1 引言

当前我国制造业正在崛起, 物流业也赢得了快速发展的空间, 仓储行业也顺势发展起来。在历经了由人工和机械化阶段逐步过渡到自动化阶段的历程后, 仓储业正朝着更高阶段即智能化阶段迈进, 尤其是在国家政策的大力支持下, 仓储业呈现出综合化、集约化、一体化的发展趋势, 第三方仓储物流企业队伍也在这样的背景下不断地壮大。一般的, 生产企业对于仓储的需求量很大, 但其缺乏必要的仓储设备和专业的仓储管理能力, 为了能够集中精力经营自己的核心业务, 很多企业选择将仓储业务外包给专业的仓储服务型企业, 于是就形成了对标准化仓储服务的需求[1]。

目前在仓储服务领域, 大部分集中于对仓储管理系统 (WMS) 的研究与开发, 而关于仓储服务网上订单系统的研究则比较少。有些从事仓储服务的企业通过信息平台的手段扩散其公司及仓储服务信息, 以便需求商进行查找和联系。张光宇等提出构建仓储网络信息平台, 提供可视化仓储信息查询并给查询者提供所关注特定区域内仓库信息集合[2]。杨庆丰等提出在配送中心信息管理系统中加入仓储服务网上接受订单模块[3]。涂焱等提出在仓储物流系统网络平台中植入仓储会员交易服务模块, 经交易信息录入、磋商等过程后下达订仓指令, 并进行电子签约[4]。还有国内的阿里巴巴平台也在商务服务模块挂出仓库出租信息, 提供在线询价功能。然而, 这些研究和开发大多侧重于完善仓储业务管理系统和仓储服务信息展示, 没有真正将仓储服务独立出来作为一种商品或标的进行下单交易, 这些业务模式在订单的促成过程中还需通过场外其他联络方式进一步商洽才能完成, 并未真正改善当前仓储服务下单效率低下的现状。

为提高系统交易过程的效率, 在系统真正实施之前, 应预先为系统涉及的业务流程建立Petri网模型, 对模型性质、效能进行深入的分析, 及时改进系统的不足, 减少交易逻辑的原则性错误, 保证系统的高效性、有效性, 促进业务流程的优化, 为系统的进一步开发工作进行指导。

2 系统结构及业务流程

2.1 传统业务交易模式

传统仓储服务交易基本上是以直接面谈签单或通过网上浏览仓储资源后找到联系途径再进行业务谈判完成, 信息化程度较低且其洽谈要素因人而异。这种交易模型看似相对简单, 但由于缺乏统一谈判指标, 规格制定不一, 使得业内无法通过这种模式来规范与普及, 其一般业务流程如图1所示。

图1 一般仓储物流业务交易流程  

根据经验, 仓储物流业务交易过程一般花费时间少则几个小时, 多则需要一天才能达成一份仓储服务协议。因为没有统一的仓储订单规格和定价参考模式, 每次新货物入库之前都要双方面谈, 大部分时间浪费在交通和通讯上面, 同时也增加了业务的开支, 因此需要对其业务逻辑进行优化。

2.2 新业务交易模式与流程

(1) 业务交易参与者关系梳理。仓储物流业务交易系统 (下称“WBTS”) 以仓储业务交易活动为中心, 业务交易参与者均为系统会员, 主要分为仓储物流服务商 (下称“服务商”) 和仓储物流需求商 (下称“需求商”) 两个角色, 游客可以进入系统浏览行业信息或通过注册成为会员用户。服务商经过Login程序判断并获准权限后, 可以在系统上根据特定的格式要求发布相应的仓储服务信息。业务订单由需求商启动, 需求商登录系统后可以通过服务信息版面浏览已成功发布的仓储服务信息, 利用系统搜索引擎服务过滤出自己感兴趣的服务信息后, 选择对该服务信息对应的服务商进行询价, 并经过报价、洽谈、合同签订等过程完成一个订单流程。

(2) 仓储物流业务交易流程。WBTS是以仓储服务作为谈判标的, 双方在线签订合同后, 系统产生电子订单, 经过接口的调用将订单数据传入到作业系统中, 方便服务方作业决策并预先合理安排仓库。其业务交易流程如图2所示。

3 仓储业务交易流程的Petri网建模与分析

为了更好地检验所设计系统的业务交易效率, 下面给出业务流程的Petri网模型, 以便模拟交易过程中每个订单周期, 促进业务流程的优化。

图2 新业务交易流程   

3.1 Petri网与工作流

Petri网是由Carl Adam Petri在其博士论文中提出的一种过程建模和分析工具, 可用于对模型性质的判断。Petri网通过特定的图形来表示, 通常用圆圈或椭圆作P元来表示库所, 用方框作T元来表示变迁, 从圆圈到方框的箭头表示消耗, 从方框到圆圈的箭头表示产生, 以这样的方式画出观察到的资源和变迁, 呈现一个反映工作流程的有向网[4]。

在Petri网的定义中, 满足下列条件的四元组N= (P, T, F, M) 称作一个网:

M:S作为网N的一个标识。

P和T是两个不相交的集合, 它们是网N的基本元素集。映射M:P→{0, 1, 2, …}作为网N的一个标识 (marking) , 用图形来表示一个标识网 (P, T;F, M) 时, 若M (s) =k, 则在表示库所的s的小圆圈内加上k个小黑点或以数字标记token的数量, 初始点火 (Fire) 标识为M (1, 0, 0, …, 0) 。在一个 (P, T;F, M) 的Petri网中, 如果存在, 使M[t>M’, 则M’为从M直接可达。如果变迁序列T1, T2, …, Tk为T, 则M[T>Mk, R (M0) 给出了业务过程中可能出现的全部状态的集合。

3.2 交易流程结构的Petri网优化模型构建

本文提出将线下的业务推广到线上来完成, 因此需要重新规划整个业务交易流程和模式。在新业务模式确定之前, 先通过Petri网对相关业务过程进行建模, 并进行仿真验证其优化效果。业务流程的仿真主要以时间作为指标。Petri网适用于仓储业务交易流程结构分析, 是对工作流过程建模的理想工具。仓储服务在WBTS中最终被当作一件商品或交易对象, 把电子商务的交易范式和思想融入整个交易过程。通过元素界定和业务流程规范化和统一后, 把业务流程映射到相应的Petri网上, 使系统的交易方式具有一定的伸缩性和自由度。

根据仓储货物特性的不同, 仓库的管理和存放的货品也需要按货物特性来分类。仓储服务计费中, 有特定的行业惯例和标准。系统以货物类型为依据, 将用户下单对应为以下三种方式:重货、泡货和件货 (计件) 。因此, 在对业务交易流程模型的构建时, 要先从三个相应子网入手, 设计好三个子网模型的并行, 形成系统完整的业务交易流程模型。通过子网模型有机组合, 全面地描述了整个仓储物流业务交易过程。仓储业务交易流程Petri网组合模型如图3所示。

图3 仓储业务交易流程Petri网组合模型 

表1 仓储业务交易流程Petri网说明

部分变迁的参数见表2。

表2 变迁参数  

3.3 交易流程语义分析

在对Petri网模型分析的基础上, 用基于语义的流程描述方法进一步详细表述每个流程中涉及的业务操作与元数据的结合。语义关系是一种面向实体和操作的流程特征描述方法, 对流程的描述使用流程描述字 (Process Descripter) 。

实体既可以是信息, 也可以是实物, 这里用ei表示。Si={e1, e2, e3, ⋯, eni}表示所有业务交易流程Pi所涉及到的实体信息的集合。交易模式集合Type={typei|i∈[1, 3]}, 该集合中type1代表重货模式, type2代表泡货模式, type3代表件货交易模式。库所Pi描述字用符号表示:Di=<fi1, fi2, fi3, fi4>, 在这里fi1表示在流程Pi的情况下, 库所Pi的参与者 (服务商或需求商) , fi2是库所Pi输入实体名称的集合IN (Pi) ={nei|ei∈Si}。fi3是交易流程Pi得到实体名称的集合OUT (Pi) , OUT (Pi) ={nei|ei∈Si}。fi4是流程Pi包含的所有业务操作集合FUN (Pi) , 这个操作被定义为由多元素或集合组成。FUN (Pi) ={Odi=<nopdi, CSTdi>, ..., Osi=<nopsi, CSTsi>}, 其中Odi, ⋯, Oqi表示了流程中所有的操作。

以重货计费的交易模式为例:

(1) 仓储服务商发布服务信息流程。f11:服务商。对信息发布流程来说, 服务商作为直接操作的主体。在信息发布的Petri网模型中, P1含有初始托肯 (token) 标记, 它表示公司资料信息和仓储资源信息。因此仓储信息发布流程需要输入的实体就是仓储资源信息。f12:{仓储资源信息}={仓储编号, 公司编号, 仓库属性, 仓储类型, 保管方式, 仓库规格, 仓库结构, 仓库总面积, 可用面积, 库房层数, 库房层高, 消防等级, 库存管理方式, 服务提供, 托盘规格, 场内设备, …, 审核状态}。f13:{已提交的仓储服务信息}。f14:{提交已填信息}。

(2) 需求商询价流程。f21:需求商。经系统筛选出合适的服务信息后, 需求商选择一个服务商并对其进行询价, 因此, 这个操作过程的主体为需求商。f22:{计费方式, 价格, 起租日期, 结束日期}, 这一步骤的信息输入传递到服务商管理界面的报价模块中, 服务商可以对该询价进行报价。f23:{询价单信息}。在变迁T3 (提交询价) 之前, 涉及的操作为Od2=<确定提交询价指令, {询价信息}>, 所以有f24:{<确定提交询价指令, {询价信息}>}。

(3) 报价流程。f31:服务商。询价结束后, 服务商在管理后台中看到相应的询价信息, 经筛选出合适的询价单后, 对其进行首次报价。此操作过程的主体为服务商。f32:{价格, 支付方式}, 服务商查阅询价单后, 以对方询价单中价格为依据, 表达能够接受的价格, 在这里作为一个输入的元数据。f33:{报价单信息}。f34:{<提交报价, {报价信息}>}。

(4) 洽谈流程。f41:交易双方。需求商初步接受报价后, 同意进入洽谈室并提交洽谈单, 可以进一步议价。f42:{<议价1, 支付方式>, <议价2>}。f43:{洽谈单信息}。需求商有提交议价等信息的操作Od4, =<议价修改, {议价1, 支付方式}>;服务商的操作Oe4=<议价修改, {议价2}>。f44:{Od4, Oe4}。

(5) 合同签订流程。f51:交易双方。双方洽谈成功并确认洽谈内容后, 生成相应的电子合同, 下一步需要双方录入联系信息等方可签订合同并让其生效。f52:{<联系方式, 法人代表>, <联系方式, 法人代表>}。f53:{合同}。该流程包含双方对合同的签订操作, 故有:Od5=<甲方签订, {姓名, 电话}>;Oe5=<乙方签订;{姓名, 电话}>, f54:{Od5, Oe5}。

(6) 转执行单流程。f61:服务商。转执行过程即将生成的订单信息转入执行的外部系统中, 使得订单的传递实现无纸化, 该过程由服务商操作, 将订单信息传入执行系统。f62:{转执行单指令}。f63:{已转执行单信息}。Od6=<转执行单, {订单状态}>, 故f64:{Od6}。

(7) 结算与支付流程。f71:需求商。订单转执行后, 需求商进入结算模块查看相应的费用并可以在线支付。f72:{帐号, 密码, 支付项目}。f73:{支付状态}。Od7=<支付, {支付金额}>, f74:{Od7}。WBTS根据存放货物类型为仓储物流业务交易提供了三种计费模式, 在订单进入执行阶段之后, 需求商要求货物出库的数量和时间是随机的, 同一批货物的在库时间也可能不一致, 或者同一对交易者之间存在多种形式的交易模式并存的情况。因此, 实时结算应建立在以已出库的货物所产生的服务费用的基础之上。

当计费模式为重货时, 设同一单货物分为k个批次出库, 第i个批次货物出库计重为Mi, 此批次在库时长计为Ti, 单价为Pr1。故同一单入库的货物可用如下计费函数模型:

当计费模式为泡货时, 设同一单货物分为m个批次出库, 第i个批次货物出库的体积为Vi, 此批次在库时长为Ti, 单价为Pr2。同一单入库的货物服务费用计算函数模型为:

当计费模式为件货 (计件) 时, 设同一单货物分为n个批次出库, 第i个批次货物出库的件数为Ni, 此批次的在库时长为Ti, 单价为Pr3。同一单入库的货物服务费用计算函数模型为:

在实际的业务交易当中, 因同一对交易双方可能有多种仓储服务关系, 所以服务费用总计的组合有C32+C31+C33种可能。根据式 (1) 、式 (2) 和式 (3) 可得出同一对交易者业务交易费用结算的通用数学模型:

3.4 Petri网模型性质分析

Petri是一个理论体系日趋完备的图形化建模工具, 可用来对模型性质进行分析[5]。从双方业务交易过程来看, 有界Petri网模型都可以分析其可达性等性质。框定条件分析如下:

(1) 把系统Petri网模型的时间参数作为输入;

(2) 将M0设为可达树的根节点;

(3) 必须得到一个托肯才能进入下一步操作。

一个完整的业务交易流程必须是可达的, 以重货模式的业务交易过程为例, 服务商与需求商双方的操作相对独立。根据上节的流程语义分析, 信息输入时产生一定的等待时间。本模型的变迁集为T={T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T18}, 因无资源争抢关系, 故有M0[T>M18, 其中, M0=[1, 0, 0, …, 0]。其网络为全程可达, 交易流程中没有遗留托肯, 可以确定系统中没有冲突源。可达标识树如图4所示。

图4 可达标识树   

4 Petri网模型的仿真实验

4.1 仿真模型

上述Petri网在Matlab环境下对应的仿真模型如图5所示。Simulink模型集合了内部运行逻辑, 根据流程改进的需要可更新运行逻辑或在其外部添加常规模块进行仿真。

图5 Simulink模型   

4.2 仿真结果

图6为100次重复交易的仿真实验结果, 计算出系统业务交易平均周期约为18.50min, 相比旧的交易模式耗时减少40min以上, 体现了仓储服务物流在线业务交易的高效性, 该业务逻辑优化达到很好的效果。

5 结语

本文设计了新业务交易逻辑, 建立Petri网模型并进行分析后, 确定其Petri网的可达性, 排除交易过程中可能出现的业务资源冲突并利用Matlab的Simulink仿真工具对其交易过程进行仿真模拟, 验证新业务逻辑在交易中的效果。优化后的业务交易模式在较短时间内完成复杂的仓储服务订单, 实现对仓储需求的快速反应, 为下一步的系统开发工作打下理论基础。同时订单信息通过系统自动统计并支持在线支付, 系统数据库存留的交易信息可为企业决策层的统计与决策分析提供基础数据, 促进仓储企业的不断改进。

图6 仿真结果