基于Petri網(wǎng)的電商平臺(tái)快遞配送服務(wù)的模型優(yōu)化

侯麗俠，劉祥偉

(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)

0 引言

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，電子商務(wù)逐漸融入了人們的生活，極大程度地突破了時(shí)間和空間的限制。人們可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)來(lái)挑選自己所需要的東西，大大提高了效率。生產(chǎn)者和消費(fèi)者可以直接通過(guò)平臺(tái)達(dá)成買賣協(xié)議，使得消費(fèi)者能以更低的價(jià)格買到心儀的物品。無(wú)論是傳統(tǒng)的貿(mào)易形式還是現(xiàn)代的電子商務(wù)，都離不開(kāi)物流行業(yè)的支持。在電子商務(wù)交易過(guò)程中，人們通過(guò)網(wǎng)上交易，完成了商品所有權(quán)的交割過(guò)程，最終還是要通過(guò)物流才能實(shí)現(xiàn)貨物的送達(dá)、驗(yàn)收、售后服務(wù)以及技術(shù)支持，從而實(shí)現(xiàn)商品的實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)移，使整個(gè)交易活動(dòng)結(jié)束。物流行業(yè)服務(wù)的好壞在很大程度上影響了電子商務(wù)平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)同發(fā)展，提高快遞的配送效率已經(jīng)成為電子商務(wù)平臺(tái)管理工作的重要環(huán)節(jié)。目前，信息系統(tǒng)建模工具有很多，綜合比較，認(rèn)為Petri網(wǎng)是完全從過(guò)程的角度出發(fā)為復(fù)雜系統(tǒng)的描述與分析而設(shè)計(jì)的一種有效模型工具[1]。它能有效地刻畫模型中的順序、并發(fā)、沖突以及同步關(guān)系。

目前，很多學(xué)者對(duì)模型優(yōu)化做了一些相關(guān)工作。例如，文獻(xiàn)[2]中介紹了有關(guān)Petri網(wǎng)的基本概念，便于后期的建模分析。文獻(xiàn)[3]以一個(gè)實(shí)例說(shuō)明Petri網(wǎng)在工作流模型中的有效應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]提出了一套圖形化簡(jiǎn)規(guī)則，并證明了該規(guī)則的有效性和完整性。文獻(xiàn)[5]利用Petri網(wǎng)的相關(guān)知識(shí)對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸路徑的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)品行業(yè)更加安全有效的管理，使人們?cè)谌粘Ｉ钪心軌蚋玫厝ケ苊庖恍┎话踩娘L(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[6]分析了目前京東物流管理面臨的問(wèn)題以及如何加強(qiáng)管理。不僅僅是物流網(wǎng)絡(luò)的布局與配送這些硬件措施，還包括了人文情懷、售后服務(wù)以及人員的配置，更加注重與第三方平臺(tái)的合作，并為其他自營(yíng)物流服務(wù)提供借鑒和參考?；谶@些研究，本文提出了基于Petri網(wǎng)的電商平臺(tái)快遞配送服務(wù)的優(yōu)化模型，該模型提出了一種幸福址的概念，優(yōu)化了配送服務(wù)。傳統(tǒng)的配送模式只針對(duì)單用戶單址，本研究在傳統(tǒng)模式的基礎(chǔ)了增加相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)“多用戶”“多址”的模式。傳統(tǒng)模式中用戶通過(guò)某一平臺(tái)下單后，該商品只能對(duì)特定的收件人進(jìn)行配送服務(wù)；本文在對(duì)原有的模型進(jìn)行優(yōu)化之后，“多用戶”“多址”即用戶可以綁定親友的信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)商品配送的管理。

1 基本概念

首先給出與本文中模型密切相關(guān)的一些概念。

定義1[1](流程模型) 設(shè)一個(gè)六元組

PM=(A，G，F(xiàn)，s，e，t)是一個(gè)流程模型：

1)A為一組有限非空活動(dòng)集；

2)G為一組有限網(wǎng)關(guān)集；

3)A∩G=?并且N=A∪G為結(jié)點(diǎn)集；

4)s∈A為開(kāi)始活動(dòng)；

5)e∈A為終止活動(dòng)；

6)F?(N{e}×N{e})為流關(guān)系，從而(N，F(xiàn)∪{(e，s)})為一個(gè)強(qiáng)連通圖；

7)t：G{and，xor，or}連接每一個(gè)網(wǎng)關(guān)類型。

定義2[5](變遷發(fā)生規(guī)則)

1)變 遷t∈T具 有 發(fā) 生 權(quán)當(dāng) 且 僅 當(dāng) 對(duì)?p∈t：M(p)≥1，記作M[t>;

2)在標(biāo)識(shí)M下能使得變遷t經(jīng)發(fā)生后，得到一個(gè)新的標(biāo)識(shí)M′記作

M[t>M′，則有：

定義3[1](行為輪廓) 設(shè)(N，M0)是一個(gè)Petri網(wǎng)，初始標(biāo)識(shí)為M0，對(duì)任意給定的變遷(t1，t2)∈(T×T)，滿足下列關(guān)系：

1)若t1?t2且t2?/t1，則稱t1和t2為嚴(yán)格序關(guān)系，記為t1→t2；

2)若t2?t1且t1?/t2，則稱t1和t2為嚴(yán)格逆序關(guān)系，記為t1→-1t2；

3)若t1?/t2且t2?/t1，則稱t1和t2為排他序關(guān)系，記為t1+t2；

4)若t1?t2且t2?t1，則稱t1和t2為交叉序關(guān)系，記為t1‖t2；

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

2 基于Petri網(wǎng)的建模優(yōu)化

2.1 問(wèn)題的描述

電子商務(wù)物流是平臺(tái)與用戶之間的“橋梁”，消費(fèi)者作為電商經(jīng)濟(jì)的重要參與者，多元化的物流配送服務(wù)機(jī)制與高水平的物流配送服務(wù)體驗(yàn)，對(duì)電子商務(wù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了不同程度的影響。目前，電子商務(wù)物流存在的問(wèn)題：用戶A及用戶B(親情關(guān)系)在網(wǎng)上購(gòu)物時(shí)，收貨地址都是一致的，但是唯獨(dú)收件人和聯(lián)系電話不一致。用戶A和用戶B會(huì)遇到以下問(wèn)題：兩者的快遞經(jīng)同一快遞員配送，兩者的商品會(huì)一起送達(dá)?？爝f員要給不同的用戶發(fā)消息通知取件，但是發(fā)的信息有先后順序，會(huì)造成用戶A和用戶B拿到快遞的延遲；若用戶A剛剛?cè)】爝f返回，此時(shí)用戶B才接到快遞員的電話，不僅造成了快遞員的麻煩，還給用戶增加了不好的購(gòu)物體驗(yàn)。如圖1所示，描述了正常網(wǎng)購(gòu)收貨Petri網(wǎng)模型圖，其中有9個(gè)重要組成部分：登錄、購(gòu)買商品、結(jié)算、提交訂單、付款、等待收貨、快遞派送、通知取件、取件。

由圖1可知，用戶首先打開(kāi)購(gòu)物APP，登錄成功后，用戶挑選心儀的商品，選擇好心儀的商品加入購(gòu)物車或者直接購(gòu)買，結(jié)算，然后提交該訂單，成功付款之后就可以等待商品抵達(dá)。這一流程對(duì)應(yīng)著圖中的t0t1t2t4t5t6t15t13(由于t2和t3是排他關(guān)系，記為t2+t3，以t2為例)，它們之間為嚴(yán)格序關(guān)系，記為t0→t1→t2→t4→t5→t6→t15→t13。付款之后還會(huì)觸發(fā)事件，即商品的配送，即t7和t13是并發(fā)關(guān)系，記為t7‖t13，商品寄出點(diǎn)通知相應(yīng)的收件員進(jìn)行攬收，到達(dá)目的地之后再分配快遞員進(jìn)行配送服務(wù)，快遞員給用戶發(fā)送取件通知，用戶取件之后，這一完整的網(wǎng)購(gòu)配送服務(wù)就此結(jié)束。在此流程圖中，快遞員僅僅是對(duì)單一的用戶進(jìn)行派送，不僅服務(wù)效率低而且耗時(shí)。

2.2 模型優(yōu)化

現(xiàn)代電子商務(wù)物流配送體系的優(yōu)化將圍繞消費(fèi)者的需求展開(kāi)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，建立科學(xué)的電子商務(wù)物流配送體系，從而滿足電子商務(wù)背景下消費(fèi)者不斷提高的物流配送需求，促進(jìn)電子商務(wù)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展[7-9]。從消費(fèi)者的角度，解決2.1節(jié)的電子商務(wù)平臺(tái)物流所面臨的問(wèn)題，對(duì)圖1的模型優(yōu)化，本文提出了親情址的優(yōu)化方案，即用戶在購(gòu)物時(shí)，通過(guò)添加親情址信息與購(gòu)買的商品進(jìn)行信息的連接。當(dāng)用戶購(gòu)物時(shí)，登錄到結(jié)算這部分的流程并沒(méi)有發(fā)生改變，優(yōu)化的即為用戶在結(jié)算之后選擇的是親情址還是非親情址，選擇到親情址時(shí)會(huì)觸發(fā)t1或t29的發(fā)生，由于t1與t29是排他關(guān)系，不能同時(shí)發(fā)生，記為t1+t29。在用戶沒(méi)有創(chuàng)建親情址時(shí)，會(huì)觸發(fā)t1的發(fā)生，進(jìn)而用戶可以創(chuàng)建親情址信息。可以通過(guò)兩種方式邀請(qǐng)親友加入：1)直接搜索親友的用戶名；2)分享邀請(qǐng)二維碼，其中t3和t4也是排他關(guān)系，記為t3+t4，用戶只能通過(guò)一種方式邀請(qǐng)他人，親友加入之后，用戶只需要添加親友的收貨姓名及聯(lián)系電話以及共同的收貨地址即可。然后平臺(tái)自動(dòng)生成一個(gè)二維碼，這其中包含了用戶親情址的信息。t7和t30是嚴(yán)格序關(guān)系，記為t7→t30，當(dāng)用戶的二維碼(t7)生成之后即可進(jìn)行親情址二維碼的信息(t30)的添加。接下來(lái)用戶像平常一樣只需要提交訂單，等待物流平臺(tái)的配送即可。在圖1中，區(qū)快遞中心直接分配快遞員對(duì)某一用戶商品進(jìn)行配送，在圖2中快遞中心首先要通過(guò)掃描快遞二維碼信息看是否含有親情址，若有親情址，再分揀出其他含有相應(yīng)的親情址快遞，統(tǒng)一分配給快遞員進(jìn)行派送。這樣不僅可以節(jié)省快遞員的時(shí)間，提高了快遞的收發(fā)率，而且大大方便了用戶。與傳統(tǒng)的物流平臺(tái)配送服務(wù)相比，考慮消費(fèi)者的需求，平臺(tái)更加的合理化、親民化，給物流服務(wù)增添了多元化的信息。

圖1 電商網(wǎng)購(gòu)配送服務(wù)原模型

圖2 電商網(wǎng)購(gòu)配送服務(wù)優(yōu)化模型

3 仿真實(shí)驗(yàn)與路徑分析

傳統(tǒng)的流程挖掘工具為實(shí)現(xiàn)自定義算法提供了有限的支持。此外，商業(yè)和開(kāi)源過(guò)程挖掘工具通常只能通過(guò)圖形用戶界面訪問(wèn)，這阻礙了在大規(guī)模實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的使用。PM4Py，旨在彌合這一差距，提供與最先進(jìn)的數(shù)據(jù)科學(xué)庫(kù)的集成。PM4Py 是由弗勞恩霍夫應(yīng)用信息技術(shù)研究所(FIT)開(kāi)發(fā)的軟件產(chǎn)品。特別是，PM4Py由 Fraunhofer FIT 的工藝采礦小組開(kāi)發(fā)。PM4Py不僅能向公眾提供最新的過(guò)程挖掘算法，而且它還支持學(xué)術(shù)界與工業(yè)界之間的合作。

為了更清晰地表示優(yōu)化后模型各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，本文首先使用了PM4Py將優(yōu)化后的流程模型進(jìn)行可視化為Petri網(wǎng)，接著再將Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換為流程樹(shù)。流程樹(shù)可以很好地展示各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的seq、xor以及and關(guān)系(如圖3所示)。

圖3 運(yùn)用PM4py優(yōu)化模型的流程樹(shù)

為了驗(yàn)證優(yōu)化流程模型的合理性，本文利用PIPE(Petri網(wǎng)分析軟件)軟件對(duì)優(yōu)化的模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，首先畫出優(yōu)化流程模型所對(duì)應(yīng)的Petri網(wǎng)(如圖4所示)，然后再分析其狀態(tài)空間，雙擊“State Space Analysis”，然后點(diǎn)擊“Analysis”按鈕，得到如圖5所示的狀態(tài)圖。分析結(jié)果表明，優(yōu)化后的電商平臺(tái)快遞配送服務(wù)流程模型是有界的、安全的；即優(yōu)化的流程模型對(duì)電商平臺(tái)快遞配送服務(wù)的改善是合理的、可行的。

圖4 仿真模型圖

圖5 PIPE軟件對(duì)模型仿真分析結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段的物流服務(wù)已實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效配送，當(dāng)商品即將派送時(shí)，服務(wù)效率反而下降，為了進(jìn)一步減少快遞員的任務(wù)量，提高配送效率，采用了幸福址的概念，在原有的流程模型中加入了創(chuàng)建幸福址的控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信息與商品的連接，快遞中心也可獲取相應(yīng)的幸福址信息，進(jìn)一步分類，把具有相同幸福址的分出來(lái)，節(jié)省了快遞員的配送時(shí)間，從而提高了快遞員的每日配送量。通過(guò)PIPE仿真實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的模型是有界的、安全的、無(wú)死鎖的。