鐵路貨運市場的定位和政策建議
葉玉玲，冷韋韋+，陳鵬超
(同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海201804)
【摘要】鐵路貨運裝車作業(yè)是鐵路貨運業(yè)務的重要環(huán)節(jié)，其作業(yè)速度對鐵路貨物運輸效率有著重要影響，需要對鐵路貨運作業(yè)流程進行優(yōu)化。本文從鐵路貨運裝車作業(yè)出發(fā)，分析了目前我國鐵路貨運裝車作業(yè)的流程現狀，并以整車運輸為例，建立相應的Petri網模型，利用Exspect仿真軟件對優(yōu)化前后的模型進行仿真，并對裝車作業(yè)流程優(yōu)化以后的效果進行量化評價，驗證了優(yōu)化方案的有效性。
【關鍵詞】鐵路貨運；裝車作業(yè)；Petri網；流程再造；系統(tǒng)仿真
1引言
面對鐵路客貨分線后鐵路潛在運能釋放、鐵路管理體制改革的重大契機、激烈的貨運市場競爭以及物流業(yè)的飛速發(fā)展，鐵路貨運市場的物流服務需求日益突顯，傳統(tǒng)的鐵路運輸模式以及貨運業(yè)務流程已不能滿足客戶的物流服務需求。以客戶需求為中心，以市場為導向，整合資源，創(chuàng)新鐵路貨物運輸組織方式已經成為鐵路運輸業(yè)適應新形式發(fā)展的必然趨勢和重要戰(zhàn)略選擇。而隨著貨運量的增加，為了提高鐵路貨運裝車效率，更好地服務客戶，鐵路貨運裝車部門努力尋求簡化相關手續(xù)、改進裝車流程的措施，壓縮裝車作業(yè)時間，提高貨運裝車效率。
目前，也有一些學者對鐵路貨運業(yè)務流程的優(yōu)化進行了研究，例如王丹竹、郎茂祥等通過分析鐵路貨運作業(yè)流程現狀以及問題，對優(yōu)化前后的貨運作業(yè)流程進行仿真評價。陳旭著重研究鐵路貨運營業(yè)站的業(yè)務受理流程，運到貨物交付業(yè)務以及貨物車輛配送與掛運業(yè)務流程再造。徐利民、遲騁、賈永剛等從電子商務的角度，對現有的鐵路貨運流程進行分析，并提出了改進建議。
上述研究傾向于對鐵路貨運業(yè)務整個流程的分析和優(yōu)化，并沒有單獨深入地對某個具體的流程分析。而眾所周知，鐵路貨運業(yè)務的流程涉及的主體多，流程較為復雜，且某些作業(yè)存在著隨機不確定性，而廣義隨機Petri網通過引入隨機開關和時間的概念，用托肯(token)的延誤來表示每項作業(yè)所需時間，用選擇變遷來解決流程中某些作業(yè)環(huán)節(jié)的概率選擇問題，因此，可以深入分析鐵路貨運業(yè)務中某個具體的流程。本文以整車運輸為例，在分析現有鐵路貨運裝車流程的基礎上，運用Petri網建模，并利用Exspect軟件進行仿真，進一步提出鐵路貨運裝車作業(yè)流程的優(yōu)化方案并給出優(yōu)化效果，從而為決策者提供決策依據。
2 Petri網模型基本理論
Petri網理論最早由德國學者卡爾·亞當·佩特里于1962年提出的，適合描述流程中的順序、異步、沖突等關系，具有嚴格的數學理論基礎和直觀的圖形表達方式，被廣泛的運用在離散時間動態(tài)系統(tǒng)研究中。
隨著學者們研究的不斷深入，人們不斷通過引入時間屬性、托肯復制、定義隨機開關等方法拓寬了Petri網的應用范圍，如有色Petri網、時間Petri網、層次Petri網和隨機Petri網。其中廣義Petri網在以下方面做了拓展：①引入了時間的概念，每一個變遷都有一個時間參數，根據是否發(fā)生延遲，可將變遷分為順勢變遷和時間變遷；②定義隨機開關，確定一個表示下多個變遷的實施概率；③增加了靜止弧。
Petri網的基本概念和描述方法如下：
通常用圓圈或橢圓表示庫所P，用方框或粗杠表示變遷T，用戶X到Y的箭頭表示流關系中的(x，y)。用庫所中的黑點表示庫所的狀態(tài)，稱為托肯(token)。
3鐵路貨運裝車作業(yè)流程現狀與Petri網模型
3.1鐵路貨運裝車作業(yè)流程現狀
鐵路貨物運輸按其組織方法可以分為整車運輸、零擔運輸和集裝箱運輸，其中整車運輸與集裝箱運輸是我國鐵路貨運的主要組織形式。傳統(tǒng)的鐵路貨運作業(yè)主要是指貨物在發(fā)站和到站進行的各項作業(yè)。鐵路貨運裝車作業(yè)是鐵路貨運生產的重要環(huán)節(jié)。為了使作業(yè)流程更加簡潔明了，將鐵路貨運裝車作業(yè)流程分為4個主要環(huán)節(jié)：裝車前準備（接車對貨位，裝車前準備），裝車作業(yè)，裝車后處理（裝車后作業(yè)、剩余貨物處理，運單處理）以及費用核收。其中檢查車輛及貨物和復查車輛及附屬作業(yè)為貨運員與裝卸員共同進行。
我們首先將相關的裝車作業(yè)進行分類：一是增值業(yè)務，二為非增值業(yè)務。所謂增值業(yè)務，就是指能增加顧客價值的作業(yè)，非增值作業(yè)就是指不能增加顧客價值的業(yè)務。增值作業(yè)必須同時滿足以下條件：
(1)該作業(yè)的功能是明確的；
(2)該作業(yè)能為最終產品或勞務提供價值；
(3)該作業(yè)在企業(yè)的整個作業(yè)鏈中不能去掉、合并或被替代。
3.2鐵路貨運裝車流程Petri網模型
在基本Petri網理論的基礎上，將上述貨運裝車作業(yè)流程圖抽象化，建立流程模型。元素轉化關系如下：
鐵路貨運裝車作業(yè)流程-Petri網
作業(yè)處理過程中的人或單位——庫所(P)
處理過程的實施與執(zhí)行——變遷(T)
對鐵路貨運裝車流程的認識主要從流程中發(fā)生的主要活動、活動作用對象、執(zhí)行活動的實體人手，通過鐵路貨運裝車業(yè)務流程圖分析得到Petri網模型，具體情況見1圖。
圖1中各庫所的含義如下所示：P1、P4:車站；P2、P27:調度；P3:站調；P5、P26:貨調；P7、P8:勞調；P6、P13、P15、P17、P19、P20、P22、P24、P25:貨運員；P14、P16:裝卸員；P9、P10、P11、P12、P18:貨運員、裝卸員；P21、P23:托運人；P28:無實際意義（表示流程結束）。
圖2中各變遷的含義如下所示：T1報告貨物的信息；T2:調車計劃；T3:下達調車計劃，送車上道；T4:檢查線路；T5:落實貨位；T6:抄錄車種信息；T7:通知裝卸員裝車；T8:向裝卸員傳達貨物信息以及注意事項；T9:檢查車輛及貨物；Tl0:檢查貨物的貨車量尺劃線情況；T11:核對待裝貨物；T12:復查加固材料、繩網；T13:填寫貨車篷布使用通知單；T14：核對，檢查篷布和繩網質量；T15:報告裝車信息和裝車開始時間；T16:裝車、檢查；T17:報告實際裝完時間；T18:復查車輛及其附屬作業(yè)；T19:裝載質量簽認；T20:簽證裝卸工作單；T21:整理處理剩余貨物；T22:簽收運單，填寫有關事項；T23:支付現金或支票；T24:整理票據；T25:登記票據；T26:上報調度；T27:通知站調取車掛運。對上述變遷(T)進行賦時，其理論賦時如表1所示。
4 鐵路貨運現有裝車作業(yè)流程仿真與分析
為了更好的了解整車裝車作業(yè)流程，以某車站為例，對其貨運裝車流程進行模型仿真，并對現有的貨運裝車作業(yè)流程問題進行分析。
本文選擇ExSpect軟件對Petri網模型進行仿真，因為ExSpect軟件不僅可以提供用于隨機產生token的部件“generator”，還可以提供用于數據記錄和存儲的部件“store”，以及用于隨機選擇的部件“random”，這些功能都為Petri網模型的仿真提供了極大支持。模型中P1至P9及P11為延遲變遷，其余為選擇變遷�？紤]到庫所Pl0有些貨物不得劃線裝車，只能過磅稱重，以及庫所P13、P14是根據貨物種類來決定是否使用篷布，因此我們假設經過選擇變遷T10.T13的概率為80%。利用Exspect仿真軟件進行模型仿真，如圖2所示，模型仿真結果如表2所示。
為了減少隨機性帶來的誤差，整個流程設定了約300個托肯，分三組完成，xaverage表示該組托肯完成流程的平均時間。由仿真結果圖2可知，完成整個流程的平均周期時間約為274分鐘。
從仿真的結果來看，完成一次作業(yè)的時間是274分鐘，時間比較長。以下原因有三點。
(1)串聯(lián)作業(yè)過多。串聯(lián)作業(yè)雖然能夠明確表明各個作業(yè)的銜接，分工明晰，但是最大的缺點就是費時。因此，盡可能地把串聯(lián)作業(yè)改成并行作業(yè)，以達到增加效率，減少時間的消耗的目的。
(2)關鍵作業(yè)時間過長。例如變遷T16（裝車，檢查），所消耗的時間為120分鐘到150分鐘，占了總的時間的76%以上，若能壓縮這部分時間，則能夠大大提高裝車作業(yè)的效率。
(3)非增值作業(yè)較多。對于裝車作業(yè)流程，先對作業(yè)進行分類，找出非增值業(yè)務有節(jié)點1.2、6、15.16、17.24.25和26，共9項，占到了整個作業(yè)流程的三分之一，并且都是一些信息傳遞或者是統(tǒng)計活動，既不能對最終貨運產品帶來經濟效益，同時又耗費人力和時間，應當要盡量減少這些作業(yè)。
5鐵路貨運裝車作業(yè)流程的優(yōu)化
鐵路裝車作業(yè)流程的優(yōu)化可以分為兩個部分，一是近期增加平行作業(yè)，縮短原先作業(yè)流程的長度；二是遠期實施電子貨票以便刪除部分非增值業(yè)務。
(1)近期增加平行作業(yè)
首先，將部分串聯(lián)作業(yè)改成并聯(lián)作業(yè)，如把原先P9、T9（貨運員、裝卸員檢查貨物），P10、T10（貨運員、裝卸員檢查劃線），p11、T11（貨運員、裝卸員核查貨物作業(yè)）三項串聯(lián)作業(yè)改成三項并行作業(yè)。
其次，在已并聯(lián)作業(yè)的基礎上，調整部分作業(yè)順序。如在原先P2、P4、P7三項并聯(lián)作業(yè)基礎上，將作業(yè)P13，T13（貨運員填寫篷布）和P14、T14（裝卸員核對篷布質量）作業(yè)提前至作業(yè)P8、T8之后。具體各個庫所和變遷的變化見表3。
基于上述方案，對鐵路貨運裝車作業(yè)流程進行改進，建立優(yōu)化后的貨運裝車作業(yè)流程模型，如圖3所示，模型仿真結果如表4所示。經過改進以后的模型，作業(yè)時間由原先的274分鐘縮短到了235分鐘左右，共縮短了39分鐘，時間縮短了14.2%。效果比較明顯。
(2)遠期實施電子貨票
上述改進措施主要是把串聯(lián)作業(yè)改為并聯(lián)作業(yè)，并沒有減少非增值業(yè)務。若采用電子貨票，則在此基礎上還能進行進一步優(yōu)化，可以刪除大量的非增值業(yè)務。
電子貨票的應用，將改變紙質貨票一式四聯(lián)的傳統(tǒng)形式。隨著相關法律法規(guī)的建立，對于電子貨票的法律效力進行明確規(guī)定，使得紙質票據作為運輸合同及憑證所發(fā)揮的作用將被逐漸削弱�？蓪⒃械乃穆�(lián)減為一聯(lián)，去掉用于鐵路內部運輸指揮及管理所需的甲聯(lián)、乙聯(lián)及丁聯(lián)，保留貨主留存的丙聯(lián)，利用微機自動制票，保證丙聯(lián)與存儲信息的一致性。貨主可以網上支付運費，而鐵路運輸管理部門能夠直接從信息系統(tǒng)所存儲的貨票數據，獲取車號、到站、品類等準確信息，編制和實施站內作業(yè)環(huán)節(jié)，盡可能減少貨票數據重新錄入、現車重復核對等作業(yè)量，以減少站停時間，進一步提高車輛利用率及勞動生產率。
電子貨票無需上報信息、人工簽收運單、填寫信息、票據登記及整理票據信息，并可網上進行支付，因此庫所P6、P15.P22、P23、P24和P25可刪除。
綜合考慮增加平行作業(yè)和實施電子貨票等措施，對鐵路貨運裝車作業(yè)流程進行改進，建立優(yōu)化后的貨運裝車作業(yè)流程模型，如圖4所示，模型仿真結果如表5所示。
從表5可以看出，利用電子貨票等先進的技術以后的鐵路貨運裝車流程，將原先的幾個非增值業(yè)務，也就是不會對最終產品帶來價值的流程都給刪除了（例如P6、P15等），時間從235分鐘縮短到了202分鐘，與原先相比，約減少了72分鐘，時間上縮短了26.3%，可見，利用電子貨票以后的裝車作業(yè)流程，省去了許多繁瑣且不必要的操作，提高了作業(yè)的效率，又避免了浪費時間。
但制約總時間的關鍵作業(yè)仍沒有改變。如變遷T16所需的時間并沒有減少，它還是一個制約整個流程時間的關鍵因素所在，若能夠增加鐵路貨運站機械化水平，則對提高整個作業(yè)效率是很有幫助的。
6 結語
本文將Petri網的建模方法應用到鐵路貨運裝車作業(yè)流程當中，直觀、詳細地描述了鐵路貨運裝車作業(yè)各個作業(yè)環(huán)節(jié)和作業(yè)時間。通過引入隨機開關和時間的概念，解決了流程中某些作業(yè)環(huán)節(jié)的概率選擇問題，利用Exspect軟件先對鐵路貨運現有裝車作業(yè)流程進行仿真，以token的流動模擬鐵路貨運的整車裝車作業(yè)流程，通過對仿真結果的分析，進一步提出了鐵路貨運裝車作業(yè)流程的優(yōu)化方案，近期增加平行作業(yè)，遠期在此
基礎上實施電子貨票，從而使一次作業(yè)的時間由原先的274分鐘縮短到了202分鐘，提高了整個鐵路貨運裝車的效率，為相關部門提供了決策依據。本文僅以鐵路貨運整車運輸為例，實際上鐵路貨運裝車的作業(yè)流程因貨運品類不同、貨運組織方式而有所區(qū)別。并且，對于貨物是否劃線裝車以及是否使用篷布采用假設的方式，與實際情況可能有所出入，因此，對鐵路貨運裝車流程，還有待進一步的研究。
