基于HTN的口岸通关流程建模与仿真.docx
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基于HTN的口岸通关流程建模与仿真
ThismodelpaperwasrevisedbytheStandardizationOfficeonDecember10,2020
基于HTN的口岸通关流程建模与仿真
基于HTPN的口岸通关流程时间效率分析
摘要：
口岸通关效率的高低直接关系到口岸的竞争力，但是多年来一直缺乏定量地分析口岸通关效率的手段。
本文以口岸通关流程为研究对象，使用分层赋时Petri网建模方法建立了可以量化分析的口岸通关流程模型，并通过Witness软件对所建立的模型进行了仿真和口岸通关流程时间效率分析，通过仿真所得到的时间效率数据可以作为今后仿真流程改进的依据。
关键词：
HTPN，Witness，建模，仿真，口岸，通关效率
ModelingandsimulationonbusinessprocessofcustomclearancebasedonHTPN
Abstract:
Althoughtheefficiencyofcustomclearancemaydirectlyaffectthecompetitivepowerofaport,therehasn’tbeenaquantitativewaytoanalyzeitinrecentyears.Inthispaper,aHTPNbasedapproachisdevelopedtobuildamodeloftheprocessofcustomclearance,andthenitisanalyzedquantitatively.Furthermore,asimulationmodelisbuiltinWitness,tosimulatetheprocessofthecustomclearanceandanalyzeitstimewecanimpovetheoperationprocessaccordingtheresultoftheprocesssimulation.
Keywords:
HTPN,Witness,modeling,simulation,port,customclearance
1.引言
在国际贸易中的重要焦点是进出口货物的通关效率，因此海关的工作表现至关重要。
在强调即时生产与交付的现代商业环境中，向贸易商承诺提供快速而可预期的货物放行时间已变得越来越重要。
海关在执行时最重要的是保证追踪货物的流动并能进行选择性的检查，并最终对货物放行。
口岸通关业务流程非常复杂，对其进行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。
Petri网因其既有严格的形式定义，又有直观的图形表示，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又能为计算机科学提供坚实的概念基础等诸多优点被应用于工作流理论的研究中。
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，本文使用Petri网为工具对海运货物通关的流程进行建模，动态描述海运货物通关过程，并在模型中引入时间元素，可以定量对流程模型进行分析。
2.国内外研究现状
基于Petri网对企业流程或者海关工作流程建模已经有一些学者进行过研究。
在企业流程建模方面，戴顺南[1]等使用Petri网对企业物流的作业流程进行建模，并使用Petri网的分析工具对流程进行分析和优化。
陈春良[2]等讨论了基于HTCPN的装备保障业务流程建模与优化方法，通过使用HTCPN克服了普通Petri网的不足，并使用CPN-TOOLS对建立的流程进行仿真并给出优化方案。
陈慧灵[3]等论述了Petri网到工作流过程模型执行的映射，给出了一个具体的基于Petri网建模方式的实例，并利用随机Petri网和概率论对该模型进行了时间性能分析。
KarlDoerner[5]等使用Petri网作为建模工具，随机分支定界法作为优化方法，研究了在考虑员工数量和工作量情况下，基于多种复杂优化工作策略的多模式资源约束下的工作流程。
SeungchulHa[6]等使用赋时有色Petri网建立了对产品开发流程（PDP）进行管理的流程。
在海关业务流程方面，董海[4]等提出使用Petri网建立海关业务工作流模型，给出了基于Petri网的模型并总结了该模型的优势。
施雪丽等[9]通过对基于Petri网的海关业务流程工作流模型，并以实例分析使用工作流模型对于流程有改进和提高效率的作用。
沈岸[10]用实证分析和规范分析相结合、理论和实践相结合的方法，运用管理学、组织行为学、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。
虽然上述国内外学者研究了使用Petri网建立企业或海关的工作流程，但是还未有人针对海关的工作流程，提出以时间效率为指标的量化分析流程模型。
本文提出了使用HTPN建立口岸通关流程模型，并使用仿真手段分析过程的时间效率。
3.HTPN原理
层次模型在形式描述和分析中是一个常用的概念。
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的方法。
层次化的模型方法可以带来很多好处，可以隐蔽子网的结构和详细描述,使得模型设计者记中在相应抽象层次的设计；每个子网模型可以并行进行,相同的子网不必重复设计；是模型具有良好的层次结构,可为系统模型的分解,压缩奠定基础，因此选用HTPN为建立流程模型的工具有利于建立表达清晰、简洁、层次化的流程模型。
延时Petri网（TPN）[7]
定义延时Petri网为（P,Ω），其中P是Petri网（P,T,A），Ω是一函数，为Petri网中每个变迁
分配一个非负实数
：
Ω：
T→R{R是非负实数集合}；
非负实数
=Ω（
）是变迁
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
，Petri网有一个标记M（
），我们把M看成向量和函数都可以。
用M（0）表示初始标记。
把M（
p）写成M（
）（p），即在时间
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一个托肯，变迁
被称为在时间
使能，即M（
，
）
（对所有
）。
当变迁
使能时，发射就开始了，从
的每个输入库所消耗一个托肯，变迁
也就被称为运行。
当
是变迁
的发射时间时，这个运行持续
秒。
在这段时延结束时，变迁
的发射停止，而且在每个输出库所
添加一个托肯。
这样就完成了变迁
的发射。
分层赋时Petri网（HTPN）[8]
HTPN=（P，T，F，M，Q，in，out，R，DUR）
P：
状态集，例如：
P={
，
，…，
}；T：
事件集，例如：
T={
，
，…，
}；in：
工作流的入口；out：
工作流的出口；Q：
状态集，为所有子网组代表的集合，例如：
Q={
…
}，任意
，（i=1，…，n）称为子网组代表；F：
F={
，
…，
}，
，（i=1，…，k），表示子网i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：
r（q）=f，其中，
，R中的函数指出了子网组代表q（
）与其所代表子网的映射关系；DUR（k）：
，事件t或子网代表q的执行时间。
4.基于HTPN的口岸通关流程建模
通常，口岸通关业务流程按照运输方式、进出口方向可以分为：
海运进口、海运出口、空运进口、空运出口四种，本文以海运进口为例研究基于HTPN的海运通关流程模型。
海运进口货物的通关流程分析
目前我国海关的通关流程如下：
第1步：
电子申报；
第2步：
集中审单；
第3步：
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；
第4步：
现场通关—接单；
第5步：
海关验核申报人的报关资格，验核通过的，现场接单关员进行接单；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；
第6步：
现场接单关员验核书面单证；
第7步：
现场通关—查验；
第8步：
海关对需要查验的货物实施现场查验；
第9步：
查验结束后，申报人应在《查验记录单》上签名、确认；
第10步：
办理税费征收手续；
第11步：
现场通关—单证放行；
第12步：
口岸海关—实货放行。
基于Petri网的海运通关流程建模
根据海运进口货物实际的通关流程，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。
在Petri网通关流程模型中，库所表示每一个工作单元、活动的状态；托肯表示工作对象；变迁是网络中的控制点，控制工作对象通过，使其从一种活动状态进入另一种活动状态。
通关流程模型的库所有：
P1—单证录入、P2—单证提交完毕、P3—电脑审单完毕、P4—需要专业审单、P5—单证内容有误、P6—无需专业审单、P7—单证内容正确、P8—审单结果已发出、P9—现场审单完毕、P10—需要缴纳税费、P11—税费缴纳完毕、P12—无需缴纳税费、P13—需要查验、P14—查验完毕、P15—查验有误、P16—查验正确、P17—货物允许放行、P18—货物需要销毁。
通关流程模型的变迁有：
T1—电子申报、T2—电脑自动审单、T3—专业审单判别、T4—专业审单判断、T5—退回修改、T6—通知审单结果及等待、T7—现场审单审核、T8—应税判断、T9—缴纳税费、T10—查验判别、T11—查验实施、T12—判别查验是否无误、T13—按规定作出处理、T14—销毁退货、T15—放行。
由于传统的Petri网在表示顺序、并行、选择循环四种结构时，如果流程模型较为复杂，涉及的路由较多时容易混淆，很难快速、清晰地分辨，因此本文选用比较特殊、规律化的符号来表示，参见图1。
图1本文采用的Petri网符号
在此基础上建立了海运进口货物通关流程模型，参见图2。
同时根据Petri网可以建立层次化的模型，对于实际的模型中的查验实施环节进行细化建立子层次模型。
下一层次的模型如图3所示。
其中库所有：
P19—查验确定完毕、P20—查验单和关封到达现场、P21—查验计划制定完毕、P22—货物所在集装箱到达现场。
变迁有：
T16—海关确定查验、T17—查验通知单打印-制作关封、T18—安排查验计划、T19—安排吊箱、T20—收货人通知到现场查验。
这样基于Petri网的海运进口通关流程模型建立完成。
图2基于Petri网的海运进口货物通关流程模型
图3查验实施子层次Petri网模型
5.基于Witness的模型仿真及效率分析
仿真模型建立
模型中各单元的设置
为了表示Petri网模型中库所状态的变化以及变迁的延时功能，通过使用Witness中的Buffer以及Machine来实现，而Petri网中的托肯则对应Witness中的Part来实现。
除此之外还需要对Machine及Buffer进一步设置，以满足Petri网的基本功能，例如并行、异步、汇集等Petri网自身特点的实现。
模型中还包括了Variable和File元素。
Variable是用来保存系统统计或程序计算出的数据，以及一些程序中的临时变量。
而File的主要做用是将仿真中计算得到的有用数据对外输出成记事本或*.dat类型的数据文件，便于浏览和统计有意义的数据。
表1Petri网元素与Witness软件元素的对应关系
元素类型
元素名称
元素含义
Buffer
C1---C22,ED
表示Petri网中的库所
Machine
T1---T20
表示Petri网中的变迁
Part
Source
表示Petri网中的托肯
Variable
Avgtime,Totaltime,Code,X
作为记录数据的变量
File
F1---F15
对外输出的数据文件
模型的建立
根据先前给出的海关进口货物通关流程的Petri网模型，使用Witness建立仿真模型。
元素中具体的参数设置是在各个不同的元素的Detail中进行的。
下面以变迁“应税判断”为例说明。
type:
single
cycletime:
from:
pullfromc9
to:
PERCENT/57,10sourcec1110,c1090
actiononinput:
a（9）=time
actiononoutput:
b（9）=timewritef9source;code,”time”,b（9）-a（9）
以上具体设置的意义为，变迁每次输出一个托肯，延迟时间为一个时间单位并且变迁的输入库所为C9，输出库所为C10和C11。
托肯的输出规则为10%的概率下输入C11，90%的概率下输入C10，最后将此变迁所消耗的时间记录数据文件F9中。
通过对模型的各个元素的设置，便构成了仿真的主要模型。
仿真模型的运行及结果
在仿真模型运行之前需要对变迁与库所的延迟时间进行设置。
其设置的具体参数见表2。
表2变迁与库所的延迟时间参数设置
时间单位
电子申报
电脑自动审单
专业审单判别
专业审单
通知审单结果及等待
小时
等待时间
现场审单审核
退回修改
应税判断
缴纳税费
查验判别
1
72
放行
判断查验是否无误
按规定处理
销毁
海关确定检查
查验通知单打印，并制作官封
72
720
等待
安排查验计划
安排调箱
等待时间
现场查找箱体
通知收货人到现场查验
4
1
3
6
2
1
本模型的仿真属于单流程的仿真，即在整个仿真过程中始终只有一个资源，直到正在进行的仿真流程结束时才会有新的资源进入模型，开始新一论的流程仿真。
在仿真过程中，使用Witness中的File控件将仿真中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。
也就是说，通过仿真可以得出单个资源经过流程的总时间以及所有流程的平均时间。
图4是仿真的输出结果。
图中的Source表示资源编号，“Avgtime”表示从第1个资源到最后一个资源在流程中平均消耗的时间，“Total_time”表示资源在单次流程中所消耗的时间。
通过输出的数据可见单次的海关通关流程所消耗的时间是在一定范围内波动的值，如表3所示输出数据，包括在整个仿真中海运通关流程中最大、最小的时间消耗，以及在流程运行2000次时整个流程平均时间。
经过统计还可得到在整个仿真中各个流程环节使用率，其中专业审单、退回修改、通知审单结果及等待是三个平均占用流程时间比率最高的流程，占用率见表4。
根据仿真得出的数据结果可以基本反映出海运进口货物的通关时间，给出了一个海运进口货物通关的定量模型。
正确的流程模型的建立，为今后通关流程的重组和改进提供了时间依据。
流程模型的仿真也为验证流程重组的效果提供了手段，可以在新的工作流程实施前对流程实施的效果得出比较准确的预测，并可以与现有的流程做出比较。
图4仿真结果输出界面
表3仿真结果数据统计
maxtime
Mintime
avgtime
表4各业务环节平均占用时间比例
专业审单
退回修改
通知审单结果及等待
%
%
%
6.结论
本文研究使用HTPN对海关进口货物通关流程进行建模，并使作业流程模型中包含了时间属性。
基于分层的Petri网模型方法解决了Petri网对复杂系统建模时的组合状态爆炸问题；模型中包含了时间参数，可以根据不同的时间参数分布，对模型进行定量分析。
应用Witness软件对所建立的HTPN模型进行仿真，验证了HTPN模型的正确性，并为现有流程的重组优化提供了评估手段，可以给决策者提供决策依据。
由于工作现场数据采集比较困难，本模型中使用了经验时间参数。
今后的工作需要采集实际工作时间数据，拟合成时间概率分布，使模型中增加随机因素，从而更好地反映实际工作流程。
参考文献：
[1]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..
[2]欧阳星明，田维新，张浩.基于时间Petri网的离散事件仿真方法研究..
[3]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.物流技术.2008年第1期
[4]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.系统仿真学报.2008年第10期
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[8]SeungchulHa,Hyo-WonSuh.AtimedcoloredPetrinetsmodelingfordynamicworkflowinproductdevelopmentprocess.ComputersinIndustry.59（2008）193–209
[9]施雪丽,王未央.基于Petri网的海关业务流程工作流模型设计.计算机与数字工程.2008年第7期
[10]沈岸.基于BPR的海关通关作业优化研究.电子科技大学硕士论文.2007
第一作者简介：
陈秋琳（1984-）,男（汉族）,籍贯：
江苏太仓,学生,硕士,研究方向:
现代工业工程,（,上海市科委能力建设项目资助，项目编号：
0。
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