基于PETRI网的第三方物流信息系统的建模研究

1、合肥工业大学硕士学位论文基于Petri网的第三方物流信息系统的建模研究姓名：张志萍申请学位级别：硕士专业：电子商务导教师：左春荣20070701Research on Third-party Logistics Information System Modeling Based on Petri NetABSTRACTLogistics Information is accompanied by the occurrence of logistics activities, throughout the entire logistics process, and plays a central

2、 nervous system role in the third-party logistics .Not only supports for logistics activities,but also connects with integration of the efficiency of the logistics system. It becomes increasingly important in the modern enterprise management strategy because of logistics information .It is nesscessa

3、ry for enterprises gaining competitive advantages to establish the logistics information system to provide rapid, accurate, timely，overall message.The modeling analysis of logistics information systems, in fact its practical value and theoretical of research value，is widespread concerned widespread

4、increasingly. A good system modeling is the basis and key of a flexible，reliable, available，scalable logistics information systems .System modeling has become the core of outstanding software development.On account of the features Petri Net in the logistics information system modeling, This paper fi

5、rst makes detailed explanation for the basic concept of Petri Net，then introduces the steps and methods of Petri Net modeling. As a study of the business functions of third-party logistics,decomposing the entire logistics business process and using Petri Net to construct all object models of strong

6、express ability, setting up the whole logistics information system model through the object models changes. The model not only describes the integrity of the whole system of logistics and information flow process, but also it supports its logistics system to establish the dynamic process to some ext

7、ent, and shows the Petri Net model for the description capacity of complex systems.Finally, based on the Petri Net model, the article builds simulation environment in the use of DaNAMiCS software，analyzing the various nature of Petri Net model and simulating, for the assessment of actual system perf

8、ormance and structure,so on. Its research has the theoretical and practical value，and provides with the builds to our third-party logistics information system .Keywords： third-party logistics； Petri Net； modeling of information system； DaNAMiCS software； simulation插图清单 TOC o 1-3 h z 图2.1表示化合反应的Petri

9、网模型9图2. 2存在冲突的EN系统El 10图2. 3存在冲突的EN系统11图3.1物流信息系统功能结构图21图业务流程图的基本图形符号22图3. 3订单处理业务流程图-23图3 图3 图3 图3 图3 图3 图4 图4 图4 图4 图4图3. 4订单受理的Petri网子模型255库存控制管理业务流程图-266库存控制管理Petri网子模型277配送管理的业务流程图288配送管理的Petri网子模型299货物交付业务流程图-3010货物交付的Petri网子模型311 DaNAMiCS软件的配送管理模型图-422配送管理的Petri网模型关联矩阵分析图423配送管理的Petri网模型性质分析图

10、434配送管理模型的托肯运行图-455配送管理的时间长度的模拟仿真图-46表格清单表3. 1订单业务受理的变迁和库所含义表25表3. 2库存控制管理的变迁和库所含义表27表3. 3配送管理的变迁和库所含义表-29表3. 4货物交付的变迁和库所含义表31表4. 1配送管理系统的事件和条件表38独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的硕究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了

11、明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期妙年7月/iT日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人搜权合肥工业大学可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书） 导师签名:签字曰期：年7月曰 : :学位论文作者签名：； - 签字曰期年7月学位论文作者毕业后去向- 工作单位： 通讯地址：致谢值此定稿之际，首先谨向辛勤培育我的导师一左春荣老师，表示崇高的 敬意

12、和衷心的感谢！两年来，左老师在学习上、生活上给了我很多关爱和帮助， 我所取得的每一点进步都倾注了恩师的大量心血。左老师精心指导、悉心培养、 傳谆教诲，使我不断进步；左老师严谨求实的治学态度、敬亚忘我的奉献精神， 始终鞭策着我；左老师渊博的学识、宽厚谦和的处世风格，始终感染着我；左 老师对管理科学深遽的见解、开阔的科研思路，始终启迪着我！在这里，要特别感谢杨善林教授。杨老师在我的开题报告上给予我精辟的 点评和详尽的指导，使我的论文幵题得以顺利展幵。杨老师在学术上的高深造 诣、学风上的严谨求实、对科学前沿敏锐的洞察力、勇往无前的开拓精神以及对我的严格要求都使我受益匪浅，在此谨向杨老师致以衷心的感谢

13、和崇髙的敬 *要特别感谢马溪唆老师，其严谨的治学态度和广博的学识、精益求精的工 作态度、诲人不倦的师者风范必将使我终身受益。感谢网络所的王硕老师、余本功老师、胡小建老师、胡笑旋老师、付超老 师、孙超平老师、潘申老师、潘若愚老师、褚伟老师、毛雪岷老师等对我的关 心和帮助。感谢管理学院刘心报、愧志伟、刘业政、钟金宏、何建民、张述初、 刘林等老师对我学业上及生活上的关心、帮助和指导，感谢管理学院所有老师 的培养和帮助。感谢陈芙艳、肖广顺、江澍、卢广彦、马晓伟、赵彬、王慧、查黎、石云、 林时蕴、唐成成、谢强林等同学和朋友对我的关心和帮助。感谢合肥工业大学管理学院的领导、老师们给予我的帮助和关心。 感谢

14、各位评审专家在百忙之中抽出时间对论文进行了仔细的评阅。 最后，衷心感谢我的父母家人。20多年来，他们给予我无尽的关怀与支持， 在背后默默地支撑着我，鼓励我不断前进。正是他们的理解和支持下，才使我 更好的完成学业和论文。 张志萍 2007年7月第一章引言第三方物流（Third Party Logistics，3PL或TPL)作为一种新型的物流形态， 自20世纪90年代中后期以来，受到了我国产业界和理论界的高度关注。“第三 方物流”蕴含的物流业务外包思想和一体化物流服务理念已经被越来越多的货 主企业和物流企业所接受，按照第三方物流模式开展物流管理和提供物流服务 的企业不断增加，第三方物流已成为现代

15、物流的重要标志。物流业发展到一定阶段必然会出现第三方物流，而且第三方物流的占有率 与物流业的发展水平有着非常密切的关系。第三方物流发展的进程反映和体现 着一个国家的物流业整体水平12】。现代物流特别是电子商务下的第三方物流在企业中的战略管理地位已越来 越重要，成为继生产、销售之后，企业发展的第三大支柱。与传统意义上的物 流相比，第三方物流不仅包括仓储、运输和EDI信息交换，也包括订货与自动 补货、选择运输工具、包装与贴标签、产品组配、进出口代理等。与此同时， 第三方物流还作为一种先进的组织方式和管理技术，被广泛认为是企业在降低 物资消耗、提高劳动生产率之外的重要利润源泉，在国民经济和社会发展中

16、发 挥着重要作用13】(1)国外第三方物流的发展现状在国际上，第三方物流业是有十几年历史的年轻行业。调查表明目前美国使用第三方物流的企业比例约为58%,而且需求仍在不 断增长。整个美国第三方物流的收入以年均15%-20%的比例递增。美国第三方 物流的迅速发展，主要得益于完善的制度。政府对物流行业采取不干预的态度， 主要是工商企业用户与物流服务提供者签订合作合同，不用顾虑物流市场的运 作和商业秘密的泄露问题。用户将货物集运、库存管理、条码标签、分拣挑选、 订单执行等业务，包括售后退货、修理更换、货物回收销毁、网络订单执行以 及电脑装配等销售渠道完全交付给物流合作者，为物流产业发展提供了巨大的 空

17、间。此外，先进科技手段和广泛配送网络使自动化分拣、存取系统等大型配 送运输技术和先进的技术管理的使用成为可能13。2003年10月，东北大学和埃 森哲咨询公司以美国20家第三方物流企业的CEO为对象，对第三方物流产业的 发展、该产业提供的服务以及产业现状和未来等项目所进行调査的结果也显示， 美国第三方物流产业的全球化趋势非常明显，在全球范围的扩张中，企业并购 将会持续进行131。在欧洲，物流外包比美国发展更为广泛。据调查1999年欧洲各国家第三方 物流收入占物流总收入的比重平均达到24.42%。根据UPS全球物流提供的数字， 总额达1290亿美元是外包给第三方物流商的，而在美国这个比例不到10

18、%2002 欧洲第三方物流的市场占有率达到28%。与美国相比，欧洲第三方物流公司的 种类和他们提供服务方式的区别更大一些。现在欧洲第三方物流存在着不同的 层次，面向不同的目标市场，提供不同层次的服务131。在日本，自20世纪80年代以来，从企业内部物流资源整合和一体化形成独 立的职能管理部门逐步扩展到企业之间相互联系、分工协作的整个产业链条， 形成了以供应链管理为核心的物流系统，出现了工商企业和消费者提供专业服 务的“第三方物流企业”。在近20年来，日本物流产业每增长2.6个百分点，经 济总量就增加1%。20世纪90年代早期，日本的松下半导体公司“雇用”了联邦 快递公司(Fedex Logis

19、tics)来完成它的全球物流工作。结果是惊人的，在两年之 内，松下公司的物流成本降低了27%，销售额增加了5. 亿美元，顾客满意度 大大提高。现在，松下半导体公司平均可以在4天之内将产品送到顾客手中，并 且正在向3天内到货的目标前进41。因此，将物流工作转包给高效率的专业公司 去完成，既降低了成本，又改善了顾客服务水平(2)我国第三方物流的发展现状我国第三方物流业尚处于发展初期。第三方物流市场规模还较小，而且高 度分散，在有1万至万多家第三方物流企业中，没有一家企业能占到2%以上 的市场份额151。国内绝大多数第三方物流公司只是局限在供应链功能的一小部 分，甚至还只是一个运输或者仓储公司，无法

20、满足客户的一体化物流服务需求。伴随着物流理念的深入，国内企业界对物流业务外包曰益重视，这为我国 第三方物流业的发展提供了巨大的发展空间和市场机遇。据中国第三方物流 市场调查报告显示，2001年我国第三方物流市场规模在400亿人民币以上，有 70%的物流服务提供商在此前3年中，平均业务增幅高于30%。据该报告统计， 2000-2005年，我国第三方物流市场的年增长率会达到其中2005年第三方 物流企业营业额达12500亿元，工业与流通企业物流外包明显增加，有60%左右 的企业选择部分或大部分物流外包。这种市场前景主要来源于第三方物流以较 低的成本为企业所提供的专业服务以及增值服务，这对生产企业和

21、商贸企业而 言，都将产生巨大的吸引力，使企业提高了在成本和服务方面的竞争力。据统 计，2006年上半年，全国社会物流总额为26.8万亿元，按可比价计算同比增长 15.3%:国内物流相关行业固定资产投资额为4322亿元，同比增长20.7% 2006 年第三方物流市场规模比上年增长约30%左右。中国仓储协会对家电、电子， 日化、食品等450家大中型企业的一项典型调査表明，企业自己承担物流管3 占26%,全部委托第三方的占5.2%,自理与委托相结合的占68.87%, 的正在寻求新的物流代理的企业中，其中75%的企业选择新兴物流公司，21.9%选择纯运输公司，3.1%的选择仓储企业可见我国企业对第三方

22、物流的市场 需求潜力巨大。因此，我们必须积极幵展对物流运作和第三方物流的研究，探索适合中国 国情的第三方物流运作模式，促进第三方物流的发展，更好地为供应链运作提 供支持和服务，促进供应链运作和供应链管理的发展。1.1.2第三方物流信息系统物流信息是反映物流各种活动内容的知识、资料、图像、数据、文件的总 称。物流信息包括物流活动各个环节生成的信息，一般是随着从生产到消费的 物流活动的产生而产生的信息流，与物流过程中的运输、保管、装卸、包装等 各种职能有机结合在一起。广义的物流信息，既包括与运输、保管、装卸、包 装、流通加工等物流活动有关的信息，还包含其他与物流活动相关的信息，如 商品交易信息和市

23、场信息等15。物流信息是伴随着物流活动的发生而产生的，贯穿于物流活动的整个过程 中，在物流活动中起着中枢神经系统的作用。它不仅对物流活动具有支持保证 的作用，而且具有连接整合物流系统活动效率化的作用。建立物流信息系统， 提供迅速、准确、及时、全面的物流信息是现代企业获得竞争优势的必要条件。 到目前为止，信息系统的发展经历了由单机到网络，由电子数据处理到管理信 息系统，再到决策支持系统，由数据处理到智能处理的过程，且呈相互交叉的 关系。这个发展过程大致经历了电子数据处理系统、管理信息系统、决策支持 系统三个阶段。同样物流信息系统也经历了从早期的只是一个简单的事务处理 系统，发展到今天集事务处理、

24、系统管理、决策支持和综合服务为一体的复杂 系统6】。物流信息系统（Logistics Information System)是根据物流管理运作的需 要，在管理信息系统的基础上形成的物流系统信息资源管理、协调系统。它是 一种通过各种方式选择、收集、输入物流计划的、业务的、统计的各种有关数 据，经过有针对性有目的的计算机处理，即根据管理工作的要求，采用特定的 计算机技术、对原始数据处理后输出对管理工作有用的信息的系统I6。它具有 实时化、网络化、系统化，规模化、专业化、集成化、智能化等特点。从本质上讲，物流信息系统是利用信息技术，通过信息流，将各种物流 活动与某个一体化过程连接在一起的通道。物流系

25、统中的相互衔接是通过信息 予以沟通的，基本资源的调度也是通过信息共享来实现的，因此，组织物流活 动必须以信息为基础。为了有效地对物流系统进行管理和控制，使物流活动正 常而有规律地进行，必须建立完善的信息系统，保证物流信息畅通。信息系统 的水平是物流现代化的标志，物流信息系统几乎覆盖了整个物流活动过程，将 物流信息通过现代信息技术使其在企业内、企业间达到共享6。物流是信息驱动的业务过程，因而信息系统成为企业现代物流体系的灵 魂。信息系统的重要性不仅仅体现在信息技术可以解决企业当前物流体系中的 问题，更重要的是，运用信息系统，企业可以设计并实施新的物流解决方案， 从而在同等的市场营销地位下大幅度地

26、改善企业的财务业绩丨4。对于第三方物流来说，物流信息系统是不可缺少的，其理由来自企业内 部和外部。在外包的情况下，信息系统的必要性不仅限于在物流业务的委托者 和被委托者之间需要信息交换和传递，而且在顾客、采购方和受托方之间也需 要信息交换和传递。而且，这种信息的交换和传送、接受和传递上大多与金钱 的支付和受理相联系，需要留下证据。信息系统的充实，是第三方物流的明显 特征，也是同业者之间差别化的武器。第三方物流信息系统的服务内容分为两 个，一是为货主设计物流系统所需要的软件的开发。如实现运输业务、仓库並 务、订货管理最优化的软件开发。二是在管理实物运输方面需要信息支持。各 个公司一般都从外部租用

27、大量货车，与众多车主签订业务合同，如果离开计算 机信息系统就不可能实现高效率管理。充实信息网是提高第三方物流业者管理 精度、实现物流最优化和削减物流成本的武器我国的第三方物流企业刚刚起步，与国外先进物流企业还存在很大差距， 特别是信息化方面，起步较晚，信息化程度较低，因而普遍存在对信息的获取， 处理和运用能力不强的问题例如，大部分物流企业尚未应用计算机管理系 统，自动识别和条码技术、GPS全球定位系统等先进的信息技术在第三方物流 企业的应用更是处于学习和起步阶段，因而所提供的物流服务在及时性、准确 性、可靠性和多样性等方面都处于较低水平。低水平的物流服务进一步影响了 第三方物流在我国的发展丨6

28、】。在信息系统中，模型的建立是必不可少的一个环节，十分关键，也是系统 幵发的基石。信息系统模型能够对信息系统的功能、数据和行为等进行描述。 有效模型的建立，不仅有助于对问题的理解，更有利于与系统用户和同领域专 家交流。通过建立信息系统的模型，可以在系统实施前获得该领域的知识，对 系统的各种资源进行评估和分析，减少系统开发费用，保证系统的质量，以达 到利用信息系统提高企业效益、支持企业发展的目的f7l。信息系统建模涉及到 以计算机为基础的符号结构的构建，这种构建包含了对系统所涉及到信息的捕 捉和以一种更容易使人理解和使用的方式来组织信息。实质上，信息系统可以 看成是由一系列有序的模型构成的，这些

29、模型分别在系统的不同开发阶段、不 同开发层次上建立。信息系统模型是应用新幵发技术的基石。为了应用信息， 就必须表达它，理解它的含义和内在结构。这种描述对于人们之间进行信息交 换是很重要的，同样对于建设管理和利用信息的信息系统也是一样重要目前广泛使用的物流系统的建模方法有GRAI法、IDEF法、Petri网法、 GIM 法、SIM 法等GRAI法：是由波尔多大学的GRAI实验室幵发的一种决策系统分析和 建摸方法。它以GRAI格和GRAI网为建模工具，以一种概念参考模型为基础， 该模型将一个真实系统分解成物理、信息、决策三个子系统。GRAI格是由行和 列纵横组成的表格，釆用自上而下的分析方法清楚地

30、表明了决策系统内部各组 织的决策职能和它们之间在决策和信息上的相互联系。GRAI网以每个决策中心 的活动为中心，描述其活动的条件、输入和输出。它的缺点在于虽适合决策功 能层的优化，但难以实现仿真。IDEF法：是结构化分析方法基础上发展起来的，是一种复杂系统分 析与设计的通用方法，现已扩展成一系列，从IDEFO到IDEF14。其中IDEFO: 功能模型；IDEF1:信息模型；IDEF2:仿真模型设计；IDEF3:过程描述设 计；IDEF4:面向对象设计；IDEF5:本体论描述获取。目前IDEFO到IDEF3已 经在实践中得到应用，IDEF4到IDEF5只是理论上作一定的研究，与实用还有一 段距离

31、。而IDEF6到IDEFM还处于基本概念研究阶段。Petri网法：它是由德国的Call Adam博士于1960年在他的博士论文中 首次提出的一种用于离散异步并发系统的建模工具。通过对实际系统构造Petri 网，并对Petri网进行分析，从而揭示出系统动态特性等重要信息。由于Petri网 既能够说明复杂系统的运行机制，又可以用数学分析或图形表达系统的运行过 程，同时还能解决系统并行性和存取控制问题，所以基于Petri网理论的模型在 物流系统的描述方面有着广泛的前景。GIM法：在GRAI法的基础上发展起来的描述和分析整个企业的一种 集成建模方法。它以概念参考模型、形式化建模方法为基础，集成了GRA

32、I、 MERISE. IDEFO三种建模方法的优点。目前有一种IMAGIM的计算机编辑程序 支持GIM法。但GIM法存在不足：如注重系统分析与设计，而对实施和操作考 虑不多；注重计算机系统实现工厂的集成，对人的因素考虑不多，建模框架缺 少通用性层次。SIM法：也是一种集成建模的方法。对于制造信息系统的建模来说， SIM是非常有效的。在制造系统中，SIM法通过DFDS和GRAI格对系统建模，同 时应用IDEFO法弥补DFDS方法本身的一些缺陷。但是SIM方法没有考虑系统动态的特性。因此，Petri网方法对于物流系统建模是非常有效的。Petri网是异步并发 系统建模与分析的一种重要工具,可直观、系

33、统地表达各种关系和行为，如资源 共享、冲突关系等。用Petri网模型来描述一个过程较为直观、易懂、简单易 行刚。运用Petri网建立物流系统模型有以下优点1：经过40多年的发展，不仅Petri网本身已形成一门系统的、独立的科学 分支，而且在许多科学技术领域都得到了广泛的运用。运用Petri网建模有着坚 实的科学基础。Petri网是分布式系统的建模和分析工具，特别便于描述系统进程或 部件的顺序、并发、冲突以及同步等关系。Petri网不仅可以刻画系统的结构，而且可以描述系统的动态行为（如 系统的状态变化等）。Petri网既有直观的图形表示，又可以引入许多数学方法对其性质进 行分析。其模型直观易懂，

34、便于使用。Petri网有许多成功的应用可以借鉴，为研究提供了宝贵的经验。Petri网有许多工具软件可利用，可以进行模拟仿真。作为物流专业化的一种重要形式一一第三方物流虽然仅有十几年的发展 史，却有着惊人的发展速度和巨大的发展潜力，得到了当今世界各国诸多企业 普遍关注。信息系统开发和发展是己成为管理现代化的重要标志之一，也是第 三方物流业发展的必然趋势。第三方物流信息系统的建立，实现对各种物流活 动和物流环境的有效监控和管理，并为物流管理人员及其他企业管理人员提供 战略和运作决策支持，提高了物流运作效率，降低物流总成本41。上世纪80年代，发达国家物流行业已经普遍采用计算机应用系统。近几年 来，

35、其信息系统更向着低成本、高深技术和专业化方向发展【12】，而我国第三方 物流起步晚，理论研究尚不深入，成功的的案例不多，物流信息化仍然处于起 步探索阶段。大力发展物流信息系统成为第三方物流企业竞争的核心力量。而 系统建模是任何系统开发过程中必不可少的一个基础环节，也是保证系统成功 的关键。建立恰当的物流信息系统模型，对于提高系统的质量，优化物流系统运 行是十分必要的目前对物流系统的建模有多种方法，Petri网方法是非常有效的一种。采用 Petri网建模，易于我们了解复杂的第三方物流信息系统，建立系统模型，保 证系统的正确设计和有效实施，为我国第三方物流企业信息系统建设和开发提 供了借鉴的依据。

36、本文研究Petri网在物流信息系统中建模。以第三方物流公司业务功能为研 究对象，分析其业务流程的运作，根据流程建立各个Petri网物流子系统模型， 并以Petri网仿真软件DaNAMiCS对模型加以模拟仿真，得出仿真结果。第一章，综述第三方物流及其信息系统的发展现状，以及物流信息系统的 各种建模方法。并详细分析了 Petri网在物流信息系统中建模的特点。第二章，介绍了 Petri网的基本概念、性质及分析方法。并简单介绍几种典 型高级Petri网。第三章，研究Petri网在第三方物流信息系统中的建模。在分析第三方物流 企业的功能组成基础上，根据业务流程建立各个子系统模型，变迁连接成整个 物流信息

37、系统的Petri网模型。第四章，由建立的Petri网于系统模型，结合DaNAMiCS软件进行Petri 网结构性质和动态性质的分析，并在此基础上运用DaNAMiCS软件进对系统模 拟仿真。本章主要以配送管理的Petri网模型为例，详述了如何运用DaNAMiCS 软件对未来的物流信息系统分析、评估、比较。第五章，结束语.总结本文的研究内容、贡献及缺点不足，对进一步工作第二章Petri网的基本概念及基础Petri网概念最早是1962年德国科学家Carl Adam Petri在他的博士论文 Kommunikation mit Automaten提出。20 世纪 70 年代初，Petri 网的概念和

38、思想方法受到欧美学者的广泛关注。对Petri网的各种性质的研究，以及把Petri 网应用与各种实际系统的建模和性质分析的论文和研究报告幵始大量涌现。经 过40多年的发展，不仅Petri网理论本身已形成一门系统的、独立的学科分支， 而且Petri网在计算机科学技术、自动化科学技术、机械设计与制造，以及其他 许多科学技术领域，都得到广泛的应用1131。2.1 Petri网定义及图形表示一般Petri定义为6元组 = (P，T, F, K，W，M)P一一库所（每一位置代表一种资源），用圆圈代表,表示离散系统可能的 状态，通过库所中是否包含及包含多少托肯（Token)来表述。托肯用包含在 库所中的实心

39、圆表示，它反映着库所所代表的局部状态与事件之间的联系；T变迁，用四方形或粗实线代表,表示系统中可能的事件；F流关系,用一条带箭头的弧来表示，规定资源在状态元素P和变迁元素T之 间流动；KK为容量函数，当容量函数W(p)=w时（其中W表示无穷大）时，通常省略 标注。当K(p)l时，将W(f)标注在弧上,当W(f)二 1 时，省略不标；MM是I：的一个标识。通常一个网系统有一个初始标识，记为M。它描述了被模拟系统的初始状态。 在初始标识M。下，可能有若干个变迁发生权，其中（随意）一个变迁发生，就得到 一个新的标识M,(不同的变迁发生，所得到的新标识一般也不相同）。在下又可 能有若干个变迁有发生权，

40、其中（随意）一个发生，又得到一个新的标识M” . 这样继续下去，变迁的连接发生和标识的不断变化，就是网系统的运行用一个简单的例子说明用Petri网表示离散事件系统的运行丨15】：如图给出了一个含有3个库所p。,p|,p2和一个变迁t。的加权Petri网。从图2.1 (a)的标识经过t。的发生可以产生图2.1 (b)的标识。如果我们用库所p。,p,和p,中 的标志分别表示氧分子、氧分子和水分子的个数，变迁t。表示化合反应，那么变迁t。的发生和这个网中的标识的变化反映了：(a)反应前的状态其中初始标识是（2 2 0) T，新标识Ml是1 2)T。且H,与HO的权函数 值w(f)是2，0,的权值w(

41、f)为1。(b)反应后的状态表示化合反应的Petri网模型2.2 Petr丨网的运行规则(1)变迁发生规则已知六元组I(P, T, F，K, W, M)为一个库所/变迁系统。E满足变迁发生规则是【151 ：对于teT,Mt的条件为. Vpe-t: M(p) t) Vpef-t: M(p)+W(t, p)K(p) Vpet.n.t: M(p)+W(t,p)- W(p, t)K(p)若Mi:tM,则对 VpeP, M Cp)为W(E)，t),若 pe M(p)+W(t,p),若 pe M(p)+W(t,p)-W(p, t),若 pe-tn M(p),其他其中，t表示变迁t的前集；t表示变迁t的后集

42、； Mt 表示变迁t在标识M有发生权。 M表示从M发生变迁t得到一个新的标识。又记为MtM。 由此可见，在P/T系统中一个变迁t在标识M中是否有发生权，不仅取决于它的 前集库所，还同后集的各库所相关（即后集库所的容量是否被突破）lisi。 (2)并发与冲突规则 Petri网的突出优点之一就是便于描述事件变迁之间的并发（CoMiirrency) 和冲突(Conflict)问题。定义基本网系统（简记为EN系统）是一个四元组E = (B, E, F, c)，其中“5：(B, E； F)是一个网，B称为条件集（condition set) ,E称为事件集（event set) 称为E的一个情态（cas

43、e)。事件eeE在情态c有发生权（记作ce），当且仅当egcAe nc = 0。若事件e在情态c发生，产生新的情态c（记作cec_),则c= (c-e)ue*, 显然，三元组（B，E, F)和初始情态C。一旦给出，就确定了一个EN系统。一个基本网系统往往也是通过四元组I(B，E; F,c。)来给定。 (a)并发一般来说，如果两个事件在某情态下都有发生权，而且其中任何一个的发生都不 会使另一个失去发生权，则称这两个事件在该情态下处于并发51。定义设1：1 =巾，: F，c。）为一个EN系统，e, eeE, c是I：的一个情态， 如果：1) ce,Ace2;2) cejci-c, e2Ace2C2

44、-*C2 e, 则称e,和e,在情态c并发，或者说e,和在情态c有一步发生权，记作并发不能简单地理解成“同时发生”，而是指事件之间因果上的无倚赖性。事件 变迁的发生只依赖于它们的外延，而与全局的情况无关。如图所示，事件e,的外 延是e: ue/=bb3,而事件e;的外延是e, ue3=b5,b,. e:和e;的外延之间没有 公共部分，它们是两个相互独立的事件。这是基本网系统中两个事件处于并发的必要 条件15】。pOfcl).2存在并发EN系统Ei(b)冲突定义 2.2. 3 设（B, E; F,态。如果：1) ce,Ace2:eE, C是E的一个情为一个基本网系统，bj。事件e,和e, ,在C

45、,失去发生权。 ,失去发生权。这种2) ce,c- c e2Ace2c-ce, 则称事件和e,在情态c下处于冲突关系【isi。 如图所示，基本网系统(B, E； F. Co),其中cv 在情态都可能发生。但如果ei发生，产生新的情态Ci=丨bi丨，e 反之，若在情态C。下e，发生，得到新的情态= ei在情态C 情况为冲突|15。图2. 3存在冲突的EN系统Ej 2.3 Petri网的分析方法 Petri网有多种分析方法，主要有可达标识图与可覆盖树，关联矩阵与状态方程， Petri网语言和Petri网进程等。这些方法都建立在坚实的数学基础上，各自有其优 点和不足之处。有时为了能对一个Petri网

46、进行详尽的分析，也可以把几种方法综合 起来使用|15】。本节就可达树法和关联矩阵法做一些简单的介绍。关联矩阵与状态方程正如Petri网的标识可以表示成一个m维非负整数向量一样，Petri网的结 构也可以用一个矩阵来表示。引进线性代数的方法对Petri网的性质进行分析， 简单易懂，且分析结果直观、定量化。.n,定义设1(3，T;F,M)为一个 Petri 网，P=pi，p2，.，P, T-tt2,.,t, 则Petri网I：的结构（P，T;F)可以用一个n个m列矩阵A=aJ 来表示，其中)el,2,3-m)o若(tpPj)e: 否则1 若(Pjti)eF称 A 为S (或网 N=(P,T:F)的

47、关联矩阵（incidence matrix) o已知Petri网的状态方程为M=M。其中M。为初始标识，A”为A的转置矩阵。 n维非负整数向量X称为发生数向量，其中X中的第i个分量等于tj在。中出现的次数。 求出的X为非负向量，且存在合法的变迁序列0，则认为M是从M。可达的。若求出X为 负向量，则M从Ma是不可达的。可达树分析定义2. 3. 2给定一个有界Petri网! (P, T;F, M,)。E的可达标识图定义为一 个三元组 RG (E) = (R (Mo)，E, P)，其中，E=(MiMj) I Mi, MjeR(Mo), 3t,eT;MjtkMjP： ET P (Mi, Mj) 当且仅

48、当MitiMj称R (M。）为RG(E)的弧集；若P(Mi, Mj) = ti,则称tk为弧（Mi，Mj)的旁标【i。当r不是有界Petri网，由于R(M)是一个无限集，不可能画出E的可达标识 图。为了用有限形式表达一个有无限个状态的系统的运行情况，需要引入一个表示无 界量的符号。具有这样的性质：对于任意正整数n: (0n,0)0)可达树具有如下的一些特性【iiJ:可达树在图形结构上呈倒立树形状。对给定的Petri网，可达树是以初 始状态标识即初始托肯分布为树根，以不断地变迁得到的可达状态标识为树 枝，向下生长和延伸的一棵树。可达树的构造原则。可达树从树根出发，按照由树根节点激发出的“使 能变

49、迁节点”个数来生长出相同个数的支线，并将使能变迁标注在引出的对应 支线旁，各个支线末端为相应使能变迁触发后达到的新状态标识即新托肯分布， 由此形成一批新的连线组，形成各自的一批新分支点，按此方式，依次伸展， 即可构造出给定标识Petri网的完整的有向树。有限可达集对应于有限可达树。对给定的Petri网，如果其可达集RG(I：) 为有限，则此Petri网的可达树也必为有限。无限可达集的有限可达树表示。对很多工程系统，其可达集RG(I：) 通常是无限的。对这一类Petri网，需要引入一个附加的无限参量才能采用，12(5) 的引进虽然使得可以用可覆盖性树来反映一个无限状态系统（无界 Petri网）运

50、行一些情况，但的引进也使得运行过程中的一些信息丢失。因此， 不可能像可达标识图分析有界Petri网那样，通过可覆盖性树来分析无界Petri 网的各种动态性质。2.4 Petri网的性质2.4.1 Petri网的结构性质本节所研究的性质是由网的结构（基网）确定而同网的初始标识无关。因此把 这类性质称为网的结构性质（Structural Property)。包括结构有界性（Structural Boundedness)、守恒性(Conservativeness)、可重复性(Repetitiveness)、协 调性(Consistency)、结构公平性(Structural Fairness),结构

51、活性(Structural Liveness)以及P-不变量(P-invariant)和T不变量(T-invariant)等等51。由于篇幅的 限制，在这里仅对结构有界性、守恒性以及P-不变量和T-不变量作一个简单的介绍。 定义设N= (P，T; F)为一个网，如果对N赋予任意初始标识M。网系统（N, M。） 都是有界的，则称N为结构有界网15。设A为网N= CP, T, F)的关联矩阵，则N为结构有界网的充分必要条件是：存在 ra(nF|P|)维正整数向量Y,使得AYgO。定义2. 4. 2设N= (P，T; F)为一个网。如果存在一个m(in=|p|)维正整数权向量 Y=Kl),y(2),

52、.,y(m)T，使得对N的任一个初始标识M。和任意MGR (M。）都有：gM(Pj)Y(j)=.M。(Pj)Y(j)则称N为守恒的。特别地，当丫=】，1，.11时，我们得到liMCpj-晨MoCPj，这时称 N为严格守恒的1151。h设N= (P, T； F)为一个网，A是N的关联矩阵。N为守恒网的充分必要条件是：存 在m(nF|P|)维正整数向量Y，使得AY=0丨I”。定义设CP, T； F)为一个网，|卩| = 111，|1丨=1为的关联矩阵【”1:如果存在非平凡的m维非负整数向量Y满足AY=0，则称Y为网N的一个P-不变量。如果存在非平凡的n维非负整数向量X满足ATX=0,则称X为网N的

53、一个T-不变量。设Yi和Y,为网N的两个P-不变量，Xi和X,为网N的两个T-不变量。那么，a)Yi+Y2也是网N的P-不变量，X,+X2也是网N的T-不变量。13b)若Yi-Y,0 (即是一个非平凡的非负整数向量），贝也是网N的一个 P-不变量；若X,-X:Xi-X,也是网N的一个T-不变量2.4.2 Petri网的动态性质运用Petri网对系统建模，其主要目的之一就是借助系统模型来分析实际系统的 性质和功能。这种系统模型既有直观的图形表示，又可以给出形式化的表述。如果一 个Petri网模型确切地描述了一个系统的结构和运行，那么这个系统所具有的一些性 质也会在其Petri网模型中得到体现fi

54、si,本节以原型Petri网为对象，定义和讨论网系统运行过程中的一些性质，这些性质统 称为动态性质CDynamicproperty)或行为性质(Behaviouralproperity).包括可 达性（Reachability)、可逆性(Reversibility)、可覆盖性(Coverability)、有界 性(Boundedness)、安全性(Safeness)、活性（Liveness)、公平性(Fairness)以及 持续性(Persistency)等等 ti5i。定义2.4. 4设= (P, T; F, M)为一个Petri网-如果存在teT,使MtM，则称 为从M直接可达的。如果存在

55、变迁序列t,，t广,tk和标识序列M,，M,Mi，使得Mt, Mit2 Mj-Mj则称Mk为从M可达的。从M可达的一切标识的集合记为R (M) 约定MeR (M)。 如果记变迁序列t| , t2，tk为7 ,则上式也可记为MT 。定义2.4. 5设N= (P. T; F)为一个网，M,和M:是N的两个标识（即M;, M： P 0, 1, 2, ).如果Vpep都有Ml (p) gM2(p),则称M丨被覆盖，或说M:覆盖 Ml,记作Ml与My如果MiSM,，而且存在pep,使得Ml (p) 财2 (P),则记作Mi-Mjt,可见，如果Mt,而且M是I；的一个可覆盖标识，贝15：中3MeR (M。

56、） 使得Mt。也就是说，I中存在着一个变迁序列7导致变迁t的发生|15。定义2. 6设2= (P，T; F，M。）为一个Petri网，pep。若存在正整数B,使得 VMER (M。）： M (P)妄B,则称库所P为有界的（bounded)，并称满足此条件的最小 正整数B为库所P的界，记为B (P)。即5：B (P) =minB | VMeR (M) :M(p) SB)当B (p) =1时，称库所p为安全的（safe)。定义2. 4. 7 (P, T； F, M。）为一个Petri网，如果每个pEP都是有界的，则 称2为有界Petri网。称B (2) =maxB(p) I pEP为E的界。当B(

57、2)=l时，称S为 安全的115。定义设S= (P, T: F, M。）为一个Petri网，M。为初始标识，teT。如果 对任意MeR (Mo)，都存在M eR (M)，使得M+0，则称变迁t为活的。如果每个te T都是活的，则称S为活的?64网151。定义2.4.9 E= (P, Tj F, M。）为一个Petri网。如果对任意MeR (M。）和任意 tptj ETU,关 tj)有(Mt,AMtjM) t,则称2：为一个持续网系统。Petri网的持续性是这样一种性质：如果在可达标识M下变迁t有发生权，那么从M 发生其他任意变迁或任意不包含t的变迁序列后，t仍有发生权。如果一个Petri网中

58、对任意可达标识和任意变迁t,具有上述性质，就称这个网为持续网系统11。几种典型的高级Petri网(1)颜色Petri网颜色Petri网就是对Petri网中的标志着以不同的颜色。其实质就是对标志进行 分类，以实现对网系统的折叠。对标志进行分类的一种简便表述方式是用k维向量表示一个带k种颜色的Petri 网。各个库所内的k维向量表示库所含有各种颜色的标志个数，每一分量代表一种颜 色，分量值代表颜色的标志个数。同样，各个变迁有发生权的条件，以及变迁发生后 所引起的标识变化，也可以通过对变迁的输入弧和输出弧标上用k维向量表示的权值 来表述|151。增广Petri网增广Petri网是模拟能力比原型pet

59、ri网有实质性增强的一类网系统。它对Petri 网进行扩充，使之具备与图灵机一样强的模拟能力。这类Petri网有多种，其中包括 带抑止弧的Petri网、带约朿集的Petri网、变迁含优先数的Petri网以及含异或变 迁的Petri网等|14】。时间Petri网含时间因素的Petri网是在原型Petri网的基础上，定义一个从变迁集到某种时 间因素集的映射。这些时间因素可以用一个实数（有理数）、实数区间（有理数区间） 或一个随机数表示。它们分别表示变迁发生所需要的时间，或变迁具备条件发生后的 可能（实际）发生的时间区间。这样，就把网系统的运行轨迹投影到统一的时间坐标 上。在网系统中加入时间因素，又

60、确实为某些实际系统的模拟和分析带来了方便。原 型Petri网着眼于逻辑层次的系统性能，含时间因素的Petri网则可以对系统在时间 层次或随机品质方面的性能进行分析【4】本章全面介绍了 Petri网的基本概念、性质和分析方法。并在原型Petri网的基 础上，简单的介绍了几种高级Petri网。这些原理和方法为后续对实际物流信息系统 建模和分析应用打下基础。第三章第三方物流信息系统建模对于第三方物流企业来说，其物流信息系统的建立和有效运用有助于合理组织物 流活动，控制和集成化管理企业物流运营活动中的所有信息，使各个环节相互协调。 物流信息系统根据总目标的要求，适时、适量地调度系统内的基本资源，实现企