基于Petri 網(wǎng)智能快遞柜系統(tǒng)優(yōu)化

盧雅楠，盧克峰

（安徽理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

電子商務(wù)的繁榮發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)購物走進(jìn)人們的日常生活，這給快遞業(yè)帶來發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)也使快遞業(yè)面臨一些挑戰(zhàn)，如快遞收發(fā)量激增.傳統(tǒng)的直接配送，存在著“人等人”的現(xiàn)象，這是由于快遞員與收件員的時(shí)間存在著不一致性.為了解決這個(gè)問題，越來越多的快遞公司選擇智能快遞柜配送.智能快遞柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有著重大意義.

Petri 網(wǎng)是一種圖形化的建模工具，得益于豐富的理論成果、分析技術(shù)和工具，可以更好地分析、優(yōu)化智能快遞柜系統(tǒng)［1］.文獻(xiàn)［2］中介紹了“集中交付點(diǎn)”（Collection and Delivery Point，CDP）模式以及無人值守式CDP 來解決快遞的派件及取件問題；文獻(xiàn)［3］通過研究現(xiàn)代物流配送模式并結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)，提出基于智慧城鄉(xiāng)的城鎮(zhèn)物流配送模式；文獻(xiàn)［4］通過應(yīng)用粒子群算法與禁忌搜索算法來獲得快遞柜格口的最佳數(shù)量配置方案，解決由于格口數(shù)量不合適而產(chǎn)生的柜組資源緊缺或閑置的情況；文獻(xiàn)［5］構(gòu)建一個(gè)擁有門對(duì)門和快遞柜雙配送模式的模型來解決用戶的收件問題；文獻(xiàn)［6］介紹了基于機(jī)器視覺的智能快遞柜取件系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持智能檢測快遞柜內(nèi)物品以及自動(dòng)識(shí)別快遞單號(hào)；文獻(xiàn)［7］介紹了基于Smart210 的智能快遞柜終端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自助取件與寄件.而目前為止，利用Petri 網(wǎng)對(duì)快遞柜模型進(jìn)行優(yōu)化的相關(guān)研究較少.筆者結(jié)合Petri 網(wǎng)和系統(tǒng)行為分析技術(shù)，對(duì)源快遞柜模型進(jìn)行優(yōu)化.以合理的自由選擇網(wǎng)為基礎(chǔ)，從過程行為角度建模，結(jié)合Petri 網(wǎng)直觀的圖形表示、豐富的系統(tǒng)描述方法和系統(tǒng)行為分析技術(shù)，對(duì)源模型進(jìn)行優(yōu)化.解決了源模型中無法在智能快遞柜自助寄件的問題并通過PIPE 模擬軟件證明了優(yōu)化后的流程模型的合理性及優(yōu)越性.

1 基本概念

定義1（流程模型）設(shè)為一個(gè)六元組的流程模型，且滿足以下條件：

（1）A 為一個(gè)非空的活動(dòng)變遷節(jié)點(diǎn)集，C 為控制流節(jié)點(diǎn)集，A 和C 不相交；

（2）ai∈A 為一個(gè)最初的活動(dòng)變遷，∈A 為一個(gè)最終的活動(dòng)變遷；

（4）T：C →{and，or，xor}流程模型控制流的類型［8］.

定義2（變遷發(fā)生規(guī)則）一個(gè)四元組PN=（P，T，F(xiàn)，M0）稱作Petri 網(wǎng)，當(dāng)且僅當(dāng)：

（1）N=（S，T；F）為一個(gè)網(wǎng).

（2）M：P →Z 為標(biāo)識(shí)（或狀態(tài)）函數(shù)，M0對(duì)于變遷是初始標(biāo)識(shí).

（3）發(fā)生規(guī)則：

1）變遷t ∈T 可以發(fā)生，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì) ，記作M［t＞；

2）在標(biāo)識(shí)下使能的變遷t 發(fā)生后，得到一個(gè)新的標(biāo)識(shí)M" （記為M［t＞M"），則有：

定義3（可達(dá)性）已知Petri 網(wǎng)PN=（P，T，F(xiàn)，C），如果存在t ∈T，使M［t＞M"，則稱M"為從M直接可達(dá)的.如果存在變遷序列t1，t2，…tk標(biāo)識(shí)序列M1，M2，…，Mk，使得M［t1＞M1［t2＞M2，…，Mk-1［tk＞Mk，，則稱Mk為從M 可達(dá)的.從M 可達(dá)的一切標(biāo)識(shí)的集合記為R（M）［8］.

2 寄件模型的優(yōu)化分析

智能快遞柜是集快遞員派件、包裹暫存、用戶自提服務(wù)與一體的智能終端.圖1 是某校的快遞柜流程模型，從圖1 可以看出，當(dāng)用戶在快遞服務(wù)中心注冊后，可以使用智能快遞柜系統(tǒng)進(jìn)行取件，并且快遞柜支持多種方式取件，如可以讓同學(xué)代取件.但在寄件時(shí)，只能在快遞服務(wù)中心進(jìn)行寄件.針對(duì)寄件柜無法自助寄件的問題，通過增加控制結(jié)構(gòu)及控制節(jié)點(diǎn)優(yōu)化了源模型使得快遞柜不僅可以方便用戶自取，也可以自助寄件，見圖2.

圖1 快遞柜源模型

用戶在寄件方式上有了兩種選擇：當(dāng)用戶與快遞服務(wù)中心的距離近時(shí)，用戶可在快遞服務(wù)中心進(jìn)行寄件，這種方式用戶可以更快地寄出快遞；當(dāng)用戶距離快遞服務(wù)中心較遠(yuǎn)時(shí)，用戶可以在快遞柜自助寄件，等待快遞服務(wù)中心工作人員集中收件處理，然后派發(fā)給快遞公司（見圖2）.優(yōu)化后的快遞柜系統(tǒng)允許用戶在距離服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)或者服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)下班時(shí)間段進(jìn)行自助寄件操作，給用戶帶來方便的同時(shí)也緩解了快遞服務(wù)中心的寄件壓力.

圖2 優(yōu)化后的快遞柜模型

3 PIPE 仿真軟件的模擬運(yùn)行

Petri 網(wǎng)是一種建模工具，它可以很好地分析系統(tǒng)的可達(dá)性、可逆性、可覆蓋性、有界性及安全性. Petri 網(wǎng)對(duì)異步并發(fā)系統(tǒng)的有力描述，使其已成為具有廣泛應(yīng)用前景的建模工具［9］.Petri 網(wǎng)理論和應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)著與Petri 網(wǎng)相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助工具的開發(fā).國外的組織已研制出一些相關(guān)方面的工具和軟件包，如荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院信息系統(tǒng)組開發(fā)的ExSpect 軟件，它適用于業(yè)務(wù)流程建模、生產(chǎn)鏈建模、用例建模等.在國內(nèi)，支持Petri 網(wǎng)的軟件工具開發(fā)起步相對(duì)較晚，開發(fā)的工具較少且功能有限［10］.由倫敦大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院開發(fā)的Platform Independent Petri Net Editor（PIPE）是其基于Java開發(fā)的，它的用戶界面易于理解且操作方式較簡單，可以很好地模擬Petri 網(wǎng)的運(yùn)行.

圖3 優(yōu)化后流程模型的PIPE 模擬運(yùn)行圖

在源流程模型中用戶只能在快遞服務(wù)中心進(jìn)行寄件.考慮到寄件行為的合理性和Petri 網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)則，通過增加相關(guān)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和控制結(jié)構(gòu)的方式對(duì)源快遞柜流程模型進(jìn)行優(yōu)化.得到的優(yōu)化后的模型綜合考慮了各種情況，可以結(jié)合各種寄件方式進(jìn)行寄件，提升用戶體驗(yàn).優(yōu)化后的寄件模型PIPE 模擬運(yùn)行圖見圖3.從圖3 中可以看出，優(yōu)化后的快遞柜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快遞柜自助寄件. PIPE 的模擬運(yùn)行結(jié)果可以得出，優(yōu)化后的模型是合理的Petri 網(wǎng).

4 結(jié)論

筆者基于Petri 網(wǎng)提出了智能快遞柜流程模型一種優(yōu)化模型.它以一個(gè)寄取件的流程實(shí)例作為輸入，并結(jié)合寄件的實(shí)際行為發(fā)現(xiàn)源模型中不合理的環(huán)節(jié)，通過增加相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)及活動(dòng)變遷對(duì)源模型中不合理的環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化.該優(yōu)化模型打破了寄件方式單一這個(gè)缺點(diǎn)，很好地提升了用戶體驗(yàn).最后通過PIPE 軟件對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行了模擬，證明了該優(yōu)化模型在實(shí)踐中的合理性和適用性.本文在研究中僅對(duì)模型的控制流部分進(jìn)行了優(yōu)化，并未考慮到數(shù)據(jù)流的影響.因此，未來可以結(jié)合數(shù)據(jù)流對(duì)模型進(jìn)行研究分析，以取得更好的優(yōu)化模型.