李大偉，閆 欣

(承德石油高等?？茖W校 人事處，河北 承德 067000)

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基于CBR技術的立體倉庫貨架設計系統(tǒng)

李大偉，閆 欣

(承德石油高等?？茖W校 人事處，河北 承德 067000)

通過對案例推理技術(CBR)和立體倉庫貨架設計過程的分析，并應用系統(tǒng)相似度理論，提出了基于CBR的立體倉庫貨架設計系統(tǒng)。對系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊、關鍵技術等進行了介紹，同時給出了基于相似度理論的案例檢索模型和案例庫的維護策略。最后以應用實例說明了該系統(tǒng)相似案例檢索的計算過程。

CBR;相似度計算;立庫貨架設計;設計系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代化物流技術的不斷發(fā)展，立體倉庫作為重要的物流核心設施，其市場需求也在迅猛增長。而作為立體倉庫重要的組成部分，同時也是定制產(chǎn)品的立體倉庫貨架(以下簡稱立庫貨架)，必須按照客戶的各種個性需求進行設計。采用原始的立庫貨架設計方法不但周期長、成本高，而且由于對以往成功案例借鑒較少，因此對設計人員的設計經(jīng)驗與水平有很高的要求。為了解決上述問題，設計了一種基于案例推理(Case Based Reasoning，CBR)技術的立庫貨架設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對客戶需求進行描述，進而在設計案例庫中檢索相似可重用的已有設計案例，并對檢索到的設計案例按照一定的修改策略進行修改，使之成為符合用戶需求的最終設計方案。由于設計案例庫中存儲的案例都是經(jīng)過工程驗證的成熟方案，因此該系統(tǒng)也能提高立庫貨架設計的質(zhì)量。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

立庫貨架設計系統(tǒng)主要解決傳統(tǒng)的貨架設計中對以往成功的設計知識與設計經(jīng)驗重用和借鑒過程復雜，導致貨架設計效率較低的問題。因此，該系統(tǒng)集成了貨架類型選擇模塊、貨架構(gòu)件選型模塊、貨架系統(tǒng)布局方案設計模塊等模塊，設計人員可以利用這些模塊高效管理與使用已有的立庫貨架設計知識與經(jīng)驗，從而達到縮短設計周期和降低設計成本的目的。

如圖1所示，該系統(tǒng)利用SQL sever數(shù)據(jù)庫高效的數(shù)據(jù)管理功能作為設計知識與案例的儲存介質(zhì)，以此為基礎構(gòu)建了立庫貨架設計知識庫。該知識庫內(nèi)劃分為幾個模塊分別存儲已有的立庫貨架設計案例及其設計經(jīng)驗與知識、立庫貨架構(gòu)件二維模型和案例檢索策略等支撐系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)關鍵技術

2.1 基于CBR技術的立庫貨架設計模型

在系統(tǒng)分析傳統(tǒng)立庫貨架設計流程優(yōu)缺點的基礎上，結(jié)合CBR技術構(gòu)建了立庫貨架設計系統(tǒng)模型，如圖2所示。

立庫貨架設計系統(tǒng)對立庫貨架的設計流程進行了優(yōu)化：首先，設計人員采集與整理客戶需求信息，形成客戶目標產(chǎn)品的描述信息；然后，根據(jù)描述信息在設計案例庫中進行匹配檢索，檢索出與描述信息相似度最高的已有設計案例，形成初步設計方案；最后，利用案例修改功能模塊對初步設計方案進行修改，直至方案完全滿足設計要求。

2.2 貨架設計案例的表達

2.2.1 貨架設計案例的組成

立庫貨架設計案例包含的內(nèi)容十分龐雜。為了降低計算和檢索的難度，立庫貨架設計案例可以進行分層處理。如圖3所示，設計案例可以分為四層，其中貨架產(chǎn)品層儲存了案例的整體信息，統(tǒng)領著結(jié)構(gòu)層、組件層和元件層。立庫貨架由構(gòu)件組合而成，組件和元件又是構(gòu)件的基本組成，因此，結(jié)構(gòu)層和組件層作為中間層在貨架設計案例中起到連接產(chǎn)品層和元件層的重要作用。這種鏈條式的結(jié)構(gòu)可以保證在檢索到相似產(chǎn)品案例后能夠迅速獲取該立庫貨架案例包含的全部設計信息和二維工程模型。

2.2.2 設計案例的特征及其表達

立體倉庫貨架設計系統(tǒng)性能在很大程度上取決于立庫貨架設計案例庫的構(gòu)建及其對設計案例的表達。為了更好的表達立庫貨架設計案例，本系統(tǒng)采用了定性與定量相結(jié)合的表達方法。案例的定性表述包括貨架種類、應用行業(yè)、物料儲存和取用方式等。如表1所示，該類定性表述的案例特征在檢索時必須完全匹配。對于貨位數(shù)、單元/單層載重和層高等定量表述的案例特征，該類特征值在案例檢索過程中與目特征標值之間允許有一定的偏差，即二者之間具有一定的相似度[1]。同時，為方便操作，系統(tǒng)還根據(jù)各個定量特征對于貨架設計效果的影響程度賦予其一定的缺省權重(該權重由設計人員自行設定)。

表1 立庫貨架設計案例特征劃分

2.3 基于相似度理論的案例檢索技術

由于系統(tǒng)在進行案例檢索時允許案例定量特征與目標特征存在一定范圍的波動，因此可以利用相似度理論來進行案例檢索，而檢索技術的關鍵就是計算模型的構(gòu)建。

相似度就是對目標案例與已有案例的相似程度的一種量度[2]。而目標案例與已有案例進行比較的同一個特征就被稱為相似元，記作：

u(ai,bi)

假設ai,bi分別為目標案例A和已有案例B的相似特征。u(ai,bi)為目標案例和已有案例進行比較的特征i的一個相似元。通過相似元間的定量計算，就可以獲得目標案例與已有案例相似程度的量化值。

2.3.1 基于相似度的案例檢索模型

設A為目標案例、B為案例庫中已有案例，二者之間有m個相似元需要進行匹配，ai,bi分別為案例A、B中對應相似元uj(ai)和uj(bi)的特征值。

案例A、B之間相似度量化值

(1)

綜上可以得到對于案例A，B間相似度QA-B的計算公式如下：

(2)

2.3.2 匹配案例的修正

即使是經(jīng)過匹配檢索獲得的已有設計案例與客戶需求對比也很可能存在差別，若要重用該案例就需要系統(tǒng)對其進行修改。而修改也需要一定的策略進行指導，本系統(tǒng)將采用基于框架的修改策略。

系統(tǒng)利用基于框架的修改策略進行案例修改的過程如下：系統(tǒng)按照匹配計算出的相似度對候選案例進行排隊，并將相似度最高的候選案例作為框架案例，同時對框架案例中的構(gòu)件與目標案例中的構(gòu)件進行匹配并計算相似度，并設定一定的閾值，構(gòu)件匹配相似度在閾值以下的構(gòu)件則需修改。對于需要修改的構(gòu)件，可以繼續(xù)對其它候選案例的構(gòu)件進行匹配檢索，如果相似度達到閾值以上則可直接替換框架案例中的構(gòu)件，對于無法匹配替換的構(gòu)件則需要設計人員按照設計要求進行人工修正。

3 系統(tǒng)應用實例

下面通過立庫貨架設計的實例來介紹基于相似度原理的設計案例匹配檢索過程。設計人員經(jīng)過對客戶需求信息進行整理分析后獲得的目標產(chǎn)品描述和候選案例的各項特征值如表2所示。

1)根據(jù)公式(1)計算出目標案例和備選案例A各個定量特征間的相似度。

2)根據(jù)公式(2)計算目標案例和備選案例A總體的相似度值。

表2 立庫貨架設計案例的特征與其權重舉例

目標案例和備選案例A總體相似度值計算如下：

綜合計算后目標案例和備選案例A的相似度為：

0.96×0.2+0.78×0.3+0.80×0.2+0.75×0.1+1×0.1+0.80×0.1=0.841。

假設系統(tǒng)設定案例匹配檢索相似度取用閥值為0.8，目標案例與備選案例A的相似度大于取用閾值，因此，可以將備選案例A列入到本次檢索匹配形成候選案例序列。系統(tǒng)檢索匹配界面如圖4所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)立庫貨架設計的工程實際和基于案例推理技術原理，開發(fā)出基于CBR的立庫貨架設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以高效地重用已有的經(jīng)過實踐驗證的成熟設計方案，在縮短開發(fā)周期的同時還極大地提高了立庫貨架設計的質(zhì)量，節(jié)省了設計成本。作為大規(guī)模用戶定制產(chǎn)品，立庫貨架在設計中引入CBR技術也可以使設計人員從繁雜的重復設計工作中解放出來，從而將精力投入到技術改造和產(chǎn)品創(chuàng)新中來，不斷增強物流裝備企業(yè)的核心競爭力。

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簡 訊

我?！笆捅鞭q論賽案例榮獲河北省高校校園文化建設優(yōu)秀成果二等獎。近日，河北省2017年高校校園文化建設優(yōu)秀成果評選結(jié)果公布。由我校思政部執(zhí)筆、學校報送的《智慧和激情碰撞，人文與青春交融——承德石油高專精心打造“石油杯”大學生辯論賽》案例榮獲二等獎。評選活動由省委教育工委、省教育廳組織，共評出一等獎項目6項、二等獎項目17項、三等獎項目38項。此次榮獲二等獎，展現(xiàn)了我校校園文化建設的成果，學校將繼續(xù)打造精品紅色社團活動，充分發(fā)揮文化育人載體作用，塑造學生良好的政治素質(zhì)和思想品質(zhì)。

Warehouse Shelf Design System Based on CBR Technology

LI Da-wei, YAN Xin

(Department of Personnel Affairs, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China)

Based on the analysis of case reasoning technology (CBR) and warehouse shelf design process, and by applying the system similarity theory, a three-dimensional warehouse shelf design system based on CBR is proposed in this paper. Then it introduces the system architecture, function module and key technology, and presents a case retrieval model based on similarity theory and the maintenance strategy of case base. Finally, an application example is used to illustrate the calculation process of the similar case retrieval in the system.

CBR; calculation of similarity; stereoscopic warehouse rack design; design system

河北省高等學?？茖W技術研究項目(基于CBR的立體倉庫貨架敏捷設計關鍵技術研究)：Z2015078

2016-11-16

李大偉(1984-)，男，河北承德人，講師，碩士，主要研究機械設計與制造，E-mail：cdpclidawei@163.com。

TP391.7

A

1008-9446(2017)03-0032-05