为用户提供可扩展的消息中间件或事务处理中间件服务。

(3)服务层（SaaS）：基于供应链的云服务架构最核心的部分为云服务提供者中的SaaS模式。供应链管理主要有以下几种软件服务。

①订单服务：提供订单管理的效率和协同工作。帮助企业有效的管理和监控订单处理流程，帮助企业发掘潜在的客户和现有客户的潜在商业机会。

②采购服务：提供从采购申请、订单、收货/入库、退货到付款的业务管理功能，支持供应商、价格、批号等多种采购业务处理，帮助企业实现采购业务全过程的物流、资金流和信息流的有效管理和控制。

③生产服务：提供生产计划，物料需求计划和生产作业管理功能，帮助企业提高生产管理的效率，有效管理生产过程的信息。

④库存服务：提供入/出库业务、仓存调拨、库存调整等业务管理功能，帮助企业建立规范的仓存作业流程，提高仓存运作效率。

⑤销售服务：提供从订单、发货(出库)、退货、发票到收款等一系列业务管理功能，同时支持多种销售业务如信用赊销、价格、折扣、促销的处理，帮助企业实现销售业务的物流、资金流和信息流的全过程有效管理和控制。

⑥物流服务：对物流活动进行计划、组织、指挥、协调、控制和监督，使各项物流活动实现最佳的协调与配合，以降低物流成本，提高物流效率和经济效益。

⑦客户管理服务：实现对客户的整合营销，通过与客户的交流沟通，不断改进和提高产品及服务以满足顾客需求。

⑧财务核算：提供多种存货核算计算方式，进行连续、系统、完整地记录、计算、反应和监督所需方法。结合相关业务管理功能，如：结合总仓与分仓核算、凭证模板灵活设置等。可以实时提供库存业务的财务成本信息，帮助企业准确的核算存货的出入库成本以及库存金额余额。

(4)访问层：方便供应链企业使用云计算服务所需的各种支撑服务，其中每个层次的云计算服务都提供相应的访问接口，用户可以选择需要的云服务使用。

(5)管理层：提供所有层次云计算服务的管理功能。其中，用户组权限管理提供对服务的授权控制、用户认证等功能；服务组合提供对已有云计算服务进行组合功能；服务使用计量对用户的使用情况进行统计，并依次计算服务费用；服务质量管理提供对服务性能、可靠性、可扩展性进行管理；服务监控提供对服务状态的记录。

3 基于时间Petri网的供应链建模分析

评价供应链网络的关键指标是时间，这里的时间指的是对客户的需求和市场的变化，供应链上的节点企业做出快速反应的快慢程度。本文通过对一个基本的供应链的分析，利用时间Petri网对其进行建模，分析了基于云计算的供应链信息系统与传统的供应链信息系统在工作效率上的区别，并分析两者在时间上的差异。

3.1 时间Petri网（TPN）

定义1时间Petri网(TPN)是一个六元组TPN=(P，T，B，F，M0，SI)，其中：P={p1，p2，...，pm}是有限库 所 的 集 合 ；T={t1，t2，...，tm} 是 有 限 变 迁 的 集 合 ；B:T*P→N为输入函数，方向由库所到变迁；F:T*P→N为输出函数，方向由变迁到库所；M0:表示Petri网内所有库所的初始状态。SI被映射为静态时间区间

其中，SEFT(t)是t使能后的最早引发时间，SLFT是t使能后的最晚引发时间。

3.2 带时间戳的状态类(CS-class)

定义带时间戳的状态类(CS-class)是一个三元组C=(M，D，ST),其中规定M 是标识位；定义D是一个引发区间，也就是M所使能转移的开始时间的一个时间间隔集；ST是状态类CS-class的时间戳，它是一个全局性的概念[6]。

定义 Petri网的初态用 C0=(M0，D0，ST0)进行表示。其中规定M0是初始标识；D0是M0的引发区间，涵盖了M0所使能的转移所对应的静态时间间隔；ST0=[0，0]。ST1表示时间网从C0运行到C1的时间间隔[6]。

3.3 TPN的可达算法

定 义 CS-class 中 Ck=(Mk，Dk，STk) ，Ck+1=(Mk+1，Dk+1，STk+1)，其中集合NEW 用来存放引发tf后的新使能；集合OLD用来存放仍保持可引发状态的转移[6]。

计算过程如下：首先，确定集合NEW和集合OLD中所包含的元素。其次，计算从一个状态到达下一个状态所需要的时间间隔：STk+1=[EFTK(tf)，MLFT(Ck)]。最后，计算引发tf后可使能转移的引发区间。

3.4 案例分析

为了简化模型，本文研究核心企业L所在的某一条供应链，涉及一个生产厂商和两个原材料供应商。生产厂商需要生产成品A，成品A的原材料包括B和C，供应商在接到生产商的订单后负责提供相应的原材料B、C并运送到生产商完成生产。

基于云计算的供应链管理信息系统TPN模型如图3所示，其中符号说明如表1所示，计算所需时间：

通过上述计算过程可知，供应商在生产商提出订单请求后的13个单位时间内即可完成订单业务，为生产商提供所需原材料。供应商从接收订单到将其交货所用的时间间隔是[6，13]。

图3 基于云计算的供应链管理信息系统TPN模型

同理，传统供应链管理信息系统TPN模型如图4所示，所需时间为：C4：ST4=[9,17]，即供应商在生产商提出订单请求后的17个单位时间内即可完成订单业务，为生产商提供所需原材料。

图4 传统供应链管理信息系统TPN模型

表1 供应链模型中库所、变迁的定义

综上所述，基于云计算的供应链信息管理系统，生产商企业通过使用云平台提供的采购管理服务可以在供应链内简化、加快数据交换，提高企业的市场反应能力和效率。

4 结束语

目前，中小型企业正在热情的拥抱云。他们的目的是尽可能减少内部IT，尽量能多地集中精力于核心业务。基于云计算的供应链管理系统提供了一种适应于企业信息化发展需要的解决方案,是供应链系统的发展趋势。云环境下供应链研究和发展将会为供应链管理带来更大的机遇和发展活力。

[1]Zhang L J,Zhou Q.CCOA：Cloud Computering Open Architecture[C].2009 IEEE International Conference on Web Services,2009.

[2]Tai S.Cloud Service Engineering[C].2009 18th IEEE International Workshops on Enabling Technologies：Infrastructures for Collaborative Enterprises,2009.

[3]Jones M T.Cloud Computing with Linux[EB/OL].http：//www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-cloud-computing% 20/index.html,2009-2-11

[4]National Institute of Standards and Technologies；Draft NIST Working Definition of Cloud Computing,May,2009,(14).

[5]Behrendt M,Glasner B,Kopp P,et al.Introduction and Architecture Overview IBM Cloud Computing Reference Architecture 2.0[Z].IBM.2011-02-28.

[6]Wang J C ，Deng Y，Xu G.Reachability Analysis of Real-time System Using Petri Nets[J].IEEE Transactions on System,Man and Cybernetics,2000，30(5).

[7]古川，张红霞，安玉发云制造环境下的供应链管理系统研究[J].中国科技论坛,2013,(2).

[8]梁昌勇,陆鑫,俞家文,陆文星.基于云计算的供应链RFID信息服务研究[J].计算机应用研究,2011,(9).

[9]包厚华.基于云计算和物联网的供应链库存协同管理和信息共享机制[D].华南理工大学,2012.

[10]陈君.云计算环境下供应链信息协同的风险分析物流科技,2011,(8).