向小陽 王麗麗

(安徽理工大學(xué) 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院， 安徽 淮南 232001)

快遞配送過程中用到的智能快遞柜，在很大程度上克服了快遞件送達時無人取件、小區(qū)物業(yè)不便代收和快遞件被錯拿等問題，提高了投遞服務(wù)效率。但在實際應(yīng)用過程中，智能快遞柜的自助投放模型還有一些值得完善的地方。

快遞員將快遞件投放到小區(qū)里安裝的智能快遞柜中后，智能終端會發(fā)送一條包含取件密碼的消息至用戶手機端，用戶在快遞柜界面輸入正確的取件密碼即可取走快遞。但是，快遞員將快遞件放入快遞柜中前，通常未經(jīng)用戶同意。用戶如果未注意到快遞到達的通知信息，或者家中無人取件，就可能造成占用快遞柜超時的問題，而用戶取件時也需先支付超時費用。為充分利用智能快遞柜資源，同時避免因超時收費而引發(fā)糾紛，現(xiàn)提出一種基于Petri(佩特里)網(wǎng)帶配置信息的快遞自助投放優(yōu)化方法。

1 關(guān)于Petri網(wǎng)及有關(guān)概念

Petri網(wǎng)是一種既能刻畫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又能描述系統(tǒng)動態(tài)行為的模型，它結(jié)合行為輪廓和配置約束的方法，能夠?qū)υ瓉黼y以滿足用戶需求的業(yè)務(wù)流程模型進行優(yōu)化[1]。文獻[2]介紹了Petri網(wǎng)行為輪廓相關(guān)的定義與性質(zhì)，分析了基于行為輪廓的業(yè)務(wù)流程模型的相似性與一致性。文獻[3]闡釋了與業(yè)務(wù)流程模型配置相關(guān)的概念，提出了一種能夠在配置過程的每個中間步驟驗證過程模型正確性的方法。文獻[4]利用Petri網(wǎng)工具實現(xiàn)了對智能快遞柜自助寄件功能的優(yōu)化。文獻[5]介紹了智能快遞終端系統(tǒng)的各個功能模塊，描述了終端存取系統(tǒng)的實現(xiàn)流程。文獻[6]設(shè)計了一種基于Web的智能快遞柜后臺管理系統(tǒng)，將廣告商、快遞員管理和快遞柜自檢功能模塊集于一體。我們借鑒有關(guān)研究成果，通過分析原模型存在的問題和實際業(yè)務(wù)需求，結(jié)合各變遷之間的弱序關(guān)系與行為輪廓情況，增加帶配置信息的子結(jié)構(gòu)，得到優(yōu)化后的Petri網(wǎng)模型。

(1) 流程模型。設(shè)六元組的網(wǎng)P=(A，ai，a0，C，F(xiàn)，T)為一個流程模型。其中：A是非空的活動節(jié)點集，C是非空的控制節(jié)點集；ai∈A，指起始活動；a0∈A，指結(jié)束活動；F?[(A{a0})∪C]×[(A{ai})∪C]，為流關(guān)系；T:C→{and，or，xor}，是流程模型控制節(jié)點類型的函數(shù)[2]。

(2) 行為輪廓。設(shè)一個網(wǎng)系統(tǒng)(N，M0)。其中：N=(P，T，F(xiàn))；M0是初始標(biāo)識；?(t1，t2)∈(T×T)。滿足如下關(guān)系[2]：

若t1>t2，且t2≯t1，則稱為嚴(yán)格序關(guān)系，記作t1→t2；

若t1≯t2，且t2≯t1，則稱為排他序關(guān)系，記作t1+t2；

若t1>t2，且t2>t1，則稱為交叉序關(guān)系，記作t1‖t2；

若t1≯t2，且t2>t1，則稱為嚴(yán)格逆序關(guān)系，記作t1→-1t2。

將以上幾種關(guān)系構(gòu)成網(wǎng)N的行為輪廓，記為BP={→，→-1，+，‖}。

(3) 配置。設(shè)N=(P，T，F(xiàn))是一個工作流網(wǎng)，CN∈T→{allow，hide，block}是網(wǎng)N的一個配置。定義[3]：

(4) 配置網(wǎng)絡(luò)。設(shè)N=(P，T，F(xiàn))是一個工作流網(wǎng)，c是網(wǎng)N的一個配置。配置網(wǎng)絡(luò)Nc(Pc，Tc，F(xiàn)c)，滿足如下條件[3]：

Tc=[T(Bc∪Hc)]∪{τt|t∈Hc}；

Fc=(F∩[(P∪Tc)×(P∪Tc)])∪{(p，τt)|(p，t)∈F∧t∈Hc}∪{(τt，p)|

(t，p)∈F∧t∈Hc}；

Pc=(P∩∪(x，y)∈Fc{x，y})∪{PI，PO}。

2 快遞自助投放模型的優(yōu)化

2.1 業(yè)務(wù)流程的配置

引入配置的概念，能有效解決許多業(yè)務(wù)流程模型中含有約束條件的問題。通過對原模型變遷設(shè)置{allow，hide，block}中的一個值，得到含有這些配置信息的Petri網(wǎng)，就是對初始模型行為的一種約束。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，設(shè)置允許、隱藏和阻塞的配置信息，實現(xiàn)對模型的優(yōu)化。其中，hide表示一旦觸發(fā)到含有該配置信息的變遷時就會直接跳過，而且不影響執(zhí)行流程的后續(xù)變遷；block表示流程模型禁止執(zhí)行含有該配置信息的變遷，如果沒有其他路徑可替換，那么流程的后續(xù)變遷也不再執(zhí)行；allow表示變遷既不是隱藏的，也不是阻塞的，這樣的配置變遷不受任何約束條件的影響。

2.2 問題描述與優(yōu)化方法

常用的智能快遞柜自助投放流程如圖1所示。整個Petri網(wǎng)模型可以看成是由快遞公司、區(qū)域快遞服務(wù)中心和用戶3個部分組成的。各部分有著不同的活動變遷，但存在相互影響的行為關(guān)系。例如變遷t10(取件)的發(fā)生，依賴于t2(快件發(fā)出通知)、t6(派件通知)和t9(快件到達通知)的發(fā)生。

圖1 智能快遞柜自助投放的Petri網(wǎng)模型

在圖1所示模型中，如果t5(派件)沒有征求用戶意見，直接將快遞件投放快遞柜中，然后由智能終端向用戶發(fā)送取件通知，此時用戶若身處異地且無人代取件，則可能導(dǎo)致超時收費問題。針對這個問題，可以在原模型基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變遷，讓用戶能夠在t5發(fā)生之前自行選擇快遞存放的位置(比如智能快遞柜或者快遞驛站)，然后由區(qū)域快遞服務(wù)中心根據(jù)用戶需求進行精準(zhǔn)派送。

在模型中添加用戶選擇投遞方式的功能后，則需要在用戶端增加一個選擇操作。為了既能滿足用戶的選擇，又不至于因此影響快遞配送效率，我們引入配置的概念。對部分變遷添加{allow，hide，block}配置信息，實現(xiàn)對約束條件的限制。用戶執(zhí)行的選擇操作必須是在區(qū)域快遞服務(wù)中心派件之前完成，并對不需要選擇投放方式的用戶作相應(yīng)的配置處理，以保證整個流程的可達性[1]。

2.3 對模型的優(yōu)化

優(yōu)化后的模型設(shè)計如圖2所示，主要優(yōu)化了3個部分(圖中以虛線框標(biāo)出)。

圖2 帶有配置信息的優(yōu)化模型

第①部分，新增變遷t12(選擇存放地點)、t13(不選擇，默認快遞柜)、t14(選擇快遞驛站)和t15(選擇完畢)，并設(shè)置t12為hide變遷、t14為block變遷。在從快遞公司派件(t1)到區(qū)域快遞服務(wù)中心派件(t5) 的這段時間內(nèi)，增加讓用戶結(jié)合自身需求個性化選擇快遞存放位置的功能。能夠及時取件的用戶并不需要做選擇操作，可以直接跳過hide變遷t12，變遷t14對這類用戶也是阻塞的。對于這類用戶，快遞達到區(qū)域快遞服務(wù)中心時，系統(tǒng)默認智能快遞柜為用戶的意愿。如果用戶家中無人取件，并且不愿意支付可能因存放超時而產(chǎn)生的費用，這類用戶就可以執(zhí)行變遷t12，選擇存放地點為附近的快遞驛站(t14)。選擇完畢后，將選擇信息反饋給區(qū)域快遞服務(wù)中心，快遞員便能按照用戶的意愿進行精準(zhǔn)投遞。

第②部分，新增變遷t7(派送至驛站)和t8(通知用戶快件已到達)，并設(shè)置t7為阻塞變遷。變遷t7和t9(派送至快遞柜)的行為輪廓是排他序關(guān)系，兩個變遷當(dāng)中只能發(fā)生其一。對于能夠及時取件或者選擇存放點為快遞柜的用戶，模型將不會執(zhí)行block變遷t7及其后續(xù)變遷；相反，如果用戶選擇快遞存放點為快遞驛站，模型則會執(zhí)行由t7觸發(fā)的一系列變遷。

第③部分，新增變遷t17至t19，代表用戶到快遞驛站取件的一系列活動。

通過上述改進，用戶能夠自行選擇快遞存放位置，區(qū)域快遞服務(wù)中心獲得用戶的反饋信息后再安排派件，快遞員能夠按用戶的意愿精準(zhǔn)投遞，最后用戶可以到自己認可的相應(yīng)地點取件。這樣的業(yè)務(wù)流程，能夠更好地滿足用戶需求，同時保證快遞配送效率。

3 仿真實驗與路徑分析

3.1 PIPE仿真實驗

利用PIPE工具對優(yōu)化后的模型進行仿真運行。將模型看成由快遞公司、區(qū)域快遞服務(wù)中心和用戶3部分組成，首先為各部分的初始庫分別賦予一個標(biāo)識(token)，代表其后繼變遷處于待激發(fā)狀態(tài)。測試結(jié)果表明，模型能夠順利地按照預(yù)期的變遷路徑執(zhí)行，直到流程結(jié)束，驗證了模型的正確性。再對模型進行狀態(tài)空間分析，結(jié)果顯示優(yōu)化后的智能快遞柜存儲模型是有界和安全的。

3.2 路徑測試

網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)改變與變遷發(fā)生序列的情況，可利用Petri網(wǎng)的可達標(biāo)識圖和路徑來表示[7]。在圖2所示的優(yōu)化模型中存在許多排他關(guān)系和帶有hide、block配置信息的變遷，因為不同需求的用戶需要執(zhí)行不同的變遷，進而會產(chǎn)生不同的路徑。這里選取其中的3條路徑為例，它們的變遷發(fā)生序列如下：

a.t1t2t3t13t15t4t5t6t9t10t11t16t20t21t22t28t29t32

b.t1t2t3t12t14t15t4t5t6t7t8t16t17t18t19

c.t1t2t3t12t13t15t4t5t6t9t10t11t16t20t23t24t27t28t30t31t32

變遷序列a，跳過了hide變遷t12，由系統(tǒng)默認選擇發(fā)生變遷t13(由于t14被阻塞)，即代表用戶同意系統(tǒng)默認的投遞方式(投放于智能快遞柜)，然后由區(qū)域快遞服務(wù)中心派件至快遞柜，最終用戶是到快遞柜處使用輸入密碼的方式取件。序列b，可代表家中無人取件且不愿意支付存放超時費用的一類用戶，他們最終是到快遞驛站取件所執(zhí)行的路徑順序。序列c，發(fā)生了變遷t12，并且用戶主動選擇投放的位置為智能快遞柜，最后使用微信公眾號取件，并且支付了存放超時所產(chǎn)生的費用。上述的變遷序列均是合法序列，進一步驗證了優(yōu)化后流程模型的正確性與可行性。

4 結(jié) 語

智能快遞柜是電子商務(wù)和快遞行業(yè)高速發(fā)展中的新生事物，有關(guān)流程需要逐步完善。基于其當(dāng)前的業(yè)務(wù)流程，建立Petri網(wǎng)模型，以添加相應(yīng)的變遷和配置信息的方式對模型進行優(yōu)化，便能夠解決快遞件超時存放和可能引發(fā)費用糾紛的問題，從而帶給用戶更佳的購物體驗。我們利用PIPE軟件驗證了優(yōu)化后模型的合理性。不過，這次對該業(yè)務(wù)流程模型的優(yōu)化沒有考慮數(shù)據(jù)流的影響，今后還可以結(jié)合數(shù)據(jù)流情況對模型做進一步的優(yōu)化。