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《南京师范大学》 2011年
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立体仓库时空数据模型的构建与应用研究

王靖  
【摘要】:物流业是国民经济的重要组成部分,作为国民经济发展的动脉和基础产业,物流业的发展程度已成为衡量一个国家现代化程度和综合国力的重要标志。仓储是物流链上最重要的环节之一,仓储系统的运作效率和成本直接影响了整个物流的效率和成本。随着经济的发展,社会对仓储的需求日趋高水平化和多样化,但目前仓储服务质量和服务效率还远不能满足这种需求,提高仓储管理的效率和服务质量已成为社会普遍关注的热点和难点。 仓库业务活动是一个典型的时空过程,对地理空间和时间存在较大的依赖。立体仓库是以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为基础,以计算机控制技术为主要手段的高效率、大容量储藏系统,对时间和空间的依赖更为突出。伴随立体仓库业务的开展,货物频繁地发生入库、上架、转仓、下架、出库等事件,引发了货物时空状态的快速变化。同时立体仓库对业务变化的应对,导致了仓库储区的变化、货架储位的拆分合并,需要对库内外车辆进行实时监控、对业务流程加以实时优化,这些都加大了立体仓库管理的难度。伴随立体仓库规模的扩大以及立体仓库管理要求的提高,立体仓库业务运作需要大量时空信息的支持,如储位共享存储、储位调整、储位利用率分析、货物时空分布、货物出入库流量分析、货物实时盘库、车辆实时监控等。原有的MIS系统已经难以满足立体仓库新的需求,为了合理配置仓储资源、降低仓储成本、控制仓库业务流程,需要对立体仓库空间对象及其相互之间复杂的时空关系进行研究。综上,开展立体仓库时空数据模型的研究具有重要意义和迫切性。 因此本文以立体仓库及其业务为研究对象,运用系统科学的观点,采用面向对象的建模方法,对立体仓库时空数据建模及拣货动态优化进行了深入研究,主要研究内容和成果如下: (1)分析了立体仓库基本作业流程、组成对象及其时空特征。分别从业务流程和时空特征的角度进行了立体仓库数据的分类,建立了基于立体仓库知识的数据对象分类体系。 (2)系统论述了立体仓库数据对象的表现形式、获取方式。针对立体仓库数据实时获取和可视化问题,设计了基于条形码、GPS/GPRS、ZigBee技术的数据采集方法,实现了立体仓库业务数据和空间数据的实时采集与表达,为构建立体仓库时空数据模型提供了数据支撑。 (3)根据立体仓库数据对象的特点,采用事件描述与面向对象分析相结合的方法,分析了立体仓库组成对象及其之间的关系,构建了面向对象的立体仓库时空数据模型。 (4)分析了立体仓库事件,提出了基于事件序列的对象复杂行为建模方法。对事件、事件联系和事件序列进行了形式化定义,给出了描述对象复杂行为的规范形式化描述模板及具体描述方法。对立体仓库中的事件进行了抽取和编码,并给出了立体仓库时空数据的组织和存储方式。 (5)基于立体仓库时空数据模型提出了该数据模型的应用框架。以立体仓库拣货作业为切入点,详细分析了立体仓库拣货系统和作业目标,基于立体仓库时空数据模型,提出了一种顾及货物时空特征的立体仓库拣货作业动态调度方案,构建了动态调度优化模型并进行了验证。 (6)依据面向对象的软件设计方法,开发了基于时空数据模型的立体仓库管理信息系统。阐述了系统开发环境、整体系统架构、数据库设计以及系统的各种功能,并对上述功能进行了实现。通过信息系统在企业中的实际应用,验证了本文构建的立体仓库时空数据模型,同时也为立体仓库的管理和决策提供了解决方案。 本文具有如下创新之处: (1)建立了基于立体仓库知识的仓库数据对象分类体系,运用时空观点系统地对立体仓库组成对象进行了时空特征的分析和表达,为构建立体仓库时空数据模型奠定了基础。 (2)针对立体仓库的时空特征,构建了面向对象的立体仓库时空数据模型,实现了立体仓库中各类对象的数据表达以及他们之间复杂的时间、空间关系描述。针对面向对象静态模型表达立体仓库对象动态行为的不足,提出了基于事件序列的立体仓库对象复杂行为建模方法,给出了事件、事件联系和事通序列的形式化定义,通过事件的驱动实现立体仓库对象及对象之间的时间、空间及属性行为的各种操作,完成了数据的更新。 (3)提出了立体仓库时空数据模型的应用框架,以立体仓库拣货动态调度为切入点,给出了一种顾及货物时空特征的立体仓库拣货动态调度方案。结合立体仓库拣货作业的实际情况设计了拣货动态调度优化模型,实现了立体仓库拣货作业动态调度。
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