论文部分内容阅读
摘 要:为定量分析口岸通关效率,以口岸通关流程为研究对象,建立基于分层赋时Petri网建模方法(HTPN)的口岸通关流程模型.模型中包含经验时间参数,可根据不同的时间参数分布,对模型进行定量分析.应用Witness软件,对所建模型进行仿真和口岸通关流程效率分析.仿真结果验证HTPN模型的正确性,可为现有流程的优化重组提供评估手段,给决策者提供决策依据.
关键词:HTPN; Witness; 口岸通关; 通关效率
中图分类号:F713; F746文献标志码:A
Time efficiency analysis of business process of
customs clearance based on HTPN
CHEN Qiulin YANG Yongsheng MENG Yanping YANG Binb
(a. Logistics Engineering College; b. Academy of Science & Technology,
Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)
Abstract: In order to analyze efficiency of the customs clearance quantificationally, taking business process of the customs clearance as researching subject, a model about the business process of the customs clearance is establised based on the hierarchically time Petri net (HTPN). The model is analyzed quantificationally according to the different time parameter distributions. By the help of Witness, the model is simulated and the efficiency of the business process of the customs clearance is analyzed. Simulation shows the model is correct, and it may provide an appraisal method for optimizing the reorganization of the existing flow and the policy-making basis to the policy-maker.
Key words: HTPN; Witness; customs clearance; efficiency of customs clearance
0 引 言
在国际贸易中,进出口货物的通关效率至关重要,因此向贸易商承诺提供快速、可预期的货物放行时间已变得越来越重要.海关在执行时要保证追踪货物的流动并能进行选择性检查,最终对货物放行.对口岸通关流程的建模和仿真研究很有意义.
Petri网是对离散平行系统的数学表示,适合描述异步、并发的计算机系统,其严格的形式定义、直观的图形表示、丰富的系统描述手段和系统行为分析技术,能为计算机科学提供坚实的基础,被应用于工作流理论的研究.
鉴于Petri网在建立工作流程模型上的优势以及口岸通关流程的重要性,本文用Petri网对海运货物通关流程进行建模,动态描述海运货物通关流程,并引入时间元素,对流程模型进行定量分析.
1 国内外研究现状
目前,已有一些学者基于Petri网对企业流程或海关工作流程建模进行研究.在企业流程建模方面,戴顺南等[1]用Petri网对企业物流流程进行建模,并用Petri
网的分析工具对流程进行分析和优化;陈春良等[2]讨论基于HTCPN装备保障业务流程的建模与优化方法,克服普通Petri网的不足,并用CPN-TOOLS对建立的流程进行仿真并给出优化方案;陈慧灵等[3]论述从Petri网到工作流程模型执行的映射,给出1个基于Petri网建模的实例,并用随机Petri网和概率论对该模型进行时间性能分析;DOERNER等[4]用Petri网作为建模工具、随机分支定界法作为优化方法,研究在考虑员工数量和工作量的情况下,基于多种复杂优化工作策略的多模式资源约束的工作流程;HA等[5]用赋时有色Petri网建立对产品开发流程(PDP)进行管理的流程.在海关业务流程方面,董海等[6]提出用Petri网建立海关业务流程工作流模型,给出基于Petri网的模型并总结该模型的优势;施雪丽等[7]设计基于Petri网的海关业务流程工作流模型,并以实例分析使用模型可引进流程,提高效率;沈岸[8]用实证分析与规范分析相结合、理论与实践相结合的方法,运用管理学、组织行为学和流程再造等相关理论,以成都海关为例,对海关业务流程进行定性分析.
上述研究尚未有针对海关工作流程提出以时间效率为指标的量化分析模型.本文提出使用分层赋时Petri网(hierarchically time Petri net, HTPN)建立口岸通关流程模型,仿真分析过程的时间效率.
2 HTPN原理
层次模型常用于形式描述和分析.在复杂、大型系统的性能评价中,可采用自顶向下逐步分解描述和自底向上逐步综合替代相结合的方法.层次模型可隐蔽子网的结构和详细描述,使模型设计者记住相应抽象层次的设计;每个子网模型可并行,相同的子网不必重复设计;具有良好的层次结构,可为系统模型的分解、压缩奠定基础.因此,使用HTPN有利于建立清晰、简洁、层次化的流程模型.
2.1 延时Petri网(TPN)
定义:延时Petri网[9]为(P, Ω),其中P为Petri网(P, T, F),Ω为1个函数,为Petri网中每个变迁ti分配1个非负实数τi
Ω:T→R{R是非负实数集合};
非负实数τi=Ω(ti)为变迁ti的发射时间.
假设网络的运行发生在实时系统.在任何实时时间τ,Petri网有1个标记M(τ),可将M看成向量求函数.用M(0)表示初始标记,将M(τ,p)写为M(t)(p),即在时间τ库所p中的托肯数量.当且仅当t的每个输入库所至少含有1个托肯,变迁ti称为在时间τ使能,即M(τ,pk)≥1 (对所有pk∈t).
当变迁ti使能时,发射开始,从ti的每个输入库所消耗1个托肯,变迁ti运行.当τi是变迁ti的发射时间时,该运行持续τi秒.在这段时延结束时,变迁ti的发射停止,并且在每个输出库所pj∈t增加1个托肯.
2.2 分层赋时Petri网(HTPN)
HTPN=(P,T,F,M,Q,in,out,R,DUR)[10]
式中:P为状态集,如P={p1,p2,…,pi};T为事件集,如T={t1,t2,…,ti};in为工作流的入口;out为工作流的出口;Q为状态集,为所有子网组代表的集合,如Q={q1,q2,…,qi} (i=1,2,…,n),称为子网组代表;F={F1,F2,…,Fk} (k=1,2,…,m),表示子网k中事件与状态或子网代表之间的流关系;M为m维向量集合,M(p)表示库所p中托肯的数量;r(q)=f,q∈Q,f∈F,r∈R,R中的函数指出子网组代表q(q∈Q)与其所代表子网的映射关系;DUR(k)为事件t或子网代表q的执行时间.
3 基于HTPN的口岸通关流程建模
口岸通关业务流程按运输方式和进出口方向可分为海运进口、海运出口、空运进口和空运出口4种.本文以海运进口为例,研究基于HTPN的海运通关流程模型.
3.1 海运进口货物的通关流程分析
我国海关的通关流程:(1)电子申报;(2)集中审单;(3)通关管理处审单中心对需人工审单的报关单数据进行人工审核,并将审核结果通知申报人;(4)现场通关—接单;(5)海关验核申报人的报关资格,验核通过后,现场接单关员接单,有派单窗口的现场派单人员则核对书面单证是否齐全并分派接单窗口;(6)现场接单关员验核书面单证;(7)现场通关—查验;(8)海关对需查验的货物进行现场查验;(9)查验结束后,申报人在《查验记录单》上签名、确认;(10)办理税费征收手续;(11)现场通关—单证放行;(12)口岸通关—实货放行.
3.2 基于Petri网的海运通关流程建模
根据海运进口货物通关流程,结合Petri网中变迁、库所和托肯的特性,建立基于Petri网的海运通关流程模型.模型中,库所表示每个工作单元的活动状态;托肯表示工作对象;变迁表示网络中的控制点,控制工作对象通过,使其从1种状态进入另1种状态.
在此基础上建立海运进口货物通关流程模型,见图1.
4 模型仿真及效率分析4.1 仿真模型的建立
4.1.1 Witness模型中各单元的设置
为表示Petri网模型中库所状态的变化及变迁的延时功能,可用Witness软件中的Buffer和Machine实现;托肯用Part实现.模型还包括Variable和File 元素,前者用以保存系统统计或程序计算出的数据及一些临时变量;后者主要将仿真计算得到的数据输出为记事本或dat格式的数据文件,便于浏览和统计.
4.1.2 模型的建立
根据海关进口货物通关流程的Petri网模型,使用Witness软件建立仿真模型.元素中具体的参数设置在各个不同元素的Detail中进行.通过对模型的各个元素的设置,构成仿真的主要模型.
4.2 仿真模型的运行及结果
在仿真模型运行之前需设置变迁与库所的延迟时间,见表1.
表1 变迁与库所的延迟时间参数设置h参数时间电子申报0.01电脑自动审单0.01专业审单判别0.01专业审单判断6.8通知审单结果及等待17.33等待时间17.3现场审单审核1退回修改72应税判断0.01缴纳税费0.1查验判别0.01放行0.01参数时间判断查验是否无误0.01按规定处理72销毁720海关确定检查0.01打印查验通知单,制作关封0.05打印,制作关封时间4安排查验计划1安排吊箱3吊箱时间6现场查找箱体2通知收货人现场查验1
本模型属单流程仿真,整个过程只有1个资源,在仿真流程结束时才会有新资源进入,开始新1轮仿真.在仿真过程中,使用Witness中的File控件将单个仿真流程的时间以及流程的平均时间保存在指定的dat文件中.仿真的输出结果见图3.图中的source表示资源编号; “avgtime”表示从第1个资源到最后1个资源平均时间;“total_time”表示资源在单次流程中的时间.由输出的数据可见,单次海关通关流程消耗的时间在一定范围内波动.在仿真中,海运通关流程的最大时间、最小时间和运行2 000次的平均时间分别为810.12 h,1.06 h和21.84 h.另外,还可得整个仿真中各环节的使用率,其中,专业审单、退回修改和通知审单结果及等待是3个平均占用时间比率较高的环节,分别占20.11%,23.36%和45.54%.source仿真结果基本反映海运进口货物的通关时间,为今后通关流程的重组和改进提供时间依据,也为验证流程的重组效果提供方法.
5 结 论
本文用HTPN对海关进口货物通关流程进行建 模,并使作业流程模型包含时间属性.基于分层的Petri网模型方法可解决Petri网对复杂系统建模时的组合状态爆炸问题,并且可根据不同的时间参数分布,对模型作定量分析.应用Witness软件对HTPN模型进行仿真,验证其正确性,为现有流程的重组优化提供评估方法和决策依据.
参考文献:
[1]戴顺南,姜秀山,王金旺.基于Petri网的生产企业物流流程设计分析[J].物流技术, 2008, 27(1): 88-91.
[2]陈春良,王岩磊,孙盛坤.HTCPN在装备保障业务流程建模与优化中的应用[J].系统仿真学报, 2008, 20(10): 2746-2753.
[3]陈慧灵,王宪增,邹宽城.基于Petri网的工作流过程建模[J].计算机工程与科学, 2008, 30(5): 92-95.
[4]DOERNER K, GUTJAHR W J, KOTSIS G, et al. Enriched workflow modelling & Stochastic Branch-and-Bound[J].Eur J Operational Res, 2006,175(3): 1798-1817.
[5]HA S, SUH H W. A timed colored Petri nets modeling for dynamic workflow in product development process[J]. Computers in Ind, 2008,59(2):
193-209.
[6]董海, 王宛山,李彦平.基于Petri网的海关业务流程工作流模型分析[J].机械设计与制造, 2005(7): 89-91.
[7]施雪丽,王未央.基于Petri网的海关业务流程工作流模型设计[J].计算机与数字工程, 2008, 36(7): 171-174.
[8]沈岸.基于BPR的海关通关作业优化研究[D].成都:电子科技大学, 2007.
[9]韩福荣. 基于时间有色Petri网的联锁软件的形式化建模与分析[D]. 上海: 同济大学, 2007.
[10]唐达,刘丹妮.基于层次时间Petri网的工作流模型可达性分析方法[J].计算机集成制造系统, 2006, 12(4): 487-493.
关键词:HTPN; Witness; 口岸通关; 通关效率
中图分类号:F713; F746文献标志码:A
Time efficiency analysis of business process of
customs clearance based on HTPN
CHEN Qiulin YANG Yongsheng MENG Yanping YANG Binb
(a. Logistics Engineering College; b. Academy of Science & Technology,
Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)
Abstract: In order to analyze efficiency of the customs clearance quantificationally, taking business process of the customs clearance as researching subject, a model about the business process of the customs clearance is establised based on the hierarchically time Petri net (HTPN). The model is analyzed quantificationally according to the different time parameter distributions. By the help of Witness, the model is simulated and the efficiency of the business process of the customs clearance is analyzed. Simulation shows the model is correct, and it may provide an appraisal method for optimizing the reorganization of the existing flow and the policy-making basis to the policy-maker.
Key words: HTPN; Witness; customs clearance; efficiency of customs clearance
0 引 言
在国际贸易中,进出口货物的通关效率至关重要,因此向贸易商承诺提供快速、可预期的货物放行时间已变得越来越重要.海关在执行时要保证追踪货物的流动并能进行选择性检查,最终对货物放行.对口岸通关流程的建模和仿真研究很有意义.
Petri网是对离散平行系统的数学表示,适合描述异步、并发的计算机系统,其严格的形式定义、直观的图形表示、丰富的系统描述手段和系统行为分析技术,能为计算机科学提供坚实的基础,被应用于工作流理论的研究.
鉴于Petri网在建立工作流程模型上的优势以及口岸通关流程的重要性,本文用Petri网对海运货物通关流程进行建模,动态描述海运货物通关流程,并引入时间元素,对流程模型进行定量分析.
1 国内外研究现状
目前,已有一些学者基于Petri网对企业流程或海关工作流程建模进行研究.在企业流程建模方面,戴顺南等[1]用Petri网对企业物流流程进行建模,并用Petri
网的分析工具对流程进行分析和优化;陈春良等[2]讨论基于HTCPN装备保障业务流程的建模与优化方法,克服普通Petri网的不足,并用CPN-TOOLS对建立的流程进行仿真并给出优化方案;陈慧灵等[3]论述从Petri网到工作流程模型执行的映射,给出1个基于Petri网建模的实例,并用随机Petri网和概率论对该模型进行时间性能分析;DOERNER等[4]用Petri网作为建模工具、随机分支定界法作为优化方法,研究在考虑员工数量和工作量的情况下,基于多种复杂优化工作策略的多模式资源约束的工作流程;HA等[5]用赋时有色Petri网建立对产品开发流程(PDP)进行管理的流程.在海关业务流程方面,董海等[6]提出用Petri网建立海关业务流程工作流模型,给出基于Petri网的模型并总结该模型的优势;施雪丽等[7]设计基于Petri网的海关业务流程工作流模型,并以实例分析使用模型可引进流程,提高效率;沈岸[8]用实证分析与规范分析相结合、理论与实践相结合的方法,运用管理学、组织行为学和流程再造等相关理论,以成都海关为例,对海关业务流程进行定性分析.
上述研究尚未有针对海关工作流程提出以时间效率为指标的量化分析模型.本文提出使用分层赋时Petri网(hierarchically time Petri net, HTPN)建立口岸通关流程模型,仿真分析过程的时间效率.
2 HTPN原理
层次模型常用于形式描述和分析.在复杂、大型系统的性能评价中,可采用自顶向下逐步分解描述和自底向上逐步综合替代相结合的方法.层次模型可隐蔽子网的结构和详细描述,使模型设计者记住相应抽象层次的设计;每个子网模型可并行,相同的子网不必重复设计;具有良好的层次结构,可为系统模型的分解、压缩奠定基础.因此,使用HTPN有利于建立清晰、简洁、层次化的流程模型.
2.1 延时Petri网(TPN)
定义:延时Petri网[9]为(P, Ω),其中P为Petri网(P, T, F),Ω为1个函数,为Petri网中每个变迁ti分配1个非负实数τi
Ω:T→R{R是非负实数集合};
非负实数τi=Ω(ti)为变迁ti的发射时间.
假设网络的运行发生在实时系统.在任何实时时间τ,Petri网有1个标记M(τ),可将M看成向量求函数.用M(0)表示初始标记,将M(τ,p)写为M(t)(p),即在时间τ库所p中的托肯数量.当且仅当t的每个输入库所至少含有1个托肯,变迁ti称为在时间τ使能,即M(τ,pk)≥1 (对所有pk∈t).
当变迁ti使能时,发射开始,从ti的每个输入库所消耗1个托肯,变迁ti运行.当τi是变迁ti的发射时间时,该运行持续τi秒.在这段时延结束时,变迁ti的发射停止,并且在每个输出库所pj∈t增加1个托肯.
2.2 分层赋时Petri网(HTPN)
HTPN=(P,T,F,M,Q,in,out,R,DUR)[10]
式中:P为状态集,如P={p1,p2,…,pi};T为事件集,如T={t1,t2,…,ti};in为工作流的入口;out为工作流的出口;Q为状态集,为所有子网组代表的集合,如Q={q1,q2,…,qi} (i=1,2,…,n),称为子网组代表;F={F1,F2,…,Fk} (k=1,2,…,m),表示子网k中事件与状态或子网代表之间的流关系;M为m维向量集合,M(p)表示库所p中托肯的数量;r(q)=f,q∈Q,f∈F,r∈R,R中的函数指出子网组代表q(q∈Q)与其所代表子网的映射关系;DUR(k)为事件t或子网代表q的执行时间.
3 基于HTPN的口岸通关流程建模
口岸通关业务流程按运输方式和进出口方向可分为海运进口、海运出口、空运进口和空运出口4种.本文以海运进口为例,研究基于HTPN的海运通关流程模型.
3.1 海运进口货物的通关流程分析
我国海关的通关流程:(1)电子申报;(2)集中审单;(3)通关管理处审单中心对需人工审单的报关单数据进行人工审核,并将审核结果通知申报人;(4)现场通关—接单;(5)海关验核申报人的报关资格,验核通过后,现场接单关员接单,有派单窗口的现场派单人员则核对书面单证是否齐全并分派接单窗口;(6)现场接单关员验核书面单证;(7)现场通关—查验;(8)海关对需查验的货物进行现场查验;(9)查验结束后,申报人在《查验记录单》上签名、确认;(10)办理税费征收手续;(11)现场通关—单证放行;(12)口岸通关—实货放行.
3.2 基于Petri网的海运通关流程建模
根据海运进口货物通关流程,结合Petri网中变迁、库所和托肯的特性,建立基于Petri网的海运通关流程模型.模型中,库所表示每个工作单元的活动状态;托肯表示工作对象;变迁表示网络中的控制点,控制工作对象通过,使其从1种状态进入另1种状态.
在此基础上建立海运进口货物通关流程模型,见图1.
4 模型仿真及效率分析4.1 仿真模型的建立
4.1.1 Witness模型中各单元的设置
为表示Petri网模型中库所状态的变化及变迁的延时功能,可用Witness软件中的Buffer和Machine实现;托肯用Part实现.模型还包括Variable和File 元素,前者用以保存系统统计或程序计算出的数据及一些临时变量;后者主要将仿真计算得到的数据输出为记事本或dat格式的数据文件,便于浏览和统计.
4.1.2 模型的建立
根据海关进口货物通关流程的Petri网模型,使用Witness软件建立仿真模型.元素中具体的参数设置在各个不同元素的Detail中进行.通过对模型的各个元素的设置,构成仿真的主要模型.
4.2 仿真模型的运行及结果
在仿真模型运行之前需设置变迁与库所的延迟时间,见表1.
表1 变迁与库所的延迟时间参数设置h参数时间电子申报0.01电脑自动审单0.01专业审单判别0.01专业审单判断6.8通知审单结果及等待17.33等待时间17.3现场审单审核1退回修改72应税判断0.01缴纳税费0.1查验判别0.01放行0.01参数时间判断查验是否无误0.01按规定处理72销毁720海关确定检查0.01打印查验通知单,制作关封0.05打印,制作关封时间4安排查验计划1安排吊箱3吊箱时间6现场查找箱体2通知收货人现场查验1
本模型属单流程仿真,整个过程只有1个资源,在仿真流程结束时才会有新资源进入,开始新1轮仿真.在仿真过程中,使用Witness中的File控件将单个仿真流程的时间以及流程的平均时间保存在指定的dat文件中.仿真的输出结果见图3.图中的source表示资源编号; “avgtime”表示从第1个资源到最后1个资源平均时间;“total_time”表示资源在单次流程中的时间.由输出的数据可见,单次海关通关流程消耗的时间在一定范围内波动.在仿真中,海运通关流程的最大时间、最小时间和运行2 000次的平均时间分别为810.12 h,1.06 h和21.84 h.另外,还可得整个仿真中各环节的使用率,其中,专业审单、退回修改和通知审单结果及等待是3个平均占用时间比率较高的环节,分别占20.11%,23.36%和45.54%.source仿真结果基本反映海运进口货物的通关时间,为今后通关流程的重组和改进提供时间依据,也为验证流程的重组效果提供方法.
5 结 论
本文用HTPN对海关进口货物通关流程进行建 模,并使作业流程模型包含时间属性.基于分层的Petri网模型方法可解决Petri网对复杂系统建模时的组合状态爆炸问题,并且可根据不同的时间参数分布,对模型作定量分析.应用Witness软件对HTPN模型进行仿真,验证其正确性,为现有流程的重组优化提供评估方法和决策依据.
参考文献:
[1]戴顺南,姜秀山,王金旺.基于Petri网的生产企业物流流程设计分析[J].物流技术, 2008, 27(1): 88-91.
[2]陈春良,王岩磊,孙盛坤.HTCPN在装备保障业务流程建模与优化中的应用[J].系统仿真学报, 2008, 20(10): 2746-2753.
[3]陈慧灵,王宪增,邹宽城.基于Petri网的工作流过程建模[J].计算机工程与科学, 2008, 30(5): 92-95.
[4]DOERNER K, GUTJAHR W J, KOTSIS G, et al. Enriched workflow modelling & Stochastic Branch-and-Bound[J].Eur J Operational Res, 2006,175(3): 1798-1817.
[5]HA S, SUH H W. A timed colored Petri nets modeling for dynamic workflow in product development process[J]. Computers in Ind, 2008,59(2):
193-209.
[6]董海, 王宛山,李彦平.基于Petri网的海关业务流程工作流模型分析[J].机械设计与制造, 2005(7): 89-91.
[7]施雪丽,王未央.基于Petri网的海关业务流程工作流模型设计[J].计算机与数字工程, 2008, 36(7): 171-174.
[8]沈岸.基于BPR的海关通关作业优化研究[D].成都:电子科技大学, 2007.
[9]韩福荣. 基于时间有色Petri网的联锁软件的形式化建模与分析[D]. 上海: 同济大学, 2007.
[10]唐达,刘丹妮.基于层次时间Petri网的工作流模型可达性分析方法[J].计算机集成制造系统, 2006, 12(4): 487-493.