摘 要

在国家政策支持、市场需求的物流行业降本增效发展趋势中，黄石新港新港以公铁水多式联运示范工程项目为发展中心，以中转港为发展定位，提出了实现“亿吨大港”的目标。机遇与挑战并存，在现有吞吐能力的配备下，货源的巨大需求、港口吞吐量目标的设定也对港内联运作业效率提出了更高的要求。集装箱铁水联运作为示范工程的重要内容，以作业周期为指标研究其在港内业务流程的优化具有重要意义。

首先梳理铁水联运基本系统与黄石新港的具体情况，对进口、出口两种流程分环节剖析流程内容，分主观、客观两种确定业务流程效率影响因素，从港口信息化、组织结构等五个方面确定黄石新港业务流程的薄弱环节。其次选用Petri网模型对港口流程进行逻辑建模，运用关联矩阵法检验模型正确性，再基于ESIA优化理论、结合先进技术应用对港口业务流程提出优化建议，最后建立优化后的业务流程与Petri网模型并进行检验；利用Arena仿真软件对优化前后的业务流程进行仿真建模，以平均周期为指标对比优化前后业务流程，确定优化效果。优化效果表明：优化建议能有效减少流程的平均周期，提高铁水联运集装箱在港口的作业效率。

关键词：集装箱；铁水联运；流程优化；Petri网；仿真

Abstract

In the trend of national policy support and market demand, the new port of Huangshi Newport takes the model project of the multi-modal transport of road, rail and water as the development center, and takes transit harbour as th development orientation, and puts forward the goal of realizing the "Million tons throughput". The opportunity and challenge coexist, with the existing capacity of capacity, the demand of the source of goods and the setting of the target of the port throughput have raised a higher requirement for the efficiency of terminal intermodal operation. As an important content of the demonstration project, the container rail-water intermodal transport is an important part of the demonstration project, and it is of great significance to study the optimization of the business process in the port with the operation cycle as the index.

First of all, this paper combs the basic system of rail-water intermodal transport and the specific situation of Huangshi Newport，analyzes the process content in the two processes of import and export, and determines the influencing factors of business process efficiency in subjective and objective ways. In the aspects of port informatization，organizational structure and other three aspects ，the pater determines the weak links of Huangshi Newport business process. Secondly, Petri Net model is selected to model the port process logically, and the Relational Matrix Analysis is used to test the correctness of the model. Then, based on the ESIA optimization theory and the application of advanced technology, the optimization suggestions of port business process are put forward. Finally, the optimized business process and Petri Net model are established and tested. Using Arena simulation software models the business processes before and after optimization, and compares the business processes before and after optimization with the average cycle as the index, and determines the optimization effect. The optimization results show that the optimization proposal can effectively reduce the average cycle of the process and improve the operation efficiency of rail-water intermodal containers in the port.

Key words: Container；Rail-water intermodal transport；Process optimization；Petri Net；Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的与意义 1

1.3 研究现状 1

1.3.1 港口集装箱铁水联运业务流程优化研究现状 2

1.3.2 业务流程优化研究现状 3

1.4 研究内容与技术路线 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2 技术路线 5

第2章 集装箱铁水联运系统与黄石新港现状分析 6

2.1 铁水联运系统 6

2.1.1 集装箱运输基本要素 6

2.1.2 铁水联运主要参与方 7

2.1.3 铁水联运组织方式 8

2.2 黄石新港港口简介 9

2.2.1 港口运营与规划 9

2.2.2 港口生产能力 10

2.3 黄石新港集装箱铁水联运业务流程分析 11

2.3.1 进口业务流程分析 12

2.3.2 出口业务流程分析 19

2.4 集装箱铁水联运业务流程影响因素分析 29

2.4.1 集装箱铁水联运工作的目标 29

2.4.2 铁水联运工作的影响因素分析 29

2.4.3 薄弱环节分析 30

第3章 业务流程建模与优化分析 32

3.1 业务流程建模与优化思路 32

3.1.1 业务流程建模与优化步骤 32

3.1.2 港口业务流程性质分析 32

3.2 Petri网介绍 33

3.2.1 建模方法的选用 33

3.2.2 Petri网基本原理 33

3.2.3 Petri网建模假设 35

3.3 Petri网建模 36

3.3.1 进口作业流程 36

3.3.2 进港后出口作业流程 39

3.4 模型正确性分析 42

3.4.1 结构性能分析方法 42

3.4.2 分析过程 43

3.5 业务流程优化方法 45

3.5.1 基于ESIA的业务流程优化 45

3.5.2 基于先进技术应用的流程优化 49

3.6 优化后的业务流程建模 49

3.6.1 综合优化后的业务流程及Petri网模型 49

3.6.2 综合优化后的Petri模型正确性分析 54

第4章 黄石新港集装箱铁水联运作业流程仿真分析 57

4.1 Arena软件 57

4.1.1 仿真工具的选择 57

4.1.2 Arena建模模块介绍 57

4.2 Petri网与Arena的映射规则 58

4.2.1 元素映射 58

4.2.2 逻辑关系映射 58

4.2.3 Arena流程要素的参数确定 59

4.3 建立仿真模型 64

4.3.1 建立优化前后的仿真模型 64

4.3.2 模型运行结果分析 67

4.4 业务流程优化方案评价 71

4.4.1 基于供应端利益 71

4.4.2 基于可行性 71

第5章 总结与展望 72

5.1总结 72

5.2 不足与展望 72

参考文献 74

致谢 76

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着我国物流行业降本增效、完善综合运输体系建设需求的不断增加，集约高效、环境友好的综合运输形态成为我国物流运输的主要发展模式。铁水联运作为我国多式联运体系的重要组成部分，在远距离、大批量货物运输中具有突出优势，发展意义重大。

近年来，国家密集出台政策以支持集装箱铁水联运发展，交通运输部《关于推进供给侧结构性改革　促进物流业“降本增效”的若干意见》等文件对铁水联运不断提出发展要求^[1]。其中，铁水联运示范工程项目的规划建设成果颇丰，2016-2018年间，交通运输部等先后批准三批共70个多式联运示范工程项目。其中，黄石新港于2017年11月以铁水公空多式联运示范项目成功入选。

面对新的发展机遇，黄石新港提出建设成以中西部地区集装箱中转枢纽口岸为目标的多式联运示范港区，推动城市转型发展，全面提升黄石在长江中游城市群及长江经济带的地位的发展规划^[2]。围绕多式联运体系建设的政策发布与规划施工逐步推进，港区多式联运建设现已基本实现公铁水无缝衔接，应该注意，黄石新港业务转型目标的实现与实现程度，都同效率的提升息息相关，在实现转型的关键时期，如何有效提升港口集装箱铁水联运整体作业效率成为黄石新港急需思考的问题。

1.2 研究目的与意义

集装箱铁水联运业务流程的优化可以提升港口的竞争力，业务执行加快、服务质量提升、更加简洁且更规范的业务流程的实现，可以提高港口整体绩效，保障港口的平稳运营。国内港口的铁水联运经营起步较晚，重复作业、业务流程不统一、多部门间协调困难等问题普遍存在，针对此类问题的研究多集中于局部作业的优化，面向具体港口整体业务流程的优化研究则较为稀少。

本文研究应用较为前瞻性的仿真模拟方法，结合定性分析与定量分析，为黄石新港铁水联运的业务流程优化设计过程提出建议，助力黄石新港从单一喂给港成功转型为大型的多式联运中转枢纽港；为其他港口铁水联运的流程优化增加借鉴和启示，加快湖北“一核四枢纽”多式联运体系的建设实现，以此推进联通国内、国际主要经济区域的物流通道建设，响应共建丝绸之路经济带的国家发展号召。

1.3 研究现状

本文将对港口集装箱铁水联运业务流程优化研究现状、业务流程优化研究现状分别综述。

1.3.1 港口集装箱铁水联运业务流程优化研究现状

1）国外研究现状

美国、加拿大、欧盟等发达国家或地区在铁水联运的发展建设方面已相当成熟，港口基础设施设备完善，铁路港口之间标准统一，且已实现信息系统互联，港口作业呈高效化、智能化。近年来国外对于铁水联运的研究不多，主要针对整体系统或铁路方面。

Jason（2017）在《多式联运与物流发展的制度挑战》中阐述区域地理、制度对多式联运发展的影响，具体介绍了多式联运场站的研究内容^[3]。

Yan Y等（2013）从不同方面深入分析了集装箱铁水联运系统，基于集装箱铁水联运的运输标准构建了物流服务框架，提出了集装箱铁水联运的现代物流模式^[4]。

Pérez-Lespier L(2013)使用系统动力学的方法为多式联运系统建模，解析了供应链的干扰因素对系统效率的作用方式，并以此提出提高多式联运系统绩效的决策方法^[5]。

Antognoli M等（2018）基于离散事件仿真模型与序贯算法的应用对经营铁水联运的铁路货运站的关键性能指标进行了量化^[6]。

2）国内研究现状

（1）铁水联运业务流程理论

港口集装箱铁水联运业务流程理论方面，国内研究偏向多式联运与铁路集装箱运输方向，针对性的铁水联运的研究成果较少。

陈心德、姚红光、李程在《集装箱运输与国际多式联运管理》阐述了多式联运管理理论，包括集装箱运输特点与多式联运组织形式、集装箱运输节点管理与国际多式联运等相关内容^[7]。

苏顺虎在《中国铁路集装箱运输发展研究与实践》对我国集装箱办理站布局进行研究，介绍了我国当时的集装箱班列运输组织情况，并针对存在问题提出我国集装箱多式联运发展对策，分析我国铁路信息化建设的现状，探讨了信息化建设的发展方向^[8]。

李金龙在《国际多式联运理论与实务》中对口岸管理内容、多式联运经营人业务及物流节点具体业务流程进行了具体介绍^[9]。

刘丽艳在《集装箱运输与多式联运》中阐述集装箱与多式联运的基本概念、集装箱运输系统、集装箱码头布局与营运管理、进出口货运作业程序与多式联运货运业务程序^[10]。

（2）铁水联运业务流程优化

港口集装箱铁水联运的业务流程优化内容方面，现有成果多集中于铁路集装箱办理站业务流程、铁水衔接、港口布局理、资源调度等方面的优化，偏向局部优化研究，对港口整体的集装箱铁水联运业务流程的优化研究较少；业务流程优化方法方面，主要可以分为建模方法、流程优化理论两种。

张吉广（2001）等提出应用BPR对港口集装箱运输管理进行再造的探讨，提出组织结构再造、信息化技术改进集装箱作业流程和集装箱生产作业流程再造^[11]。

廖树梁（2010）基于一体化组织理念对铁路集装箱办理业务流程进行了作业流程再造，提供了具有较强适用性的改进流程方案^[12]。

张述能（2013）对港站集装箱进出口货运业务及单证进行分析并找出存在问题，结合ESIA流程优化方法和业务流程再造理论对其进行了优化，提出港内作业实行“统一对外窗口”管理模式的构思^[13]。

何林（2014）结合业务流程再造理论，运用MAS建模方法在AnyLogic软件上实现了港口集装箱铁水联运业务流程的仿真优化^[14]。

潘常虹（2015）研究分析了集装箱多式联运业务流系统的流程及建模方法，并建立集装箱多式联运业务流程的Petri网模型，在ExSpect环境下实现了仿真研究，最后基于RFID的信息系统技术对系统进行了优化^[15]。

现有研究对集装箱多式联运业务流程的优化应用了多种流程优化理论与建模方法，但将业务流程优化理论与科学建模方法、仿真软件结合面向港口集装箱铁水联运业务流程进行的优化研究较少。本文结合文献资料与黄石新港现况资料，在剖析黄石新港集装箱铁水联运业务流程的基础上，利用Petri网建模、关联矩阵法验证模型正确性，分析现有流程的薄弱环节，基于ESIA优化方法与先进技术应用给出优化建议，最后在Arena环境下进行仿真评价。

1.3.2 业务流程优化研究现状

广义来看，流程优化可以分为业务重组与业务改进。两者可近似对应到两种优化理论——业务流程重组（Business Process Re-engineering，BPR）与业务流程优化（Business Process Improvement，BPI）。具体来讲，BPR强调对现有流程进行根本性地再思考和彻底的再设计^[16]，BPI则强调对现有流程进行梳理、改进和完善。

国内外现有的流程优化方法和工具有很多。利贵津（2016）将以往成熟可靠的业务流程优化方法进行了分类，分为流程描述类、数学演算类和流程模型类三种^[17]。流程描述类的业务流程优化方法，将重点放在实施调研、标准步骤建立上，如流程图法、EPC时间流程分链、标杆瞄准法、价值链分析法、ESIA法及IDEF描述建模方法等。数学演算类方法主要是建立最优数学模型或评价优化效果，例如六西格玛管理思想、DSM设计结构矩阵、π-演算等。

流程模型类在业务流程优化过程中，具有客观、动态、可视化等优势，例如随机Petri网与分层彩色Petri网、BPN流程优化技术、MAS理论等建模方法，Petri网模型常用的仿真软件有Expect、Arena、em-Plant、WITNESS、Flexsim、Pliant Simulation等，MAS理论则可用Analysis、JADE等软件。

三类优化方法均有广泛的应用和成熟的研究，流程描述类方法采用定性研究方案具有应用难度小、准入门槛低等特点，但也会造成主观性较强，实验过程长和成本较高等情况，成本计算类和模型仿真类方法更强调数据的利用，优化结果更具说服力和可靠性，但优化模型的合理性需要进一步验证。

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

本文在阅读大量文献的基础上，对铁水联运各参与方具体业务和港口铁水联运作业内容初步掌握，基于此结合黄石新港的现况资料，剖析了黄石新港的业务流程。根据理论特性与本问题性质，选取Petri网建模、关联矩阵法验证模型，从整体业务流程等五个方面定性分析黄石新港业务流程的薄弱环节，基于ESIA与先进技术应用提出优化建议，最后使用Arena软件仿真建模输出分析报告，以平均周期为指标进行优化效果评价。