基于Petri網的鐵路貨物快運流程優化

凌敏　陶韜　李昌浚等

摘 要：針對鐵路貨物快運組織流程，文章為分析其中可能存在的不合理環節并進行優化，以京津冀貨物快運列車為例，建立Petri網模型，通過建立關聯矩陣，尋找流程中“沖突”和“同步”關系并進行優化，最后從理論上分析構建的模型對流程起到的優化效果；提出貨物快運流程優化補充建議：構建接取送達網絡，完善信息管理平臺，拓寬繳費渠道，提前發出領貨通知。

關鍵詞：鐵路；貨物快運；Petri網；流程優化

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0124-02

1 貨物快運概述

鐵路貨運組織改革實施以來，各鐵路局先后開行貨物快運列車，改變了鐵路只辦理大宗和整車貨物運輸的方式，敞開受理零擔貨運業務，提供全程物流服務，滿足沿線中小企業靈活分散的運輸需求，具有網絡覆蓋廣、運行效率高、運到期限短、運行費用低、安全保障高、受天氣影響小等特點。其中，主要改革環節包括敞開收貨，需求一次提報，提供12306網站自助辦理等多種受理渠道等。

2 貨物快運流程分析與優化

本文以京津冀地區貨物快運列車貨運組織流程為例，采用Petri網建模的方法分析流程中存在的問題，并對其進行優化。

2.1 構建貨物快運的petri網模型

對京津冀貨物快運列車組織流程建立Petri網模型，如圖1所示，模型中各庫所和變遷所代表的含義，見表1。

Petri網中：

庫所（P）為業務流程的資源狀態或者條件；

變遷（T）為活動的執行；

托肯為資源數量。

2.2 對構建的Petri網模型進行特性分析

為了確保流程優化的有效性需要驗證模型的正確性，對Petri網的動態性質和結構性質進行分析。通過求Petri網的S-不變量和T-不變量，判定Petri網的有界性、守恒性、可達性和活性。

PetriΣ=（S，T；F，M）的結構可用一個n行m列的矩陣A=[aij]n×m來表示，首先構建只包含aij+的矩陣A+和只包含·的矩陣A-，然后計算A+-A-，得到主圖Petri網模型的關聯矩陣A。

我們稱滿足AX=0的m維非負整數向量X為Petri網的一個S-不變向量，表示一個網中資源的流動范圍，即托肯的數量范圍；稱滿足ATX=0的n維非負整數向量Y為Petri網的一個T-不變向量，表示Petri網中有循環結構。

通過MATLAB求解，存在一個正實數向量X，使AX≤0，證明此Petri網在結構上是有界的；存在一個正實數向量X，使AX=0，證明此Petri網在結構上是守恒的；每一個庫所都被一個S-不變量覆蓋，說明此業務流程Petri網中的每一個庫所與變遷經過一定的變化后均可到達，說明此Petri網模型是可達的、活的。

2.3 優化Petri網模型

Petri網中存在同步、并發、選擇和沖突四種結構關系：同步指兩個或兩個以上庫所都獲得條件（或資源）時，才能觸發某變遷；并發指某個變遷觸發時，可以使多個庫所獲得條件（或資源）；沖突指兩個或兩個以上變遷需要某庫所的條件（或資源），而該庫所只能滿足一個變遷的觸發；選擇指兩個或兩個以上變遷的輸出端某庫所，而任一個變遷的觸發都可以使該庫所獲得條件（或資源）。

四種關系中，“選擇”和“并發”關系不影響網與網之間的相互關系，因而不影響整個流程效率；而“沖突”和“同步”關系則表現出系統的耦合現象，代表網與網間并行結構的相互影響和制約，影響流程效率。

運用關系矩陣重組優化算法，找出Petri網模型中的沖突表與同步表，子網1（T2、T3、T5）和子網2（T2、T4、T5）存在沖突，子網3（T5、T6、T8）和子網4（T5、T7、T8）存在同步，子網5（T12、T13、T15）和子網6（T12、T14、T15）存在同步。

根據關系矩陣的重組優化規則，建立優化后的Petri網模型，如圖2所示。

3 模型優化效果驗證

由于相關文獻資料有限，在實踐驗證上缺少必要的數據比對，本文僅對此理論模型在一定的假設前提下進行比較分析：

①從資源占用角度來看，優化前庫所17個，變遷15個；優化后庫所14個，變遷12個。優化后庫所和變遷數目減少，表示完成同樣的業務占用的資源減少，時間縮短，成本降低，有利于提高貨物快運的效益；

②通過對優化后的Petri網模型建立關聯矩陣，尋找“沖突”和“同步”關系，可發現“沖突”關系消失，只有一個“同步”關系，說明此模型優化行之有效。

4 貨物快運流程優化建議

4.1 構建接取送達網絡

通過構建覆蓋全國貨源吸引區的接取送達網絡，合理調度取送汽車，提高取送能力，從而降低兩端物流環節的成本，為客戶提供更優質的全稱物流服務，真正做到方便客戶。

此外，加強物流服務基礎設施設備建設，整合運用社會資源，通過合資、合作或委托辦理等方式，聯合物流企業，為客戶提供相關延伸服務，促進鐵路向現代物流發展。

4.2 完善信息管理平臺

貨運信息是鐵路快運內容、形式、過程和發展變化的反應，與運輸、裝卸、倉儲等各個環節都有密切聯系，在運輸活動過程中起到神經系統的作用。加強取貨人員、客戶、車站調度三方的信息交流，使門到站做到無縫對接；貨物信息及時上傳更新，方便客戶實時跟蹤貨物在途動態；完善管理機制，加強隊伍建設，提高客戶服務的信息化水平。

4.3 拓寬繳費渠道

目前的繳費方式，客戶需在銀行與發運站間往返數次，運費繳納過程繁瑣且耗時，且容易因運費數額巨大而產生滯納金。為了方便客戶繳費，提高鐵路部門的收費效率，應拓寬繳費渠道，開通網上繳費，客戶發貨后由銀行將貨款劃撥入鐵路賬戶。依托電子商務平臺，為客戶提供運費試算與網上支付服務，可真正實現“一口價”，提高運費繳納的準確性、時效性，進一步提高效率。

4.4 提前發出領貨通知

鐵路貨物快運的優勢在于速度和時效性，采取并行作業方式可提高流程效率。向客戶提供列車到達的預確報，提前發出領貨通知，方便客戶提前做好收貨及搬運的準備，可減少鐵路貨場貨物積存，也是貨物時效性的保障，有利于提高到站辦理交付作業的效率。

5 結 語

本文以Petri網理論為基礎，以京津冀貨物快運為例，建立模型定性分析鐵路快運貨物流程中的不合理環節并加以優化。此外，提出了構建接取送達網絡，完善信息管理平臺，拓寬繳費渠道，提前發出領貨通知等建議，旨在提升鐵路貨物快運組織的效率和服務質量，為打造優質的鐵路貨物快運品牌奠定基礎。

參考文獻：

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