云計(jì)算下基于Petri網(wǎng)的供應(yīng)鏈模型分析

何景師,王 磊

(1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物流工程系，廣東東莞 523808；2.江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 信息中心，南昌 330096)

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，供應(yīng)鏈管理（SCM）已成為適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、個(gè)性化需求、動(dòng)態(tài)需求、全球化等現(xiàn)代市場(chǎng)特征下的新型管理模式?，F(xiàn)代市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)不再是企業(yè)與企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，而是供應(yīng)鏈與供應(yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)。供應(yīng)鏈管理通過(guò)企業(yè)間的合作及共享資源以達(dá)到減少成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平、提高企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)能力和效率，增強(qiáng)客戶(hù)滿(mǎn)意度為目的。然而，顧客服務(wù)水平與庫(kù)存成本始終是一對(duì)矛盾，如何以盡可能低的成本，快速地向顧客提供適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品和服務(wù)是供應(yīng)鏈管理的一個(gè)重要目標(biāo)，而達(dá)到這一目標(biāo)的關(guān)鍵是供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)活動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。云計(jì)算(Cloud Computing)正逐漸成為一個(gè)資源共享的計(jì)算平臺(tái)，為用戶(hù)提供基礎(chǔ)設(shè)施、軟件、應(yīng)用程序和商業(yè)過(guò)程等資源[1]。由于顯著降低了IT成本和創(chuàng)造新的商業(yè)模式和資源價(jià)值的機(jī)會(huì)，云計(jì)算正受到政府和業(yè)界的廣泛關(guān)注[2][3]。因此本文結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，前瞻性地提出了一種基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈管理參考架構(gòu)。

1 云計(jì)算的服務(wù)模式及部署方式

根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）[4]的權(quán)威定義，云計(jì)算主要包括三大服務(wù)模式，稱(chēng)為S-P-I模式：軟件即服務(wù)（SaaS,Software as a Service），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS,Platform as a Service），基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS,Infrastructure as a Service）。

由于云計(jì)算分為IaaS，PaaS和SaaS三種類(lèi)型，不同的廠家又提供了不同的解決方案，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)。IBM在2011年2月提出IBM云計(jì)算參考體系架構(gòu)CCRA(IBM Cloud Computing Reference Architecture 2.0)[5]，定義了三個(gè)主要角色：云服務(wù)消費(fèi)者（Cloud Service Consumer）、云服務(wù)提供商（Cloud Service Provider）和云服務(wù)創(chuàng)造者（Cloud Service Creator）。每一個(gè)角色可以由單個(gè)人執(zhí)行，也可以由一組人或一個(gè)組織團(tuán)體去執(zhí)行。

2 基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈參考體系架構(gòu)

2.1 基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈集成體系架構(gòu)

云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算模式，即把存儲(chǔ)于個(gè)人電腦、移動(dòng)電話(huà)和其他設(shè)備上的大量信息和處理器資源集中在一起，協(xié)同工作。本文提出一種面向云計(jì)算服務(wù)的供應(yīng)鏈集成體系架構(gòu)，將云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)看作是“虛擬經(jīng)紀(jì)人”，負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)企業(yè)的權(quán)限管理，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)企業(yè)看作是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，這樣就形成一個(gè)以云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)為中心的網(wǎng)狀架構(gòu)，即供應(yīng)商的供應(yīng)商、分銷(xiāo)商的分銷(xiāo)商間的位置是平行的,如圖1所示。

圖1 基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈體系結(jié)構(gòu)

2.2 基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈管理架構(gòu)

供應(yīng)鏈企業(yè)云計(jì)算應(yīng)當(dāng)包括以應(yīng)用（SaaS），平臺(tái)服務(wù)（PaaS）和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）的方式動(dòng)態(tài)交付到供應(yīng)鏈上的各個(gè)企業(yè)和合作伙伴的IT服務(wù)，從而使企業(yè)尤其是中小企業(yè)通過(guò)供應(yīng)鏈云服務(wù)平臺(tái)可以降低成本來(lái)完成企業(yè)信息化，同時(shí)也給供應(yīng)鏈的構(gòu)建提供高水平的信息基礎(chǔ)設(shè)施保證。

本文在總結(jié)和分析現(xiàn)有供應(yīng)鏈集成方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，參考IBM、微軟、亞馬遜等公司的云計(jì)算平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)參考架構(gòu)（Cloud Computing-Based SupplyChain ReferenceArchitecture,C-SCRA），如圖2所示，該架構(gòu)主要由基礎(chǔ)架構(gòu)層，平臺(tái)層和服務(wù)層以及訪(fǎng)問(wèn)層和管理層五部分構(gòu)成。

圖2 C-SCM架構(gòu)模型

(1)基礎(chǔ)架構(gòu)層（IaaS）：C-SCRA的基礎(chǔ)架構(gòu)層存儲(chǔ)供應(yīng)鏈上各企業(yè)節(jié)點(diǎn)所擁有的資源,通過(guò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)這些資源的集成,這些資源主要體現(xiàn)各企業(yè)在協(xié)作過(guò)程中的資源狀況。

(2)平臺(tái)層（PaaS）：搭建在基礎(chǔ)設(shè)施層上用來(lái)提供云計(jì)算能力的云計(jì)算框架。為企業(yè)提供對(duì)資源服務(wù)層的封裝，包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和中間件服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)為用戶(hù)提供可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫(kù)處理能力，中間件服務(wù)為用戶(hù)提供可擴(kuò)展的消息中間件或事務(wù)處理中間件服務(wù)。

(3)服務(wù)層（SaaS）：基于供應(yīng)鏈的云服務(wù)架構(gòu)最核心的部分為云服務(wù)提供者中的SaaS模式。供應(yīng)鏈管理主要有以下幾種軟件服務(wù)。

①訂單服務(wù)：提供訂單管理的效率和協(xié)同工作。幫助企業(yè)有效的管理和監(jiān)控訂單處理流程，幫助企業(yè)發(fā)掘潛在的客戶(hù)和現(xiàn)有客戶(hù)的潛在商業(yè)機(jī)會(huì)。

②采購(gòu)服務(wù)：提供從采購(gòu)申請(qǐng)、訂單、收貨/入庫(kù)、退貨到付款的業(yè)務(wù)管理功能，支持供應(yīng)商、價(jià)格、批號(hào)等多種采購(gòu)業(yè)務(wù)處理，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)采購(gòu)業(yè)務(wù)全過(guò)程的物流、資金流和信息流的有效管理和控制。

③生產(chǎn)服務(wù)：提供生產(chǎn)計(jì)劃，物料需求計(jì)劃和生產(chǎn)作業(yè)管理功能，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)管理的效率，有效管理生產(chǎn)過(guò)程的信息。

④庫(kù)存服務(wù)：提供入/出庫(kù)業(yè)務(wù)、倉(cāng)存調(diào)撥、庫(kù)存調(diào)整等業(yè)務(wù)管理功能，幫助企業(yè)建立規(guī)范的倉(cāng)存作業(yè)流程，提高倉(cāng)存運(yùn)作效率。

⑤銷(xiāo)售服務(wù)：提供從訂單、發(fā)貨(出庫(kù))、退貨、發(fā)票到收款等一系列業(yè)務(wù)管理功能，同時(shí)支持多種銷(xiāo)售業(yè)務(wù)如信用賒銷(xiāo)、價(jià)格、折扣、促銷(xiāo)的處理，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售業(yè)務(wù)的物流、資金流和信息流的全過(guò)程有效管理和控制。

⑥物流服務(wù)：對(duì)物流活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)督，使各項(xiàng)物流活動(dòng)實(shí)現(xiàn)最佳的協(xié)調(diào)與配合，以降低物流成本，提高物流效率和經(jīng)濟(jì)效益。

⑦客戶(hù)管理服務(wù)：實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶(hù)的整合營(yíng)銷(xiāo)，通過(guò)與客戶(hù)的交流溝通，不斷改進(jìn)和提高產(chǎn)品及服務(wù)以滿(mǎn)足顧客需求。

⑧財(cái)務(wù)核算：提供多種存貨核算計(jì)算方式，進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)、完整地記錄、計(jì)算、反應(yīng)和監(jiān)督所需方法。結(jié)合相關(guān)業(yè)務(wù)管理功能，如：結(jié)合總倉(cāng)與分倉(cāng)核算、憑證模板靈活設(shè)置等?？梢詫?shí)時(shí)提供庫(kù)存業(yè)務(wù)的財(cái)務(wù)成本信息，幫助企業(yè)準(zhǔn)確的核算存貨的出入庫(kù)成本以及庫(kù)存金額余額。

(4)訪(fǎng)問(wèn)層：方便供應(yīng)鏈企業(yè)使用云計(jì)算服務(wù)所需的各種支撐服務(wù)，其中每個(gè)層次的云計(jì)算服務(wù)都提供相應(yīng)的訪(fǎng)問(wèn)接口，用戶(hù)可以選擇需要的云服務(wù)使用。

(5)管理層：提供所有層次云計(jì)算服務(wù)的管理功能。其中，用戶(hù)組權(quán)限管理提供對(duì)服務(wù)的授權(quán)控制、用戶(hù)認(rèn)證等功能；服務(wù)組合提供對(duì)已有云計(jì)算服務(wù)進(jìn)行組合功能；服務(wù)使用計(jì)量對(duì)用戶(hù)的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并依次計(jì)算服務(wù)費(fèi)用；服務(wù)質(zhì)量管理提供對(duì)服務(wù)性能、可靠性、可擴(kuò)展性進(jìn)行管理；服務(wù)監(jiān)控提供對(duì)服務(wù)狀態(tài)的記錄。

3 基于時(shí)間Petri網(wǎng)的供應(yīng)鏈建模分析

評(píng)價(jià)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵指標(biāo)是時(shí)間，這里的時(shí)間指的是對(duì)客戶(hù)的需求和市場(chǎng)的變化，供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)做出快速反應(yīng)的快慢程度。本文通過(guò)對(duì)一個(gè)基本的供應(yīng)鏈的分析，利用時(shí)間Petri網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行建模，分析了基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)在工作效率上的區(qū)別，并分析兩者在時(shí)間上的差異。

3.1 時(shí)間Petri網(wǎng)（TPN）

定義1時(shí)間Petri網(wǎng)(TPN)是一個(gè)六元組TPN=(P，T，B，F(xiàn)，M0，SI)，其中：P={p1，p2，...，pm}是有限庫(kù) 所 的 集 合 ；T={t1，t2，...，tm} 是 有 限 變 遷 的 集 合 ；B:T*P→N為輸入函數(shù)，方向由庫(kù)所到變遷；F:T*P→N為輸出函數(shù)，方向由變遷到庫(kù)所；M0:表示Petri網(wǎng)內(nèi)所有庫(kù)所的初始狀態(tài)。SI被映射為靜態(tài)時(shí)間區(qū)間

其中，SEFT(t)是t使能后的最早引發(fā)時(shí)間，SLFT是t使能后的最晚引發(fā)時(shí)間。

3.2 帶時(shí)間戳的狀態(tài)類(lèi)(CS-class)

定義帶時(shí)間戳的狀態(tài)類(lèi)(CS-class)是一個(gè)三元組C=(M，D，ST),其中規(guī)定M 是標(biāo)識(shí)位；定義D是一個(gè)引發(fā)區(qū)間，也就是M所使能轉(zhuǎn)移的開(kāi)始時(shí)間的一個(gè)時(shí)間間隔集；ST是狀態(tài)類(lèi)CS-class的時(shí)間戳，它是一個(gè)全局性的概念[6]。

定義 Petri網(wǎng)的初態(tài)用 C0=(M0，D0，ST0)進(jìn)行表示。其中規(guī)定M0是初始標(biāo)識(shí)；D0是M0的引發(fā)區(qū)間，涵蓋了M0所使能的轉(zhuǎn)移所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)時(shí)間間隔；ST0=[0，0]。ST1表示時(shí)間網(wǎng)從C0運(yùn)行到C1的時(shí)間間隔[6]。

3.3 TPN的可達(dá)算法

定 義 CS-class 中 Ck=(Mk，Dk，STk) ，Ck+1=(Mk+1，Dk+1，STk+1)，其中集合NEW 用來(lái)存放引發(fā)tf后的新使能；集合OLD用來(lái)存放仍保持可引發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移[6]。

計(jì)算過(guò)程如下：首先，確定集合NEW和集合OLD中所包含的元素。其次，計(jì)算從一個(gè)狀態(tài)到達(dá)下一個(gè)狀態(tài)所需要的時(shí)間間隔：STk+1=[EFTK(tf)，MLFT(Ck)]。最后，計(jì)算引發(fā)tf后可使能轉(zhuǎn)移的引發(fā)區(qū)間。

3.4 案例分析

為了簡(jiǎn)化模型，本文研究核心企業(yè)L所在的某一條供應(yīng)鏈，涉及一個(gè)生產(chǎn)廠商和兩個(gè)原材料供應(yīng)商。生產(chǎn)廠商需要生產(chǎn)成品A，成品A的原材料包括B和C，供應(yīng)商在接到生產(chǎn)商的訂單后負(fù)責(zé)提供相應(yīng)的原材料B、C并運(yùn)送到生產(chǎn)商完成生產(chǎn)。

基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)TPN模型如圖3所示，其中符號(hào)說(shuō)明如表1所示，計(jì)算所需時(shí)間：

通過(guò)上述計(jì)算過(guò)程可知，供應(yīng)商在生產(chǎn)商提出訂單請(qǐng)求后的13個(gè)單位時(shí)間內(nèi)即可完成訂單業(yè)務(wù)，為生產(chǎn)商提供所需原材料。供應(yīng)商從接收訂單到將其交貨所用的時(shí)間間隔是[6，13]。

圖3 基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)TPN模型

同理，傳統(tǒng)供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)TPN模型如圖4所示，所需時(shí)間為：C4：ST4=[9,17]，即供應(yīng)商在生產(chǎn)商提出訂單請(qǐng)求后的17個(gè)單位時(shí)間內(nèi)即可完成訂單業(yè)務(wù)，為生產(chǎn)商提供所需原材料。

圖4 傳統(tǒng)供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)TPN模型

表1 供應(yīng)鏈模型中庫(kù)所、變遷的定義

綜上所述，基于云計(jì)算的供應(yīng)鏈信息管理系統(tǒng)，生產(chǎn)商企業(yè)通過(guò)使用云平臺(tái)提供的采購(gòu)管理服務(wù)可以在供應(yīng)鏈內(nèi)簡(jiǎn)化、加快數(shù)據(jù)交換，提高企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)能力和效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，中小型企業(yè)正在熱情的擁抱云。他們的目的是盡可能減少內(nèi)部IT，盡量能多地集中精力于核心業(yè)務(wù)?；谠朴?jì)算的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)提供了一種適應(yīng)于企業(yè)信息化發(fā)展需要的解決方案,是供應(yīng)鏈系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。云環(huán)境下供應(yīng)鏈研究和發(fā)展將會(huì)為供應(yīng)鏈管理帶來(lái)更大的機(jī)遇和發(fā)展活力。

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