毕业论文-基于Petri网的科勒公司订单处理业务流程的仿真优化研究.doc

上海海事大学本科生毕业设计（论文）学号：200910222101上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY本科生毕业设计（论文）基于Petri网的科勒公司订单处理业务流程的仿真优化研究学 院： 物流工程学院 专 业： 物流工程 班 级： 完成日期： 2013年6月 基于Petri网的科勒公司订单处理业务流程的仿真优化研究摘 要本文通过对科勒公司订单处理业务流程的调查研究，分析了其存在的问题。在Petri网理论的基础上，建立了订单处理业务流程Petri网模型，对其进行定量分析，并提出了业务流程改进方案。同时，使用ExSpect仿真软件模拟分析了原有业务流程及优化后业务流程的优劣。结果表明，通过改进方案的实施，提高了业务信息传递和处理的效率，缩短了业务流程的周期。关键词： Petri网，业务流程，ExSpect，仿真优化AbstractThis paper analyzed Kohler companys order processing business process and find its problems. The models of the business process in the original environment and the optimized environment were built using the Petri net technology, and the performance under both conditions were quantitatively analyzed and then the strong and weak points in the original and the optimized processes were discovered by the simulation using the software ExSpectThe results show that the optimization of the original process by applying the measures speed up the transferring and processing of the business information and shorten the business process periodKey words：Petri net, Business process, ExSpect, Simulate and Optimize上海海事大学本科生毕业设计（论文）目 录目录第1章 绪论- 1 -1.1引言- 1 -1.2 研究背景和意义- 1 -1.3 国内外研究现状- 2 -1.3.1业务流程优化研究现状- 2 -1.3.2 Petri网研究现状- 3 -1.4 论文结构及研究内容- 4 -第2章 科勒公司订单处理业务流程的分析- 5 -2.1 公司背景- 5 -2.2 订单处理业务流程现状- 5 -2.2.1 业务流程图- 5 -2.2.2 业务流程操作步骤说明：- 6 -2.3 科勒公司订单处理业务流程存在的问题- 7 -2.4 本章小结- 7 -第3章 基于Petri网的订单处理业务流程建模与仿真分析- 8 -3.1 Petri网相关理论- 8 -3.1.1 Petri网的概念及应用- 8 -3.1.2 Petri网的基本模型- 9 -3.1.3 Petri网的特性及分析方法- 10 -3.2 基于Petri网的订单处理业务流程模型建立- 10 -3.3 Petri网模型性能分析- 12 -3.3.1 关联矩阵分析- 12 -3.3.2 Petri建模工具分析- 14 -3.4 业务流程Petri网模型初始仿真及结果分析- 15 -3.5 本章小结- 17 -第4章 科勒公司订单处理业务流程的优化- 18 -4.1 业务流程优化相关理论- 18 -4.1.1 业务流程优化的概念- 18 -4.1.2 业务流程优化的原则- 18 -4.1.3 流程优化的步骤- 18 -4.2 基于业务流程Petri网模型的优化环节及措施- 18 -4.3 优化后的业务流程建模及仿真分析- 20 -4.4 业务流程仿真结果对比分析- 22 -4.5 本章小结- 23 -第5章 总结与展望- 24 -5.1 总结- 24 -5.2 展望- 24 -致 谢- 25 -参考文献- 26 -第1章 绪论- 1 -1.1引言- 1 -1.2 研究背景和意义- 1 -1.3 国内外研究现状- 2 -1.3.1业务流程优化研究现状- 2 -1.3.2 Petri网研究现状- 3 -1.4 论文结构及研究内容- 4 -第2章 科勒公司订单处理业务流程的分析- 4 -2.1 公司背景- 5 -2.2 订单处理业务流程现状- 5 -2.2.1 业务流程图- 5 -2.2.2 业务流程操作步骤说明：- 6 -2.3 科勒公司订单处理业务流程存在的问题- 6 -2.4 本章小结- 7 -第3章 基于Petri网的订单处理业务流程建模与仿真分析- 7 -3.1 Petri网相关理论- 7 -3.1.1 Petri网的概念- 7 -3.1.2 Petri网的基本模型- 8 -3.1.3 Petri网的特性及分析方法- 9 -3.2 基于Petri网的订单处理业务流程模型建立- 9 -3.3 Petri网模型性能分析- 11 -3.3.1 关联矩阵分析- 11 -3.3.2 Petri建模工具分析- 13 -3.4 业务流程Petri网模型初始仿真及结果分析- 14 -3.5 本章小结- 16 -第4章 科勒公司订单处理业务流程的优化- 16 -4.1 业务流程优化相关理论- 16 -4.1.1 业务流程优化的概念- 16 -4.1.2 业务流程优化的原则- 16 -4.1.3 流程优化的步骤- 17 -4.2 基于业务流程Petri网模型的优化环节及措施- 17 -4.3 优化后的业务流程建模及仿真分析- 18 -4.4 业务流程仿真结果对比分析- 20 -4.5 本章小结- 21 -第5章 总结与展望- 21 -致 谢- 22 -参考文献- 23 -第1章 绪论1.1引言经济一体化的浪潮加剧了企业间的竞争，企业面临不断严峻的市场环境，日益多样化的客户需求以及更加复杂的技术服务市场。另外，随着企业规模的扩大，组织机构会逐渐庞大，分工会越来越细，导致了业务流程的分散和低效，削弱了企业对市场的快速反应能力，从而阻碍了企业的生存和发展。为了解决企业面对新的环境、在传统以职能为中心的管理模式下产生的问题，必须对业务流程进行优化，以便在当今衡量绩效的关键（如质量、成本、速度、服务）上取得突破性的改变，提升企业管理水平1。目前对业务流程进行建模优化的方法有很多种，Petri网以其严格的数学定义、直观的图形表示、丰富的描述手段及系统的分析技术被广泛使用。本文就使用Petri网作为流程分析的工具，以科勒公司为实例，通过建模仿真，分析其订单处理业务流程存在的不足并提出改进措施，为企业提供业务流程优化的借鉴。1.2 研究背景和意义目前影响现代企业的三个要素是：顾客(Custome r)、竞争(Competition)，和变化(Change)，简称为3C2。在日益激烈的市场竞争环境下，企业如何面对来自顾客消费水平的不断提高，企业与企业之间对市场的争夺，以及政治、经济、文化、社会环境的巨大变化3，企业家们必须寻求获得突破的新的生存之路。不少企业的管理者都希望通过精简机构与流程，以适应竞争日趋激烈性，使企业保持产品和服务在技术上领先，使员工具有创新精神以及为用户提供最好的产品和服务，更加灵活地适应多变的市场环境。企业的整体流程是一个十分庞大繁杂的系统，本文所研究的对象是科勒公司客服部门的订单处理业务流程。所谓订单处理，就是由订单管理部门对客户的需求信息进行及时的处理。它是企业的一个核心业务流程，是从客户下订单开始到客户收到货物为止，这一过程中所有单据处理活动，包括订单准备、订单传递、订单登录、按订单供货、订单处理状态跟踪等活动。订单处理是实现企业顾客服务目标最重要的影响因素，改善订单处理过程，缩短订单处理周期，提高订单满足率和供货的准确率，提供订单处理全程跟踪信息，可以大大提高顾客服务水平与顾客满意度，同时也能够降低库存水平，在提高顾客服务水平的同时降低物流总成本。本文通过对科勒公司订单处理业务流程的分析与优化，以期达到提升业务流程效率的目的。1.3 国内外研究现状1.3.1业务流程优化研究现状BPR(Business Process Redesign)业务流程重组理论是于1990年首先由美国著名企业管理大师迈克尔.汉默先生提出。经典的业务流程再造的定义是对业务流程进行根本性的再思考和彻底性的再设计以便在成本、质量、服务和速度等衡量企业绩效的重要指标上取得显著性的进展4。BPR凭借其思想的先进性和革命的彻底性吸引了许多企业的注意力。资料表明，约有70-75的欧美企业正计划实施 BPR，更有许多企业通过BPR已取得了喜人的成绩，如Ford汽车公司、AT&T、IBM等5。此外，亚洲包括我国也有许多公司纷纷接受这一思想，泰华农民银行、永大机电工业公司、海尔集团等均是成功之例。IBM信用卡公司（IBMCreditCorporation）通过业务流程重组工程，使信用卡发放周期由原来的七天缩减到四个小时，即提高生产能力100倍；一家美国的矿业公司实现了总收入增长30%，市场份额增长20，成本压缩12以及工作周期缩短25天的好成绩；欧洲一个零售组织将工作周期缩短了50%，并使生产率提高15；一家北美化学公司的订单传递时间缩短了50还多，所节约的成本超过300万美元。虽然不少企业应用BPR取得了成功，但是失败的案例也是很多的。1993年，麦肯锡公司对20个BPR项目进行调查的结果显示，10的企业认为完全达到了BPR所承诺的效果，30的企业节约成本达18以上，剩余60的企业所取得的效益小于55。不管怎样，BPR拥有巨大的发展前景，国内外许多学者对其进行深入研究，又提出了不少创新性的理论和方法。詹姆斯钱皮于2002年出版了企业x再造一书，提出了x再造的概念，利用信息技术重新规划跨越组织界限的业务流程，从而实现绩效的巨大提升。托马斯达文波特的新工业工程：再造与信息技术提出业务流程再设计的概念。认为BPR是组织中及组织问的工作流程及程序的分析与设计。BPR理论在1994年左右进人中国。黄艾舟、梅绍祖在超越BPR-流程管理的管理思想研究中提出了流程管理的概念。其中将流程管理定义为：是一种以规范化的构造端到端的卓越业务流程为中心，以持续的提高组织业务绩效为目的的系统化方法6。流程管理改变了原来BPR定义中的彻底性、根本性，指出应该规范化的对流程进行设计，有的地方可以重新设计，有的地方则可以进行改进，这个理念显然更具有现实意义。学者们除了对BPR的基本理论进行了研究以外，在BPR的工具和方法研究方面也有不同程度的发展。在对BPR工具和技术进行研究时，可从流程表述和流程分析两个方面着手研究，这样可以更好地对企业业务流程进行分析，从而解决流程中存在的问题7。有些学者将价值工程的理念应用到企业的评价系统当中，对价值工程和BPR作了比较研究；还有学者提出在BPR中应用ABC法，采用ABC定性分析法来分析业务流程，将流程作业活动区分为增值作业和非增值作业，从而对业务流程进行优化。在解决实际问题时，除了要进行流程分析，还要进行建模分析。现在有很多用于流程建模的工具，其中应用最为广泛的是面向对象技术和Petri网。Petri网因其坚实的数学基础，并且具有描述并发性、异步性、分布性、非确定性、并行性特征，因而是业务流程建模和仿真分析的重要工具8。 业务流程再造理论发展的新趋势主要表现为在与其他理论融合，比如企业资源计划(ERP)、供应链(SCM)、工业工程(IE)等，同时也有显著向流程管理发展的趋势。总之，从国内外对业务流程优化的研究和实施来看，它对企业核心竞争力的提升起到了不可估量的作用，随着对其研究的不断深入，在未来将会有更大的发展空间。1.3.2 Petri网研究现状Petri网模型是CAPetri博士于1962 年提出来的，可以应用这样一类系统，即系统中含有相互作用的并行分支。作为研究系统的一种工具，Petri网理论用数学表示系统模型。从 Petri网的观点来看待一个系统，集中地表现为两个概念，即事件和条件。事件是系统中大声地动作，条件即系统的状态。系统中的动作的发生是由系统的状态来决定的，协调的状态演变是由系统的事件来驱动的。而这些状态可以用一组条件来描述。条件满足动作即可发生，动作发生后达到下一状态，它可以揭示出被模拟的系统的结构和动态行为方面的重要信息。这些信息可以用来对被模拟的系统进行估价并提出改进系统的建议。文献9指出，Petri网的发展过程大体可分为三个阶段：60年代Petri网的研究以孤立的网系统为对象，以寻求分析技术和应用方法为目标。70年代初开始了通用网论的(general net theory)研究，主要内容为网系统的分类及各网类之间的关系，发展了以并发论，同步论，网逻辑和网拓为主要内容的理论体系。80年代Petri网的研究有了较大的发展，以理论与应用的结合及计算机辅助工具的开发为主要内容，近年来国内的主要研究集中在Petri网的语义，公平性，活性，网运算，网化简，PN 机理论等方面。先进的计算机技术促进了模拟技术的发展和应用，用一个数学模型可以表示一个简单或者复杂的系统，通过一定的算法让计算机对模型进行分析，然后就能了解系统相关特性情况。计算机技术在模拟中的应用使得那些高度复杂的系统的分析变得相对简单了很多。Petri网由于其能够精确地描述系统事件之间的顺序并发关系，成为了分析并发系统的优秀工具。Petri网的研究工作沿着两个方向发展。第一，纯Petri网理论；第二，应用Petri网理论10。纯Petri网理论是为发展应用Petri网理论所需要的基本概念，技术和手段所做的研究。近年来Petri网理论的研究取得了不少研究成果，如Petri网的结构性质；Petri网语言：随机网，颜色网；谓词变迁系统等等。有国内吴哲辉教授和美国的T.Murata 教授共同提出Petri网的公平性取得了十分完整的结果，对于解决网系统中两个变迁（变迁组）的发生的关系提出了理论依据。蒋昌俊教授建立了PN机理论构架，在交叠语义和偏序语义下获得反映真并发行为的文法及其PN机结构，揭示它们的计算能力及其相互关系。应用Petri网理论主要从事用Petri网模拟，分析和洞察系统的研究。这方面不单要求对Petri网及其模拟技术有深厚的知识，而且必须对应用领域相当熟悉。结合当今技术的发展越来越多地应用到通讯系统，分布式系统，并行计算机系统及自然科学社会科学的很多方面。 应用Petri网理论的一个重要方面就是并发系统Petri网分析工具的构造。Petri网被应用于分析和设计系统时，如果系统规模较大则其对应模型必将十分复杂。人工分析显然是低效且不十分可靠的。因此，分析中若能有效地使用计算机则可十分迅速可靠的得到Petri网的性质。1.4 论文结构及研究内容本文以业务流程优化以及Petri网理论为出发点，对科勒公司订单处理业务流程进行了分析，指出了其中存在的问题，并在对业务流程建模的基础上，对流程模型进行了仿真研究，提出了改进方法。本文的内容结构安排如下：第1章: 论述了课题的研究背景和研究意义，分析了课题的国内外研究现状。第2章：对科勒公司订单处理业务进行分析，作出业务流程图，并指出其存在的一些不足之处。第3章：首先介绍了Petri网的相关理论，然后建立科勒公司订单处理业务流程的Petri网模型，对其进行特性分析，最后使用ExSpect仿真软件进行初始仿真，并对结果进行分析。第4章：首先介绍了业务流程优化的相关理论，然后提出了业务流程优化措施，建立新的Petri网模型，并使用ExSpect进行仿真分析，最后进行优化前后效果对比。第5章：总结与展望第2章 科勒公司订单处理业务流程的分析笔者在科勒中国亚太区客服部实习期间，通过实地调研和资料收集，了解了所在部门的订单处理业务流程，并对其进行细致地分析，发现该流程具有进一步改进的空间，从而提高工作效率。2.1 公司背景科勒成立于1873年，总部坐落于威斯康星州，是美国最古老、最大的家族企业之一。科勒公司在厨卫产品、发动机和发电系统、家具、家庭装饰、酒店服务产业以及一流高尔夫俱乐部等领域均处于全球领先地位。其在世界各地拥有四十五家工厂，主要生产科勒浴缸、脸盆、坐便器、龙头等卫浴产品，在全球已成为消费者最熟悉的卫浴品牌之一。作为一个多元化的制造公司，除了引领全球卫浴设备，科勒在家具、备用发电机等领域都处于世界领先地位。旗下拥有Baker高档家具、McGuire 藤制家具、Sanijura 浴室柜、Canac 高档家具、Robern高档浴室柜、Ann Sacks Tile & Stone 墙地砖、Kallista卫浴用品等众多知名品牌。2.2 订单处理业务流程现状2.2.1 业务流程图通过对科勒公司订单处理业务流程的整体了解和实习接触，现绘制其业务流程图如图2.2.1所示: 图2.2.1 科勒公司订单处理业务流程图2.2.2 业务流程操作步骤说明：(1) 客户订购公司产品，首先向销售部提交报价申请。(2) 销售部按其业务操作准则对报价进行处理，然后向客服中心发送RFQ或书面指令。(3) 客服中心按照给予折扣不同，报价经相关层级审核批准，录入SAP系统。(4) 销售部接到批准的报价单，再进行核对确认后，发给客户。(5) 客户确认报价后，客服中心按订单种类进行相关部门的授权批准，录入SAP系统。(6) 客户确认订单准确以后付款，财务部接款后释放订单。(7) 客服中心在整个订单周转过程中跟踪订单，及时与客户进行沟通。(8) 同时，客服中心联系工厂了解库存是否满足，是否需要再生产。(9) 工厂根据其库存情况直接发货，或进行生产备货，向客服中心递交时间表，确定交货期。(10) 客服中心和工厂交涉安排物流运输，准备运输需要的各种单证文件，然后工厂联系公司指定货代进行物流运输。(11) 客户最终收货，客服中心对订单处理过程中的相关文件进行整理存档。2.3 科勒公司订单处理业务流程存在的问题(1) 订单审核流程占据大量时间客户需求与业务人员初步达成意向后，业务人员需要就意向内容能否成交向有关部分协商，这部分称之为订单审核流程，协调部门包括生产单位、商务部门、法务部分、财务部等，生产单位主要评估交付时间是否能达成，商务部分评估相关条款是否规范，法务部分评估是否符合法律法规要求，财务部门评估客户信用等级。协调过程中经常出现人员在不在，有没有时间立即处理，需要更多的资源综合评估等，过程中出现最多的可能是寻找（找人）和等待的浪费，涉及部门或人员越多，流程越长。(2) 订单审批流程效率低订单审核流程之后是订单审批流程，又涉及到相关部门领导审批签字过程，其中一部分问题和订单审核流程一样，更典型的问题出现在订单审批流程中就是经常出现领导不在办公室或者是出差，以至于有时候一张订单需要等待好长的时间。(3) 大量订单处理没有设定优先级(4) 业务流程的最后统一进行文件整理存档需要花费较多时间2.4 本章小结本章简要介绍了科勒公司的背景情况，分析了其订单处理业务流程的现状，并作出了业务流程图，最后指出了该业务流程存在的问题，为后文建立模型以及优化打下基础。第3章 基于Petri网的订单处理业务流程建模与仿真分析本章基于前面建立的业务流程图，利用Petri网理论建立Petri网模型，验证模型的准确性，并将对其进行初始的仿真分析。3.1 Petri网相关理论3.1.1 Petri网的概念及应用Petri网是Carl Adam Petri于1962年在博士论文用自动机通信中首次提出来的11，其后便广为流传。Petri网是一种图形化、数学化的建模方法，用简单的图形较好的表示并发、同步、因果等关系，以网图的方式简洁、直观的模拟系统。Petri网作为一种网状信息流模型，其描述系统的最基本概念是库所和变迁。库所表示系统的状态。变迁表示资源的消耗、使用及使系统状态产生的变化。变迁的发生受到系统状态的控制。通常情况下，用小矩形表示事件（称作变迁）结点，用小圆形表示条件（称作位置）结点，变迁结点之间、位置结点之间不能有有向弧，变迁结点与位置节点之间连接有向弧。网的某些位置结点中标上若干黑点（token），表示库所中拥有的资源数量，以变迁激发导致托肯在库所间的流动，Petri网可以用于模拟系统的动态运行过程，反映系统的动态特性。 图3.1.1 Petri网示例随着对Petri网理论研究的不断深入以及Petri网在诸多领域的广泛应用，出现了很多扩展的Petri，不同文献对Petri的分类也很不一致12，目前Petri网主要呈现出以下几种类型：(1) 基本Petri网：每个库所容量为1，这样库所可称为条件，变迁可称为事件。(2) 低级Petri网：库所容量和权重为=1的任意整数，称为库所/变迁网。简作P/T网。(3) 时间Petri网：将各事件的持续时长标在库所旁边，库所中新产生的标记经过一须时间后才加入到网中，或是标在变迁上，经过时间延迟后发生。(4) 高级Petri网：包括谓词/事件网、染色网、随机网等。如今，Petri网理论广泛应用于业务流程重组，交通系统、生产系统、工作流过程建模、信息系统等13。使用Petri网描述业务流程主要有以下几个原因14(1) 直观的图形表示：Petri网是一种图形化语言，经典的Petri网有两种元素：变迁元素(用方框表示)、位置元素(用圆圈表示)，而有向边表示这两种元素之间的关系。(2) 形式化的语义：Petri网(包括各种高级网系统)都有形式化的语义定义，一个Petri网模型加上相应的语义就能描述一个业务过程。(3) 状态和事件的显式表示：有些过程建模方法侧重于描述系统状态的变化，如状态自动机；有些建模方法是基于系统中事件的发生，如过程代数、数据流图。Petri网能够同时显式地描述系统状态和事件，这样便于对系统的理解和分析。(4) 丰富的分析技术：Petri网模型一个很重要的特点在于它提供了丰富的系统分析技术。如对系统不变量、活性、有界性、安全性等分析计算，也可以计算系统的性能，如响应时间、等待时间、资源利用率等。3.1.2 Petri网的基本模型在构建完整的Petri网模型之前，必须了解Petri网的几种基本模型结构，图3.1.2是几种常见的Petri网模型： (a) (b) (c) (d)图3.1.2 几种常见的Petri网模型(1) 顺序结构：如图(a)所示,库所P1中的初始托肯激发变迁t1启动, p1中的托肯移到p2中激发t2启动，p2中的托肯移到p3中，也就是p1、p2和p3按照顺序依次执行，顺序执行用来模拟一个线性执行过程。(2) 同步结构：如图(b)所示，变迁T1有多重输入弧，只有当库所P1和P2中的托肯都移动到T1才能激发变迁T1，在此之前P3无法执行。(3) 并行结构：如图(c)所示，初始托肯由P1激发变迁T1，库所P2和P3都可以获得转移过来的托肯，从而激发各自的变迁T2和T3。在Petri网模型中，两个具备条件且互不影响的事件可以独立发生15(4) 选择结构：如图(d)所示，库所P1中的初始托肯连接两个变迁T1和T2，此时只能有一个变迁被激发，即只有一条路径可以被执行。3.1.3 Petri网的特性及分析方法Petri网由于其结构、参数和初始状态标识的不同，而使其状态转换过程表现出不同的特性16，主要有活性（liveness）、有界性（boundness）、可达性(reachabihty)、安全性（safety）等。(1) 可达性: 是研究任何系统动态特性的基础，决定系统能否到达指定的状态。(2) 活性：主要在系统中用于检测是否存在死锁。一个系统存在的一个潜在问题是死锁，为了避免死锁，系统的Petri网模型必须具有活性。(3) 有界性：有界性反映一个库所在系统运行过程中能够获得的最大的托肯数，即最大资源数，它与系统的初始托肯有关，它保证系统在运行过程中不会需要无限的资源。在实际系统设计中，必须使网络中的每个库所在任何状态下的托肯数小于库所的容量，这样才能保证系统的正常运行。 (4) 安全性：决定系统中正在执行的操作不会发出请求，这种网的每一个库所要么有一个托肯，要么没有托肯，安全性是有界性的一种特殊情况。与其它建模方法相比，Petri网的优点不仅表现在建模能力上，更主要表现在它所具有的分析能力上。在用Petri网建模后，就要对系统进行特性分析，以检查实际系统的特性。Petri网模型的主要分析方法依赖于：可达树，关联矩阵和状态方程，不变量和分析化简规则17。本文主要利用关联矩阵对Petri网进行特性分析。3.2 基于Petri网的订单处理业务流程模型建立根据上图2.2.1所示的科勒订单处理业务流程图，将其转化为相应的Petri网模型。如图3.2所示。其中，圆圈用以表示库所，用来表示信息发出和接收的主体，这里主要是销售部、客服中心、财务部等。方框用以表示变迁，用来表示图3.2中相应的信息传递，这里主要是用来描述配送业务流程中相关的活动。图3.2 科勒公司订单处理业务流程Petri网模型在该业务流程中，每一项业务活动的开始到完成由“托肯”从一个位置向另一个位置的转移来实现，这里由开始位置(P1)移动至结束位置(P20)表示该业务流程的完成。经过实地调查，了解了该业务流程中各个作业环节耗费的时间，下面对以上Petri网模型加以描述，如表3.2所示：表3.2 Petri网模型的各元素含义库所存放内容变迁业务环节含义耗费时间P1销售部T1处理报价申请1-2个工作日P2ACSCT2报价审核1个工作日P3ACSCT3录入SAP系统3-4小时P4销售部T4报价核查1个工作日P5客户T5报价确认/P6ACSCT6订单审批1-2小时P7ACSCT7录入SAP系统2-3小时P8客户T8订单确认/P9客户T9选择付款/P10财务部T10释放订单0.5-1小时P11ACSCT11订单追踪/P12ACSCT12下达内部采购单0.5-1小时P13工厂T13存货/生产系统/P14ACSCT14安排运输准备单证4-5个工作日P15ACSCT15文件整理存档2-4小时P16工厂T16发货/P17结束 (说明：表中T5，T8，T9，T13，T16为外部客户及工厂的作业，其耗费时间无法确定，并且这些作业不属于ACSC的工作流程内，属于外部的条件输入，故这里不做考虑；T11作业为订单追踪，该作业在订单释放后，一直贯穿到整个业务流程结束，为简化起见这里不做考虑)3.3 Petri网模型性能分析在建立了业务流程的Petri网模型后，需要利用Petri网的特性分析方法对模型的行为特性进行分析，从而有效地反映系统的特性，并且保证系统顺利实现。Petri网的行为特性主要包括活性、有界性、可达性等。活性是检查所有活动是否都被执行，有界性是检查一个库所中是否会积聚无穷个托肯，可达性是决定托肯是否可以从一个标识到达另一标识18。3.3.1 关联矩阵分析库所中的不变量(称作S不变量)反应的是部分位置的托肯数的一种加权守恒性，当流程系统中的任务执行时，库所不变量能够构成一个任务被执行的路径18。S不变量可以通过关联矩阵求得，从而判断Petri网模型是否满足活性、有界性和可达性。下面基于前面建立的业务流程模型，运用关联矩阵分析计算S不变量。模型的输入矩阵: （3-3-1）模型的输出矩阵: （3-3-2）关联矩阵: （3-3-3）根据，求解此方程式，得到S不变量为：由S不变量的性质和可达性、活性、有界性的定义可知，该业务流程的Petri网模型是活的、有界的、可达的，从而说明该业务流程Petri网模型的结构是正确的，可以实现的。3.3.2 Petri建模工具分析以上是利用关联矩阵对Petri网模型进行的理论分析，这里将再使用Petri网建模工具Pipe对Petri网模型进行系统分析。利用Petri网建模工具Pipe打开Petri网模型如图3.3.1所示：图3.3.1 Petri网建模工具界面双击Pipe用户界面中的State Space Analysis，对该Petri网模型进行稳定性检测，结果如图3.3.2所示：图3.3.2 稳定性检测结果其中，Bounded的值为TRUE时，表示该Petri网模型是有界的；Safe的值为TRUE时，表示该Petri网模型是安全的；Deadlock的值为TRUE时，表示该Petri网模型不存在死锁，即该Petri网是活的。由上图的稳定性分析结果可以看出，图3.2所示的业务流程Petri网模型是活的、有界的、可达的。综上，无论是利用关联矩阵进行数学分析，还是利用Petri网建模工具进行系统分析，都可以得出该业务流程的Petri网模型是活的、有界的、可达的。3.4 业务流程Petri网模型初始仿真及结果分析Petri网不仅能够为业务流程建模提供丰富的语义描述，还拥有强大的仿真分析手段。目前利用Petri网进行仿真的软件有很多，其中较为常用的是一家荷兰咨询公司和艾恩德霍文大学共同开发的ExSpect仿真软件。因为ExSpect具有Petri网的语义基础，因此拥有Petri分析离散事件动态系统的强大优势19。本文就使用ExSpect对前面所构造的Petri网模型进行仿真分析，其顶层Petri网模型如图3.4.1所示：图3.4.1 订单处理业务流程顶层仿真模型在顶层Petri网模型中，generator_arrivals系统为样本产生子系统，该系统控制模型运行的时间和样本产生的时间。Measure_throughput_time系统为样本统计子系统，该系统对模型在仿真运行过程中产生的数据进行数理统计，得到相应的统计结果。在顶层Petri网模型中，service子系统为订单处理业务流程Petri网仿真模型，其中库所P1为该子系统的输入资源，库所P17为输出资源，random为随机变量产生器，订单处理业务流程Petri网仿真模型如图3.4.2所示：图3.4.2 订单处理业务流程仿真模型由于本文研究的对象是面向对象的赋时Petri网，因此各个变迁中均含有时间因素。根据表3.2的时间定义，在该模型中，假设瞬时变迁T5，T8，T9，T11，T13所消耗的时间为0，延时变迁T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T10，T11，T12，T14，T15的时间值服从在区间tmin，tmax内的均匀分布。在ExSpect软件包中用uniforma:real,b:real,seed:real:real函数表示区间(a,b)上的均匀分布，其中由随机数random作为激发种子20。基于以上构建的仿真模型，进行了相应的仿真实验，得到仿真结果如图所示：图3.4.3 订单处理业务流程模型仿真结果其中，xarrivals表示本次仿真的样本数，由于每次仿真的时钟是固定的，而仿真周期每次都会变化，因此仿真的样本数各不相同。xaverage表示本次仿真流程的平均周期时间，xvariance表示方差。通过对仿真结果的分析，可以得出，完成整个业务流程平均需要约76个小时，也就是9.5个工作日（一个工作日按8小时计算），其效率是不高的。分析上述业务流程可以看出，P1 - P2 - P3 - P4 - P6 - P7 - P14 - P15是一条关键路径，提高该路径的工作效率将有利于提高整个业务流程的工作效率。该流程中拥有大量的串行流，可以通过有效措施取消冗余环节，合并部分环节，把串行环节改成并行，从而提高整个业务流程的效率。3.5 本章小结本章首先简要介绍了Petri网理论，包括基本概念、基本模型、特性及分析方法等。然后基于Petri建立了科勒公司订单处理业务流程的模型，并从关联矩阵分析和Petri网建模工具分析两个角度对其进行性能分析，指出该Petri网模型是活的、有界的、可达的。最后利用ExSpect仿真软件对初始流程模型进行了仿真分析。第4章 科勒公司订单处理业务流程的优化4.1 业务流程优化相关理论4.1.1 业务流程优化的概念业务流程优化是帮助企业在业务流程的操作效率上获得提高的系统方法。通过对现有工作流程的梳理、完善和改进, 以保持企业的竞争优势。4.1.2 业务流程优化的原则业务流程优化的核心思想是减少非增值活动，减少等待时间、重复工作、协调工作量，从而提高增值活动效率。确认了业务流程优化的具体方案，企业就需要从当前流程着手，识别并完善当前的业务流程体系。然后，根据业务流程优化的目标，选择要实现的业务流程，进行重新设计或优化，最终完成优化的业务流程体系。在这样一个优化的过程中，一般都是遵循ESIA准则：(1) 消除（Eliminate）：消除部分冗余的流程作业任务，提高流程执行的效率。(2) 整合（Integrate）：将原来分散执行的作业，压缩成一个流程作业任务。(3) 简化（Simplify）：将原有繁锁的作业，去繁就简，强化关键作业。(4) 自动化（Automate）：用自动化的设施代替手工操作，提高整个流程的效率和准确度。4.1.3 流程优化的步骤(1) 调研：常用的方法有访谈、调查问卷、流程跟踪、资料分析等。(2) 流程诊断：对现有流程进行建模，分析现有流程。(3) 设计新流程：针对流程诊断中存在的问题设计心得流程并进行验证。(4) 实施新流程：通过建立业务手册、培训等方式实施新的流程。(5) 流程评估：监测新流程的运营状况，评估新流程是否达到了预期的目标。(6) 持续改善：对流程持续观察以便发现新的优化点。4.2 基于业务流程Petri网模型的优化环节及措施(1) 对于订单审核效率低问题，可以成立专门的订单审核小组，以单件流作业方式迅速处理，而非部门职能模式。(2) 对于订单审批时，部门领导不在无法签字授权导致订单处理周期拖长的问题，可以建立一套授权制度，当某位主管不在公司时，就会发出一个授权邮件信息给相关部门，从而不会影响正常业务流程。(3) 订单审核和审批的主要目的或许有两个: 生产部门主要考虑能力和交货期能否满足顾客需求；业务部门和主管领导主要考虑内容和条款是否能够符合公司相关规定。互联网中的应用给我们很大的启迪，人们经常在网上注册和申请过程中因为某项填写信息不符合要求不能成功进行下一步，这是一种典型的防错法。如果能把这种方法运用到订单处理流程中，当业务人员所填信息不能符合公司相关要求就不能进入下一步，合同条款不符合规定就不能打印出合同，非生产业务部分的审核环节就可以大量减少，流程周期将大大缩短，同时工作效率将大幅提高。(4) 订单处理的先后次序可能会影响到所有订单的处理速度，也可能影响到较重要订单的处理速度。这里可借鉴优先权法则： 先收到，先处理。 预先确定顺序号。 优先处理订货量较小、相对简单的订单。 优先处理承诺交货日期最早的订单。 优先处理距约定交货日期最近的订单。 (5) 有些活动（部分文件整理存档）与订单录入同时进行以缩短整个业务时间。通过以上措施，优化后的订单处理业务流程图如图所示：图4.2 优化后的订单处理业务流程图4.3 优化后的业务流程建模及仿真分析实施改进措施以后可以得到新的流程：其中，由于设立专门的订单审核小组统一行使职能，可以将原有流程中的T1(处理报价申请)、T2(报价审核)进行合并，在新的模型中用T1表示；T6订单审批环节建立一套授权制度，将缩短该环节的作业时间；运用优先权法则注重订单处理的先后次序，在报价录入SAP系统前新增一个环节T2为分类处理；T15(文件整理存档)环节，部分内容可以与之前的订单录入同时进行，同样将缩短该环节的作业时间。优化后的业务流程的Petri网模型如图4.3.1所示，优化模型中较初始模型变化的参数如表4.3.1所示：图4.3.1 优化后的业务流程Petri网模型表4.3.1 优化后的业务流程Petri网模型参数变化初始参数优化措施优化后参数库所变迁时间库所变迁时间P1（销售部）T1(处理报价申请)1-2个工作日合并P1（销售部）T1(报价处理、订单审核)1个工作日P2（ACSC）T2(报价审核)1个工作日P3(ACSC)T3(录入SAP)3-4小时提高效率P3(ACSC)T3(录入SAP)2-3小时P6(ACSC)T6（订单审批）1-2小时提高效率P6(ACSC)T6（订单审批）0.5-1小时P15(ACSC)T15（文件整理存档）2-4小时提高效率P15(ACSC)T15（文件整理存档）1.5-3小时/新增P2(ACSC)T2(分类处理)0.5-1小时利用优化后的业务流程Petri网模型参数，对订单处理业务流程再次进行仿真模拟，得到结果如图4.3.2所示：图4.3.2 优化后的订单处理业务流程模型仿真结果由仿真结果可以看出，优化后完成订单处理业务流程平均需要约62小时，也就是7.5个工作日。4.4 业务流程仿真结果对比分析完成对业务流程的优化后需要对其效果进行评估，目前尚缺乏对于改造后的流程进行评估的系统方法，本文应用的是2003年由董沛武等人在其学术论文中提出的流程评估方法。它以流程时间减少率作为评价指标，这个指标反映了流程重组后流程总体时间减少的效果，评价这个效果用(Process Time)减少率(Red)，的定义如下21： (4-4)式中，为流程重组前流程所需的时间，为流程重组后流程所需的时间。利用上述公式计算本文订单处理业务流程仿真模拟的时间减少率为： (4-5)由此可以得出，进行流程优化后，订单处理业务流程的效率提高了18.42%，优化后业务流程的整体效率有了明显的提高。事实上，评价业务流程优化的效果不仅仅要考虑时间，还有成本、流程减少率等因素，由于本文使用的是面向对象的赋时Petri 网，因此只研究了业务周期时间，对其其它因素的研究有一定的限制。在现实的业务流程优化过程中，各种因素要综合考虑，按照一定的原则和需求选取最符合要求的优化结果22。4.5 本章小结本章首先介绍了业务流程优化的相关理论，包括概念、原则和步骤等，然后基于前两章的分析提出了科勒公司订单处理业务流程的优化措施，并利用ExSpect对优化后的模型进行仿真分析。最后通过对优化前后的结果进行对比分析，指出优化后业务流程的整体效率较之前有了明显的提高。第5章 总结与展望5.1 总结本文选取科勒公司订单处理业务流程为研究对象，通过对当前流程的研究和分析，指出其存在的不足之处，以Petri网为理论基础建立了业务流程模型，并使用ExSpect软件进行仿真，最后提出了业务流程的改进措施，缩短了业务流程周期，提高了工作效率。本文的主要结论如下：(1)对科勒公司订单处理业务流程进行了深入分析与研究，并在此基础上，指出当前业务流程存在的问题。(2)建立了订单处理业务流程Petri网模型，并对该模型进行了性能分析，指出了所建立的订单处理业务流程Petri网模型是活的、有界的。(3)使用ExSpect仿真软件对所建立订单处理业务流程模型进行仿真分析。这里选择流程周期时间作为仿真参数，对当前的业务流程进行建模及仿真分析，然后利用业务流程优化的相关理论，提出业务流程优化的措施，并采用合并、消除、简化、重排、新增等流程优化方法建立了新的业务流程，