云計算下基于Petri網的供應鏈模型分析

何景師,王 磊

(1.東莞職業技術學院 物流工程系，廣東東莞 523808；2.江西中煙工業有限責任公司 信息中心，南昌 330096)

0 引言

隨著信息技術的發展，供應鏈管理（SCM）已成為適應當前網絡環境、個性化需求、動態需求、全球化等現代市場特征下的新型管理模式。現代市場的競爭不再是企業與企業之間的競爭，而是供應鏈與供應鏈之間的競爭。供應鏈管理通過企業間的合作及共享資源以達到減少成本、提高產品質量和服務水平、提高企業的市場反應能力和效率，增強客戶滿意度為目的。然而，顧客服務水平與庫存成本始終是一對矛盾，如何以盡可能低的成本，快速地向顧客提供適當的產品和服務是供應鏈管理的一個重要目標，而達到這一目標的關鍵是供應鏈業務活動的協調運行。云計算(Cloud Computing)正逐漸成為一個資源共享的計算平臺，為用戶提供基礎設施、軟件、應用程序和商業過程等資源[1]。由于顯著降低了IT成本和創造新的商業模式和資源價值的機會，云計算正受到政府和業界的廣泛關注[2][3]。因此本文結合云計算技術，前瞻性地提出了一種基于云計算的供應鏈管理參考架構。

1 云計算的服務模式及部署方式

根據美國國家標準技術研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）[4]的權威定義，云計算主要包括三大服務模式，稱為S-P-I模式：軟件即服務（SaaS,Software as a Service），平臺即服務（PaaS,Platform as a Service），基礎設施即服務（IaaS,Infrastructure as a Service）。

由于云計算分為IaaS，PaaS和SaaS三種類型，不同的廠家又提供了不同的解決方案，目前還沒有統一的技術體系結構。IBM在2011年2月提出IBM云計算參考體系架構CCRA(IBM Cloud Computing Reference Architecture 2.0)[5]，定義了三個主要角色：云服務消費者（Cloud Service Consumer）、云服務提供商（Cloud Service Provider）和云服務創造者（Cloud Service Creator）。每一個角色可以由單個人執行，也可以由一組人或一個組織團體去執行。

2 基于云計算的供應鏈參考體系架構

2.1 基于云計算的供應鏈集成體系架構

云計算是基于互聯網的超級計算模式，即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設備上的大量信息和處理器資源集中在一起，協同工作。本文提出一種面向云計算服務的供應鏈集成體系架構，將云計算服務平臺看作是“虛擬經紀人”，負責節點企業的權限管理，將各個節點企業看作是網格節點，這樣就形成一個以云計算服務平臺為中心的網狀架構，即供應商的供應商、分銷商的分銷商間的位置是平行的,如圖1所示。

圖1 基于云計算的供應鏈體系結構

2.2 基于云計算的供應鏈管理架構

供應鏈企業云計算應當包括以應用（SaaS），平臺服務（PaaS）和基礎設施服務（IaaS）的方式動態交付到供應鏈上的各個企業和合作伙伴的IT服務，從而使企業尤其是中小企業通過供應鏈云服務平臺可以降低成本來完成企業信息化，同時也給供應鏈的構建提供高水平的信息基礎設施保證。

本文在總結和分析現有供應鏈集成方法優缺點的基礎上，參考IBM、微軟、亞馬遜等公司的云計算平臺體系結構，設計出基于云計算的供應鏈管理系統參考架構（Cloud Computing-Based SupplyChain ReferenceArchitecture,C-SCRA），如圖2所示，該架構主要由基礎架構層，平臺層和服務層以及訪問層和管理層五部分構成。

圖2 C-SCM架構模型

(1)基礎架構層（IaaS）：C-SCRA的基礎架構層存儲供應鏈上各企業節點所擁有的資源,通過信息技術實現這些資源的集成,這些資源主要體現各企業在協作過程中的資源狀況。

(2)平臺層（PaaS）：搭建在基礎設施層上用來提供云計算能力的云計算框架。為企業提供對資源服務層的封裝，包括數據庫服務和中間件服務。數據庫服務為用戶提供可擴展的數據庫處理能力，中間件服務為用戶提供可擴展的消息中間件或事務處理中間件服務。

(3)服務層（SaaS）：基于供應鏈的云服務架構最核心的部分為云服務提供者中的SaaS模式。供應鏈管理主要有以下幾種軟件服務。

①訂單服務：提供訂單管理的效率和協同工作。幫助企業有效的管理和監控訂單處理流程，幫助企業發掘潛在的客戶和現有客戶的潛在商業機會。

②采購服務：提供從采購申請、訂單、收貨/入庫、退貨到付款的業務管理功能，支持供應商、價格、批號等多種采購業務處理，幫助企業實現采購業務全過程的物流、資金流和信息流的有效管理和控制。

③生產服務：提供生產計劃，物料需求計劃和生產作業管理功能，幫助企業提高生產管理的效率，有效管理生產過程的信息。

④庫存服務：提供入/出庫業務、倉存調撥、庫存調整等業務管理功能，幫助企業建立規范的倉存作業流程，提高倉存運作效率。

⑤銷售服務：提供從訂單、發貨(出庫)、退貨、發票到收款等一系列業務管理功能，同時支持多種銷售業務如信用賒銷、價格、折扣、促銷的處理，幫助企業實現銷售業務的物流、資金流和信息流的全過程有效管理和控制。

⑥物流服務：對物流活動進行計劃、組織、指揮、協調、控制和監督，使各項物流活動實現最佳的協調與配合，以降低物流成本，提高物流效率和經濟效益。

⑦客戶管理服務：實現對客戶的整合營銷，通過與客戶的交流溝通，不斷改進和提高產品及服務以滿足顧客需求。

⑧財務核算：提供多種存貨核算計算方式，進行連續、系統、完整地記錄、計算、反應和監督所需方法。結合相關業務管理功能，如：結合總倉與分倉核算、憑證模板靈活設置等。可以實時提供庫存業務的財務成本信息，幫助企業準確的核算存貨的出入庫成本以及庫存金額余額。

(4)訪問層：方便供應鏈企業使用云計算服務所需的各種支撐服務，其中每個層次的云計算服務都提供相應的訪問接口，用戶可以選擇需要的云服務使用。

(5)管理層：提供所有層次云計算服務的管理功能。其中，用戶組權限管理提供對服務的授權控制、用戶認證等功能；服務組合提供對已有云計算服務進行組合功能；服務使用計量對用戶的使用情況進行統計，并依次計算服務費用；服務質量管理提供對服務性能、可靠性、可擴展性進行管理；服務監控提供對服務狀態的記錄。

3 基于時間Petri網的供應鏈建模分析

評價供應鏈網絡的關鍵指標是時間，這里的時間指的是對客戶的需求和市場的變化，供應鏈上的節點企業做出快速反應的快慢程度。本文通過對一個基本的供應鏈的分析，利用時間Petri網對其進行建模，分析了基于云計算的供應鏈信息系統與傳統的供應鏈信息系統在工作效率上的區別，并分析兩者在時間上的差異。

3.1 時間Petri網（TPN）

定義1時間Petri網(TPN)是一個六元組TPN=(P，T，B，F，M0，SI)，其中：P={p1，p2，...，pm}是有限庫 所 的 集 合 ；T={t1，t2，...，tm} 是 有 限 變 遷 的 集 合 ；B:T*P→N為輸入函數，方向由庫所到變遷；F:T*P→N為輸出函數，方向由變遷到庫所；M0:表示Petri網內所有庫所的初始狀態。SI被映射為靜態時間區間

其中，SEFT(t)是t使能后的最早引發時間，SLFT是t使能后的最晚引發時間。

3.2 帶時間戳的狀態類(CS-class)

定義帶時間戳的狀態類(CS-class)是一個三元組C=(M，D，ST),其中規定M 是標識位；定義D是一個引發區間，也就是M所使能轉移的開始時間的一個時間間隔集；ST是狀態類CS-class的時間戳，它是一個全局性的概念[6]。

定義 Petri網的初態用 C0=(M0，D0，ST0)進行表示。其中規定M0是初始標識；D0是M0的引發區間，涵蓋了M0所使能的轉移所對應的靜態時間間隔；ST0=[0，0]。ST1表示時間網從C0運行到C1的時間間隔[6]。

3.3 TPN的可達算法

定 義 CS-class 中 Ck=(Mk，Dk，STk) ，Ck+1=(Mk+1，Dk+1，STk+1)，其中集合NEW 用來存放引發tf后的新使能；集合OLD用來存放仍保持可引發狀態的轉移[6]。

計算過程如下：首先，確定集合NEW和集合OLD中所包含的元素。其次，計算從一個狀態到達下一個狀態所需要的時間間隔：STk+1=[EFTK(tf)，MLFT(Ck)]。最后，計算引發tf后可使能轉移的引發區間。

3.4 案例分析

為了簡化模型，本文研究核心企業L所在的某一條供應鏈，涉及一個生產廠商和兩個原材料供應商。生產廠商需要生產成品A，成品A的原材料包括B和C，供應商在接到生產商的訂單后負責提供相應的原材料B、C并運送到生產商完成生產。

基于云計算的供應鏈管理信息系統TPN模型如圖3所示，其中符號說明如表1所示，計算所需時間：

通過上述計算過程可知，供應商在生產商提出訂單請求后的13個單位時間內即可完成訂單業務，為生產商提供所需原材料。供應商從接收訂單到將其交貨所用的時間間隔是[6，13]。

圖3 基于云計算的供應鏈管理信息系統TPN模型

同理，傳統供應鏈管理信息系統TPN模型如圖4所示，所需時間為：C4：ST4=[9,17]，即供應商在生產商提出訂單請求后的17個單位時間內即可完成訂單業務，為生產商提供所需原材料。

圖4 傳統供應鏈管理信息系統TPN模型

表1 供應鏈模型中庫所、變遷的定義

綜上所述，基于云計算的供應鏈信息管理系統，生產商企業通過使用云平臺提供的采購管理服務可以在供應鏈內簡化、加快數據交換，提高企業的市場反應能力和效率。

4 結束語

目前，中小型企業正在熱情的擁抱云。他們的目的是盡可能減少內部IT，盡量能多地集中精力于核心業務。基于云計算的供應鏈管理系統提供了一種適應于企業信息化發展需要的解決方案,是供應鏈系統的發展趨勢。云環境下供應鏈研究和發展將會為供應鏈管理帶來更大的機遇和發展活力。

[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，張紅霞，安玉發云制造環境下的供應鏈管理系統研究[J].中國科技論壇,2013,(2).

[8]梁昌勇,陸鑫,俞家文,陸文星.基于云計算的供應鏈RFID信息服務研究[J].計算機應用研究,2011,(9).

[9]包厚華.基于云計算和物聯網的供應鏈庫存協同管理和信息共享機制[D].華南理工大學,2012.

[10]陳君.云計算環境下供應鏈信息協同的風險分析物流科技,2011,(8).