基于Petri网的EVCARD共享汽车系统建模优化

罗 杰

（安徽理工大学 力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001）

1 引言

随着信息技术与经济的发展，业务流程模型管理在各个业务领域得到了广泛应用，它不仅能保证企业的正常运行，还能给企业的发展起指导作用.例如降低企业运行成本，增加企业对于环境变化的适应能力，使其更好的发展运行.因此怎样对流程模型进行有效的优化成为国内外关注的研究课题.

目前，国内外许多学者都在行为轮廓以及建模优化方面进行研究.在文献[1]中介绍了Petri网的相关定义和基本原理，并且利用相关的概念定义与基本原理来对实际生活中的系统进行建模，基于Petri网建立的模型，能够准确地分析业务流程的可达性，通过活动间的关系对系统出现不适应的时候进行优化.文献[2]给出了行为轮廓的一些基本概念性质和分析方法.文献[3]介绍了一个利用组合性的方法检测Petri网可达性.文献[4]提出将两个业务流程模型事物的驱动关系合并成一个单一的过程模型，并将该模型进行优化，同时使流程的模型优化要求不仅仅局限在最初的原始模型中，而是能够使活动之间存在间接的交互关系，此分析方法可以被应用于分析技术和过程挖掘中.在文献[5]中对交互规则做了进一步的完善，并且提出了行为轮廓的基本概念.学者Mathias Weidlich对行为轮廓做了进一步研究，并将之运用到业务流程的行为约束中.文献[6]运用Petri网的相关原理对流程进行建模，流程模型能够直观地表现出业务流程的逻辑性和有序性.文献[7]利用X-Petri网对过程模型进行性能分析从而有效化简优化模型.文献[8]提出了一种基于Petri网行为轮廓对业务流程进行挖掘的优化方法.

本文基于Petri网行为轮廓为基础，对当下流行的EVCARD共享汽车系统进行建模优化分析，为了有效地使商家和顾客之间的利益达到最大化.通过结合实际的情况以及结合流程模型之间交互关系，通过在模型中增加库所变迁的方式进行模型优化,从而使双方的权益能得到最大的保障.

本文结构如下，第二部分介绍了Petri网基本概念以及可达性，行为轮廓相关定义；第三部分基于Petri网可达性对共享汽车系统进行建模分析，通过模型的运行发现其中的不适应性并对其进行优化；第四部分对论文进行总结并对未来工作进行展望；最后部分是参考文献.

2 基本概念

定义1（流程模型Petri网） 一个流程模型Petri网是PN=(P,T,F,C)一个四元组，满足以下条件：

（1）P∪T≠ø

（2）P∩T=ø

（3）F⊆（P×T）∪（T×P）

（4）dom(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T:(x,y∈F)}

（5）cod(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T:(x,y)∈F}

可见，网PN=(P,T,F,C)的基本元素集合是P和T,在petri网中，一般分别使用圆圈和方框来表示.

定义2[1]（变迁发生规则）一个四元组PN=(P,T,F,M0)称作Petri网，当且仅当：

（1）N=(P,T,F)为一个网；

（2）M:P→Z*为标识（或状态）函数，M0对于变迁是初始标识；

（3）发生规则：

1）变迁 t∈T 可以发生，当且仅当对∀s∈*t:M(s)≥1，记作 M[t＞；

2）在标识M下使能的变迁t发生后，得到一个新的标识M'（记为M[t＞M'），则有，

定义3[1]（可达性）已知Petri网PN=(P,T;F,M)，如果存在 t∈T，使 M[t＞M'，则称M'为从 M直接可达的.如果存在变迁序列t1,t2,…,tk和标识序列M1,M2,…,Mk使得

则称Mk为从M可达的.从M可达的一切标识的集合记为R(M).约定M∈R(M).

定义4(行为轮廓) 设(N,M0)是一个网，初始标识为M0.对任给的变迁对(t1,t2)∈(T×T)满足下面关系：

(1)若 t1＞t2且 t2≯t1，则称严格序关系，记作 t1→t2；

(2)若 t1≯t2且 t2＞t1，则称严格逆序关系，记作 t1→-1t2；

(3)若 t1≯t2且 t2≯t1，则称排他关系，记作 t1+t2;

(4)若 t1＞t2且 t2＞t1，则称交叉序关系，记作 t1||t2；

将所有关系的集合叫作网系统的行为轮廓，记作BP={→,←-1,||,+}.

3 基于Petri网的EVCARD共享汽车系统建模优化

本节利用Petri网的库所变迁等基本概念来建立EVCARD共享汽车租赁系统的原始流程模型.通过分析该流程模型的运行与结构，然后综合考虑商家与顾客的利益，最后通过增加相关的控制结构对其进行优化，以此来完善共享汽车系统的业务流程.

3.1 EVCARD共享汽车系统流程模型

共享汽车业务流程模型图如图1所示.

图1 共享汽车业务流程的Petri网模型

本节通过一个共享汽车系统实例，阐述并验证了行为轮廓建模的优化性.通过模型的运行我们可以得知活动间的直接关系.在实际的某些活动之间会存在一些间接的交互关系，我们的目的就是分析满足这些间接交互关系的条件，并通过对该模型增加库所或变迁的方式进行模型优化，使其具有适用性和有效性.

本文通过介绍EVCARD共享汽车网上租用流程，介绍并说明了Petri网建模的优化性.在实际生活中，共享汽车活跃在诸多城市，例如：西安作为EVCARD第一个正式入驻西北地区的第一大城市，为环球车享旗下品牌EVCARD打造西北区域城市共享出行模式打下坚实基础.以“文化+”为引领，打造西部企业创新生态圈为主题的EVCARD电动汽车分时租赁项目，通过共享经济模式致力于新能源汽车租赁分时业务开拓，推广绿色出行服务.然而，实际的共享汽车网上租用流程存在诸多不完善的地方.如图1所示为共享汽车使用流程源模型图.

图1给出了共享汽车系统模型的Petri网结构图.其中这个模型组成有四个部分:顾客、物流、支付系统、商家，支付系统和物流作为一个媒介物在顾客和商家之间.在初始状态s0下，顾客下载EVCARD客户端App，t0被引发，用手机号注册一个EVCARD账户，注册成功后点击头像登录账号，接下来完善个人资料，输入个人姓名、驾照号、所在区域、详细邮寄地址，并上传本人清晰驾驶证照片.在图中我们可以看出t1、t2、t3是依次触发，即后一个活动要有发生权，必须上一个活动要被发生，在Petri网中我们将这种关系叫作严格序，记作t1→t2→t3.然后工作人员会在3到5个工作日通过审核，会员卡也会在通过后邮寄过来.若审核不通过，用户应核对信息是否填写错误，重新完善个人资料.

表1 图1变迁符号的含义

值得注意的是，首次租车需要缴纳1000元押金，这里推荐主流的支付宝，微信，银联卡进行押金支付.然后在手机上随意选择网点并预约具体车辆，EVCARD的三种车型中，荣威E50和奇瑞EQ的租金都是0.5元/分钟，每24小时最高180元.之诺1E为1元/分钟，每24小时最高360元.用户根据自己的偏好选择对应的汽车出行，但是一个乘客只能选择一款汽车，这样就出现行为轮廓中的排它关系，记作 t7+t8、t7+t9、t7+t10.最后打开 App 进行“还车”操作，并支付本次租赁费用即可.图1所示模型基本能够实现完整的共享汽车租用流程，但是存在如下一些问题，有的顾客不能按时取车而取消预约可能导致其他顾客无法及时查询到租车信息，这可能影响到其他顾客的出行计划，但是对自己的计划安排却没有造成任何影响；有的顾客不能按时还车，按照自己的计划随意支配时间，使得租车信息无法正常更新；对于行为良好的顾客我们应该给予相应的奖励措施以鼓励其良好行为.

3.2 EVCARD共享汽车租用系统模型优化

针对图1网上系统模型存在的问题，我们利用Petri网的可达性，并通过对该模型增加库所或变迁的方式进行模型优化，使其具有适用性.

图2 共享汽车租用优化业务流程的Petri网模型

优化后的业务流程模型如图2所示，针对图1所出现的问题对模型进行优化设计，主要从顾客信用分这一环节进行优化考虑，即顾客具有初始信用分100分，根据具体的信用分来判断顾客的用车记录，从而保证顾客和商家之间的利益，使他们的利益达到最大化.比如当顾客用车记录恶劣使其信用分低于50分，顾客将无法查询租车信息导致租车失败.这样使得顾客随时谨慎对待租车事件，以保证自身和商家的利益.当顾客信用分不低于50分时可查询租车信息进行预约，若临时取消则信用分减10，这使得顾客合理安排出行，不会出现随意预约随意客合理安排出行，不会出现随意预约随意取消的现象出现.当顾客按时取车时，据其信用分的区间范围对其进行相对应的收费，在图2中我们可以看到信用分越高，收费越便宜，这使得顾客更加会合理租车拥有良好记录以保证自己的利益，在顾客利益得到满足的同时，商家利益同样得到保护.最后在顾客还车时，车辆管理人员检查车辆损坏状况，进行相对应的收费，对车辆保持良好的顾客给予奖励信用分10分，对以后的租车费用进行优惠，以作鼓励.与图一相比，在租车部分我们增加了t7、t11、t12、t13，当顾客拥有较高的信用分时，其利益得到有效的保障；在顾客还车检查车辆部分增加了控制部分t14、t21、t22，就可以使商家以及顾客的利益同时得到有效的保障.通过增加这些控制环节，使得源模型得到有效的优化.

表2 图2变迁符号的含义

4 结束语

本文在EVCARD共享汽车业务流程的基础上进行建模分析，主要利用Petri网的可达性以及对行为轮廓的分析，通过在模型中增加库所变迁的方式进行模型优化，使其具有适用性.该优化部分有效地保障了商家和顾客之间的利益.一方面，顾客通过良好的用车记录获得较高的信用分，可以降低出行费用，保障了顾客的利益；另一方面商家的利益也得到有效的保证，在顾客获得信用分的同时，代表顾客每一次的出行都是按时取车还车并且车辆保持良好状态，这就使得商家不需要花费太多时间金钱去维修出租车辆，这样在最大程度上保障了商家和顾客的利益，从而达到共赢的效果.

但是我们的方法也有一定的局限性，比如对于顾客信用分高的，也可能会出现随意预约随意取消的现象出现，对于信用分低于50分的顾客该如何采取措施使得能够重新获取租车信息的资格，因此这种优化还不是最好的，所以在以后的研究工作中，我们将继续对相关领域的可达性等一系列动态性质进行研究，如研究系统的安全性、活性、死锁等问题，并在此基础上，对优化的模型进行一致性度量分析，提出更为切实可行的优化方案.