基于Petri网的铁路货物快运流程优化

凌敏　陶韬　李昌浚等

摘 要：针对铁路货物快运组织流程，文章为分析其中可能存在的不合理环节并进行优化，以京津冀货物快运列车为例，建立Petri网模型，通过建立关联矩阵，寻找流程中“冲突”和“同步”关系并进行优化，最后从理论上分析构建的模型对流程起到的优化效果；提出货物快运流程优化补充建议：构建接取送达网络，完善信息管理平台，拓宽缴费渠道，提前发出领货通知。

关键词：铁路；货物快运；Petri网；流程优化

中图分类号：F253.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0124-02

1 货物快运概述

铁路货运组织改革实施以来，各铁路局先后开行货物快运列车，改变了铁路只办理大宗和整车货物运输的方式，敞开受理零担货运业务，提供全程物流服务，满足沿线中小企业灵活分散的运输需求，具有网络覆盖广、运行效率高、运到期限短、运行费用低、安全保障高、受天气影响小等特点。其中，主要改革环节包括敞开收货，需求一次提报，提供12306网站自助办理等多种受理渠道等。

2 货物快运流程分析与优化

本文以京津冀地区货物快运列车货运组织流程为例，采用Petri网建模的方法分析流程中存在的问题，并对其进行优化。

2.1 构建货物快运的petri网模型

对京津冀货物快运列车组织流程建立Petri网模型，如图1所示，模型中各库所和变迁所代表的含义，见表1。

Petri网中：

库所（P）为业务流程的资源状态或者条件；

变迁（T）为活动的执行；

托肯为资源数量。

2.2 对构建的Petri网模型进行特性分析

为了确保流程优化的有效性需要验证模型的正确性，对Petri网的动态性质和结构性质进行分析。通过求Petri网的S-不变量和T-不变量，判定Petri网的有界性、守恒性、可达性和活性。

PetriΣ=（S，T；F，M）的结构可用一个n行m列的矩阵A=[aij]n×m来表示，首先构建只包含aij+的矩阵A+和只包含·的矩阵A-，然后计算A+-A-，得到主图Petri网模型的关联矩阵A。

我们称满足AX=0的m维非负整数向量X为Petri网的一个S-不变向量，表示一个网中资源的流动范围，即托肯的数量范围；称满足ATX=0的n维非负整数向量Y为Petri网的一个T-不变向量，表示Petri网中有循环结构。

通过MATLAB求解，存在一个正实数向量X，使AX≤0，证明此Petri网在结构上是有界的；存在一个正实数向量X，使AX=0，证明此Petri网在结构上是守恒的；每一个库所都被一个S-不变量覆盖，说明此业务流程Petri网中的每一个库所与变迁经过一定的变化后均可到达，说明此Petri网模型是可达的、活的。

2.3 优化Petri网模型

Petri网中存在同步、并发、选择和冲突四种结构关系：同步指两个或两个以上库所都获得条件（或资源）时，才能触发某变迁；并发指某个变迁触发时，可以使多个库所获得条件（或资源）；冲突指两个或两个以上变迁需要某库所的条件（或资源），而该库所只能满足一个变迁的触发；选择指两个或两个以上变迁的输出端某库所，而任一个变迁的触发都可以使该库所获得条件（或资源）。

四种关系中，“选择”和“并发”关系不影响网与网之间的相互关系，因而不影响整个流程效率；而“冲突”和“同步”关系则表现出系统的耦合现象，代表网与网间并行结构的相互影响和制约，影响流程效率。

运用关系矩阵重组优化算法，找出Petri网模型中的冲突表与同步表，子网1（T2、T3、T5）和子网2（T2、T4、T5）存在冲突，子网3（T5、T6、T8）和子网4（T5、T7、T8）存在同步，子网5（T12、T13、T15）和子网6（T12、T14、T15）存在同步。

根据关系矩阵的重组优化规则，建立优化后的Petri网模型，如图2所示。

3 模型优化效果验证

由于相关文献资料有限，在实践验证上缺少必要的数据比对，本文仅对此理论模型在一定的假设前提下进行比较分析：

①从资源占用角度来看，优化前库所17个，变迁15个；优化后库所14个，变迁12个。优化后库所和变迁数目减少，表示完成同样的业务占用的资源减少，时间缩短，成本降低，有利于提高货物快运的效益；

②通过对优化后的Petri网模型建立关联矩阵，寻找“冲突”和“同步”关系，可发现“冲突”关系消失，只有一个“同步”关系，说明此模型优化行之有效。

4 货物快运流程优化建议

4.1 构建接取送达网络

通过构建覆盖全国货源吸引区的接取送达网络，合理调度取送汽车，提高取送能力，从而降低两端物流环节的成本，为客户提供更优质的全称物流服务，真正做到方便客户。

此外，加强物流服务基础设施设备建设，整合运用社会资源，通过合资、合作或委托办理等方式，联合物流企业，为客户提供相关延伸服务，促进铁路向现代物流发展。

4.2 完善信息管理平台

货运信息是铁路快运内容、形式、过程和发展变化的反应，与运输、装卸、仓储等各个环节都有密切联系，在运输活动过程中起到神经系统的作用。加强取货人员、客户、车站调度三方的信息交流，使门到站做到无缝对接；货物信息及时上传更新，方便客户实时跟踪货物在途动态；完善管理机制，加强队伍建设，提高客户服务的信息化水平。

4.3 拓宽缴费渠道

目前的缴费方式，客户需在银行与发运站间往返数次，运费缴纳过程繁琐且耗时，且容易因运费数额巨大而产生滞纳金。为了方便客户缴费，提高铁路部门的收费效率，应拓宽缴费渠道，开通网上缴费，客户发货后由银行将货款划拨入铁路账户。依托电子商务平台，为客户提供运费试算与网上支付服务，可真正实现“一口价”，提高运费缴纳的准确性、时效性，进一步提高效率。

4.4 提前发出领货通知

铁路货物快运的优势在于速度和时效性，采取并行作业方式可提高流程效率。向客户提供列车到达的预确报，提前发出领货通知，方便客户提前做好收货及搬运的准备，可减少铁路货场货物积存，也是货物时效性的保障，有利于提高到站办理交付作业的效率。

5 结 语

本文以Petri网理论为基础，以京津冀货物快运为例，建立模型定性分析铁路快运货物流程中的不合理环节并加以优化。此外，提出了构建接取送达网络，完善信息管理平台，拓宽缴费渠道，提前发出领货通知等建议，旨在提升铁路货物快运组织的效率和服务质量，为打造优质的铁路货物快运品牌奠定基础。

参考文献：

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