基于有色金屬peri網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)過(guò)程建模與仿真

基于有色金屬peri網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)過(guò)程建模與仿真

1bpr實(shí)施后模擬仿真。在具體的設(shè)計(jì)方面,對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程重組是當(dāng)前企業(yè)管理的熱點(diǎn)。許多外國(guó)公司通過(guò)進(jìn)程重組實(shí)現(xiàn)了良好的運(yùn)營(yíng)表現(xiàn)，并在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得了優(yōu)勢(shì)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，中國(guó)企業(yè)開始研究用bpr改革舊的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制，建立新的適合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)模式。然而，實(shí)施過(guò)程重組的風(fēng)險(xiǎn)非常大。國(guó)外實(shí)施bpr的成功率僅為30%。一個(gè)重要原因是，初始實(shí)施bpr主要依靠人們的直觀評(píng)估，沒(méi)有定量分析和有效的模擬模擬，因此很難預(yù)測(cè)bpr的結(jié)果。為了提高實(shí)施bpr的成功率，我們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和模擬公司的現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)過(guò)程，在沒(méi)有消耗物理資源的情況下進(jìn)行實(shí)際變更之前，進(jìn)行在線分析和比較重組方案，并找到問(wèn)題來(lái)改進(jìn)和改善。經(jīng)營(yíng)過(guò)程建模就是用圖形、公式或文字說(shuō)明的形式描述經(jīng)營(yíng)過(guò)程的特性,圖形化建模方法(如IDEF,流程圖,Petri網(wǎng)等)因其直觀形象的特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用.目前大多數(shù)仿真軟件局限于對(duì)過(guò)程的仿真,缺少對(duì)過(guò)程結(jié)構(gòu)的分析,而Petri網(wǎng)因其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義,以及提供的系統(tǒng)分析和驗(yàn)證方法,在許多領(lǐng)域中,特別是對(duì)于一些具有不確定性、并發(fā)性和資源共享的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是一種重要的分析工具.經(jīng)營(yíng)過(guò)程的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在不確定性、并發(fā)性和資源共享問(wèn)題上,采用Petri網(wǎng)建模可以較好地解決上述問(wèn)題.本文從Petri網(wǎng)和有色Petri網(wǎng)的基本概念入手,介紹經(jīng)營(yíng)過(guò)程的有色Petri網(wǎng)建模方法以及模型的分析方法.2化細(xì)節(jié)描述過(guò)多Petri網(wǎng)的基本元素就是庫(kù)所和變遷,兩者之間的聯(lián)系可以用有向弧表示.其中庫(kù)所表示的是一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)、存放場(chǎng)所或條件,變遷表示變化或事件,庫(kù)所中的對(duì)象或條件用token表示.因基本Petri網(wǎng)中對(duì)個(gè)體的變化細(xì)節(jié)描述過(guò)多,即每一種對(duì)象的狀態(tài)或條件用一個(gè)庫(kù)所表示,每一種變化或事件用一個(gè)變遷表示,使得實(shí)際應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)過(guò)多;另外token的含義比較簡(jiǎn)單,不利于對(duì)系統(tǒng)的理解.為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型以及豐富模型的表達(dá)能力,人們提出了各種高級(jí)Petri網(wǎng),其中有色Petri網(wǎng)就是在基本Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入了顏色的概念,對(duì)同類的個(gè)體賦予相同的顏色,不同類的個(gè)體以不同的顏色加以區(qū)分,這樣,一個(gè)庫(kù)所中就可以包含幾種對(duì)象,或者表達(dá)一個(gè)復(fù)合條件,一個(gè)變遷也可以表達(dá)幾種不同的變化.另外token也增加了顏色,可以描述對(duì)象的屬性信息.用這樣的有色Petri網(wǎng)來(lái)描述經(jīng)營(yíng)過(guò)程,可以大大降低模型的復(fù)雜性,而又易于理解經(jīng)營(yíng)過(guò)程.3活動(dòng)與活動(dòng)的關(guān)系按照經(jīng)營(yíng)過(guò)程的定義——產(chǎn)生特定企業(yè)輸出的一系列邏輯相關(guān)的活動(dòng)——經(jīng)營(yíng)過(guò)程的基本要素就是活動(dòng)以及活動(dòng)之間的關(guān)系,因此過(guò)程建模最主要的任務(wù)就是如何描述活動(dòng)和活動(dòng)之間的關(guān)系.而活動(dòng)就是接收某一類型的輸入,在某種規(guī)則控制作用下,利用某種資源,經(jīng)過(guò)變換或操作轉(zhuǎn)化為輸出;活動(dòng)之間的關(guān)系則是通過(guò)輸入輸出以及資源的共享表現(xiàn)出來(lái).所以建模的基本任務(wù)就是活動(dòng)的建模.以下就一般活動(dòng)、不確定性活動(dòng)和并發(fā)活動(dòng)的建模分別加以介紹.3.1基于token的參數(shù)設(shè)計(jì)用庫(kù)所(place)表示活動(dòng)的輸入、輸出對(duì)象和資源的狀態(tài),庫(kù)所中的token表示對(duì)象,token的顏色表示對(duì)象的屬性,變遷(transition)表示操作,這樣我們就得到了活動(dòng)的Petri網(wǎng)模型,如圖1所示,我們用來(lái)描述一個(gè)合同審批活動(dòng),在合同e(輸入)到達(dá)(p1中有tokene)和合同審批員r(資源)空閑(p2中有r)時(shí),合同審批員對(duì)合同進(jìn)行評(píng)審(T1),p1中的e和p2中的r都被取走,表示合同審批正在進(jìn)行,合同審批完成后,產(chǎn)生輸出——審批結(jié)果o(p3中出現(xiàn)o),合同審批員又處于空閑狀態(tài)(p2中又出現(xiàn)r).這里的資源是指設(shè)備、人力等參與活動(dòng)的執(zhí)行而不發(fā)生變化的對(duì)象,為了區(qū)分它與普通的輸入輸出對(duì)象,我們把token分為普通token和資源token,相應(yīng)地把庫(kù)所分為普通庫(kù)所、資源庫(kù)所和全局庫(kù)所.全局庫(kù)所用來(lái)表示庫(kù)所中的資源在多個(gè)活動(dòng)中用到,在模型層次較多時(shí)用于表示不同層次之間的聯(lián)系.Token的顏色用來(lái)描述對(duì)象的屬性,可以分為兩個(gè)部分:一部分稱為描述信息,用來(lái)區(qū)分不同的對(duì)象,如一個(gè)合同的合同號(hào)、合同類型、最晚完成日期等;另一部分稱為參數(shù)信息,用來(lái)記錄仿真結(jié)果.普通token的參數(shù)包括時(shí)間(Time)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost),其中時(shí)間用來(lái)記錄對(duì)象在系統(tǒng)中逗留的總時(shí)間——反映過(guò)程完成時(shí)間,質(zhì)量用來(lái)記錄過(guò)程完成的好壞,如一個(gè)過(guò)程平均每執(zhí)行100次有1次差錯(cuò),我們認(rèn)為該過(guò)程的質(zhì)量為0.99,成本用來(lái)記錄對(duì)象在過(guò)程的執(zhí)行中所消耗的人力、物力資源.資源token的參數(shù)用一個(gè)占用時(shí)間(Busytime)來(lái)記錄不同資源的忙閑情況.與token的顏色相對(duì)應(yīng),我們?yōu)樽冞w的顏色設(shè)置三個(gè)參數(shù),即時(shí)間、成本和質(zhì)量.時(shí)間是指該活動(dòng)執(zhí)行一次所經(jīng)歷的時(shí)間,成本是指為完成該活動(dòng)所消耗的人力、物力資源,質(zhì)量則是用來(lái)反映活動(dòng)執(zhí)行結(jié)果的正確性.活動(dòng)的執(zhí)行(變遷的觸發(fā))遵循下列原則:找出變遷對(duì)應(yīng)的輸入庫(kù)所中相應(yīng)的token,若所有token數(shù)都大于0,則該變遷觸發(fā),所有輸入token數(shù)減1,經(jīng)歷一段時(shí)間(由顏色的時(shí)間參數(shù)確定)后,活動(dòng)結(jié)束,所有輸出庫(kù)所中相應(yīng)token數(shù)加1.普通token的參數(shù)發(fā)生下列變化:(1)OutToken.Time=InToken.Time+color.Time;(2)OutToken.Cost=InToken.Cost+color.Cost;(3)OutToken.Quality=1(Rand(1)<color.Quality&&InToken.Quality==1)或:OutToken.Quality=0(其他情況)(4)OutToken.Quality=0(Rand(1)>color.Quality&&Intoken.Quality==0)或:OutToken.Quality=1(其他情況)公式(1)、(2)分別表示時(shí)間和成本的變化,公式(3)、(4)分別表示一般活動(dòng)和糾錯(cuò)活動(dòng)(如對(duì)合同評(píng)審時(shí)修改不合格的合同)中token質(zhì)量的變化.其中Rand(1)表示0~1的隨機(jī)數(shù).資源token的參數(shù)變化如下:(5)Token.Busytime=Token.Busytime+color.Time3.2tokeno審批不確定性活動(dòng)是指在同一條件下,一個(gè)活動(dòng)可能產(chǎn)生不同的輸出結(jié)果.我們對(duì)變遷設(shè)置一個(gè)新的顏色,稱為概率參數(shù),用來(lái)表示每種情況發(fā)生的可能性.如上例中合同的審批結(jié)果可能有兩種情況,合格與不合格,而后要根據(jù)審批結(jié)果決定履行合同或修改合同.我們把tokenO(審批結(jié)果)分成2個(gè)token:O1(審批合格)和O2(不合格),于是變遷T1的發(fā)生有兩種情況:a:e+r(O1+r；概率:p1;b:e+r(O2+r；概率:p2;a:e+r(Ο1+r；概率:p1;b:e+r(Ο2+r；概率:p2;其中a表示合同審批合格的情況,它的發(fā)生概率是p1,b表示合同審批不合格的情況,它的發(fā)生概率為p2.兩種情況的總的發(fā)生概率為1,即p1+p2=1.關(guān)于概率的確定可以根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到或者人為地進(jìn)行估計(jì).3.3增加已簽署的合同的預(yù)防并發(fā)活動(dòng)是指幾個(gè)活動(dòng)的發(fā)生可能是同時(shí)的,這里主要考慮兩種情況:(1)一個(gè)條件同時(shí)觸發(fā)幾個(gè)變遷,如圖2(a)所示對(duì)合同的評(píng)審過(guò)程包括規(guī)范性評(píng)審t2、可行性評(píng)審t3和商務(wù)評(píng)審t4三個(gè)活動(dòng),而這三個(gè)活動(dòng)是可以同時(shí)進(jìn)行的,條件都是要有合同文本e2.按照一般情況,合同簽定后只產(chǎn)生一個(gè)合同文本,即e2的數(shù)量為1,于是緊接著的三個(gè)活動(dòng)中只有一個(gè)能夠執(zhí)行,其余兩個(gè)都無(wú)法執(zhí)行.這顯然不符合實(shí)際情況,實(shí)際情況是簽定合同后要么復(fù)印幾個(gè)合同副本分送不同部門處理,要么合同文本存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中,相關(guān)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)讀取合同文本進(jìn)行各自的評(píng)審活動(dòng).對(duì)前一種情況我們應(yīng)該在模型中增加一個(gè)活動(dòng)(復(fù)印合同文本)如圖2(b)虛框所示,增加的變遷t5表示復(fù)印操作,庫(kù)所p4表示復(fù)印的結(jié)果,tokene6、e7、e8分別代表3個(gè)合同復(fù)印件,變遷t2、t3、t4也要相應(yīng)改變,把輸入token由原來(lái)的e2分別變?yōu)閑6、e7、e8;對(duì)后一種情況模型需要隱式地為所關(guān)聯(lián)的活動(dòng)進(jìn)行token和變遷的調(diào)整,而這種改變對(duì)用戶是不可見的.(2)一個(gè)活動(dòng)的輸入有多個(gè)token,如圖2中規(guī)范性評(píng)審崗位上有3名職工r1(p5中有三個(gè)tokenr1),他們都對(duì)合同進(jìn)行規(guī)范性評(píng)審,一個(gè)合同只需要其中一人處理,那么該活動(dòng)一次最多可以處理3個(gè)合同,按照Petri網(wǎng)的一般觸發(fā)規(guī)則,在不考慮時(shí)間的情況下,每個(gè)變遷只有在觸發(fā)完成后才能再次觸發(fā),也就是每次只允許一人處理合同,其余兩人只能閑著.在考慮時(shí)間的情況下,我們?cè)试S一個(gè)變遷同時(shí)觸發(fā)多次,即三個(gè)評(píng)審員同時(shí)處理不同的合同,方法是選擇所有輸入庫(kù)所中最少的token數(shù),產(chǎn)生相同數(shù)量的變遷實(shí)例,分別對(duì)每個(gè)變遷的實(shí)例進(jìn)行觸發(fā).4供應(yīng)商的反應(yīng)和操作利用Petri網(wǎng)建模的優(yōu)勢(shì)就在于可以利用Petri網(wǎng)的分析方法對(duì)模型進(jìn)行分析,一方面能夠正確反映現(xiàn)有系統(tǒng)的特性,另一方面可以在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題,保證新系統(tǒng)能夠正確實(shí)現(xiàn).首先Petri的定義保證了模型中元素的連接只能是庫(kù)所與變遷相連,而不會(huì)出現(xiàn)庫(kù)所與庫(kù)所、變遷與變遷相連的情況,而且模型中不存在孤立的元素(多余或不完整的信息).其次,還可以利用Petri網(wǎng)的語(yǔ)義進(jìn)行沖突和死鎖檢測(cè).沖突的產(chǎn)生是系統(tǒng)中多個(gè)活動(dòng)對(duì)有限的共用資源競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果.對(duì)沖突的檢測(cè)只要依次檢查資源庫(kù)所中的token是否與多個(gè)變遷的輸入相聯(lián)系,消解沖突的辦法一是按照實(shí)際系統(tǒng)添加相應(yīng)的信息(增加庫(kù)所和token),如增加一個(gè)調(diào)度活動(dòng),另一種辦法是設(shè)定各個(gè)活動(dòng)的優(yōu)先級(jí)或者采用其他調(diào)度算法對(duì)過(guò)程進(jìn)行仿真.死鎖是指兩個(gè)活動(dòng)分別占用一定的資源不肯釋放而又申請(qǐng)對(duì)方的資源,從而使它們都無(wú)法進(jìn)行.由于在模型中我們已經(jīng)區(qū)分了資源庫(kù)所和普通庫(kù)所,變遷的觸發(fā)規(guī)則保證了這樣的死鎖不會(huì)發(fā)生.但是可能存在另一種情況的死鎖,考慮圖3所示的采購(gòu)過(guò)程中,供應(yīng)商要求客戶先付款再給客戶開發(fā)票,而客戶則堅(jiān)持發(fā)票收到后再給供應(yīng)商付款,顯然采購(gòu)過(guò)程無(wú)法完成.可以這樣理解,貨款和發(fā)票都是資源,付款活動(dòng)占有貨款,而開發(fā)票活動(dòng)占有發(fā)票,因而出現(xiàn)死鎖.解決方法可以讓其中一個(gè)活動(dòng)先釋放資源,從而保證過(guò)程的正常執(zhí)行.對(duì)這種情況的檢測(cè)可以如下進(jìn)行:(1)檢查模型中有無(wú)閉環(huán)存在(不考慮資源庫(kù)所的存在);(2)對(duì)每一個(gè)閉環(huán)檢查有無(wú)與閉環(huán)以外的庫(kù)所(token)有聯(lián)系的變遷,若無(wú)則出現(xiàn)死鎖,否則進(jìn)行(3);(3)對(duì)每一個(gè)與閉環(huán)以外的庫(kù)所(token)有聯(lián)系的變遷檢查與環(huán)內(nèi)庫(kù)所(token)相聯(lián)系的變遷的輸入是否與環(huán)外庫(kù)所(token)相聯(lián)系,若有聯(lián)系則死鎖,否則無(wú)死鎖.5基于過(guò)程模型的仿真利用有色Petri網(wǎng)對(duì)經(jīng)營(yíng)過(guò)程建模,一方面可以很好地描述經(jīng)營(yíng)過(guò)程的不確定性、并發(fā)性和資源共享問(wèn)題,另一方面可以解決模型中的沖