基于Petri 網智能快遞柜系統優化

盧雅楠，盧克峰

（安徽理工大學 計算機科學與工程學院，安徽 淮南 232001）

電子商務的繁榮發展使得網絡購物走進人們的日常生活，這給快遞業帶來發展機遇的同時也使快遞業面臨一些挑戰，如快遞收發量激增.傳統的直接配送，存在著“人等人”的現象，這是由于快遞員與收件員的時間存在著不一致性.為了解決這個問題，越來越多的快遞公司選擇智能快遞柜配送.智能快遞柜系統的設計與優化具有著重大意義.

Petri 網是一種圖形化的建模工具，得益于豐富的理論成果、分析技術和工具，可以更好地分析、優化智能快遞柜系統［1］.文獻［2］中介紹了“集中交付點”（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［3］通過研究現代物流配送模式并結合先進的信息技術，提出基于智慧城鄉的城鎮物流配送模式；文獻［4］通過應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量配置方案，解決由于格口數量不合適而產生的柜組資源緊缺或閑置的情況；文獻［5］構建一個擁有門對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［6］介紹了基于機器視覺的智能快遞柜取件系統，該系統支持智能檢測快遞柜內物品以及自動識別快遞單號；文獻［7］介紹了基于Smart210 的智能快遞柜終端系統，實現了自助取件與寄件.而目前為止，利用Petri 網對快遞柜模型進行優化的相關研究較少.筆者結合Petri 網和系統行為分析技術，對源快遞柜模型進行優化.以合理的自由選擇網為基礎，從過程行為角度建模，結合Petri 網直觀的圖形表示、豐富的系統描述方法和系統行為分析技術，對源模型進行優化.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 模擬軟件證明了優化后的流程模型的合理性及優越性.

1 基本概念

定義1（流程模型）設為一個六元組的流程模型，且滿足以下條件：

（1）A 為一個非空的活動變遷節點集，C 為控制流節點集，A 和C 不相交；

（2）ai∈A 為一個最初的活動變遷，∈A 為一個最終的活動變遷；

（4）T：C →{and，or，xor}流程模型控制流的類型［8］.

定義2（變遷發生規則）一個四元組PN=（P，T，F，M0）稱作Petri 網，當且僅當：

（1）N=（S，T；F）為一個網.

（2）M：P →Z 為標識（或狀態）函數，M0對于變遷是初始標識.

（3）發生規則：

1）變遷t ∈T 可以發生，當且僅當對 ，記作M［t＞；

2）在標識下使能的變遷t 發生后，得到一個新的標識M" （記為M［t＞M"），則有：

定義3（可達性）已知Petri 網PN=（P，T，F，C），如果存在t ∈T，使M［t＞M"，則稱M"為從M直接可達的.如果存在變遷序列t1，t2，…tk標識序列M1，M2，…，Mk，使得M［t1＞M1［t2＞M2，…，Mk-1［tk＞Mk，，則稱Mk為從M 可達的.從M 可達的一切標識的集合記為R（M）［8］.

2 寄件模型的優化分析

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，當用戶在快遞服務中心注冊后，可以使用智能快遞柜系統進行取件，并且快遞柜支持多種方式取件，如可以讓同學代取件.但在寄件時，只能在快遞服務中心進行寄件.針對寄件柜無法自助寄件的問題，通過增加控制結構及控制節點優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：當用戶與快遞服務中心的距離近時，用戶可在快遞服務中心進行寄件，這種方式用戶可以更快地寄出快遞；當用戶距離快遞服務中心較遠時，用戶可以在快遞柜自助寄件，等待快遞服務中心工作人員集中收件處理，然后派發給快遞公司（見圖2）.優化后的快遞柜系統允許用戶在距離服務網點較遠時或者服務網點下班時間段進行自助寄件操作，給用戶帶來方便的同時也緩解了快遞服務中心的寄件壓力.

圖2 優化后的快遞柜模型

3 PIPE 仿真軟件的模擬運行

Petri 網是一種建模工具，它可以很好地分析系統的可達性、可逆性、可覆蓋性、有界性及安全性. Petri 網對異步并發系統的有力描述，使其已成為具有廣泛應用前景的建模工具［9］.Petri 網理論和應用的蓬勃發展，推動著與Petri 網相關的計算機輔助工具的開發.國外的組織已研制出一些相關方面的工具和軟件包，如荷蘭埃因霍芬理工大學的數學與計算科學學院信息系統組開發的ExSpect 軟件，它適用于業務流程建模、生產鏈建模、用例建模等.在國內，支持Petri 網的軟件工具開發起步相對較晚，開發的工具較少且功能有限［10］.由倫敦大學計算機學院開發的Platform Independent Petri Net Editor（PIPE）是其基于Java開發的，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 網的運行.

圖3 優化后流程模型的PIPE 模擬運行圖

在源流程模型中用戶只能在快遞服務中心進行寄件.考慮到寄件行為的合理性和Petri 網的運行規則，通過增加相關的活動節點和控制結構的方式對源快遞柜流程模型進行優化.得到的優化后的模型綜合考慮了各種情況，可以結合各種寄件方式進行寄件，提升用戶體驗.優化后的寄件模型PIPE 模擬運行圖見圖3.從圖3 中可以看出，優化后的快遞柜系統實現了快遞柜自助寄件. PIPE 的模擬運行結果可以得出，優化后的模型是合理的Petri 網.

4 結論

筆者基于Petri 網提出了智能快遞柜流程模型一種優化模型.它以一個寄取件的流程實例作為輸入，并結合寄件的實際行為發現源模型中不合理的環節，通過增加相關的控制結構及活動變遷對源模型中不合理的環節進行了優化.該優化模型打破了寄件方式單一這個缺點，很好地提升了用戶體驗.最后通過PIPE 軟件對優化后的模型進行了模擬，證明了該優化模型在實踐中的合理性和適用性.本文在研究中僅對模型的控制流部分進行了優化，并未考慮到數據流的影響.因此，未來可以結合數據流對模型進行研究分析，以取得更好的優化模型.