基于Petri 网智能快递柜系统优化

卢雅楠，卢克峰

（安徽理工大学 计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001）

电子商务的繁荣发展使得网络购物走进人们的日常生活，这给快递业带来发展机遇的同时也使快递业面临一些挑战，如快递收发量激增.传统的直接配送，存在着“人等人”的现象，这是由于快递员与收件员的时间存在着不一致性.为了解决这个问题，越来越多的快递公司选择智能快递柜配送.智能快递柜系统的设计与优化具有着重大意义.

Petri 网是一种图形化的建模工具，得益于丰富的理论成果、分析技术和工具，可以更好地分析、优化智能快递柜系统［1］.文献［2］中介绍了“集中交付点”（Collection and Delivery Point，CDP）模式以及无人值守式CDP 来解决快递的派件及取件问题；文献［3］通过研究现代物流配送模式并结合先进的信息技术，提出基于智慧城乡的城镇物流配送模式；文献［4］通过应用粒子群算法与禁忌搜索算法来获得快递柜格口的最佳数量配置方案，解决由于格口数量不合适而产生的柜组资源紧缺或闲置的情况；文献［5］构建一个拥有门对门和快递柜双配送模式的模型来解决用户的收件问题；文献［6］介绍了基于机器视觉的智能快递柜取件系统，该系统支持智能检测快递柜内物品以及自动识别快递单号；文献［7］介绍了基于Smart210 的智能快递柜终端系统，实现了自助取件与寄件.而目前为止，利用Petri 网对快递柜模型进行优化的相关研究较少.笔者结合Petri 网和系统行为分析技术，对源快递柜模型进行优化.以合理的自由选择网为基础，从过程行为角度建模，结合Petri 网直观的图形表示、丰富的系统描述方法和系统行为分析技术，对源模型进行优化.解决了源模型中无法在智能快递柜自助寄件的问题并通过PIPE 模拟软件证明了优化后的流程模型的合理性及优越性.

1 基本概念

定义1（流程模型）设为一个六元组的流程模型，且满足以下条件：

（1）A 为一个非空的活动变迁节点集，C 为控制流节点集，A 和C 不相交；

（2）ai∈A 为一个最初的活动变迁，∈A 为一个最终的活动变迁；

（4）T：C →{and，or，xor}流程模型控制流的类型［8］.

定义2（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=（S，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 ，记作M［t＞；

2）在标识下使能的变迁t 发生后，得到一个新的标识M" （记为M［t＞M"），则有：

定义3（可达性）已知Petri 网PN=（P，T，F，C），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标识序列M1，M2，…，Mk，使得M［t1＞M1［t2＞M2，…，Mk-1［tk＞Mk，，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）［8］.

2 寄件模型的优化分析

智能快递柜是集快递员派件、包裹暂存、用户自提服务与一体的智能终端.图1 是某校的快递柜流程模型，从图1 可以看出，当用户在快递服务中心注册后，可以使用智能快递柜系统进行取件，并且快递柜支持多种方式取件，如可以让同学代取件.但在寄件时，只能在快递服务中心进行寄件.针对寄件柜无法自助寄件的问题，通过增加控制结构及控制节点优化了源模型使得快递柜不仅可以方便用户自取，也可以自助寄件，见图2.

图1 快递柜源模型

用户在寄件方式上有了两种选择：当用户与快递服务中心的距离近时，用户可在快递服务中心进行寄件，这种方式用户可以更快地寄出快递；当用户距离快递服务中心较远时，用户可以在快递柜自助寄件，等待快递服务中心工作人员集中收件处理，然后派发给快递公司（见图2）.优化后的快递柜系统允许用户在距离服务网点较远时或者服务网点下班时间段进行自助寄件操作，给用户带来方便的同时也缓解了快递服务中心的寄件压力.

图2 优化后的快递柜模型

3 PIPE 仿真软件的模拟运行

Petri 网是一种建模工具，它可以很好地分析系统的可达性、可逆性、可覆盖性、有界性及安全性. Petri 网对异步并发系统的有力描述，使其已成为具有广泛应用前景的建模工具［9］.Petri 网理论和应用的蓬勃发展，推动着与Petri 网相关的计算机辅助工具的开发.国外的组织已研制出一些相关方面的工具和软件包，如荷兰埃因霍芬理工大学的数学与计算科学学院信息系统组开发的ExSpect 软件，它适用于业务流程建模、生产链建模、用例建模等.在国内，支持Petri 网的软件工具开发起步相对较晚，开发的工具较少且功能有限［10］.由伦敦大学计算机学院开发的Platform Independent Petri Net Editor（PIPE）是其基于Java开发的，它的用户界面易于理解且操作方式较简单，可以很好地模拟Petri 网的运行.

图3 优化后流程模型的PIPE 模拟运行图

在源流程模型中用户只能在快递服务中心进行寄件.考虑到寄件行为的合理性和Petri 网的运行规则，通过增加相关的活动节点和控制结构的方式对源快递柜流程模型进行优化.得到的优化后的模型综合考虑了各种情况，可以结合各种寄件方式进行寄件，提升用户体验.优化后的寄件模型PIPE 模拟运行图见图3.从图3 中可以看出，优化后的快递柜系统实现了快递柜自助寄件. PIPE 的模拟运行结果可以得出，优化后的模型是合理的Petri 网.

4 结论

笔者基于Petri 网提出了智能快递柜流程模型一种优化模型.它以一个寄取件的流程实例作为输入，并结合寄件的实际行为发现源模型中不合理的环节，通过增加相关的控制结构及活动变迁对源模型中不合理的环节进行了优化.该优化模型打破了寄件方式单一这个缺点，很好地提升了用户体验.最后通过PIPE 软件对优化后的模型进行了模拟，证明了该优化模型在实践中的合理性和适用性.本文在研究中仅对模型的控制流部分进行了优化，并未考虑到数据流的影响.因此，未来可以结合数据流对模型进行研究分析，以取得更好的优化模型.