基于Petri網(wǎng)的EVCARD共享汽車系統(tǒng)建模優(yōu)化

羅 杰

（安徽理工大學 力學與光電物理學院，安徽 淮南 232001）

1 引言

隨著信息技術與經(jīng)濟的發(fā)展，業(yè)務流程模型管理在各個業(yè)務領域得到了廣泛應用，它不僅能保證企業(yè)的正常運行，還能給企業(yè)的發(fā)展起指導作用.例如降低企業(yè)運行成本，增加企業(yè)對于環(huán)境變化的適應能力，使其更好的發(fā)展運行.因此怎樣對流程模型進行有效的優(yōu)化成為國內(nèi)外關注的研究課題.

目前，國內(nèi)外許多學者都在行為輪廓以及建模優(yōu)化方面進行研究.在文獻[1]中介紹了Petri網(wǎng)的相關定義和基本原理，并且利用相關的概念定義與基本原理來對實際生活中的系統(tǒng)進行建模，基于Petri網(wǎng)建立的模型，能夠準確地分析業(yè)務流程的可達性，通過活動間的關系對系統(tǒng)出現(xiàn)不適應的時候進行優(yōu)化.文獻[2]給出了行為輪廓的一些基本概念性質(zhì)和分析方法.文獻[3]介紹了一個利用組合性的方法檢測Petri網(wǎng)可達性.文獻[4]提出將兩個業(yè)務流程模型事物的驅(qū)動關系合并成一個單一的過程模型，并將該模型進行優(yōu)化，同時使流程的模型優(yōu)化要求不僅僅局限在最初的原始模型中，而是能夠使活動之間存在間接的交互關系，此分析方法可以被應用于分析技術和過程挖掘中.在文獻[5]中對交互規(guī)則做了進一步的完善，并且提出了行為輪廓的基本概念.學者Mathias Weidlich對行為輪廓做了進一步研究，并將之運用到業(yè)務流程的行為約束中.文獻[6]運用Petri網(wǎng)的相關原理對流程進行建模，流程模型能夠直觀地表現(xiàn)出業(yè)務流程的邏輯性和有序性.文獻[7]利用X-Petri網(wǎng)對過程模型進行性能分析從而有效化簡優(yōu)化模型.文獻[8]提出了一種基于Petri網(wǎng)行為輪廓對業(yè)務流程進行挖掘的優(yōu)化方法.

本文基于Petri網(wǎng)行為輪廓為基礎，對當下流行的EVCARD共享汽車系統(tǒng)進行建模優(yōu)化分析，為了有效地使商家和顧客之間的利益達到最大化.通過結合實際的情況以及結合流程模型之間交互關系，通過在模型中增加庫所變遷的方式進行模型優(yōu)化,從而使雙方的權益能得到最大的保障.

本文結構如下，第二部分介紹了Petri網(wǎng)基本概念以及可達性，行為輪廓相關定義；第三部分基于Petri網(wǎng)可達性對共享汽車系統(tǒng)進行建模分析，通過模型的運行發(fā)現(xiàn)其中的不適應性并對其進行優(yōu)化；第四部分對論文進行總結并對未來工作進行展望；最后部分是參考文獻.

2 基本概念

定義1（流程模型Petri網(wǎng)） 一個流程模型Petri網(wǎng)是PN=(P,T,F,C)一個四元組，滿足以下條件：

（1）P∪T≠?

（2）P∩T=?

（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}

可見，網(wǎng)PN=(P,T,F,C)的基本元素集合是P和T,在petri網(wǎng)中，一般分別使用圓圈和方框來表示.

定義2[1]（變遷發(fā)生規(guī)則）一個四元組PN=(P,T,F,M0)稱作Petri網(wǎng)，當且僅當：

（1）N=(P,T,F)為一個網(wǎng)；

（2）M:P→Z*為標識（或狀態(tài)）函數(shù)，M0對于變遷是初始標識；

（3）發(fā)生規(guī)則：

1）變遷 t∈T 可以發(fā)生，當且僅當對?s∈*t:M(s)≥1，記作 M[t＞；

2）在標識M下使能的變遷t發(fā)生后，得到一個新的標識M'（記為M[t＞M'），則有，

定義3[1]（可達性）已知Petri網(wǎng)PN=(P,T;F,M)，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和標識序列M1,M2,…,Mk使得

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).約定M∈R(M).

定義4(行為輪廓) 設(N,M0)是一個網(wǎng)，初始標識為M0.對任給的變遷對(t1,t2)∈(T×T)滿足下面關系：

(1)若 t1＞t2且 t2≯t1，則稱嚴格序關系，記作 t1→t2；

(2)若 t1≯t2且 t2＞t1，則稱嚴格逆序關系，記作 t1→-1t2；

(3)若 t1≯t2且 t2≯t1，則稱排他關系，記作 t1+t2;

(4)若 t1＞t2且 t2＞t1，則稱交叉序關系，記作 t1||t2；

將所有關系的集合叫作網(wǎng)系統(tǒng)的行為輪廓，記作BP={→,←-1,||,+}.

3 基于Petri網(wǎng)的EVCARD共享汽車系統(tǒng)建模優(yōu)化

本節(jié)利用Petri網(wǎng)的庫所變遷等基本概念來建立EVCARD共享汽車租賃系統(tǒng)的原始流程模型.通過分析該流程模型的運行與結構，然后綜合考慮商家與顧客的利益，最后通過增加相關的控制結構對其進行優(yōu)化，以此來完善共享汽車系統(tǒng)的業(yè)務流程.

3.1 EVCARD共享汽車系統(tǒng)流程模型

共享汽車業(yè)務流程模型圖如圖1所示.

圖1 共享汽車業(yè)務流程的Petri網(wǎng)模型

本節(jié)通過一個共享汽車系統(tǒng)實例，闡述并驗證了行為輪廓建模的優(yōu)化性.通過模型的運行我們可以得知活動間的直接關系.在實際的某些活動之間會存在一些間接的交互關系，我們的目的就是分析滿足這些間接交互關系的條件，并通過對該模型增加庫所或變遷的方式進行模型優(yōu)化，使其具有適用性和有效性.

本文通過介紹EVCARD共享汽車網(wǎng)上租用流程，介紹并說明了Petri網(wǎng)建模的優(yōu)化性.在實際生活中，共享汽車活躍在諸多城市，例如：西安作為EVCARD第一個正式入駐西北地區(qū)的第一大城市，為環(huán)球車享旗下品牌EVCARD打造西北區(qū)域城市共享出行模式打下堅實基礎.以“文化+”為引領，打造西部企業(yè)創(chuàng)新生態(tài)圈為主題的EVCARD電動汽車分時租賃項目，通過共享經(jīng)濟模式致力于新能源汽車租賃分時業(yè)務開拓，推廣綠色出行服務.然而，實際的共享汽車網(wǎng)上租用流程存在諸多不完善的地方.如圖1所示為共享汽車使用流程源模型圖.

圖1給出了共享汽車系統(tǒng)模型的Petri網(wǎng)結構圖.其中這個模型組成有四個部分:顧客、物流、支付系統(tǒng)、商家，支付系統(tǒng)和物流作為一個媒介物在顧客和商家之間.在初始狀態(tài)s0下，顧客下載EVCARD客戶端App，t0被引發(fā)，用手機號注冊一個EVCARD賬戶，注冊成功后點擊頭像登錄賬號，接下來完善個人資料，輸入個人姓名、駕照號、所在區(qū)域、詳細郵寄地址，并上傳本人清晰駕駛證照片.在圖中我們可以看出t1、t2、t3是依次觸發(fā)，即后一個活動要有發(fā)生權，必須上一個活動要被發(fā)生，在Petri網(wǎng)中我們將這種關系叫作嚴格序，記作t1→t2→t3.然后工作人員會在3到5個工作日通過審核，會員卡也會在通過后郵寄過來.若審核不通過，用戶應核對信息是否填寫錯誤，重新完善個人資料.

表1 圖1變遷符號的含義

值得注意的是，首次租車需要繳納1000元押金，這里推薦主流的支付寶，微信，銀聯(lián)卡進行押金支付.然后在手機上隨意選擇網(wǎng)點并預約具體車輛，EVCARD的三種車型中，榮威E50和奇瑞EQ的租金都是0.5元/分鐘，每24小時最高180元.之諾1E為1元/分鐘，每24小時最高360元.用戶根據(jù)自己的偏好選擇對應的汽車出行，但是一個乘客只能選擇一款汽車，這樣就出現(xiàn)行為輪廓中的排它關系，記作 t7+t8、t7+t9、t7+t10.最后打開 App 進行“還車”操作，并支付本次租賃費用即可.圖1所示模型基本能夠?qū)崿F(xiàn)完整的共享汽車租用流程，但是存在如下一些問題，有的顧客不能按時取車而取消預約可能導致其他顧客無法及時查詢到租車信息，這可能影響到其他顧客的出行計劃，但是對自己的計劃安排卻沒有造成任何影響；有的顧客不能按時還車，按照自己的計劃隨意支配時間，使得租車信息無法正常更新；對于行為良好的顧客我們應該給予相應的獎勵措施以鼓勵其良好行為.

3.2 EVCARD共享汽車租用系統(tǒng)模型優(yōu)化

針對圖1網(wǎng)上系統(tǒng)模型存在的問題，我們利用Petri網(wǎng)的可達性，并通過對該模型增加庫所或變遷的方式進行模型優(yōu)化，使其具有適用性.

圖2 共享汽車租用優(yōu)化業(yè)務流程的Petri網(wǎng)模型

優(yōu)化后的業(yè)務流程模型如圖2所示，針對圖1所出現(xiàn)的問題對模型進行優(yōu)化設計，主要從顧客信用分這一環(huán)節(jié)進行優(yōu)化考慮，即顧客具有初始信用分100分，根據(jù)具體的信用分來判斷顧客的用車記錄，從而保證顧客和商家之間的利益，使他們的利益達到最大化.比如當顧客用車記錄惡劣使其信用分低于50分，顧客將無法查詢租車信息導致租車失敗.這樣使得顧客隨時謹慎對待租車事件，以保證自身和商家的利益.當顧客信用分不低于50分時可查詢租車信息進行預約，若臨時取消則信用分減10，這使得顧客合理安排出行，不會出現(xiàn)隨意預約隨意客合理安排出行，不會出現(xiàn)隨意預約隨意取消的現(xiàn)象出現(xiàn).當顧客按時取車時，據(jù)其信用分的區(qū)間范圍對其進行相對應的收費，在圖2中我們可以看到信用分越高，收費越便宜，這使得顧客更加會合理租車擁有良好記錄以保證自己的利益，在顧客利益得到滿足的同時，商家利益同樣得到保護.最后在顧客還車時，車輛管理人員檢查車輛損壞狀況，進行相對應的收費，對車輛保持良好的顧客給予獎勵信用分10分，對以后的租車費用進行優(yōu)惠，以作鼓勵.與圖一相比，在租車部分我們增加了t7、t11、t12、t13，當顧客擁有較高的信用分時，其利益得到有效的保障；在顧客還車檢查車輛部分增加了控制部分t14、t21、t22，就可以使商家以及顧客的利益同時得到有效的保障.通過增加這些控制環(huán)節(jié)，使得源模型得到有效的優(yōu)化.

表2 圖2變遷符號的含義

4 結束語

本文在EVCARD共享汽車業(yè)務流程的基礎上進行建模分析，主要利用Petri網(wǎng)的可達性以及對行為輪廓的分析，通過在模型中增加庫所變遷的方式進行模型優(yōu)化，使其具有適用性.該優(yōu)化部分有效地保障了商家和顧客之間的利益.一方面，顧客通過良好的用車記錄獲得較高的信用分，可以降低出行費用，保障了顧客的利益；另一方面商家的利益也得到有效的保證，在顧客獲得信用分的同時，代表顧客每一次的出行都是按時取車還車并且車輛保持良好狀態(tài)，這就使得商家不需要花費太多時間金錢去維修出租車輛，這樣在最大程度上保障了商家和顧客的利益，從而達到共贏的效果.

但是我們的方法也有一定的局限性，比如對于顧客信用分高的，也可能會出現(xiàn)隨意預約隨意取消的現(xiàn)象出現(xiàn)，對于信用分低于50分的顧客該如何采取措施使得能夠重新獲取租車信息的資格，因此這種優(yōu)化還不是最好的，所以在以后的研究工作中，我們將繼續(xù)對相關領域的可達性等一系列動態(tài)性質(zhì)進行研究，如研究系統(tǒng)的安全性、活性、死鎖等問題，并在此基礎上，對優(yōu)化的模型進行一致性度量分析，提出更為切實可行的優(yōu)化方案.