基于Petri网的铁路物流中心卸车业务流程优化

赵思萌，李宗平



基于Petri网的铁路物流中心卸车业务流程优化

赵思萌，李宗平

（1. 西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 610031；2. 综合运输四川省重点实验室，成都 610031）

优化铁路物流中心业务流程有利于节约时间成本, 提高作业效率。本文以铁路物流中心的卸车业务流程为例, 基于Petri网对该业务流程进行建模分析, 提出了优化卸车业务流程的措施, 并基于MATLAB对卸车业务流程进行仿真。仿真结果表明：优化后的卸车业务流程降低了平均作业周期时间, 有效地提高了作业效率。

铁路物流中心; Petri网; 业务流程优化

0 引 言

铁路物流中心是指依托铁路、具有完善信息网络、为社会提供物流活动的场所，具有为社会或企业自身提供物流服务、集聚辐射范围大和存储吞吐能力强等功能。随着铁路运量的快速提升和运输服务业的快速发展，铁路货运站逐步转变为铁路物流中心[1-3]，因此，改进和优化其业务流程已经成为铁路物流中心需要解决的重要问题。

业务流程是企业通过完成其业务操作流程而获得利润的过程，企业的运作依赖于多种多样的流程[4]。目前既有文献中研究业务流程优化的有：蔡强[5]等重点介绍并应用了知识流与知识地图对业务流程进行了优化与重组，以案例的形式证明此方法可以改善业务性能；原慧琳[6]等基于设计结构矩阵上提出了双值设计结构矩阵的算法，通过案例与仿真进行应用，说明改进算法的有效性；鲍亮[7]等分析介绍了BPEL流程静态化算法，该算法以同步和并发分析为主，因并发度的增强，有效地减少执行流程的时间，提高了效率；赵卫东和刘海涛[8]介绍了流程挖掘在流程优化中应用的方法与优缺点，总结了近几年流程挖掘在优化中的应用与效果，提出了进一步的研究方向；王云鹏[9]等以Petri网为研究手段，对国内汽车制造企业的生产物流流程进行优化研究，并利用仿真对比分析流程优化前后的效果，以此证明，优化后的流程提高了流程的准确度，亦提高了执行效率。

采用Petri网建模分析业务流程一直是研究的热点[8]，Petri网的优势在于可以研究系统中各种状态变化之间的关系，以及发生的变化，同时可以利用图形结构来描述一个系统模型。Petri网由于其严格的语义与定义，可以严谨地表现出各个环节在系统中的逻辑关系，为系统的准确描述奠定了基础；同时，Petri网对于具有不确定性、资源共享性和并发性等因素的系统，是一种重要的分析工具[4]。因此，Petri网适用于业务流程的动态行为建模，可以较好地解决铁路物流中心业务流程中存在的诸多问题。

基于Petri网对铁路物流中心的卸车业务流程进行了研究并提出优化方案，通过MATLAB软件对该优化方案进行了仿真，研究成果可以为铁路物流中心的业务流程优化提供方法支撑。

1 卸车业务流程建模及仿真分析

在阐述目前铁路物流中心卸车业务流程的概况基础上，基于Petri网对该流程进行建模分析，并借助仿真软件对Petri网模型进行仿真，分析该流程中存在的问题。

1.1 卸车业务流程概况

货物卸车作业不仅是铁路物流中心必须具备的物流业务之一，更是铁路物流中心核心物流产品的支撑，其优劣关系着铁路物流中心的运作效率以及铁路物流的时效性和竞争力。

铁路货物卸车业务流程包括9个环节：填制卸车卡、掌握车辆货物情况、通知车站卸车、核对货物、上报情况、货车取送和对位、卸车、安设防护设施、巡视及监卸，其流程如图1所示。

图1 铁路物流中心卸车业务流程

1.2 基于Petri网的卸车业务流程建模及仿真分析

首先，对原流程中的库所变量P进行定义，具体含义见表1。根据既有文献和现场调研对变迁变量T进行定义，并且对各作业环节的消耗时间进行统计，变量定义及时间消耗统计见表2。在上述定义变量的基础上，结合原卸车业务流程，建立Petri网模型如图2所示。

表1 Petri网模型的库所变量

Tab.1 Place variables of Petri net model

表2 Petri网模型的变迁变量

Tab.2 Transition variables of Petri net model

图2 卸车业务流程Petri网模型

根据图2中的Petri网模型推理得到关联矩阵，具体方法如下：

式中，是当前Petri网的流关系。

Step 3 得到关联矩阵：

最终，得到关联矩阵如下式：

基于MATLAB对当前卸车业务流程的Petri网模型进行仿真，仿真结果表明：完成一个卸车作业平均周期为272.4 min，方差为28.6 min。通过分析发现：卸车业务流程中存在冗余环节，可能会产生多余的时间成本；局部串行执行的环节可采用并行执行的方式，进而节省时间成本，提高作业整体效率。

2 优化卸车业务流程及仿真分析

基于卸车业务流程存在的问题，结合业务流程优化原则提出了优化措施，进而改善卸车业务流程。同时，为验证优化措施的有效性，借助仿真软件对优化后的业务流程进行了仿真。

2.1 业务流程优化原则

（1）以顾客导向为原则

铁路物流中心的主要任务是承担货运业务，在完成基本业务流程的同时，还要让顾客在方便、快捷等方面获得满足感，因此，业务流程对保证顾客服务质量起着重要的作用。业务流程的优化应从顾客的角度考虑问题，结合存在的问题进行，从而更好地服务于顾客，保证业务流程优化的意义与价值。

（2）时间性原则

业务流程的优化应保证能在一定时间内完成，若是优化完成时间过于滞后，则不能有效解决业务流程中存在的问题，难以满足更新换代的速度，导致无法满足顾客的实际需求。在推出优化后的流程之前，应该通过仿真检验流程是否能够到达预期效果，以有效降低失败风险。

（3）资源集中原则

在优化过程中，对有限的资源进行合理的优化集中，以提高资源的使用效率。合理的优化可以调动员工的工作积极性，避免出现相互推卸责任的情况，以提高工作效率以及资源的使用率。

2.2 卸车业务优化措施

（1）删除冗余环节

通过对原卸车业务流程的分析，发现业务员在审核货物时，如果发现货物不对，则需要上报该情况，造成业务员通过上报环节将信息传递给客户而出现冗余环节。因此，如果将货物不对的信息直接反馈给客户，则将减少中间不必要的时间消耗。

（2）增加并行环节

原卸车业务流程中存在可以同时进行的环节，如安设防护设施、巡视和卸车作业。因此，在完成货车取送、对位后，将安设防护设施、巡视和卸车作业两个环节同时进行可以节省作业时间，提高作业效率和顾客的满意度。

2.3 卸车业务流程仿真分析

结合前面具体优化措施，对原卸车业务流程进行优化改进（见图3）。同时，利用 Petri网对该流程进行建模分析（见图4）。

基于MATLAB仿真软件对优化后的卸车业务流程Petri网模型进行仿真，仿真结果表明：完成一个卸车业务平均周期为226.2 min，方差为21.3 min；同时，与卸车业务流程平均周期相比，总体效率提高16.9%。可见，优化后的卸车业务流程减少了作业时间，节约了时间成本，因此优化措施是有意义的。

图3 优化后卸车业务流程

图4 优化后卸车业务流程Petri网模型

3 结束语

近几年，无论是顾客还是市场，都需要铁路物流中心对基本业务流程进行优化，以此来提高工作效率，可以说优化业务流程是一项重要的任务。以铁路物流中心的卸车业务流程为例，结合优化原则分析了流程中存在的问题，利用Petri网对该流程进行建模分析，对原卸车业务流程进行优化改进。同时，借助MATLAB对优化前后的卸车业务流程进行了仿真，进一步验证优化措施的有效性。

结果表明：优化后的卸车业务流程缩短了平均作业时间，提高了工作效率，有效地节约了时间成本，进而满足顾客的要求与市场的需要。由此看来，卸车业务流程的优化研究是有意义的，研究成果可以为铁路物流中心业务流程的优化提供方法支撑。

[1] 王宏伟, 严余松, 周荣征. 基于数据包络分析的铁路物流中心运营效率评价[J]. 铁道运输与经济, 2011, 33(3): 60-63.

[2] 许振东, 倪少权, 朱倩. 基于运到时限的蒙华铁路货物运输组织模式研究[J]. 交通运输工程与信息学报, 2018(1): 54-59.

[3] 王明慧, 凌飞翔. 基于现代物流的高速铁路货运作业流程研究[J]. 交通运输工程与信息学报, 2017, 15(1): 9-15.

[4] 吴哲辉. Petri网导论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.

[5] 蔡强, 韩东梅, 李海生, 等. 基于知识流优化的业务流程重组[J]. 华中科技大学学报: 自然科学版, 2013, 41(S2): 33-37.

[6] 原慧琳, 孙福权, 汪定伟. 基于双值设计结构矩阵的流程优化方法[J]. 系统工程理论与实践, 2014, 34(4): 854-860.

[7] 鲍亮, 陈胜, 宋胜利, 等. BPEL流程静态优化技术研究[J]. 西安电子科技大学学报: 自然科学版, 2010, 37(1): 33-40.

[8] 赵卫东, 刘海涛. 流程挖掘在流程优化中的应用[J]. 计算机集成制造系统, 2014, 20(10): 2632-2642.

[9] 王云鹏, 李善兴, 王占中, 等. 基于Petri网的汽车制造业生产物流流程优化[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2008, 38(S1): 61-64.

（中文编辑：刘娉婷，英文审改：梁宏斌）

Optimizing Business Processes of Railway Logistics Center based on Petri Net

ZHAO Si-meng，LI Zong-ping

( 1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. Sichuan Provincial Key Laboratory of integrated transportation, Chengdu 610031, China）

Optimizing business processes in railway logistics center is helpful to reduce operation time and improve the efficiency. This paper models business processes based on petri net and takes the unloading process as an example. Finally, the unloading process is simulated through MATLAB. The simulation results indicate that the operation time of unloading process after optimization is reduced and the efficiency is improved effectively.

railway logistics center; Petri net; business processes optimization

1672-4747（2018）03-0109-05

F506;U294.1

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.016

2017-05-19

赵思萌（1992—），女，蒙古族，内蒙古呼和浩特人，西南交通大学交通运输与物流学院硕士研究生，主要研究方向：交通运输规划与管理。

赵思萌，李宗平. 基于Petri网的铁路物流中心卸车业务流程优化[J]. 交通运输工程与信息学报, 2018, 16(3): 109-113.