李亞琴　劉勤明　呂文元

摘要：為更好地管理冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)，減少中斷風(fēng)險(xiǎn)對(duì)冷鏈造成的損失?？紤]Petri網(wǎng)可將復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)抽象表達(dá)成網(wǎng)圖結(jié)構(gòu)，通過(guò)庫(kù)所和變遷動(dòng)態(tài)展示事件發(fā)生的過(guò)程，冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)中成員對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)反應(yīng)將對(duì)冷鏈造成影響，構(gòu)建petri網(wǎng)冷鏈上下游中斷風(fēng)險(xiǎn)分析模型進(jìn)行分析，并結(jié)合冷鏈庫(kù)存在冷鏈風(fēng)險(xiǎn)分析中的重要性，對(duì)核心冷鏈成員進(jìn)行庫(kù)存事件petri網(wǎng)建模，最后通過(guò)Extendsim仿真實(shí)現(xiàn)中斷風(fēng)險(xiǎn)下庫(kù)存的變化分析。結(jié)果：冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)下petri網(wǎng)建模分析可以很直觀地反應(yīng)上下游冷鏈成員受提前期和成本等的影響；而冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)下庫(kù)存事件petri網(wǎng)模型可以用Extendsim進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到需求變化大及提前期較小的企業(yè)容易發(fā)生中斷風(fēng)險(xiǎn)，最后通過(guò)Extendsim優(yōu)化模塊求出最小成本下冷庫(kù)的最大庫(kù)存以更好地控制中斷風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)論：petri網(wǎng)可以對(duì)冷鏈進(jìn)行中斷風(fēng)險(xiǎn)分析，有利于冷鏈企業(yè)對(duì)上下游冷鏈成員進(jìn)行選擇和管理，并可以進(jìn)行中斷風(fēng)險(xiǎn)的事前控制，進(jìn)行中斷風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)防中斷風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的危害。

關(guān)鍵詞：petri網(wǎng)；冷鏈；中斷風(fēng)險(xiǎn)；庫(kù)存事件；Extendsim仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：F 273.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7312（2017）01-0069-07

Abstract：To better manage the cold chain disruption risk，reduce the risk of the loss caused by cold chain，the paper assumed that the complex dynamic system in Petri net can be expressed by the graph structure，that dynamic display of the process of incident and the members of cold chain interruption risks affects cold chain reaction，the paper built a risk analysis model of Petri net chain.And based on the importance of cold chain inventory in cold chain risk analysis，the paper built the cold chain Petri net model of the core members of the events of inventory.Finally the paper analyzed the risk variation through Extendsim simulation under the change of the inventory.Results show that the analysis of Petri net model under cold chain disruption risk can visually reflect the cold chain upstream and downstream members in time and cost；And inventory under cold chain interruption risk event Petri net model with Extendsim builtin genetic algorithm optimization module，the biggest inventory within the minimum cost can be calculated.The conclusion is that Petri net can analyze the disruption risk quantitative，which help enterprises to carry out statistical analysis of the risk and prevent it.

Key words：petri net；cold chain；disruption risks；the events of inventory；extendsim simulation

0引言

全球競(jìng)爭(zhēng)壓力促使企業(yè)開(kāi)展廣泛的組織間合作，精簡(jiǎn)供應(yīng)鏈并使得供應(yīng)鏈敏捷、靈活和快速響應(yīng)。因此供應(yīng)鏈必須具備處理可預(yù)知和不可預(yù)知的大量事件。不可預(yù)知事件也叫例外事件，將例外事件分為系統(tǒng)外和系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)外例外事件如政策影響，氣候影響，自然災(zāi)害等，內(nèi)部例外事件包括不準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，產(chǎn)品脫銷(xiāo)，發(fā)貨延遲等，這些都將引起供應(yīng)鏈內(nèi)的牛鞭效應(yīng)，并對(duì)系統(tǒng)造成重大損失。隨著供應(yīng)鏈一體化，在供應(yīng)鏈中的任何事件都將對(duì)其他合作伙伴造成影響，而供應(yīng)鏈成員的不同反應(yīng)也將對(duì)供應(yīng)鏈產(chǎn)生不同作用。近年來(lái)冷鏈在我國(guó)需求與日俱增，對(duì)冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析研究具有重要意義。

目前的研究中，張晴[1]在中斷風(fēng)險(xiǎn)管理辦法中提到petri網(wǎng)在供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)分析中識(shí)別應(yīng)用較廣泛。晏爽[2]提出一種基于新型擴(kuò)展模糊Petri網(wǎng)的食品冷鏈故障診斷方法，將Petri網(wǎng)和反推算法結(jié)合，從而以最快的速度尋找到冷鏈發(fā)生故障概率最大的路徑。WU等[3]提出petri網(wǎng)在供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析的應(yīng)用，并用制造業(yè)案例說(shuō)明這個(gè)模型的有效性；李學(xué)飛[4]對(duì)供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行petri網(wǎng)建模，并展示了petri網(wǎng)在環(huán)節(jié)較多的制造業(yè)流程中也能清晰展示中斷風(fēng)險(xiǎn)的影響。seyed[5]將WU模型改良，用著色petri網(wǎng)展示了更多的關(guān)鍵因素對(duì)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中斷風(fēng)險(xiǎn)的影響。Rong[6]將時(shí)間petri網(wǎng)和著色petri網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)則結(jié)合中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的規(guī)則構(gòu)建了事件petri網(wǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)分析的模型，通過(guò)對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生事件的分類(lèi)，如延遲交貨、托運(yùn)人延遲裝卸等原因作為petri網(wǎng)庫(kù)所中的狀態(tài)之一，狀態(tài)二則是通過(guò)對(duì)各類(lèi)事件的統(tǒng)計(jì)做出的對(duì)策，如更換托運(yùn)人，緊急調(diào)貨等措施。rong的模型主要是對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)在全球供應(yīng)鏈的統(tǒng)計(jì)和詮釋。蔣芬[7]通過(guò)應(yīng)用extendsim形象地展示了需求變化和供給變化引起的中斷風(fēng)險(xiǎn)對(duì)庫(kù)存產(chǎn)生的影響。[8]對(duì)航天器故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用petri網(wǎng)進(jìn)行診斷模型建立，后通過(guò)extendsim軟件對(duì)petri網(wǎng)進(jìn)行仿真，仿真模型使得petri網(wǎng)得以量化分析。在中斷風(fēng)險(xiǎn)分析策略方面，姚衛(wèi)新[9]提出壓力測(cè)試法對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)的管理，以及壓力測(cè)試法后的彈性策略中，提出庫(kù)存對(duì)于緩解中斷風(fēng)險(xiǎn)具有重要作用。徐娟[10]對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈突發(fā)事件考慮需求突發(fā)事件為3類(lèi)農(nóng)戶(hù)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)和需求突變風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行定性分析給出應(yīng)對(duì)策略。

綜上，petri網(wǎng)已經(jīng)在供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)管理中有一定發(fā)展，可以通過(guò)petri網(wǎng)對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行傳播和診斷研究，從而給出應(yīng)對(duì)策略，對(duì)冷鏈風(fēng)險(xiǎn)分析關(guān)鍵因素方面的分析有成本、提前期、需求等的影響，但大部分petri網(wǎng)分析僅對(duì)供應(yīng)鏈流程進(jìn)行建模，或只有少量文獻(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析進(jìn)行事件petri網(wǎng)建模，而冷鏈區(qū)別于普通供應(yīng)鏈最大的不同是冷庫(kù)投入較大，冷鏈庫(kù)存在緩解冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)方面有重要作用，應(yīng)對(duì)冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)的庫(kù)存事件研究較少，而應(yīng)對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)分析方面冷鏈成員對(duì)事件做出的反應(yīng)也將影響到整條供應(yīng)鏈，因此文中將結(jié)合petri網(wǎng)在供應(yīng)鏈方面的應(yīng)用及冷鏈的特點(diǎn)，對(duì)冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析進(jìn)行petri網(wǎng)冷鏈上下游成員建模，以及對(duì)冷鏈庫(kù)存事件petri網(wǎng)進(jìn)行建模，最后通過(guò)extendsim對(duì)冷鏈庫(kù)存petri網(wǎng)進(jìn)行仿真分析。

1冷鏈petri網(wǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)模型建立

1.1petri網(wǎng)簡(jiǎn)單介紹

petri網(wǎng)是一個(gè)有向圖，包含庫(kù)所和變遷2種節(jié)點(diǎn)，庫(kù)所如圖1以一個(gè)圓圈表示，變遷如圖1用矩形表示，2種節(jié)點(diǎn)之間用有向弧連接，庫(kù)所中如果有token（如圖1中庫(kù)所中的黑點(diǎn)）即表示庫(kù)所中有發(fā)生的條件事件。

古典PN（petri網(wǎng)）的結(jié)構(gòu)是由4要元描述的一有向圖：

1.2冷鏈供應(yīng)鏈上下游成員petri網(wǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)分析模型

分析冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)通常要分析產(chǎn)生中斷風(fēng)險(xiǎn)的原因，這些原因通常分為內(nèi)部和外部的，內(nèi)部原因可能是因?yàn)槿必洠瑹o(wú)法及時(shí)送達(dá)造成客戶(hù)取消訂單，外部原因可能來(lái)自于其他的鏈伙伴或者政策原因如：入境貨物延遲，進(jìn)口政策變化，自然災(zāi)害等。而當(dāng)中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)不同的成員將會(huì)做出不同的反應(yīng)，對(duì)整條鏈會(huì)產(chǎn)生不同的作用。

建立以第三方冷鏈物流企業(yè)為核心的冷鏈物流系統(tǒng)，假設(shè)有3個(gè)供應(yīng)商，一個(gè)第三方冷鏈物流企業(yè)，零售商需求歸總為隨機(jī)分布的一個(gè)總體。則可以將其用petri網(wǎng)表述如下。

因?yàn)槌杀疽蛩貙?dǎo)致中斷時(shí)對(duì)下游成員的提前期也會(huì)有影響，同理，提前期發(fā)生改變導(dǎo)致中斷時(shí)，下游提前期將由原來(lái)的4 d變?yōu)?/p>

C42=C12+d12

=7 d，而成本由原來(lái)的4提高到11.

冷鏈上下游成員petri網(wǎng)建模能夠清晰地展示當(dāng)中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，各個(gè)冷鏈節(jié)點(diǎn)成員會(huì)受到的影響，如果成員能在可接受范圍內(nèi)相應(yīng)提高成本和提前更多時(shí)間訂貨，那么下游成員將受影響較少，若此時(shí)成員之間沒(méi)有意識(shí)到中斷風(fēng)險(xiǎn)對(duì)成本和提前期都有更高要求則可能導(dǎo)致中斷風(fēng)險(xiǎn)的牛鞭效應(yīng)，下游成員的中斷風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)更嚴(yán)重。

1.3冷鏈庫(kù)存事件petri網(wǎng)建模及中斷風(fēng)險(xiǎn)分析

上下游供應(yīng)鏈成員 petri網(wǎng)可以對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的影響進(jìn)行分析，并觀察中斷風(fēng)險(xiǎn)的傳播，但petri網(wǎng)還可以通過(guò)對(duì)產(chǎn)生中斷風(fēng)險(xiǎn)的原因和事件進(jìn)行中斷petri網(wǎng)建模，在rong的文章中一共有7種類(lèi)型的中斷風(fēng)險(xiǎn)分析模型，做為第三方物流企業(yè)可以歸結(jié)的原因有未及時(shí)裝船，貨物延遲，貨物不足。解決方法歸結(jié)為：在可以接受的時(shí)間范圍內(nèi)聯(lián)系供應(yīng)商，在可以接受的時(shí)間范圍內(nèi)通知客戶(hù)，更換托運(yùn)人，減少中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生導(dǎo)致的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；而對(duì)于冷鏈，隨意更換托運(yùn)人的代價(jià)是更高，結(jié)合冷鏈的特殊性，在裝載運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程都需要低溫保存，冷庫(kù)投入較大，隨著現(xiàn)代制冷技術(shù)的提升以及對(duì)冷庫(kù)需求的提高，維護(hù)冷庫(kù)運(yùn)行的人力資本及水電費(fèi)用等都隨之提升，因此對(duì)冷庫(kù)容量的設(shè)計(jì)以及冷鏈庫(kù)存的管理具有重要意義。確保庫(kù)存充足不至于浪費(fèi)是冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)的重要項(xiàng)目，因此求得冷庫(kù)庫(kù)存最大庫(kù)存（S）對(duì)應(yīng)對(duì)冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)具有重要作用。

庫(kù)存事件petri網(wǎng)是指庫(kù)所代表事件狀態(tài)，轉(zhuǎn)移表示事件處理，下面構(gòu)建頂層petri網(wǎng)中的核心鏈（第三方冷鏈企業(yè)訂單處理）的庫(kù)存petri網(wǎng)模型（如圖2所示）。

P6 客戶(hù)的訂單接收P7 庫(kù)存檢查表P8 庫(kù)存滿(mǎn)足訂單P9 庫(kù)存不滿(mǎn)足訂單P10 到貨

T5 訂單處理T6 判斷庫(kù)存是否滿(mǎn)足需求T7 向供應(yīng)商1訂貨T8 向供應(yīng)商2訂貨T9 向供應(yīng)商3訂貨T10 發(fā)貨T11 更新庫(kù)存

以上是通過(guò)庫(kù)存事件建模立的petri網(wǎng)模型，在這個(gè)模型中以核心鏈成員為建模對(duì)象，當(dāng)中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，需求變大或者供應(yīng)發(fā)生改變使得供應(yīng)得不到滿(mǎn)足，造成缺貨損失以及每天冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本損失。為從庫(kù)存事件petri角度分析中斷風(fēng)險(xiǎn)如何在冷鏈中發(fā)生中斷且中斷造成的影響，將通過(guò)extendsim對(duì)以上核心庫(kù)存事件petri網(wǎng)進(jìn)行仿真。

2.3.1冷鏈庫(kù)存事件petri網(wǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)仿真分析

Extendsim是由value、plotter、item等模塊構(gòu)成，可以對(duì)離散型事件和連續(xù)型事件進(jìn)行仿真，對(duì)于冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析，從上圖核心冷鏈處理事件是庫(kù)存和訂貨，要分析需求和供應(yīng)不穩(wěn)定性對(duì)冷鏈造成的影響，則可以假設(shè)客戶(hù)的需求是隨機(jī)的，供應(yīng)不穩(wěn)定可以假設(shè)為供應(yīng)商反應(yīng)能力即通過(guò)改變訂貨提前期觀察中斷風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生情況。

冷鏈Petri網(wǎng)中斷風(fēng)險(xiǎn)仿真模型建立。對(duì)庫(kù)存事件petri網(wǎng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析建模時(shí)要根據(jù)extendsim的功能進(jìn)行分析，庫(kù)存事件petri網(wǎng)的仿真主要包括客戶(hù)的隨機(jī)需求生成，判斷庫(kù)存是否充足，是否需要進(jìn)行訂貨，最后通過(guò)優(yōu)化模塊進(jìn)行分析最小成本下冷庫(kù)的最大庫(kù)存應(yīng)該是多少。步驟如下：

第一步，生成隨機(jī)客戶(hù)需求，進(jìn)行庫(kù)存的更新，如圖3所示。

圖6提前期為（0.5，1）的均勻分布客戶(hù)需求分布呈0.1的指數(shù)分布，庫(kù)存變化范圍（-10，60）；圖7提前期為（0.5，1）的均勻分布，客戶(hù)需求分布呈0.01的指數(shù)分布，庫(kù)存變化范圍（-200，100）?？梢杂^察到當(dāng)客戶(hù)需求由0.1的指數(shù)分布變?yōu)?.01的指數(shù)分布時(shí)，對(duì)庫(kù)存的影響較大，容易發(fā)生中斷風(fēng)險(xiǎn)。

2）提前期變化對(duì)庫(kù)存的影響對(duì)比分析。

當(dāng)客戶(hù)需求保持為0.01時(shí)，提前期變?yōu)樵瓉?lái)的4倍（2，4）的均勻分布時(shí)，庫(kù)存變化如下。

客戶(hù)需求分布呈0.01的指數(shù)分布

對(duì)比提前期（0.5，1）的庫(kù)存變化，庫(kù)存變化幅度由（-200，100）變化為（-800，100）

以上對(duì)比仿真分析可知，當(dāng)需求變大和提前變大時(shí)對(duì)庫(kù)存的影響都將產(chǎn)生很大的影響，為了應(yīng)對(duì)中斷分析，同時(shí)結(jié)合冷鏈的特殊性，我們將通過(guò)優(yōu)化模塊進(jìn)行冷鏈庫(kù)存的最大庫(kù)存量求解。為計(jì)算成本小時(shí)的最大庫(kù)存量，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行初始設(shè)置，圖9是對(duì)初始數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置輸入值和輸出數(shù)據(jù)表，圖10是對(duì)優(yōu)化模塊進(jìn)行優(yōu)化的決策變量進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置最大庫(kù)存量在（2，1 000）里搜索；圖11是對(duì)約束條件進(jìn)行設(shè)置。

3結(jié)語(yǔ)

冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)分析是冷鏈發(fā)展及管理過(guò)程中的重要問(wèn)題。文中分別對(duì)冷鏈petri網(wǎng)上下游成員建模和對(duì)冷鏈核心企業(yè)庫(kù)存事件進(jìn)行建模分析，從而更好地控制和管理冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)。首先構(gòu)建了冷鏈上下游企業(yè)的petri網(wǎng)模型，分析和展示了上游企業(yè)的成本和提前期這2個(gè)關(guān)鍵因素在模型中產(chǎn)生的變化，很可能會(huì)因?yàn)椴粷M(mǎn)足其他冷鏈成員的要求而發(fā)生冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)，從而起到中斷風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)作用，同時(shí)對(duì)于冷鏈在選擇上下游合作伙伴時(shí)起到指導(dǎo)作用；其次對(duì)核心企業(yè)庫(kù)存事件進(jìn)行petri網(wǎng)建模，并通過(guò)Extendsim仿真軟件對(duì)可能影響中斷風(fēng)險(xiǎn)的因素即需求和提前期的變化進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明需求變化大及提前期較小都會(huì)導(dǎo)致庫(kù)存變化幅度大，從而更容易產(chǎn)生中斷風(fēng)險(xiǎn)，并可以通過(guò)對(duì)庫(kù)存量變化的幅度把握中斷風(fēng)險(xiǎn)；最后通過(guò)優(yōu)化模塊求解在運(yùn)營(yíng)總成本最小時(shí)的最大庫(kù)存，對(duì)冷鏈企業(yè)應(yīng)對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的大倉(cāng)訂貨提供參考作用，以便更好地管理中斷風(fēng)險(xiǎn)。文中是對(duì)petri網(wǎng)進(jìn)行冷鏈建模的簡(jiǎn)單應(yīng)用，對(duì)中斷風(fēng)險(xiǎn)分析的思路是由整體到局部分析，petri網(wǎng)的冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)模型一方面可以將中斷風(fēng)險(xiǎn)模型較清晰地展示，從而加強(qiáng)企業(yè)對(duì)產(chǎn)生中斷風(fēng)險(xiǎn)模型的因素控制；另一方面petri網(wǎng)能與其他仿真軟件結(jié)合以便企業(yè)量化地預(yù)防控制冷鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)。

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（責(zé)任編輯：嚴(yán)焱）