系统集成条件下的装备保障业务流程优化

李文俊， 杨学强， 杜家兴

(1. 陆军装甲兵学院装备保障与再制造系， 北京 100072； 2. 陆军装甲兵学院信息通信系， 北京 100072)

装备保障业务流程[1]是指为完成装备保障任务、实现装备保障目标所进行的一系列逻辑相关的跨越时间和空间的活动集合。当前装备保障业务流程大多呈现“串行”“闭合”[2]的特点，存在信息传递慢、易失真，业务应用系统信息共享困难，审批、登记和人工干预环节多，耗时、费力等问题，严重制约了装备保障能力的进一步提升。在系统集成条件下，信息力在装备保障能力生成中的主导作用得到更加全面地释放。开展系统集成条件下装备保障业务流程优化，是装备保障信息系统集成的关键工作之一，对实现基于信息驱动的装备保障业务工作模式、提升装备保障能力具有重要作用。

诸多学者对装备保障业务流程优化问题展开了积极的探索，如：刘鹏宇等[3]结合排队论和分层赋时着色Petri网对装备抢修业务流程进行了建模优化，但该研究是在原有保障体制条件下做出的优化，无法完全适应新的保障体制机制的需要；段刚等[4]基于信息系统对航材出库业务流程进行了优化，并通过对比优化前后流程时间验证了业务流程优化的效果，但是当前装备保障信息系统大多是依托平时单项业务的局部需要而纵向开发的，信息交互、共享困难，制约了装备保障信息力的有效释放；文献[5-9]作者针对器材供应和装备维修业务流程优化进行了探讨，但是缺乏业务流程优化的形式化建模，优化效果不明显。

广义随机Petri网(Generalized Stochastic Petri Nets，GSPN)作为一种形式化建模工具，能够准确描述和分析业务流程的动态关系和性能。笔者基于互联、互通、互操作的装备保障集成系统，对新编制体制下的装备保障业务流程进行优化，采用GSPN对装备保障业务流程进行形式化建模，并利用GSPN与马尔可夫链(Markov Chain，MC)的同构特性，基于MC的稳定状态概率对优化前后的业务流程时间特性进行对比分析，以验证流程优化效果。

1 基于GSPN的业务流程建模与分析

1.1 GSPN定义

Petri网[10]是一种运用一定符号描述模型的建模工具。GSPN是在Petri网的每一个可实施和实施变迁之间关联上一个随机的延迟时间xt，并可给出相应的分布函数Ft(x)=P{xt≤x}。假设延迟时间服从指数分布,∀t∈T:Ft=1-e-λtx，其中：T={t1,t2,…,tn}，为变迁t的有穷集合，n为变迁个数；λt为变迁t的速率，表示单位时间内变迁的发生次数。由于指数分布具有无记忆性质，若GSPN是有界的，则GSPN的可达图同构于一个有限的MC[11]，该MC的状态空间就是GSPN的可达标识集。

广义随机Petri网定义为以下6元组[12]：

GSPN={P,T,F,M0,λ}。

(1)

式中：P={p1,p2,…,pm}，为库所的有穷集合，m为库所个数；P∩T=∅；F⊆P×T∪T×P，为变迁的有向弧集合；M0∶P→N0，为初始标识，N0={1,2,…}，M(pi)表示M标识下库所pi的容量；λ=(λ1,λ2,…,λn),为变迁实施速率的集合，瞬时变迁实施延时为0，对应该值为无穷大。

1.2 基于GSPN的业务流程性能分析

利用GSPN与MC的同构特性，可以对业务流程的平均完成时间和平均生产率等性能指标[13]进行分析，笔者选取业务流程平均完成时间为目标进行分析，具体步骤如下：

1) 构建与GSPN同构的MC。在建立业务流程GSPN模型的基础上，求解GSPN模型的可达图，将其每条弧上标注的变迁ti转换为变迁实施速率λi，移去隐退标识，得到对应的随机Petri网模型(Stochastic Petri Nets，SPN)，根据SPN与MC的关系，得到与之同构的MC。其中，隐退标识是指通过瞬时变迁与其他标识连接的标识。

(2)

业务流程平均完成时间

Tz=N/τ，

(3)

式中:N=1-x0，为系统稳定状态时的标识数；τ=λ1x0，为系统稳定状态时单位时间进入系统的标识数。

2 现行装备保障业务分析

2.1 现行装备保障业务模式分析

业务模式[6]是业务流程结构的基础，对装备保障业务流程优化有着重要影响。现行装备保障业务模式采用集权、多层次、经验型的层级管理模式，为高、尖、细的金字塔结构。在“军种主建、战区主战”的大格局下，通过对装备、人员、器材、弹药、设施设备等的管理，完成日常管理、维修管理、调配供应、训练管理和战备管理等各项装备保障业务，现行装备保障业务模式结构如图1所示。其具有办公体制等级化、工作任务专业化、工作程序系统化等特征，以及权力集中、统一决策、便于控制等优点，但也存在管理幅度窄、层次繁杂、条块分割、信息处理缓慢和装备保障决策不确定性因素多等问题。

2.2 现行装备保障业务流程GSPN模型构建

器材申请发放业务涉及保障环节多、保障过程复杂，是装备保障的一项典型业务。笔者以该流程为例进行建模分析，其具体业务流程如下：使用(修理)分队根据装备保养、维修需求向装备机关发出器材申请，装备机关审核后，开具出库单并通知器材仓库发货，若本级无法满足需求，则向上级机关提出临时申请，由上级机关安排发货。

根据业务流程描述建立对应的Petri网模型，并将变迁实施速率与变迁关联；此外，为保证模型是一个连续回路，能得到GSPN的稳态解，需在最终库所和初始库所之间增加一个不需要发生时间的变迁，使之成为强连通的Petri网，器材申请发放业务流程GSPN模型如图2所示。对本级缺货的器材申请发放子流程t4进行细化，建立子流程t4的GSPN模型，如图3所示，模型中库所和变迁的含义分别如表1、2所示。

库所含义变迁含义p1保养、维修器材需求t1分队向装备机关发出器材申请p2机关收到器材申请t2机关查询库存,审批后开具出库单p3出库单t3仓库发货p4缺货t4向上级机关提出临时申请,上级机关安排发货p5请领的器材t*瞬时变迁

表2 本级缺货的器材申请发放子流程t4的GSPN模型 中库所和变迁含义

2.3 现行装备保障业务流程GSPN模型分析

在Petri网的同步、并发、选择和冲突[9]4种结构关系中，同步和冲突关系对流程效率的影响较大。可利用关联矩阵的重组算法[15]寻找业务流程模型的子网，得出子网间同步与冲突关系，并利用合并、删除、缩小差距和保留等规则进行优化。通过分析图2、3中的GSPN模型发现：在图2中对于变迁t2,库所p3、p4存在选择关系；在图3中对于变迁c2，库所s2、s3存在选择关系，对于库所s4，变迁c5、c6存在冲突关系；其余皆为顺序依赖关系。可结合基于系统集成的装备保障业务模式对其进行流程合并，以消除冲突。

3 系统集成条件下装备保障业务流程优化与效果分析

3.1 装备保障业务模式分析

通过互联、互通、互操作的装备保障集成系统可改善当前系统存在的条块分割的现状，将部门与部门、单位与单位之间的复杂联系和管理系统及其所处环境等要素结合起来，把彼此相对独立的“信息孤岛”融为一个协同系统，实现装备保障精细化管理。

集成系统通过打通上连总部机关，贯穿战区、部队装备部门和各级保障力量，下延检查站、修理间、器材仓库等保障场所的管理保障链路，为各类用户按需及时主动推送服务应用和信息提示，将信息产品转化为信息能力，有利于实现基于数据驱动的网络化装备保障业务工作模式。系统集成条件下的装备保障业务模式结构如图4所示。

3.2 装备保障业务流程优化

对于选择和冲突关系，可通过删除不必要的变迁以及合并流程的方式进行优化，具体优化方法如下：集成系统生成器材订单后，逐级自动向上推送需求信息，并按权限逐级向上查询周边所属单位的库存情况。以发货时间最短为目标，生成订单响应建议并推送相应机关和保障资源点，机关审批后，配送分队或地方第三方物流送货上门；对于器材工厂直达供应的情况，机关审批后，通过军民融合网络接口，由器材订购系统向地方器材生产工厂下达器材订单，器材生产工厂送货上门。优化后本级缺货的器材申请发放子流程如图5所示。

由于图2中的变迁t2是关键环节之一，可采用改“串行”为“并行”的方式对其进行优化，具体优化方法如下：通过对系统积累的器材请领历史数据进行统计分析，可根据“二八法则”将请领器材分为常用消耗器材和非常用消耗器材。对于常用器材的请领，可以删除人工审核环节，系统收到器材申请后自动审批，生成出库单并通知仓库发货；对于非常用消耗器材，仍由机关人员进行审批，以缩短业务流程完成时间。优化后的器材申请发放流程如图6所示。

根据优化后的业务流程分别建立相应的GSPN模型，如图7、8所示，其中t2、t*、c*为瞬时变迁。2个模型中库所和变迁的含义分别如表3、4所示。

库所含义变迁含义p1保养、维修器材需求t1分队通过集成系统发出器材申请p2常用消耗器材目录t2出库单自动生成,通知仓库发货p3非常用消耗器材目录t3系统推送机关,机关审批后生成出库单,通知仓库发货p4系统自动生成的出库单t4仓库发货p5人工审批的出库单t5逐级自动向上推送需求信息,上级安排发货p6本级不能满足的器材t*瞬时变迁p7请领的器材

表4 优化后本级缺货的器材申请发放子流程的 GSPN模型中库所和变迁的含义

3.3 优化效果分析

将图8中细化的子流程t5的GSPN模型代入图7，得到完整的优化后器材申请发放GSPN模型，建立其可达图，如图9所示。可达图的标识表如表5所示，其中：“1”表示库所具有可达标识；空白表示没有可达标识。

标识库所p1p2p3p4p5p6s1s2s3p7M01M111M211M3111M4111M511M6111M71111M81111M91111

由于c*为瞬时变迁，所以移去隐退标识M1、M3、M5、M8和M9，得到与GSPN模型对应的移去隐退标识的SPN模型，如图10所示。

由图11可得变迁实施速率矩阵

(4)

根据式(2)构造以下5个线性无关齐次方程：

(5)

4 结论

在分析现行装备保障业务的基础上，通过构建装备保障业务流程GSPN模型，在系统集成条件下，对现行装备保障业务流程进行了优化。但是，笔者仅分析了业务流程的时间特性，在下一步的研究中，将综合分析平均生产率等其他业务流程性能指标。