基于Petri网的多式联运流程优化研究.doc
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1、提 要提 要在经济全球化和电子商务环境下,信息化的多式联运是一个在新的业务流程指导下的复杂的物流、信息流、资金流相互交织的动态随机过程。研究多式联运流程,分析现行系统中存在的问题与瓶颈,寻求解决对策,有效提高多式联运系统运作效率,具有重要的理论与现实意义。本文研究了基于Petri网的多式联运流程优化,核心内容是基于信息技术的多式联运流程再造和基于Web服务的多式联运流程优化。在多式联运数据仓库底层数据的支持下,建立以多式联运为主题,以集运输方式、载运工具及中间过程等信息为一体的数据仓库体系。进行多式联运信息整合,设计一个多级别、多层次的数据处理过程,包括对多式联运物流行业信息整合和企业内部的信
2、息整合。应用多式联运信息集成技术,设计实现物流信息技术融合的具有组件式结构的柔性信息平台框架、方法和模式,研究多式联运条件下物流信息开发、共享与协同技术。根据多式联运流程的特点,分析多式联运系统与子系统的关系、多式联运流程及其Petri网流程,以典型多式联运流程为例建立多式联运Petri网模型,分析其数学特性,应用相关软件进行仿真。研究了基于BPEL4WS的多式联运业务流程的集成技术,实现了多式联运流程从宏观到微观典型流程由表及里的调用和优化,有效地整合了多式联运资源。关键词:多式联运 Petri网 流程仿真 信息整合 MTBPEL4WS目录目 录第一章 绪论11.1 研究的目的与意义11.1
3、.1 多式联运发展要求21.1.2 信息化的发展要求21.2 国内外研究现状31.2.1 多式联运发展现状41.2.2 多式联运流程研究现状61.2.3多式联运流程设计相关理论与方法研究现状81.4 主要研究内容10第二章 基于PETRI的多式联运系统模型研究132.1 多式联运系统分析132.1.1 多式联运系统分析132.1.2 多式联运子系统152.2 多式联运流程分析172.2.1 多式联运流程特点172.2.2 铁海多式联运出口流程182.2.3. 多式联运流程的分层222.3 典型铁海多式联运流程Petri网模型建模232.4 多式联运流程Petri网模型性能分析262.5 本章小
4、结30第三章 多式联运流程模型仿真与优化研究313.1 Petri网仿真时间参数分析313.2 多式联运流程Petri网模型的仿真323.3 多式联运流程Petri网模型的优化363.3.1 多式联运流程过程时间363.3.2 优化多式联运流程采取的措施373.3.3 优化后的多式联运流程性能分析383.3.4 优化后的多式联运流程仿真423.4 本章小结43第四章 多式联运信息集成技术研究454.1多式联运物流行业信息集成454.1.1多式联运信息集成体系结构454.1.2多式联运信息集成平台结构474.1.3 多式联运信息集成平台的作用504.2 多式联运物流企业信息集成524.3本章小结
5、55第五章 多式联运数据仓库技术研究575.1规划分析阶段575.1.1多式联运数据仓库的需求分析575.1.2多式联运数据仓库的设计595.1.3多式联运数据仓库概念模型、逻辑模型设计595.1.4多式联运数据仓库物理模型595.1.5多式联运数据仓库元数据设计605.2设计实施阶段625.2.1多式联运数据仓库的层次625.2.2多式联运数据仓库系统功能635.2.3多式联运数据加载、抽取(MTETL)645.2.4数据仓库数据存储层次655.2.5多式联运数据仓库的创建665.3典型多式联运货运站数据仓库的应用665.3.1典型多式联运货运站数据仓库需求分析665.3.2多式联运数据库概
6、念结构设计675.3.3多式联运数据库的逻辑结构设计685.3.4货运场站数据集市构架设计685.3.5建立多维数据集715.3.6数据展现和联机分析处理(OLAP)735.4本章小结80第六章 基于WEB的多式联运流程PETRI网模型研究836.1 Web服务下多式联运流程分析836.2 Web服务下的多式联运协作流程866.3 多式联运BPEL4WS集成模型研究876.3.1 服务类型定义描述896.3.2 多式联运流程集成描述896.4 BPEL4WS与Petri网的转换研究906.4.1 BPEL4WS与Petri网的转换906.4.2 多式联运Web服务流程Petri网模型建立926
7、.5本章小结93第七章 总结与展望95参考文献99附录1:多式联运流程图及PETRI网模型109附录2:多式联运数据仓库概念模型、逻辑模型117附录3:出口委托、铁路运输、订舱、海关、运输调度、发票WSDL定义121附录4:多式联运流程集成描述129附录5:多式联运流程执行描述133博士期间发表论文及研究成果139摘 要IABSTRACTV 81第一章 绪论第一章 绪论随着全球经济的发展和市场竞争的加剧,加大了企业对现代物流的重视,多式联运的运输服务和多种方式的运输设施将在企业物流系统参与21世纪的全球市场竞争中扮演着重要的角色。多式联运是国际上普遍采用的新型运输方式,把传统、单一的各种不同运
8、输方式有机地结合、衔接为一体,为客户提供经济、合理、迅速、安全、便捷的运输服务。随着经济的迅速发展,技术水平的提高,多式联运广泛采用新技术,提高运输装备现代化水平,应用信息技术,进行物流化服务,多式联运朝着建立综合运输体系的方向迅速发展。整合多式联运物流流程,现代信息技术的广泛应用与信息化程度的提高是传统物流业向现代物流业转型的关键,也是发展多式联运系统的关键1。本论文研究来源于国家“十五”科技攻关项目课题多式联运条件下现代物流流程设计与仿真技术研究。此课题以多式联运条件下的物流资源为对象,研究多式联运下现代物流资源的信息整合技术、多式联运物流流程设计与仿真优化,目的是优化多式联运条件下的物流
9、流程,发挥各种运输方式的优势,实现效益最大化,提高多式联运整体运营效率。1.1 研究的目的与意义随着经济结构的不断调整,多式联运在我国交通运输中的重要地位日益突显,并且得到了迅速发展。但是,由于我国多式联运由交通部、铁道部、民航总局、邮政局、商业部等多家管理部门分别管理,造成各种运输方式之间的协调配合、运输设施的统筹规划建设、运输装备的发展以及运输经营管理都尚未形成有机整体,具有综合功能的运输枢纽尚未形成,各种运输方式间缺乏有效衔接,运输方式之间和运输方式内部的一些结构性矛盾日显突出。综合运输已经到了必须合理配置、优化的阶段。在经济全球化和电子商务环境下,信息化的多式联运是一个在新的业务流程指
10、导下的复杂的物流、信息流、资金流相互交织的动态随机过程。研究多式联运流程,便于发现现行系统中存在的问题与瓶颈,提出解决意见和办法,可加快多式联运程序简化与标准化进程,适时调整贸易发展政策,有效提高多式联运系统运作效率,具有重要意义。1.1.1 多式联运发展要求多式联运作为联结国内外贸易的纽带成为现代物流的重要分支之一,已成为联结企业国际供应链的最重要一环,进行多式联运流程的研究,推动多式联运发展,实现物流服务及时、准确、安全、迅速的目标,达到最优的物流服务。多式联运流程是跨组织的流程,企业与企业间、组织与组织间边界模糊,各种边界处于动态变化之中。协作流程分布于多个企业、组织,且经常发生变化,由
11、此带来了多式联运流程管理的复杂性2。过去30年,企业为了形成各自竞争优势而建成的各种应用系统之间却存在巨大差异,其交互操作连接成为高层流程集成管理的主要障碍。为了使多式联运系统高效运转,实现多式联运业务流程集成,便于各组织间流程运作通畅,亟待进行多式联运流程研究,迫切需要对现代物流条件下多式联运流程优化技术、运输信息资源整合技术等关键技术进行研究与开发,并应用于相关多式联运企业,以尽快形成各种运输方式紧密衔接的运输网络,提高多式联运的运作效率,规范多式联运操作流程,从而有效促进多式联运物流企业跨地区、跨行业运营资源的优化配置和整合,使以多式联运为主要载体的现代综合物流多样化、系统化、合理化,推
12、动我国现代物流快速发展。1.1.2 信息化的发展要求传统多式联运企业间工作流系统存在缺乏柔性、不能及时响应变化和相互之间缺乏交互操作的缺点,不能满足多式联运业务流程在动态电子商务环境下管理的要求。现在一半以上的多式联运企业还停留在静态式的Web服务和简单的电子商务应用阶段,动态电子商务实现凤毛麟角。随着互联网的进一步发展和普及,Internet促进了电子商务飞速发展,电子商务环境使得多个企业流程共享成为可能,越来越多的业务流程变成跨越组织边界的开放的流程。要实现动态电子商务,就要对企业、组织之间的业务流程进行研究,从而实现业务处理“扁平化”,快速应对市场的需求。信息化的多式联运流程处理技术并不
13、对组织结构、运输方式做任何调整,体现为跨组织、跨企业间的信息交流、处理,即电子文件的传输快于书面文件,企业能对相关事务作出迅速安排;信息技术的使用可以简化工作程序和信息流、大量减少纸制单证、单据工作量,实现无纸化贸易。一次国际贸易使用多张单证,需要在多个部门之间流转,需要大量的人力和时间;使用信息技术优化生产、服务销售各个方面,使物流业务与贸易、运输各方面联系更紧密,满足便利性、快捷性、可靠性等要求。最后加强与供应链上合作伙伴的合作,实现无缝衔接。因此,进行多式联运信息平台设计,分析了其中的多式联运运输链及其信息流程,设计数据仓库功能框架,是时代发展的迫切需求。1.2 国内外研究现状国外进行多
14、式联运技术研究,多集中在多式联运条件下的运输优化技术、决策、战略规划、政策及多式联运高新技术34等,本文详细地列举了国外多式联运的研究现状,分析多式联运发展历程,指明多式联运研究趋势2。注重信息技术在多式联运业务流程中的应用,实现业务流程自动化及货物运输过程透明化5 6 7。国内研究大体上分为发展战略和技术两个方面,发展战略主要探讨多式联运的发展规划及展望,多式联运市场发展,并介绍国外多式联运产业先进的法律政策、成功运营经验等;技术部分主要探讨如何将国际先进的多式联运管理经验和先进技术应用于中国多式联运发展。国内学者战略研究主要集中在多式联运形成机理及组织协调8、多式联运通道问题910、发展战
15、略研究11等问题。技术方面研究多式联运EDI、GPS、RFID等关键技术、信息技术,多式联运条件下智能运输管理和决策支持系统、多式联运条件下物流全程跟踪系统等12 。1.2.1 多式联运发展现状多式联运在欧美等发达国家进入了一个全新的发展时期。欧洲有多条国际运输线路走廊,运输设施完善,电子信息交换系统发达。铁路公司提供双层集装箱列车;港口的所有码头都有直达船坞的铁轨、先进的装卸设施,而且周转迅捷;洲际高速网直接连接,港口可以迅速地将货物通过陆路运输线送达北美的各主要城市13。国际发达国家的联运企业,大都是多式联运承运人,像东方海外和太平洋铁路这样专业企业发展起来的多式联运经营人,联运服务多样化
16、。德国、荷兰等国家多式联运运输网络良好,信息化水平高,注重多式联运技术的发展,各种运输方式布局合理,相互协调发展,多样化的多式联运形式。鹿特丹港装卸过程完全用电脑控制,在离货物码头和联运设施附近大力规划建设物流园区,发挥港口物流功能,提供一体化服务。英国的铁路四通八达,铁路部门向来十分重视与港口的联运,直通每一座码头泊位。可以直接把进出口货物从港口运送到英国各地,中间不需要驳船转运,十分方便。美国多式联运技术变革,EDI、GPS等广泛应用于运输系统,运输资源优化配置,向综合运输体系发展14-16。国外多式联运管理向信息化、智能化方向发展,公路、水运、铁路、航空各种运输方式信息化建设进程很快,计
17、算机技术、现代通信技术和现代控制技术与遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)等高新电子信息技术有效集成的应用在多式联运的各种运输方式中,大幅度提高了效率和服务质量、扩大了规模、加强了管理、赢得了市场。尤其是在运营系统和管理领域的应用开发,大中型企业(航空、铁路、大的联运企业)基本建立起企业内部的管理信息系统,空港、海港设施和作业的自动化程度极大提高。铁路内部的信息管理系统已全国联网,实现了数据的动态采集、分析、处理能力。航空运输一直是现代化程度较高的行业,大型企业早已实现网上办公,先进的信息技术应用较广。信息技术正逐步成为交通运输技术体系的主导技术17。总之,发达国家生产
18、力发展水平较高,其交通运输建设起步早,基础设施完善,高新技术应用充分,为了满足经济发展对交通的需求,各国交通部门均根据本国的国情和特点对交通运输体系进行了系统地规划和设计,相关法律齐全,信息技术应用较广,多式联运等先进运输方式发展很快,并带动了内陆多式联运,特别铁路、公路与港口的联运衔接,从而进一步完善了多式联运体系18。随着我国经济的发展,特别是我国加入世贸组织以后,贸易全球化和先进科学技术的引入和应用,使多式联运在我国飞速发展。我国于90年代进入了多式联运时代,存在着分段运输、国际联运、多式联运3种运输组织形式。目前我国多式联运中存在的问题:基础设施总量不足、综合枢纽少;货运量结构不合理,
19、运输货物所占比重差距较大;多式联运尚未形成综合运输网络;物流及多式联运与发达国家存在一定差距。目前我国多式联运主要通过公路疏运,而铁路占有较小的比重,沿海地区多式联运系统发展相对完善,多式联运系统中各种运输方式在运输布局、运输能力、技术装备、组织结构方面存在着不平衡。我国公路运输、铁路运输、水路运输、航空运输4种运输方式承担的货运量结构不合理,运输结构矛盾比较突出,各种运输方式尚未形成合理分工,使得各种运输方式资源没有得到有效利用。各种运输方式中,铁路一半以上分布在东北、华北及其相临的河南与山东等地,内河航道大都分布在长江及其以南各地,公路线路分布较为分散和均衡,但东南地区路网密度仍高于西北地
20、区。整体实力雄厚的集约化联运企业少,没有形成规模生产,国内外联运网点的综合服务功能没有得以充分发挥。在我国沿海大中城市港口集装箱中转站设置较多,而内陆口岸发展迟缓,在其数量及布局上与我国广大地区多式联运发展存在较大差距。近几年,我国多式联运信息技术发展较快,但是与发达国家有较大的差距,EDI技术还没有得到普遍应用,货物全程在线跟踪技术更是薄弱。多式联运信息化缺乏有力的宏观环境支持,金融体系支撑不足,安全性差。目前交通信息化应用系统虽然比较多,但是相互独立,数据资源难以实现共享,甚至出现数据的不一致,造成信息化整合与系统集成的障碍。交通信息化在各运输方式、各地域上的发展存在不平衡。近些年,由于我
21、国铁路、民航运输的集中协调管理和基础设施一体化,使得其很容易在运营和服务层面上体现信息化的成效,而在公路、水路运输由于运营和基础设施的分离和分散,难以在运营层面上体现信息化整体成效。而且多式联运参与各方信息管理系统封闭运行,信息资源不共享,成为制约多式联运发展的重要因素。1.2.2 多式联运流程研究现状国内多式联运流程的研究主要体现在宏观和微观两个方面。宏观方面,在学者的出版书籍中1920,具体介绍集装箱公路、铁路、海运、空运和多式联运各承运人的主要货运业务,但对应用EDI、Web等信息技术和通讯技术下的多式联运流程论述较少。多式联运通常是海运扩展的门到门的运输,通常航运流程研究较多,如与多式
22、联运相关的航运流程优化、集装箱空箱调度等问题,研究设计多式联运系统的组织结构和不同组织之间的信息关联,分析EDI条件下多式联运系统组织结构2122,应用Petri网理论分析集装箱出口流程2324。研究多式联运中铁路货物运输业务流程重组分析,铁路货物运输流程存在的问题,进行基于货运集中化的铁路货物运输业务流程重组,集装箱铁路结点站的作业流程分析25-29等。多式联运运输网络的优化问题3031,研究了运输网络的优化,以及运输网络的合理选择;多式联运运输方式的组合优化问题32,研究了多种运输方式的组合优化模型;多式联运运输调度问题33,分析了多式联运空间属性和网络属性,提出了运输网络的分层结构以及网
23、络的构造方法,设计了多式联运路径决策系统框架;多式联运信息共享和决策支持的研究分析34-37,研究多式联运信息共享模式以及多式联运决策支持系统结构。微观方面,主要指多式联运相关的大型航运企业、物流企业应用信息技术后进行的流程优化重组。无纸贸易、电子商务对航运企业的组织管理提出了新要求,国内外一些大型集装箱班轮公司如马氏基、中海、中远等组建了电子商务平台,在此基础上进行货物订舱、货物跟踪、单证处理等航运业,信息系统带动了流程集成和优化。建立全球多式联运系统后研究如何配合信息系统进行有效的业务流程重组;组织协调现有的业务流程转向优化业务流程38 39。国内外对数据集成平台的研究较多,但主要集中于企
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