基于Petri网的危险品出入库流程建模优化

蔡婷婷， 刘祥伟

( 安徽理工大学 经济与管理学院， 安徽 淮南 232001 )

0 引言

随着我国化工业的不断发展，我国目前已经成为危险品生产及应用大国，但对于危险品的管理方面还存在诸多问题，给社会带来了安全隐患.如天津港“8·12”特大火灾爆炸事故不仅造成了巨大的人员伤亡和财产损失，还对周边环境造成了污染,而产生事故的直接原因就是仓储公司违规储存危险货物，导致危险品爆炸和燃烧[1].因此，加强危险品的仓储管理对保证社会安全具有重大意义.危险品出入库环节是危险品仓储管理的关键环节之一，若在这一环节中未按规定操作，不仅影响危险品出入库的效率，而且还会引起安全问题，因此研究危险品出入库流程具有重要意义.目前，研究业务流程的方法通常采用流程图建模法、角色行为图法、IDEF法、Petri网法、ARIS法等，其中Petri网因其具有强大的图形表达能力和严谨的数学分析能力被广泛使用.例如：文献[2]运用Petri网构建了门诊流程优化模型，并通过门诊实例验证了优化模型的有效性；文献[3]针对制造行业的产品个性化定制需求，提出了一种将面向目标的需求和Petri网结合起来的方法，并通过实例说明了该方法；文献[4]针对患者就医时重复抽血化验的问题，提出了一种基于Petri网的医疗流程模型的优化分析方法，该优化模型可有效改善医疗流程；文献[5]运用Petri网构建了采购流程模型，并通过仿真软件对模型进行对比分析找出了流程中的瓶颈环节；文献[6]提出了一种基于Petri网行为轮廓的网上购物流程挖掘方法，并通过实例分析验证了方法的可行性.目前利用Petri网对危险品仓储管理方面的研究较少，如贾晔清运用Petri网构建了一种新的危险品入库系统，该系统有助于缓解入库的安全风险[7]；李玉民等运用Petri网对危险品出入库流程进行了建模，并通过ExSpect软件分析了出入库流程的总周期，提出了一些节省时间的措施[8].但目前还没有学者对危险品出入库整个流程的可达性和安全性进行分析，基于此本文以自由选择网为基础，结合Petri网对某危险品物流企业出入库流程进行建模，并利用PIPE软件对优化后的模型进行验证.

1 基本概念

定义1[9](流程模型Petri网) 设四元组PN=(P,T,F,M)， 其中：

1)P为有限库所组成的集合，T为有限变迁组成的集合;

2)P≠∅,T≠∅，P∩T=∅，P∪T≠∅;

3)F⊆(P×T)∪(T×P)为输出函数和输入函数的集合;

4) dom(F)∪cod(F)=P∪T， 其中dom(F)是由F所含有序偶的第1个元素组成的集合， cod(F)是由第2个元素组成的集合，即dom(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T： (x,y)∈F}， cod(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T： (y,x)∈F};

5)M={and,xor,or}是流程网的结构类型.

可见，网PN=(P,T,F,M)中的基本元素是P和T， 一般用○和□表示.

定义2[10]7(变迁发生规则) 一个四元组PN=(S,T,F,M)被称为Petri网，当且仅当满足下列条件：

1)M为标识，M0为初始标识.

2) 变迁t∈T具有发生权, ↔：∀p∈t：M(p)≥1， 记作M[t>.

3) 在标识M下使得变迁t发生后，得到一个新的标识M′, 记作M[t>M′.对∀s∈S, 则有：

定义3[10]27(可达性) 已知Petri网PN=(P,T,F,M)， 若∃t∈T， 使得M[t>M′， 则称M′为从M直接可达的；如果存在变迁序列{t1,t2,…,tk}和标识序列{M1,M2,…,Mk}使M[t1>M1[t2>…Mk -1[tk>Mk， 则称Mk为从M可达的.从M可达的所有标识集合记为R(M)， 约定M∈R(M).

2 基于Petri网的危险品出入库流程建模优化

针对某危险品物流企业在危险品出入库过程中出现的安全隐患问题，本文建立一个基于Petri网的危险品出入库流程模型(下文简称“原模型”)，如图1所示.模型的流程主要分为入库流程和出库流程，各流程由算法自动识别并传达给仓库的相关部门.

入库的流程为：①仓库管理部门接受入库信息后，制定计划并通知仓库人员做好入库准备.②仓库主管与送货人进行交接并核对入库单，若信息有误，则拒绝入库；若信息无误，则仓库主管签字并同意车辆入库.③车辆到达入库等待区以后，通过调度中心查看卸货作业区作业情况，若卸货作业区繁忙，则依次排队等待，直到空闲允许车辆入内.④货品全部卸载完成后，验收人员核对入库货物信息并检验货物数量、包装和安全标志，若检验合格，则直接入库；若不合格，则把货品运至不合格暂存区存放.⑤货品入库完成后，管理部门录入存储信息并更新货位信息.⑥各部门清理运输工具和现场，入库作业完成.

出库的流程为：①仓库管理部门收到出库信息后先审核信息，若信息有误，则拒绝发货；若信息无误，则根据提货单信息打印双份发货单，一份交给提货人员，一份公司留存.②提货人员将发货单交给仓库主管，仓库主管进行信息核对，无误后按照发货单装载货物.③装载完成后，仓库主管对货品数量和装载设备进行复核，若有误，则重新处理；若无误，则提货人可以直接领取出库单与出门凭证.④领取完毕后，提货人员对货物进行清点交接.⑤交接完毕后，管理部门更新库存信息，出库作业完成.

从原模型可以看出，危险品在出入库流程中存在以下问题：①检验合格的危险品未经分类就直接入库存放，有可能把相互之间易产生化学反应的危险品错放在一起，从而引发安全事故.②检验不合格的危险品未采取任何防护措施就直接堆放在不合格暂存区，存在极大的安全隐患，如有毒气体泄露等.③管理部门打印发货单前未查看库存信息，若库存量低于订单量，则无法按时发货.④信息核对完成后直接按照发货单装载货物，有可能导致包装不良或性质变异的货物出库.⑤货品装车前未检查危险品运输车辆是否符合国家相关安全规定.⑥主管复核时未核查提货人的相关资质及证明，无法保证危险品的流向安全.

基于上述问题，本文结合文献[11]所提出的危险品安全管理办法，从以下6个方面对原模型进行优化：①增加入库管理货区，将危险品按性质进行分区、分类、分库存放；②发现不合格危险品及时向仓库主管报告，并及时做好标识、分类、隔离等防护措施，同时在入库单上注明货品问题；③打印发货单前要查看库存信息，库存不足时及时调货；④增加出库备货区，出库前工作人员要检查货品包装是否完好，保障装卸安全；⑤检查运输车辆是否符合国家相关规定，防止运输途中货品和车辆发生意外；⑥核查提货人的资质证明，登记提货人的详细资料和记录危险品的流向.优化后的模型如图2所示.

图2 某危险品出入库流程的优化模型

3 优化模型的检验

为了检验优化模型的可行性，利用PIPE软件对模型进行模拟运行，运行结果如图3所示.对优化模型进行状态空间分析的结果如图4所示.由图4可知，图2所示的Petri网优化模型是有界的、安全的、无死锁的.这表明，图2所示的Petri网优化模型能够减少危险品出入库流程中的安全隐患，提高危险品出入库的效率.

图3 优化模型在PIPE软件中的运行结果

图4 优化模型在PIPE软件中运行后的状态空间

4 结束语

本文基于Petri网，通过新增、删除、合并变迁的方式对某企业的危险品出入库流程进行了优化.利用PIPE软件对所建模型进行模拟运行的结果表明，该模型可以有效减少危险品出入库流程中的安全隐患，提高危险品出入库的效率，因此具有一定的应用价值.由于危险品不同其出入库流程会有所不同，因此本文的模型具有一定的局限性.今后我们将结合更多的危险品的出入库流程，建立更加符合实际应用的模型，以提高模型的适用范围.