物流的主要活动主要包括运输、库存管理、订单处理、仓储、配送和生产等方面的活动。物流自动化是指物流作业过程的设备和设施自动化，包括运输、装卸、包装物流自动化、分拣、识别等作业过程，比如，自动识别系统、自动检测系统、自动分拣系统、自动存取系统、自动跟踪系统等。物流自动化的设施包括条码自动识别系统、自动导向车系统（AGVS）、货物自动跟踪系统（如GPS）等。可见，物流涉及的领域之广，其复杂度也非常之高，随着科技的迅速发展，现代物流已经以各种形式渗透于社会的方方面面，面对庞大而复杂的系统，我们需要更加规范的体系运营和研究物流。

作为第三利润源泉的物流，目前世界上已经有专门研究各种前沿物流技术的人员，我国人口多，物流成本占经济的比重大，约占GDP的18%^【14】，相比于发达国家的物流发展速度，尚有差距。一方面，这是由我国的企业的特点决定的，企业对物流的重视程度不够，没有意识到物流这块冰山下隐藏的巨大经济效益；另一方面，我国的小微企业众多，资源分散，各个企业的物流发展水平除少数有实力的大型企业外，物流现状基本上处于比较落后的阶段，包括物流自动化设施的缺乏，物流人才技术及管理人才的缺乏，很大程度上限制了企业的发展。因此，高度重视物流的建设，物流自动化水平的提升对提升企业竞争力、企业在国际竞争当中的地位有极其重要的作用。

物流系统是一个复杂的系统，也是一个典型的离散事件系统。随着社会的发展，物流系统正在变得越来越复杂，而实际的物流系统投入建成成本之高，风险大对于企业来说并不是好的选择。因此，我们在研究物流系统时，选取建模的方式对物流系统进行一个前期的模拟，为企业作出合适的大型方案决策提供有效的参考。由于物流系统的关联性渐强，建模是工程领域应用于投资巨大风险高的系统的一种辅助决策的方法，先在模型上检验可以大大降低风险，因此建模仿真成为了研究系统的主要手段，并大量应用于航空工业，制造业，流通企业等各个方面。

由于物流系统的庞大复杂性，涉及的物流、信息流之多而广，普通的建模方法无法完全合适地应用到物流系统的建模上。现有的各种建模方法更多地适用于静态系统的描述，而Petri网的性质决定了它在复杂动态建模领域不可忽视的地位。Petri网是一种图形化的形式语言，是动态的离散系统建模的绝佳工具。此外，Petri网可以将复杂的系统进行分层次分析，例如一个典型的制造系统可分为：托盘类、工件类、加工机器类、AGV类，一个自动化立体仓库可分为：高架立库区、堆垛机自动存储区、出入库作业输送系统、AGV小车运送系统、出入库退库台；Petri网尤其适合动态系统建模，能够清晰地表达业务流程，相比于其他静态建模工具更合适，并且它还具有丰富的语言，在处理并发、异步、分布式系统时尤为有利。对物流系统来说，物流系统的运输、仓储等各个方面都是典型的离散性性过程，处理并发、异步等的能力又决定了它在处理物流系统的不确定性和随机性问题的重要优势，由于Petri网还拥有对行为状态进行分析的能力，对物流系统状态的可达性死锁等方面非常直观形象。总的来说，其直观的图形化的语言表达能够形象地展示物流系统的运行过程，其强大的数学分析能力对物流系统的子网研究十分合适，使整个物流过程畅通无阻，达到降低物流成本的目的。考虑到简单的Petri网在应用的系统过于庞大时，会出现模型过于复杂的问题，也就是“系统爆炸”，在后来发展的高级Petri网模型包括赋时Petri网、着色Petri网、其他高级Petri网正好解决了这个问题，目前，应用最广泛的当属着色 Petri网，着色Petri网与普通Petri网的理论基础是相同的，主要体现在通过着色标定复杂系统中类型相异的资源，将库所与颜色集绑定，颜色表示任意数据，简化了系统，丰富了Petri网的建模能力。因此，着色Petri网对于物流系统的建模是再合适不过的工具。 2.国内外研究现状

国内方面，针对物流系统和Petri网的研究国内外的研究现状大致如下：生产系统方面，朱华炳^【12】等人对生产物流子系统用赋时着色Petri网从产品的制造工艺、生产物流层次分别进行了研究。出入库系统方面，王伟^【6】等人利用Petri网建立了出入库的子模型；刘建^【5】等人用另一种建模工具eM-plant进行了电表自动化检定线的AGV模型。立体仓库部分的研究方面，刘雨婷^【2】等学者开始用改进的Petri网对自动化立体仓库出库系统建模优化了系统流程；王田宝^【9】等人利用着色Petri网建立了RGV小车和堆垛机模块的AS/RS系统模型，使模块化的框架更完整，上述研究的缺陷在于只研究了物流系统的一部分，多加设备可能导致爆炸式的模型，因此还有待发掘研究。分拣系统方面，张涵跃^【7】等人利用Petri网对某物流集散中心邮件内部处理流程进行了优化；吴颖颖^【8】等人对随机订单拣选模式的系统复杂、并发、同步性用Petri网解决了状态爆炸的问题；刘同娟^【1】等对不同的分拣策略进行了flexsim仿真，找出了影响效率的关键因素。信息系统方面，刘卫东^【10】等人利用Petri网方法建立了松散耦合的分布式信息系统。配送系统方面，耿丽梅^【11】等人对物流配送中心进货、存储、流通加工、分拣、出货用赋时Petri网进行了建模分析；王燕^【4】等人从配送中心数据流处理的角度用神经网络识别的方式对系统进行建模，对系统可行性和效率进行了分析。此外，刘伟荣^【3】等人利用时间Petri网理论对冷链物流过程建模研究了其运作效率。

国外方面，M. Rafael da Silva et al^【14】使用随机有色Petri网的IEC 61850场景中的网络攻击建模，L. Niu et al^【15】对基于有色Petri网的并发多协商协议进行了建模，

S. Jebbor et al^【16】做了KANBAN和Petri Net对随机药物供应链的管理和控制研究，总的来说，国外对Petri网的研究更侧重于整体研究，对子系统的研究文献并不多。

从以上国内外研究现状可以看出，Petri网是一个十分出色的建模工具，尤其是着色Petri网，被频繁应用于各个大大小小的系统的建模分析中。基于我国对于物流的研究上多数还处于研究大型系统某一部分的状态，为了更进一步地对物流系统进行研究，本文决定采用着色Petri网对实际的物流系统进行建模并分析。着色Petri网能够对物流系统进行分层次分解，能够将一个复杂的系统从整体到局部进行分析通过层次结构处理大型复杂系统，通过颜色集去掉系统中多余的结构，简化并优化系统，基于大型物流系统的复杂性、庞大性、层次性，着色Petri网非常适合应用于大型复杂物流系统的建模。同时，CPN TOOLS是一个优秀的仿真工具，利用该工具能够方便地建立可执行的图形化层次化模型，通过模型的运行直观地找出系统中还存在的问题，通过修改参数或其他方式形象地建立物流系统业务流的整个过程。因此，本文提出基于着色Petri网的物流自动化系统建模仿真分析，以一个实际的复杂物流系统的角度，通过建模，利用仿真工具CPN TOOLS进行仿真分析，全面研究系统运作情况，提升系统效率。

2. 研究的基本内容与方案

3.1 研究思路

由于物流系统的复杂性，一般理论难以处理所有复杂的物流系统，而物流系统的制定和管理上缺乏科学分析与优化，出现流程不均衡，物流系统整体不协调的现象，从而会增加管理成本、物料和人工成本，并且导致生产效率低下。针对我国大部分企业的物流现状，我们应该根据变幻莫测的市场需求鼓励企业引进先进的物流管理技术及物流技术手段，让物流系统不完善不合理的地方得到重视和解决。由于仿真弥补了大多数理论难以解决的难题，因此，本文决定在一般Petri网的基础上，为了弥补处理复杂模型其不足，利用着色Petri网，利用其在建模上直观、形象描述系统结构的优势，利用其客观、精确地分析数学模型的特点，对实际的物流系统进行建模分析，同时利用仿真工具检验模型的不足。

3.2 本文的主要研究内容及目标