徐佩鋒,王昌剛,解振強(qiáng),薛小松,王彩萍
(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代園藝工程技術(shù)中心,句容 212400;2.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系,句容 212400)
基于GSPN的可追溯果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈建模與性能優(yōu)化*
徐佩鋒1,2,王昌剛2,解振強(qiáng)1,薛小松2,王彩萍2
(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代園藝工程技術(shù)中心,句容 212400;2.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系,句容 212400)
建立可追溯系統(tǒng)是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題的有效手段,但單一的追溯模式不能滿足和適應(yīng)不同農(nóng)產(chǎn)品的追溯需求,因此,定量化的分析和評(píng)估措施,是建設(shè)適用、高效和可靠的追溯系統(tǒng)的重要保證。論文基于廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)(GSPN)理論構(gòu)建了可追溯果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)流、信息流和控制流的協(xié)同運(yùn)行,并對(duì)其時(shí)間性能和運(yùn)行效率進(jìn)行了定量分析和評(píng)估,結(jié)果表明,GSPN模型能夠準(zhǔn)確描述供應(yīng)鏈系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程,對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈和追溯系統(tǒng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。
追溯 供應(yīng)鏈 GSPN 建模
根據(jù)不同需求構(gòu)建合理的追溯系統(tǒng)保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效手段,但由此也造成異構(gòu)追溯系統(tǒng)構(gòu)建、推廣和運(yùn)維的難度和復(fù)雜性增加[1]。目前在農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)施過(guò)程中,對(duì)諸如追溯理論、追溯模型的構(gòu)建等基礎(chǔ)性問(wèn)題研究還較少,相關(guān)的研究如劉鵬等將FMECA理論運(yùn)用于稻米質(zhì)量安全追溯過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和控制研究[2];琚春華等基于AHP層次分析法,建立了茶葉質(zhì)量的影響因素模型,構(gòu)建了茶葉質(zhì)量影響的追溯路徑[3];錢建平等借鑒信息論中粒度的衡量方法構(gòu)建了以追溯的精度、寬度和深度為核心的追溯粒度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,為追溯系統(tǒng)的差異性評(píng)價(jià)提供了量化依據(jù)等[4]。這些研究借鑒其他工程技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),試圖通過(guò)建立追溯系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行仿真和分析,以達(dá)到降低成本、優(yōu)化系統(tǒng)及提高效能的目標(biāo)。
該文從農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的角度,基于廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)(GSPN)理論構(gòu)建了果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯的分層系統(tǒng)模型,通過(guò)對(duì)GSPN中瞬時(shí)變遷、時(shí)間變遷和終止弧的合理配合,實(shí)現(xiàn)了可追溯供應(yīng)鏈系統(tǒng)中物質(zhì)流、控制流和信息流的流動(dòng)仿真,并結(jié)合變遷時(shí)延速率信息,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行了分析和優(yōu)化。
1.1 果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)模型
從供應(yīng)鏈角度分析,可追溯果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈主狀態(tài)流程如圖1所示,包含生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售和消費(fèi)5個(gè)階段節(jié)點(diǎn),每個(gè)階段節(jié)點(diǎn)再細(xì)分為各自的子狀態(tài)流程圖,如生產(chǎn)階段節(jié)點(diǎn),其子流程應(yīng)由生產(chǎn)者、種植環(huán)境、育苗、農(nóng)事、采收等環(huán)節(jié)構(gòu)成,限于篇幅文中不展開(kāi)討論;圖中細(xì)實(shí)箭頭線為物質(zhì)流,表示農(nóng)產(chǎn)品的流向;雙箭頭線為農(nóng)產(chǎn)品信息流,每個(gè)階段節(jié)點(diǎn)形成各自的屬性信息,將之上傳至信息中心;細(xì)虛箭頭線為追溯控制信息流,根據(jù)相應(yīng)的追溯請(qǐng)求,從信息中心獲取各階段節(jié)點(diǎn)的屬性信息,并反饋給追溯請(qǐng)求端。
1.2 主狀態(tài)流程的GSPN建模
根據(jù)GSPN的定義建立起宏觀農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)模型,如圖2所示,將追溯環(huán)節(jié)視為農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)的組成部分,對(duì)系統(tǒng)中物質(zhì)流、信息流、控制流等子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制,實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總目標(biāo)。
為簡(jiǎn)化問(wèn)題,在所建模型中,追溯信息流只針對(duì)生產(chǎn)和加工階段節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn),其余階段節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法與此類似,論文涉及系統(tǒng)共有14個(gè)庫(kù)所和14個(gè)變遷組成,14個(gè)變遷中T6、T7、T8、T9、T11為瞬時(shí)變遷,T0、T1、T2、T3、T4、T5、T10、T12、T13為時(shí)延變遷,各庫(kù)所和變遷的含義。
模型主要包含1個(gè)物質(zhì)流、2個(gè)追溯信息流、2個(gè)追溯請(qǐng)求控制流以及7個(gè)系統(tǒng)復(fù)位控制流,其中P0-T0-P1-T1-P2-T2-P3-T3-P4描述了供應(yīng)鏈物質(zhì)流的流動(dòng)方向;追溯信息流由①P4-T5-P12-T13-P0-T8-P9和②P4-T4-P11-T12-P1-T6-P8構(gòu)成,其中,①為對(duì)生產(chǎn)階段信息的追溯,②為對(duì)加工階段信息的追溯;追溯請(qǐng)求控制流由追溯請(qǐng)求端P5、P6,以及禁止弧P7-T6、P10-T8組成,追溯請(qǐng)求只有在表示產(chǎn)品的Token進(jìn)入到消費(fèi)階段節(jié)點(diǎn)時(shí)才能發(fā)起,由于禁止弧的抑制作用,模型按正常的物質(zhì)流方向運(yùn)行,在追溯條件滿足,并發(fā)起追溯請(qǐng)求的情況下,P7或P10中的抑制Token離開(kāi),抑制作用消失,物質(zhì)流轉(zhuǎn)變?yōu)樽匪菪畔⒘?,Token將沿信息流的方向流動(dòng),并到達(dá)信息接收端P8或P9。為便于系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行,在模型中添加了T7-P0、T9-P0和T7-P7、T9-P10、T4-P6、T5-P5的系統(tǒng)復(fù)位控制流。
圖1 可追溯果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈主狀態(tài)流程
圖2 可追溯農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)的GSPN模型
圖3 狀態(tài)空間可達(dá)模型分析
在PIPE軟件中對(duì)所建立的GSPN模型進(jìn)行運(yùn)行分析,可得到如圖3所示的模型狀態(tài)空間的可達(dá)圖,可以看到紅色實(shí)存狀態(tài)表示的物質(zhì)流和藍(lán)色消失狀態(tài)表示的兩條追溯信息流。
2.1 時(shí)間性能分析
單位時(shí)間進(jìn)入子系統(tǒng)的Token數(shù)γ等于經(jīng)過(guò)T0輸出的Token數(shù),因?yàn)門(mén)0的轉(zhuǎn)移速率λ1=4,所以:
則供應(yīng)鏈物質(zhì)流子系統(tǒng)的平均執(zhí)行時(shí)間T=N/ γ=1.019/0.452=1.085(單位時(shí)間),用同樣方法求得模型中兩個(gè)追溯信息流子系統(tǒng)的平均執(zhí)行時(shí)間,分別為0.709和0.649,所得結(jié)果為理論計(jì)算值,取決于前面設(shè)定的各變遷的轉(zhuǎn)移速率,平均執(zhí)行時(shí)間的大小主要反映供應(yīng)鏈各子系統(tǒng)的執(zhí)行效率。
2.2 運(yùn)行效率優(yōu)化
變遷利用率的大小對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行和風(fēng)險(xiǎn)定位具有一定的指導(dǎo)意義,利用率高的環(huán)節(jié)可能就是追溯系統(tǒng)的瓶頸,需要重點(diǎn)管理和監(jiān)測(cè)。由計(jì)算結(jié)果,目前加工和銷售的T1和T3是系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)。該結(jié)果仍由前面設(shè)定的變遷轉(zhuǎn)移速率λ決定,該轉(zhuǎn)移速率可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)的測(cè)定,或在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各階段節(jié)點(diǎn)的下層模型后,將運(yùn)行結(jié)果向上層傳遞得到。
論文建立了基于GSPN的可追溯農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)流、信息流和控制流的協(xié)同運(yùn)行,并對(duì)其運(yùn)行性能進(jìn)行了初步的定量分析,結(jié)果表明,GSPN模型能夠準(zhǔn)確描述供應(yīng)鏈系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程,以及各種狀態(tài)與條件之間的約束關(guān)系,能夠?qū)ο到y(tǒng)中流動(dòng)的物質(zhì)流、信息流和控制流等實(shí)現(xiàn)模型化,是進(jìn)行管理系統(tǒng)建模分析的理想數(shù)學(xué)模型語(yǔ)言,對(duì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈和追溯系統(tǒng)建設(shè)具有指導(dǎo)意義。
[1] 張偉.果蔬農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈追溯系統(tǒng)研究.西南交通大學(xué),2012
[2] 劉鵬,屠康.稻米質(zhì)量安全追溯過(guò)程FMECA研究.中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2010,11:8~12
[3] 琚春華,趙琳娟,王蓓.基于AHP的茶葉質(zhì)量安全因果追溯路徑模型——以杭州龍井茶為例.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,03:1509~1512
[4] 錢建平,劉學(xué)馨,楊信廷,等.可追溯系統(tǒng)的追溯粒度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,01:98~104
2014江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心現(xiàn)代園藝工程技術(shù)項(xiàng)目;2016江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技項(xiàng)目(2016 kj016)