鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程仿真與優(yōu)化
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
葉玉玲，冷韋韋+，陳鵬超
(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201804)
【摘要】鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)是鐵路貨運(yùn)業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)，其作業(yè)速度對(duì)鐵路貨物運(yùn)輸效率有著重要影響，需要對(duì)鐵路貨運(yùn)作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化。本文從鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)出發(fā)，分析了目前我國(guó)鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)的流程現(xiàn)狀，并以整車運(yùn)輸為例，建立相應(yīng)的Petri網(wǎng)模型，利用Exspect仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的模型進(jìn)行仿真，并對(duì)裝車作業(yè)流程優(yōu)化以后的效果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的有效性。
【關(guān)鍵詞】鐵路貨運(yùn)；裝車作業(yè)；Petri網(wǎng)；流程再造；系統(tǒng)仿真
1引言
面對(duì)鐵路客貨分線后鐵路潛在運(yùn)能釋放、鐵路管理體制改革的重大契機(jī)、激烈的貨運(yùn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及物流業(yè)的飛速發(fā)展，鐵路貨運(yùn)市場(chǎng)的物流服務(wù)需求日益突顯，傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸模式以及貨運(yùn)業(yè)務(wù)流程已不能滿足客戶的物流服務(wù)需求。以客戶需求為中心，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，整合資源，創(chuàng)新鐵路貨物運(yùn)輸組織方式已經(jīng)成為鐵路運(yùn)輸業(yè)適應(yīng)新形式發(fā)展的必然趨勢(shì)和重要戰(zhàn)略選擇。而隨著貨運(yùn)量的增加，為了提高鐵路貨運(yùn)裝車效率，更好地服務(wù)客戶，鐵路貨運(yùn)裝車部門努力尋求簡(jiǎn)化相關(guān)手續(xù)、改進(jìn)裝車流程的措施，壓縮裝車作業(yè)時(shí)間，提高貨運(yùn)裝車效率。
目前，也有一些學(xué)者對(duì)鐵路貨運(yùn)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化進(jìn)行了研究，例如王丹竹、郎茂祥等通過分析鐵路貨運(yùn)作業(yè)流程現(xiàn)狀以及問題，對(duì)優(yōu)化前后的貨運(yùn)作業(yè)流程進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)。陳旭著重研究鐵路貨運(yùn)營(yíng)業(yè)站的業(yè)務(wù)受理流程，運(yùn)到貨物交付業(yè)務(wù)以及貨物車輛配送與掛運(yùn)業(yè)務(wù)流程再造。徐利民、遲騁、賈永剛等從電子商務(wù)的角度，對(duì)現(xiàn)有的鐵路貨運(yùn)流程進(jìn)行分析，并提出了改進(jìn)建議。
上述研究?jī)A向于對(duì)鐵路貨運(yùn)業(yè)務(wù)整個(gè)流程的分析和優(yōu)化，并沒有單獨(dú)深入地對(duì)某個(gè)具體的流程分析。而眾所周知，鐵路貨運(yùn)業(yè)務(wù)的流程涉及的主體多，流程較為復(fù)雜，且某些作業(yè)存在著隨機(jī)不確定性，而廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)通過引入隨機(jī)開關(guān)和時(shí)間的概念，用托肯(token)的延誤來表示每項(xiàng)作業(yè)所需時(shí)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(yùn)業(yè)務(wù)中某個(gè)具體的流程。本文以整車運(yùn)輸為例，在分析現(xiàn)有鐵路貨運(yùn)裝車流程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Petri網(wǎng)建模，并利用Exspect軟件進(jìn)行仿真，進(jìn)一步提出鐵路貨運(yùn)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(jù)。
2 Petri網(wǎng)模型基本理論
Petri網(wǎng)理論最早由德國(guó)學(xué)者卡爾·亞當(dāng)·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(guān)系，具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和直觀的圖形表達(dá)方式，被廣泛的運(yùn)用在離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)研究中。
隨著學(xué)者們研究的不斷深入，人們不斷通過引入時(shí)間屬性、托肯復(fù)制、定義隨機(jī)開關(guān)等方法拓寬了Petri網(wǎng)的應(yīng)用范圍，如有色Petri網(wǎng)、時(shí)間Petri網(wǎng)、層次Petri網(wǎng)和隨機(jī)Petri網(wǎng)。其中廣義Petri網(wǎng)在以下方面做了拓展：①引入了時(shí)間的概念，每一個(gè)變遷都有一個(gè)時(shí)間參數(shù)，根據(jù)是否發(fā)生延遲，可將變遷分為順勢(shì)變遷和時(shí)間變遷；②定義隨機(jī)開關(guān)，確定一個(gè)表示下多個(gè)變遷的實(shí)施概率；③增加了靜止弧。
Petri網(wǎng)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(jié)的箭頭表示流關(guān)系中的(x，y)。用庫所中的黑點(diǎn)表示庫所的狀態(tài)，稱為托肯(token)。
3鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程現(xiàn)狀與Petri網(wǎng)模型
3.1鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程現(xiàn)狀
鐵路貨物運(yùn)輸按其組織方法可以分為整車運(yùn)輸、零擔(dān)運(yùn)輸和集裝箱運(yùn)輸，其中整車運(yùn)輸與集裝箱運(yùn)輸是我國(guó)鐵路貨運(yùn)的主要組織形式。傳統(tǒng)的鐵路貨運(yùn)作業(yè)主要是指貨物在發(fā)站和到站進(jìn)行的各項(xiàng)作業(yè)。鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)是鐵路貨運(yùn)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。為了使作業(yè)流程更加簡(jiǎn)潔明了，將鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程分為4個(gè)主要環(huán)節(jié)：裝車前準(zhǔn)備（接車對(duì)貨位，裝車前準(zhǔn)備），裝車作業(yè)，裝車后處理（裝車后作業(yè)、剩余貨物處理，運(yùn)單處理）以及費(fèi)用核收。其中檢查車輛及貨物和復(fù)查車輛及附屬作業(yè)為貨運(yùn)員與裝卸員共同進(jìn)行。
我們首先將相關(guān)的裝車作業(yè)進(jìn)行分類：一是增值業(yè)務(wù)，二為非增值業(yè)務(wù)。所謂增值業(yè)務(wù)，就是指能增加顧客價(jià)值的作業(yè)，非增值作業(yè)就是指不能增加顧客價(jià)值的業(yè)務(wù)。增值作業(yè)必須同時(shí)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(chǎn)品或勞務(wù)提供價(jià)值；
(3)該作業(yè)在企業(yè)的整個(gè)作業(yè)鏈中不能去掉、合并或被替代。
3.2鐵路貨運(yùn)裝車流程Petri網(wǎng)模型
在基本Petri網(wǎng)理論的基礎(chǔ)上，將上述貨運(yùn)裝車作業(yè)流程圖抽象化，建立流程模型。元素轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：
鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程-Petri網(wǎng)
作業(yè)處理過程中的人或單位——庫所(P)
處理過程的實(shí)施與執(zhí)行——變遷(T)
對(duì)鐵路貨運(yùn)裝車流程的認(rèn)識(shí)主要從流程中發(fā)生的主要活動(dòng)、活動(dòng)作用對(duì)象、執(zhí)行活動(dòng)的實(shí)體人手，通過鐵路貨運(yùn)裝車業(yè)務(wù)流程圖分析得到Petri網(wǎng)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(diào)度；P3:站調(diào)；P5、P26:貨調(diào)；P7、P8:勞調(diào)；P6、P13、P15、P17、P19、P20、P22、P24、P25:貨運(yùn)員；P14、P16:裝卸員；P9、P10、P11、P12、P18:貨運(yùn)員、裝卸員；P21、P23:托運(yùn)人；P28:無實(shí)際意義（表示流程結(jié)束）。
圖2中各變遷的含義如下所示：T1報(bào)告貨物的信息；T2:調(diào)車計(jì)劃；T3:下達(dá)調(diào)車計(jì)劃，送車上道；T4:檢查線路；T5:落實(shí)貨位；T6:抄錄車種信息；T7:通知裝卸員裝車；T8:向裝卸員傳達(dá)貨物信息以及注意事項(xiàng)；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(duì)待裝貨物；T12:復(fù)查加固材料、繩網(wǎng)；T13:填寫貨車篷布使用通知單；T14：核對(duì)，檢查篷布和繩網(wǎng)質(zhì)量；T15:報(bào)告裝車信息和裝車開始時(shí)間；T16:裝車、檢查；T17:報(bào)告實(shí)際裝完時(shí)間；T18:復(fù)查車輛及其附屬作業(yè)；T19:裝載質(zhì)量簽認(rèn)；T20:簽證裝卸工作單；T21:整理處理剩余貨物；T22:簽收運(yùn)單，填寫有關(guān)事項(xiàng)；T23:支付現(xiàn)金或支票；T24:整理票據(jù)；T25:登記票據(jù)；T26:上報(bào)調(diào)度；T27:通知站調(diào)取車掛運(yùn)。對(duì)上述變遷(T)進(jìn)行賦時(shí)，其理論賦時(shí)如表1所示。
4 鐵路貨運(yùn)現(xiàn)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(duì)其貨運(yùn)裝車流程進(jìn)行模型仿真，并對(duì)現(xiàn)有的貨運(yùn)裝車作業(yè)流程問題進(jìn)行分析。
本文選擇ExSpect軟件對(duì)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行仿真，因?yàn)镋xSpect軟件不僅可以提供用于隨機(jī)產(chǎn)生token的部件“generator”，還可以提供用于數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)的部件“store”，以及用于隨機(jī)選擇的部件“random”，這些功能都為Petri網(wǎng)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(jù)貨物種類來決定是否使用篷布，因此我們假設(shè)經(jīng)過選擇變遷T10.T13的概率為80%。利用Exspect仿真軟件進(jìn)行模型仿真，如圖2所示，模型仿真結(jié)果如表2所示。
為了減少隨機(jī)性帶來的誤差，整個(gè)流程設(shè)定了約300個(gè)托肯，分三組完成，xaverage表示該組托肯完成流程的平均時(shí)間。由仿真結(jié)果圖2可知，完成整個(gè)流程的平均周期時(shí)間約為274分鐘。
從仿真的結(jié)果來看，完成一次作業(yè)的時(shí)間是274分鐘，時(shí)間比較長(zhǎng)。以下原因有三點(diǎn)。
(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(gè)作業(yè)的銜接，分工明晰，但是最大的缺點(diǎn)就是費(fèi)時(shí)。因此，盡可能地把串聯(lián)作業(yè)改成并行作業(yè)，以達(dá)到增加效率，減少時(shí)間的消耗的目的。
(2)關(guān)鍵作業(yè)時(shí)間過長(zhǎng)。例如變遷T16（裝車，檢查），所消耗的時(shí)間為120分鐘到150分鐘，占了總的時(shí)間的76%以上，若能壓縮這部分時(shí)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(duì)于裝車作業(yè)流程，先對(duì)作業(yè)進(jìn)行分類，找出非增值業(yè)務(wù)有節(jié)點(diǎn)1.2、6、15.16、17.24.25和26，共9項(xiàng)，占到了整個(gè)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(jì)活動(dòng)，既不能對(duì)最終貨運(yùn)產(chǎn)品帶來經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又耗費(fèi)人力和時(shí)間，應(yīng)當(dāng)要盡量減少這些作業(yè)。
5鐵路貨運(yùn)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(gè)部分，一是近期增加平行作業(yè)，縮短原先作業(yè)流程的長(zhǎng)度；二是遠(yuǎn)期實(shí)施電子貨票以便刪除部分非增值業(yè)務(wù)。
(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(yùn)員、裝卸員檢查貨物），P10、T10（貨運(yùn)員、裝卸員檢查劃線），p11、T11（貨運(yùn)員、裝卸員核查貨物作業(yè)）三項(xiàng)串聯(lián)作業(yè)改成三項(xiàng)并行作業(yè)。
其次，在已并聯(lián)作業(yè)的基礎(chǔ)上，調(diào)整部分作業(yè)順序。如在原先P2、P4、P7三項(xiàng)并聯(lián)作業(yè)基礎(chǔ)上，將作業(yè)P13，T13（貨運(yùn)員填寫篷布）和P14、T14（裝卸員核對(duì)篷布質(zhì)量）作業(yè)提前至作業(yè)P8、T8之后。具體各個(gè)庫所和變遷的變化見表3。
基于上述方案，對(duì)鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程進(jìn)行改進(jìn)，建立優(yōu)化后的貨運(yùn)裝車作業(yè)流程模型，如圖3所示，模型仿真結(jié)果如表4所示。經(jīng)過改進(jìn)以后的模型，作業(yè)時(shí)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(shí)間縮短了14.2%。效果比較明顯。
(2)遠(yuǎn)期實(shí)施電子貨票
上述改進(jìn)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(wù)。若采用電子貨票，則在此基礎(chǔ)上還能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，可以刪除大量的非增值業(yè)務(wù)。
電子貨票的應(yīng)用，將改變紙質(zhì)貨票一式四聯(lián)的傳統(tǒng)形式。隨著相關(guān)法律法規(guī)的建立，對(duì)于電子貨票的法律效力進(jìn)行明確規(guī)定，使得紙質(zhì)票據(jù)作為運(yùn)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(nèi)部運(yùn)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(jī)自動(dòng)制票，保證丙聯(lián)與存儲(chǔ)信息的一致性。貨主可以網(wǎng)上支付運(yùn)費(fèi)，而鐵路運(yùn)輸管理部門能夠直接從信息系統(tǒng)所存儲(chǔ)的貨票數(shù)據(jù)，獲取車號(hào)、到站、品類等準(zhǔn)確信息，編制和實(shí)施站內(nèi)作業(yè)環(huán)節(jié)，盡可能減少貨票數(shù)據(jù)重新錄入、現(xiàn)車重復(fù)核對(duì)等作業(yè)量，以減少站停時(shí)間，進(jìn)一步提高車輛利用率及勞動(dòng)生產(chǎn)率。
電子貨票無需上報(bào)信息、人工簽收運(yùn)單、填寫信息、票據(jù)登記及整理票據(jù)信息，并可網(wǎng)上進(jìn)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(shí)施電子貨票等措施，對(duì)鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程進(jìn)行改進(jìn)，建立優(yōu)化后的貨運(yùn)裝車作業(yè)流程模型，如圖4所示，模型仿真結(jié)果如表5所示。
從表5可以看出，利用電子貨票等先進(jìn)的技術(shù)以后的鐵路貨運(yùn)裝車流程，將原先的幾個(gè)非增值業(yè)務(wù)，也就是不會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品帶來價(jià)值的流程都給刪除了（例如P6、P15等），時(shí)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(shí)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(fèi)時(shí)間。
但制約總時(shí)間的關(guān)鍵作業(yè)仍沒有改變。如變遷T16所需的時(shí)間并沒有減少，它還是一個(gè)制約整個(gè)流程時(shí)間的關(guān)鍵因素所在，若能夠增加鐵路貨運(yùn)站機(jī)械化水平，則對(duì)提高整個(gè)作業(yè)效率是很有幫助的。
6 結(jié)語
本文將Petri網(wǎng)的建模方法應(yīng)用到鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程當(dāng)中，直觀、詳細(xì)地描述了鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)和作業(yè)時(shí)間。通過引入隨機(jī)開關(guān)和時(shí)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(duì)鐵路貨運(yùn)現(xiàn)有裝車作業(yè)流程進(jìn)行仿真，以token的流動(dòng)模擬鐵路貨運(yùn)的整車裝車作業(yè)流程，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，進(jìn)一步提出了鐵路貨運(yùn)裝車作業(yè)流程的優(yōu)化方案，近期增加平行作業(yè)，遠(yuǎn)期在此
基礎(chǔ)上實(shí)施電子貨票，從而使一次作業(yè)的時(shí)間由原先的274分鐘縮短到了202分鐘，提高了整個(gè)鐵路貨運(yùn)裝車的效率，為相關(guān)部門提供了決策依據(jù)。本文僅以鐵路貨運(yùn)整車運(yùn)輸為例，實(shí)際上鐵路貨運(yùn)裝車的作業(yè)流程因貨運(yùn)品類不同、貨運(yùn)組織方式而有所區(qū)別。并且，對(duì)于貨物是否劃線裝車以及是否使用篷布采用假設(shè)的方式，與實(shí)際情況可能有所出入，因此，對(duì)鐵路貨運(yùn)裝車流程，還有待進(jìn)一步的研究。
