（系统工程专业论文）基于随机Petri网的卷烟配送信息系统建模与分析.pdf

山东大学硕士学位论文 1 1 摘要 现代物流业近几年在国内开始出现，而以规模集货、提供统一及时配送 为特征的卷烟配送是其典型代表。加入w t o 以后，在我国一直处于垄断地位 的烟草行业将直接面对国外诸多先进烟草企业的竞争和挑战。如何提高我国 卷烟配送企业的竞争能力，成为一个亟待解决的问题。 我国现有的从事卷烟配送服务的企业大多是从运输、仓储等传统行业转 型而来，在软件方面缺乏与之配套的信息系统，但物流信息系统是整个物流 系统的心脏，是现代物流企业的灵魂。因此，推进卷烟配送信息系统的建 设，将会对我国烟草配送网络的建设起到巨大的规范和促进作用，也是提升 运转效率、增强市场竞争力的有效办法 本文从济南卷烟配送信息系统的建模与分析入手，力求设计一个高性能 的卷烟配送信息系统。对于卷烟配送这种大规模、多对象系统的有效设计而 言，选择恰当的数学模型来建立系统模型，并对所建模型进行分析评估，是 十分重要的环节。 目前对信息系统的建模和分析有多种方法，随机p e t r i 网方法是其中非 常有效的一种。随机p e t r i 网方法已经在许多应用领域中使用，它提供了一 种以图形和数学为基础的形式化建模技术和分析方法，有着完善的抽象和求 精机制，是在建模领域有着较高水平的专用技术。 本文结合济南烟草有限公司的企业组织结构和现有运营网络，利用随机 p e t r i 网对其卷烟配送信息系统进行建模和分析，将卷烟配送的主要物流活 动分解成具有很强表达能力的对象，并通过对各对象进行变迁连接建立了各 个主要业务流程的随机p e t r i 网模型。所建立的模型精确地描述了卷烟配送 过程中的物流和信息流，在一定程度上支持了配送系统流程的动态建立和资 源的优化配置。最后本文在所建随机p e t r i 网模型的基础上，探讨了随机 p e t r i 网模型的分析方法，并利用广义随机p e t r i 网分析方法对其中的分拣系 统模型进行了分析和求解，得出了分拣系统在多组设定参数下的分拣效率、 设备利用率等关键性能指标。同时分析了各个性能指标对分拣系统的资源配 置与性能评估所具有的重要指导意义，直观地体现了模型参数对分拣系统利 用率和设备利用率的影响情况。 关键词：随机p e t r i 网、卷烟配送、信息系统、模型 山东大学硕士学位论文 a b s t r a e t t h el o g i s t i c ss e r v i c ei n d u s t r ya p p e a r e di nr e c e n ty e a r s ，a n dt h ec i g a r e t t e d i s t r i b u t i o nw h i c ht a k e sc o l l e c tg o o d sa n do f f e ru n i f y i n gd i s t r i b u t i o na st h e c h a r a c t e r i s t i c ，i st h e i rt y p i c a lr e p r e s e n t a t i v e s a f t e rj o i n i n gw t o 。t h et o b a c c o t r a d ei nt h em o n o p o l yp o s i t i o na nt h et i m ei no u rc o u n t r yw i l lf a c et h e c o m p e t i t i o n sa n dc h a l l e n g e so ff o r e i g na d v a n c e dt o b a c c oe n t e r p r i s e sd i r e c t l y h o wt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i v ea b i l i t yo ft h ec i g a r e t t ed i s t r i b u t i o ne n t e r p r i s e s b e c o m e sap r o b l e mu r g e n t l yt ob es o l v e d t h ec i g a r e t t ed i s t r i b u t i o ne n t e r p r i s e si no u rc o u n t r ya r ec o m ef r o mt h e t r a d i t i o n a l t r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g ei n d u s t r i e sm o s t l y , a n dl a c ki nt h e i n f o r m a t i o ns y s t e m ，b u tt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mo ft h el o g i s t i c si sah e a r to ft h e w h o l el o g i s t i c ss y s t e m s o ，a d v a n c et h ec o n s t r u c t i o no ft h ec i g a r e t t ed i s t r i b u t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e mi sv e r yi m p o r t a n tt ot h et o b a c c oi n d u s t r y i ta l s ow i l lb eg o o d f o rp r o m o t et h eo p e r m i n ge f f i c i e n c ya n de n h a n c et h em a r k e tc o m p e t i t i v ep o w e r t h i sa r t i c l ed e s i g n st h em o d e l i n go fj i n a nc i g a r e t t ed i s t r i b u t i o ni n f o r m a t i o n s y s t e ma n da n a l y s e si t ，a n dt r yo u rb e s tt od e s i g nah i g h p e r f o r m a n c ec i g a r e t t e d i s t r i b u t i o ni n f o r m a t i o n s y s t e m i no r d e rt od e s i g ns u c he x t e n s i v ea n d c o m p l i c a t e di n f o r m a t i o ns y s t e me f f e c t i v e l y ，c h o o s eak i n do fs u i t a b l e m a t h e m a t i c a lm o d e lf o re s t a b l i s ha na p p r o p r i a t es y s t e mm o d e li se x t r e m e l y e s s e n t i a l ，a n dt h em o d e li sv e r yi m p o r t a n tt oa n a l y z et h es y s t e m a tp r e s e n t ，h a v em a n yk i n d so fm e t h o d st oe s t a b l i s hai n f o r m a t i o ns y s t e m m o d e l ，s t o c h a s t i cp e t r in e t ( s p n ) i sav e r ye f f e c t i v eo n ea m o n gt h e m t h es p n m e t h o dh a sa l r e a d yb e e nu s e di n m a n yf i e l d s ，i th a sf o r m a l i z e dm o d e l i n g t e c h n o l o g yb a s e do nf i g u r ea n dm a t h e m a t i c s ，a n dh a sp e r f e c ta b s t r a c ta n d r e f i n e m e n t m e c h a n i s m s ，a n di ti sm o r eh i g h 1 e v e la n ds p e c i a l p u r p o s e t e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fm o d e l i n g t h i sa r t i c l ec o m b i n e st h eo r g a n i z a t i o na n dt h ec u r r e n tn e t w o r ko ft h ej i n a n t o b a c c oc o m p a n y , u t i l i z et h es p nt od e s i g nt h es y s t e mm o d e l sa n dc a r r yo nt h e a n a l y s i so ft h ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，d i v i d et h el o g i s t i c so p e r a t i o ni n t os o m e o b j e c t sw i t hv e r ys t r o n ge x p r e s sa b i l i t y , a n dt h r o u g hu s et h et r a n s i t i o nt oj o i n i i 山东大学硕士学位论文 t h e s eo b j e c t s ，e s t a b l i s ht h es p nm o d e l sf o rs o m ei m p o r t a n to p e r a t i o nf l o w t h e m o d e l sn o to n l yd e s c r i b e dt h em a i nl o g i s t i c sa n di n f o r m a t i o nf l o wf o rm o s t l y o p e r a t i o n ，b u ta l s os u p p o r t e dt oe s t a b l i s ht h es y s t e mm o d e l sd y n a m i c a l l ya n d s u p p l ya s s i s t a n c ef o rt h es y s t e mr e s o u r c es c h e m e f i n a l l y , t h i sa r t i c l ed i s c u s s e d t h es p n sa n a l y z em e t h o db a s e do nt h ee s t a b l i s h e dm o d e l s ，a n dt a k et h es o r t i n g m o d e la sa ne x a m p l e ，c a r r i e dt h e a n a l y s i sa n ds o l u t i o no ni t ，a n dv i aa s s u m e m a n yp a r a m e t e r s ，o b t a i n e dt h em a i np e r f o r m a n c e i n d e x e so ft h es o r t i n gs y s t e m a tl a s t ，t h i sa r t i c l e e x p l a i n e d t h ev a l u eo ft h ep e r f o r m a n c ei n d e x e st o p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o na n dr e s o u r c es c h e m eo ft h es o r t i n gs y s t e m k e y w o r d s ：s t o c h a s t i cp e t r in e t ，c i g a r e t t ed i s t r i b u t i o n ，i n f o r m a t i o ns y s t e m ， m o d e l n i ， * 豫 _ “ 。 。 酥 山东大学硕士学位论文 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 ， 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文 论文作者签名期：坐：! ! ：盟 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 问题的提出 当前，我国已进入了高速发展的信息化社会，各式各样的信息系统随着 社会信息化程度的不断提高而先后涌现，卷烟配送信息系统正是随着我国物 流业与信息业的蓬勃发展而出现的。相较于其它信息系统，卷烟配送信息系 统所处的外部环境、所基于的技术基础和所用的信息技术都有了较大改变。 配送到户的新需求，配送客户的不断增多，配送品种的多样化，仓储、分拣 和配送的集成化服务，都直接导致卷烟配送信息系统的规模日益庞大、功能 日益复杂。同时，人们对整个配送系统的性能要求也越来越高，希望建立响 应时间短、反应速度快的高性能配送系统。面对如此复杂的内部结构和外部 需求，仅凭传统的信息系统开发方法已难以解决其流程设计问题，所设计的 卷烟送配送信息系统也往往不能对系统资源进行合理的配置，从而也无法有 效地保障系统的动态性能。因此，采用一种有效的方法来对卷烟配送信息系 统进行建模与分析显得犹为重要。同时，建立一个合理、高效的卷烟配送信 息系统有利于解决城市卷烟配送运营体系中存在的效率低下、成本较高等问 题，对优化资源配置、规范运营网络、提高信息化程度等都具有重要意义。 本文将利用随机p e t r i 网在形式化建模领域中的优势，从系统流程设计 的角度出发，提出和建立能够反映系统信息资源分布状况与系统业务流程的 动态模型，并以分拣系统模型为例，利用广义随机p e t r i 网的性能分析方法 对模型进行性能分析和求解，得出可对系统性能评估提供重要依据的性能指 标。 1 2 国外研究现状 国外关于信息系统的建模与评价工作起步较早，不少专家和学者都在信 息系统的建模与评价上进行了一系列的探索和研究，但绝大部分都仅涉及到 信息系统的某一部分，尚未对卷烟配送信息系统的建模和性能评估提出好的 解决方案。 m d a n e v a 的b e n c h m a r k i n g 方法提供了一种对系统进行建模、分析和质 量控制的方法，其b e n c h m a r k i n g 过程通过规定一些指标并将所建立的 山东大学硕士学位论文 b e n c h m a r k i n g 模型与预计最佳效果进行比较可以找到需要改进的地方，然 后通过学习其他信息系统组织的策略制定实施改进方案，并可进行再次评 估。其建模与分析过程绝大部分是基于一种定性分析，性能指标的评估均来 源于专家组的评分，而且进行评价分析时的工作量非常大，可能会导致难以 继续进行，并且未对系统的动态性能进行评估【l l 。 a n d r e a sl o p d a h l c 2 l 在文中提出了一种对信息系统进行性能分析和评估 的方法。该书对信息系统中的驻留时间、软件平台和边界问题等都进行了分 析；从系统的多个角度进行了考虑。但这种方法未能考虑系统中常见的同 步、随机概率等动态问题，无法对系统的行为特性进行描述，也没有明确影 响系统性能的因素所在。 除此之外，还有许多学者进行了信息系统性能建模与评价问题的研究， 如t u n n a rb r a t a a s 曾讨论建立s t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c e ( s p ) 模型，并利用 其进行性能分析，计算出了吞吐量、反应时间、利用率等指标，但这种方法 中模型的大小不易控制，且同样的没有考虑系统随机概率事件等问题【3 】。 f r e s c h a 提出的p r m 方法将模型分为过程模型和资源模型两部分，通过在两 者之间建立一种操作映射关系进行综合，但它不能描述复杂系统的行为，无 法处理资源需求出现竞争时的情况【4 1 。 从国外学者的研究情况来看，许多有关信息系统的建模与评价的著作或 文章都已进行了比较深入的研究，并趋向于以一种标准化、定量化的方式来 建立系统的模型与分析系统的性能状况。相对国内的研究情况而言，国外的 研究显得更为体系化、集中化一些，许多学者都已经就信息系统性能问题的 某一个方面进行了深入细致的研究，其使用的技术方法比较成熟规范，结果 直观明了，而且其所依赖的计算机工具也比较多。但也正是这种集中化、具 体化的原因导致研究结果不太尽如人意，他们提出的方法可能只是在某一个 特定的环境下适用，或者只是基于某种特定的假设环境下才能运用。对于与 其它信息系统有着明显差异的卷烟配送信息系统而言，将现有的种种方法应 用到其建模与分析上，都不能得到令人满意的结果。 1 3 国内研究现状 信息系统的设计研究在国内起步较晚，但作为一门新的学科和一个新的 研究领域，自它诞生之日起就引起了我国许多学者的关注。作为信息系统开 山东大学硕士学位论文 发过程中的一个重要部分，信息系统的建模和性能评估问题也引起了许多学 者的重视，国内不少学者在信息系统的建模和分析上进行了研究和探索。虽 然效果并不尽如人意，但也确实取得了一定的成绩和突破。 张剑平在信息系统经济学【5 】一书中提出了对信息系统的经济效益进 行定量评价的方法，该书对信息系统经济效益的表现形式和特征进行了详细 的分析，给出了信息系统经济效益表现形式的一般性描述，但是该书对信息 系统的评价仅仅限于简单的定性分析。 北京理工大学的王景光提出了基于简单p e t r i 网的信息系统资源配置的 静态模型，并对信息系统的一些结构特性进行了定量分析【6 l ，这种分析方法 是国内在信息系统静态性能分析方法上的一个突破，它通过一种规范化的建 模方法来建立与信息系统相对应的模型，并利用图论的有关理论来进行系统 特性分析。虽然其分析方法逻辑推理严密、结果直观明了，但在方法可操作 性和计算机支持程度上仍有明显的弱点。同时，这种分析方法也没有涉及对 信息系统进行动态特性建模和分析评价，这也就无法真正了解系统的运行情 况，而信息系统的运行状况恰恰是开发者和用户最为关心的问题。 山东大学的忡华惟提出了基于p e t r i 网的物流信息系统建模【7 1 ，并阐述 了提出使用基本p e t r i 网对物流信息系统进行建模的方法和步骤，利用基本 p e t r i 网对信息系统进行建模，标示着信息系统向形式化建模方向发展的趋 势。在其论文中，以山东快速货运物流系统为例，建立了整个系统模型。所 建立的模型在一定程度上支持了物流系统流程的动态建立，但是此种建模方 法仅是建立了系统的基本p e t r i 网模型，无法对系统的随机事件和概率事件 进行描述和分析，也不便于对所建模型进行性能分析和评估。 北京理工大学的颜志军提出了将有色p e t r i 网与信息系统的动态性能建 模与分析相结合1 8 1 ，这种方法可以方便地实现对复杂信息系统的建模，描述 系统的动态行为特性。同时，该文提出了信息系统的动态性能评价指标体系 和相应的评价方法，讨论了动态模型参数的计算方法，并对系统模型的仿真 结果进行了分析。但是此种方法在为信息系统建模时，同样只能针对确定性 的工作流，对不确定或是概率性的事件不能进行描述。 此外，国内其他许多学者也就信息系统的建模和分析问题在一些刊物上 发表了不少的学术论文，但多数仅是采用传统的建模方法建立了信息系统的 简单模型，并没有对其进行性能分析，如东南大学的涂怀伟【9 】、中山大学的 3 山东大学硕士学位论文 李升友【1 0 1 等。 总而言之，目前我国关于信息系统的建模与性能分析才刚刚起步，还处 于一个相当薄弱的环节，更少有人对卷烟配送信息系统的建模与分析进行研 究。在刊物上发表的论文较少，也没有该学科较为完整的专著，许多研究工 作尚处于一种分散、自发的状态，更未形成学科体系。而且，许多人对信息 系统的评价还相当陌生，仍将对信息系统的研究放在如何分析、设计和应用 方面，而忽略了信息系统作为一个规模日益庞大、功能日益复杂的系统，如 何保证建立高效合理的系统模型，并对所建模型进行正确 的性能分析将是整 个信息系统发展一个不可忽略的方面。 1 4 存在的主要问题 虽然不少国内外学者已在信息系统的建模与分析上作了不少工作，也取 得了一些成果，但上述几种不同的建模与分析方法均在不同程度上存在着以 下几个方面的问题： 1 ) 建模角度：没有从信息资源配置的合理化角度来考虑信息系统的建 模，从而使信息系统模型不能体现信息资源的动态配置和利用情 况，更不能体现整个工作流程的动态性。同时，很多使用的建模方 法不具有形式化，所建模型一般只有具体的设计人员才能理解，而 真正的用户反而很难参与到系统流程设计当中来，由此造成系统投 入运行时的实际情况往往与设计时的估计情况有着不同程度的差 别，致使软件甚至硬件系统需要不断修改，从而浪费大量资源。 2 ) 概率事件：几种模型中对信息系统的行为描述都不能准确地体现信 息系统中存在的概率事件，无法体现任何信息系统在特定情况下所 发生的事件千差万别这一特性。 3 ) 网络描述：模型没有描述网络系统的能力，而现在的信息系统必然 是一个复杂的网络系统，模型要想真正体现系统活动，就必须能够 准确地描述其网络，并准确刻画出信息系统中复杂的网络行为。 4 ) 指导意义：几种性能分析方法中的分析结果往往只能掌握系统模糊 的性能状况，很难提供出定量的性能指标值来准确反映系统模型的 性能。这使得对于系统的性能分析变成了一种仅仅是对系统的了解 和估计，而无法对系统顶层设计阶段的资源配置方案起到指导和修 4 山东大学硕士学位论文 正作用。 综上所述，作者认为对于卷烟配送信息系统的建模与分析必须从上述四 个方面入手，建立一种形式化的系统模型，使其不仅能够准确地描述系统的 动态流程和概率事件，并通过对模型进行分析和求解，得出可为系统资源配 置提供重要参考依据的定量性能指标值，从而较大程度地保证系统资源配置 的合理化和最优化。 1 5 论文主要内容及结构框架 根据对卷烟配送信息系统进行建模和分析所存在的困难，本文侧重于随 机p e t r i 网在卷烟配送信息系统建模和分析上的应用。利用随机p e t r i 网建模 方法建立了卷烟配送过程中主要物流活动的随机p e t r i 网模型，并以分拣系 统的随机p e t r i 网模型为例，应用随机p e t r i 网的分析方法，对其模型进行分 析和求解，得出定量性能指标值。 第一章：分析对卷烟配送信息系统进行建模和分析的重要意义，介绍了 当前国内外对信息系统建模和分析的研究现状，并指出了存在的主要问题。 第二章：介绍了现代物流及物流信息系统的相关知识，回顾了信息系统 的开发方法，分析了卷烟配送信息系统对信息系统开发所提出的挑战。最后 通过分析卷烟配送的特点和随机p e t r i 网建模方法的优势，选择了随机p e t r i 网作为卷烟配送信息系统建模与分析的方法。 第三章：总体介绍了经典p e t r i 网、随机p e t r i 网、广义随机p e t r i 网的 基本概念，并简单介绍了随机p e t r i 网方法及其建模的原则和步骤。 第四章：对济南烟草配送系统进行了分析，结合公司组织结构和现有运 营网络为其设计了网络拓扑和信息系统的总体结构，并对卷烟配送的总体流 程进行了描述。最后利用随机p e t r i 网的建模方法，对济南烟草卷烟配送信 息系统的主要物流活动建立了随机p e t r i 网模型，并详细阐述了各模型所抽 象的业务流程及对象定义。 第五章：介绍了随机p e t r i 网的性能分析方法，同时以分拣系统的随机 p e t r i 网模型作为实例，详细讲述了随机p e t r i 网模型的规约、分析和求解方 法，并对最后求解出的性能指标进行了分析和说明。 结论：总结了本文的研究内容、所得出的结论以及缺点和不足，并对将 来迸一步的工作进行了展望。 山东大学硕士学位论文 第2 章现代物流及物流信息系统概述 由于卷烟配送过程中的仓储、分拣、配送等均是物流活动中的典型环 节，因此卷烟配送信息系统属于典型的物流信息系统。物流业的兴起势必更 大的推动卷烟配送水平的提高。同样，物流信息系统建设水平的提高，也将 直接导致卷烟配送信息系统建设水平的水涨船高。因此，作者将在本章简单 介绍一下现代物流及物流信息系统的相关理论知识。 2 1 现代物流 全美物流管理协会( c o u n c i lo fl o g i s t i c sm a n a g e m e n t 。c l m ) 对物流作了最 新的定义【l l 】：。现代物流是指以适应顾客需求为目的，货物、服务以及相关 的信息从生产地点到消费地点，保证其流动、储存的高效率和高效益的计 划、执行和控制，是供应链过程的一部分”。此定义强调了现代物流是在货 物、服务、信息和资金的供应链过程中的流动部分。日本学者则定义物流是 连接供给主体和消费主体，克服空间和时间差异的物理性经济活动，具体是 指运输、保管和装卸等物流流通活动和与此相关的信息传递活动【1 2 1 。随着 现代科学技术的迅猛发展，作为将来的现代物流概念，将是向着服务、成本 和环境的“全体最佳化”变化。其主要目标从顾客服务和物流成本的最佳化 提升到了顾客服务，物流成本和环境的全体最佳化。 2 2 物流配送 配送的本义是输送和交货。一般而言，配送是根据一定的用户需求，在 配送中心内进行分拣、配货等工作，并将配好的货物及时交给收货人的一个 过程【l 引。作为一种完善化的输送活动，一方面在向客户送货的过程中有确 定的组织和比较明确的供货渠道，以及相关的约束制度；另一方面送货建立 在备货和配货的基础之上，按照用户的要求进行组织和安排。配送不仅仅是 一种强化服务的手段，更重要的在于它是一种先进的物流方式和物流体制。 从物流功能或物流要素的角度来看，配送是多项目、多环节物流活动的有机 结a ，既有货物运输，同时也包括集货、存储、分货、拣选、配装等活动。 配送作为物流中一种特殊的、综合的活动形式，是商流与物流的紧密结 合，包含了商流活动和物流活动，也包含了物流中若干功能要素。从物流来 7 山东大学硕士学位论文 讲，配送几乎包括了所有的物流功能要素，是物流的一个缩影或在某小范围 中物流全部活动的体现。一般的配送集装卸、包装，保管、运输于一身，通 过这一系列活动完成将货物送达目的地。特殊的配送则还要以加工活动为支 撑，所以包括的方面更广。但是，配送的主体活动与一般物流却不同，一般 物流是运输及保管，而配送则是运输及分拣配货。分拣配货是配送的独特要 ，求，也是配送中有特点的活动，以送货为目的的运输则是最后实现配送的主 要手段。 2 2 1 物流配送中心的类别 对配送中心的适当划分，是深化及细化配送过程的必然。从理论和配送 中心的作用上来划分，配送中心可以有许多理想的分类，实际运转中的配送 中心类别大概包括下面几种1 3 】：专业配送中心、柔性配送中心、供应配送 中心、销售配送中心、城市配送中心、区域配送中心、储存型配送中心、流 通型配送中心、加工型配送中心。 卷烟配送中心是以城市范围为配送范围的配送中心，属于城市配送中 心。城市配送中心可直接配送到最终用户，且采用汽车进行配送。所以，这 种配送中心往往和零售经营相结合，由于运途短，反应能力强。因而对从事 多品种、少批量、多用户的卷烟配送较有优势。 2 2 2 传统配送模式 物流配送是流通部门连结生产和消费，使时间和场所产生效益的物流活 动，提高物流配送的运作效率是降低流通成本的关键所在。从物流配送的模 式上来看，物流配送中心的传统运作模式主要有3 种类型”】：集货型配送 模式、散货型配送模式、混合型配送模式。 由于卷烟配送具有量大、频度高、范围广的特点，很难从上面三种模式 中找出一种合适的配送模式作为其运营模式，当前国内烟草行业经常采用的 配送模式主要有。一库制、大配送”与“一级送、二级配”两种配送模式。 2 2 3 一库制、大配送 “一库制、大配送”是指在一定区域内如一个中型城市，只保留一个仓 库，建设一个规模较大、功能齐全的配送中心，包括信息管理、访销、仓 储、分拣、喷码、运输等功能，称为区域性配送中心r d c ( r e g i o n a l 山东大学硕士学位论文 d i s t r i b u t i o nc e n t e r ) 。其它县市只保留运输功能，称为分发站h r s ( h a n d r o u n ds t a t i o n ) 。 此种模式主要适用于一些自然条件较好、地处平原的地区，以及交通便 利的城市。 2 2 4 一级送、二级配 。一级送、二级配”是将整个配送体系分为两级，一级配送中心r d c 可选多个点，规模较大，负责所辖区域的仓储业务，并向区域内的二级配送 中心f d c ( f r o n td i s t r i b u t i o nc e n t e r ) 运送未分拣完毕的卷烟，发挥“送”的 功能，而f d c 只负责分拣本辖区内的客户订单，并向终端零售商运送卷 烟，亦即“配”的功能。 该模式是。一库制、大配送”模式的一种变形，适用于一些自然地理 条件不理想，地处山区，道路交通条件比较落后，采用“一库制、大配送” 模式不能及时完成卷烟配送的城市。 。 2 3 物流信息系统 物流信息系统是根据物流管理运作的需要，在管理信息系统( m i s ) 的 基础上形成的物流信息资源管理和协调的系统。它来源于物流系统，反过来 作用于物流系统，使物流系统高效率化、高效益化运作“】。 物流信息系统是企业管理信息系统的一个重要的子系统，是通过对企业 物流的相关信息进行加工处理来实现对物流的有效控制和管理的，通过利用 计算机硬件，软件、网络及其他设备，进行物流信息的收集、整理、加工、 储存、更新和维护等工作，以支持物流管理人员和基层操作人员进行物流管 理和运作，提供战略及运作决策支持的人机系统。物流信息系统在物流运作 过程中非常关键，自始至终都发挥着不可替代的中枢作用。随着信息经济的 发展，物流信息系统在现代物流中将占据更加重要的地位。 2 4 物流信息系统的内容和作用 物流信息系统主要管理两类活动中的信息：调控活动流和物流运作活动 流。一般而言，我们可以将物流信息系统看作是一个四层结构的信息系统 【1 4 1 ，如图2 - 1 所示。 9 山东大学硕士学位论文 l 报表管理；i 综合信息壹诲| i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - i - - - - - - - - - - - - _ j 图2 - 1 物流信息系统的层次结构 第一层是基础，主要设计系统的代码管理及参数的设置与维护等。实体 代码化是信息系统的基础，代码设计与管理是信息系统的一个重要组成部 分，设计出一个好的代码方案对于系统的开发和使用都极为有利。它可以使 许多计算机处理( 如某些统计、校对、查询等) 变得十分方便，也使事务处 理工作变得简单。同样，系统设置的参数化使得系统运行变得灵活且易于维 护。第二层是操作层，用于指导物流作业，记录和更新物流各作业环节的作 业信息。第三层是管理层，用于制定作业计划，平衡、控制和协调客户需求 与资源能力，以及保障各作业环节的均衡。最高层是决策层，根据企业运转 的各种综合信息或报告，收集环境信息，制定企业的中长期工作计划及战略 目标，并根据自底向上的信息反馈，不断修正各项耳标计划。 物流信息系统是由多个子系统组成的，它们通过物资实体的运动联系在 一起，一个子系统的输出是另一个子系统的输入。合理组织物流活动，就是 使各个环节相互协调，根据总目标的需求，适时、适量地调度系统内的基本 资源。物流系统中的相互衔接是通过信息予以沟通的，而且基本资源的使用 情况也是通过信息的查询来实现的。物流信息系统对提高企业物流系统的效 率，以至于提高企业的经济效益都起着重要的作用。其基本的作用主要有： 收集物流信息、物流信息处理、物流信息传递、物流信息应用。 同时，物流信息系统对企业的现实作用体现在如下几个方面： 1 0 山东大学硕士学位论文 1 ) 物流信息系统是物流企业及企业物流的神经中枢。 2 ) 通过物流信息系统，企业可以及时地了解产品市场销售信息和产品 的销售渠道，有利于企业开拓市场和搜集信息。 3 ) 通过物流信息系统，企业可以及时掌握商品的库存和销售情况，进 而达到企业产销平衡。 4 ) 通过物流信息系统的建立，可以有效地节约企业的运营成本。 5 ) 物流信息系统的建立使得物流的服务功能大大拓展。 6 ) 可加快供应链的物流响应速度。 2 5 物流信息系统的应用现状 上个世纪8 0 年代，发达国家的物流行业已普遍采用了计算机信息系 统，尤其是近几年里，信息系统不仅向高新技术所引导的专业化方向发展， 而且其价格越来越低廉。因此越来越多的企业加大投资建设现代化的信息系 统。美国m m 公司率先建立了配送车辆计划和配送路线优化的计算机软 件。日本物流业对现代信息技术的应用也十分广泛，其流通业是世界上最具 信息化的行业之一，具体表现为p o s ( 销售时点管理) 系统的广泛应用、 统一单证的应用、e a n 1 3 商品条码的标准化等 1 5 1 。 随着我国物流业的兴起，物流信息系统的重要性已被各级政府部门和越 来越多的企业所重视，不少大中型企业都在抓紧建立自己的物流信息系统 【1 6 1 。不过国内烟草行业相较于其它行业而言，信息系统的普及程度明显偏 低。当前很多烟草公司采用的仍是人工管理的方式，仓储、分拣和配送均未 真正实现数字化，更谈不上利用信息系统进行决策支持。未采用高性能的配 送信息系统直接导致了我国烟草企业配送成本居高不下，配送效率极低、竞 争优势较小等诸多弊端。 2 6 信息系统的开发方法回顾 自9 0 年代以来，计算机技术的发展日益迅速，在硬件设备、软件工 程、系统理论等领域都有了重大突破，这给信息的应用发展提供了更为强有 力的技术支持，计算机科学、系统科学和管理科学领域的许多新技术、新成 果都被应用到信息系统中，并使得信息系统的开发技术、建模方法、体系结 构都得到了较大发展。 信息系统开发方法的变革实际上反映了多种因素的变化，例如对信息系 山东大学硕士学位论文 统的需求、信息系统开发工具的演变。表2 1 描述了信息系统开发方法大致 的演变过程。 表2 i 信息系统开发方法的演变 大致年代方法 工具 特点 代完整 2 0 世纪8 0 年代原型法4 g l ，d b m s 试探，逐渐逼近 2 0 世纪8 0 年代末c a s e 为o ov b ，v c ，v j ，高开发效率 s q l 2 0 世纪9 0 年代末 集成开发环境、可w e b ，b s ，u m l ，方法统一、可视 视化方法 形式化技术 化、高度集成 当前信息系统主要的建模方法有：面向过程建模方法f 1 7 1 、面向数据建 模方法、面向对象建模方法如】1 2 1 】【2 2 】【2 3 1 、形式化建模方法。从设计的角度 来看，由于物流信息系统处理系统间的协调所涉及的环节广、信息量大，导 致其控制需求复杂、变化频繁、系统问数据交互要求高度自动化。上述繁杂 的条件使得结构化方法对系统功能的分解和模块的划分往往因人而异。同 样，面向对象方法中对象的确定有时也会因客观边界模糊而难以确定【2 4 1 。 这样，就很难保证用结构化方法和面向对象方法所建立的模型能够正确地描 述系统。而形式化方法以数学为基础，可通过推理和证明等手段提高系统设 计的可信度。从验证的角度来看，非形式化方法是用测试来代替正确性验 证，但测试只能找出错误，而不能证明其正确性。而用形式化方法建模系 统，整个过程是规范的，它特别注重系统规格说明的一致性和完整性，并可 用计算机辅助实现软件的求精和程序设计的规范化，从长远和整体看，效率 更高。同时，在构建系统时，由于信息系统需要用具有严格语义和推理证明 的方法来描述系统，利用非形式化的方法描述系统时，往往容易产生不同的 理解，而形式化方法却能轻易地避免这个题。因此，利用形式化描述方法进 行物流信息系统的设计，将是今后的研究重点。 2 7 卷烟配送对信息系统开发提出的挑战 物流一体化、全球化、客户中心化和联盟化的发展趋势，必然对卷烟配 送提出新的挑战和要求，迫使卷烟配送从狭义物流向广义物流进行转变，从 而间接对其信息系统的建模与分析提出许多新的需求和挑战，综合起来，主 要体现在以下四个方面【1 6 l ： 山东大学硕士学位论文 1 ) 形象易懂：由于物流在我国普及的水平较低，尤其是在配送环节， 人们的很多观点仅仅停留在“物流就是运输”的认识上，因此为了 使真正的使用用户能够充分参与到系统的设计与开发当中来，对卷 烟配送信息系统所建的模型必须形象易懂。 2 ) 高度集成：由于物流范围的扩大，整个物流信息系统必将集成多个 子系统，并且需要与现有系统进行通信，从而要求卷烟配送信息系 统是一个支持异构和分布环境的综合系统。 3 ) 支持动态的过程重组功能：企业信息化程度的不断提高，往往也意 昧着需要对物流过程进行不断的重组，卷烟配送信息系统也应该能 适应这种变化，支持动态过程的重组。 4 ) 可进行性能评价：随着物流活动范围的扩大，系统模型中的对象不 断增多，因此对系统模型的评价依靠原来的经验估计法已无法满足 设计需求。从而要求能对所建模型求解出定量的性能指标值，以便 对系统资源配置、流程的动态调整和系统的性能评估提供充分的参 考依据。 2 8 卷烟配送信息系统建模方法选择 为了满足卷烟配送信息系统建模的新需求，我们采用随机p e t r i 网这一 典型的形式化建模方法对卷烟配送信息系统进行建模，应用随机p e t r i 网对 信息系统建模具有以下优点： 1 ) 随机p e t r i 网提供了一种以图形和数学为基础的形式化建模方法。与 此对照，其他类似的技术只是很好地发展了其中一方面的特性，而 另一方面的特性则是以不太系统化的方法进行弥补。 2 ) 如今已存在许多种用于p e t r i 网设计和分析的算法，此类算法同样适 合于随机p e t r i 网，并且已有强大的计算机工具用来辅助该过程的实 施。 3 ) 对于大规模和复杂系统的有效设计来说，抽象和层次化设计是至关 重要的。随机p e t r i 网提供了完善的抽象和求精机制，并可以很好地 集成到基本模型中。 4 ) 人们开发了大量的商业或学术研究领域中的工具，可用来设计、模 拟和分析基于p e t r i 网的系统模型。它们当中有许多已达到了工业水 山东大学硕士学位论文 准，此类工具同样可以很好的用于随机p e t r i 网的建模与分析当中。 5 ) 随机p e t r i 网中的广义随机p e t r i 网既避免了状态空间的爆炸问题， 又可以通过定义随机开关而将概率事件引入到分析方法当中。在信 息系统建模和分析上，具有无可比拟的优势。 2 9 本章小结 第璋本章介绍了物流信息系统的相关概念、内容、作用、应用现状， 并简单回顾了信息系统的多种传统建模方法，分析了各自的不足，从而引出 了当前的研究热点：形式化建模方法。同时，指出了物流新的发展趋势对卷 烟配送信息系统提出了新的要求和挑战，要求卷烟配送信息系统向集成化、 协作化、自动化、敏捷化的方向发展，而当前卷烟配送信息系统的建设存在 协作离散性、局部性等局限，因而研究卷烟配送信息系统中的建模与分析技 术，对于提高卷烟配送信息系统的整体性能，提高配送效率等都具有重要的 理论和现实意义。经过仔细分析卷烟配送信息系统的特点，最后确定利用随 机p e t r i 网对卷烟配送信息系统进行建模和分析。 山东大学硕士学位论文 第3 章随机p e t r i 网基础理论 随机p e f f i 网是的p e t n 网的一种，p e t f i 网起源于1 9 6 2 年c a r la d a m p e t r i ( 德国) 的博士论文2 5 1 。4 0 多年来，p e t r i 网和其理论都有了长足的进 步，其模拟能力己证明与图灵机( t u r i n gm a c h i n e ) 等价。w b r a n e r 教授在庆 祝c a r la d a mp e t r i 教授6 0 岁生目的演讲中指出，p e t f i 网的发展必将为信息 论奠定坚实的理论基础。 目前，p e f f i 网的发展已涉及计算机科学的各个领域，其丰富而深刻的 理论使它有别于其它系统模型，是一种可用图形表示的形式化模型，具有直 观、易懂和易用的优点，对于描述和分析现象有着独到的优越之处，极其适 合于描述异步并发现象，同时又是严格定义的数学对象，可方便地借助数学 中的方法和技术对模型进行分析和求解。卷烟配送信息系统是一种典型的异 步并发系统，利用随机p e t r i 网对卷烟配送信息系统进行建模与分析，能极 大的保障所设计系统的合理性。