支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王一斌，項(xiàng) 前，李紅琴，呂志軍

(1.東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 201620； 2. 上海精星物流設(shè)備有限公司，上海 201611)

支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王一斌1，項(xiàng) 前1，李紅琴2，呂志軍1

(1.東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 201620； 2. 上海精星物流設(shè)備有限公司，上海 201611)

為了提高物流服務(wù)質(zhì)量，解決客戶實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)及物流服務(wù)信息等問(wèn)題，構(gòu)建了基于實(shí)時(shí)Web的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控流程模型，設(shè)計(jì)了一種支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，在系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了實(shí)時(shí)通信服務(wù)組件.基于ASP.NET MVC、 SignalR及實(shí)體框架數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等技術(shù)，進(jìn)行了系統(tǒng)搭建，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)可視化監(jiān)控以及面向客戶的物流跟蹤等功能，并在企業(yè)中得到良好運(yùn)用.

精益物流；倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控；面向客戶；實(shí)時(shí)Web

精益物流是指利用精益思想管理物流活動(dòng)，其最終目的是為了保證高質(zhì)高效的物流服務(wù)[1].而客戶作為物流服務(wù)中的主體，使得現(xiàn)代物流將提高客戶服務(wù)質(zhì)量放在了極其重要的位置.現(xiàn)代物流配送已經(jīng)從過(guò)去只追求物流效率逐漸過(guò)渡到效率與客戶服務(wù)并重[2].當(dāng)今的物流配送服務(wù)已經(jīng)可以做到產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中的信息跟蹤.隨著電商交易的快速增長(zhǎng)以及大宗商品B2B交易的普及，倉(cāng)庫(kù)中產(chǎn)品的信息透明度也越發(fā)顯得重要.產(chǎn)品的詳細(xì)信息，如批次、質(zhì)量、供應(yīng)商等都是客戶想要了解的.而針對(duì)需要進(jìn)行進(jìn)一步加工、包裝的工業(yè)產(chǎn)品，目前的完成情況、預(yù)計(jì)交貨期等信息也是提高客戶服務(wù)的關(guān)鍵要素.相關(guān)研究中，文獻(xiàn)[3]通過(guò)挖掘以客戶需求為動(dòng)力的供應(yīng)鏈優(yōu)化模型，對(duì)面向客戶的供應(yīng)鏈優(yōu)化模型進(jìn)行了深入研究.文獻(xiàn)[4]建立了基于客戶滿意度的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)優(yōu)化模型.以上研究以提高客戶滿意度為目標(biāo)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了理論上的研究.實(shí)際應(yīng)用中，隨著客戶可以跟蹤其產(chǎn)品在倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)的相關(guān)信息后，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量增大，信息傳輸易堵塞，因此，通信的實(shí)時(shí)性則成了另一值得研究的問(wèn)題.文獻(xiàn)[5-6]通過(guò)對(duì)比研究各種實(shí)時(shí)Web通信技術(shù)，分別在倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)以及電站監(jiān)控系統(tǒng)中取得了令人可喜的實(shí)時(shí)監(jiān)控效果.在上述研究基礎(chǔ)上，本文以基于提高物流服務(wù)的思想構(gòu)建了支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控模型，搭建了系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，并采用實(shí)時(shí)Web技術(shù)SignalR保證監(jiān)控及作業(yè)跟蹤的實(shí)時(shí)性.

1 支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控模型

提升物流服務(wù)符合現(xiàn)代物流發(fā)展規(guī)律，同時(shí)也支持了精益物流的主體思想.建立支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)是把握客戶需求，使客戶可以追蹤訂單的實(shí)時(shí)作業(yè)完成情況，進(jìn)而提高物流服務(wù)質(zhì)量[7].這里的“客戶”是指在整條供應(yīng)鏈尾端部分，即市場(chǎng)中面向企業(yè)的消費(fèi)個(gè)體或群體[8].本文倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為3個(gè)部分：供應(yīng)商模塊、倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊、客戶模塊，信息流的最終導(dǎo)向?yàn)閭}(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控.倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)模型流程如圖1所示.

圖1 支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of warehouse monitoring system for supporting lean logistics

倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)品在入庫(kù)后會(huì)根據(jù)入庫(kù)信息，將供應(yīng)商提供的各類信息匯聚起來(lái)并寫(xiě)入倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，此時(shí)，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的所有商品應(yīng)該帶有各類產(chǎn)品的信息，以及由于入庫(kù)新產(chǎn)生的信息，包括貨位位置、完成情況等.當(dāng)接到各類商品出庫(kù)訂單后，倉(cāng)儲(chǔ)開(kāi)始進(jìn)行出庫(kù)作業(yè).在出庫(kù)作業(yè)完成后，系統(tǒng)會(huì)以郵件或短信的方式告知客戶商品已從倉(cāng)庫(kù)發(fā)出.針對(duì)上述作業(yè)流程的每一個(gè)環(huán)節(jié)以及其設(shè)備狀態(tài)信息，管理人員可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的順暢，提高作業(yè)的可靠性.同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)作業(yè)信息進(jìn)行記錄，并執(zhí)行相應(yīng)的策略保證出入庫(kù)等作業(yè)任務(wù)的高效連接.此外，客戶也可針對(duì)自身所購(gòu)產(chǎn)品，追蹤產(chǎn)品信息、作業(yè)進(jìn)度、預(yù)計(jì)交貨期等詳細(xì)信息，以及人工提醒、滿意度評(píng)價(jià)等功能性服務(wù).管理人員及客戶擁有自身不同的權(quán)限，其對(duì)應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示.

通過(guò)客戶對(duì)產(chǎn)品真實(shí)信息、作業(yè)完成進(jìn)度以及預(yù)計(jì)交貨日期等信息的追蹤查詢，提高貨物在倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)部的透明度，以此增加客戶的信心，提高服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也可通過(guò)關(guān)鍵客戶為企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤(rùn)和價(jià)值.

圖2 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig.2 Function structure of warehouse monitoring system

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

支持精益物流的倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)硬件及信息技術(shù)提出更高的要求.在硬件方面，系統(tǒng)將會(huì)集成越來(lái)越多的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備、傳感器等.本系統(tǒng)是建立在B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式下，面向管理人員及客戶雙重身份的倉(cāng)儲(chǔ)信息系統(tǒng)，其系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 支持精益物流的系統(tǒng)硬件架構(gòu)Fig.3 Hardware system architecture for supporting lean logistics

倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有庫(kù)存監(jiān)控、倉(cāng)儲(chǔ)硬件監(jiān)控、出入庫(kù)管理、遠(yuǎn)程控制、短信郵件通知等功能，該系統(tǒng)綜合利用機(jī)械電子技術(shù)、軟件技術(shù)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化的監(jiān)控.通過(guò)已有自動(dòng)化立體庫(kù)設(shè)備(小車、堆垛機(jī)等)以及電子標(biāo)簽揀選設(shè)備，將相關(guān)倉(cāng)儲(chǔ)硬件設(shè)備，利用串口通信或無(wú)線通信技術(shù)，將各類設(shè)備匯聚于控制器及節(jié)點(diǎn).控制器及PLC(programmable logic controller)的作用為分別控制底層的電子標(biāo)簽揀選設(shè)備以及自動(dòng)化立體庫(kù)設(shè)備.控制器等控制設(shè)備組成工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線路由與現(xiàn)場(chǎng)控制中心相連.最后依靠Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.對(duì)客戶以及管理人員設(shè)計(jì)不同的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全、透明、服務(wù)化的特點(diǎn).

倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)作業(yè)時(shí)，根據(jù)訂單由現(xiàn)場(chǎng)控制中心進(jìn)行審核并生成任務(wù)，并可優(yōu)化其揀選策略.任務(wù)下發(fā)后，電氣控制設(shè)備發(fā)出指令控制底層倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備執(zhí)行作業(yè).而執(zhí)行的過(guò)程、入庫(kù)時(shí)間、批次、出庫(kù)時(shí)間等信息數(shù)據(jù)流可利用網(wǎng)絡(luò)通信模塊反饋給客戶端進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)視，整條系統(tǒng)為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng).系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息流如圖4所示.

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流Fig.4 Flow diagram of system data

客戶在此倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)有自身的權(quán)限，可遠(yuǎn)程跟蹤對(duì)應(yīng)產(chǎn)品信息及作業(yè)狀態(tài)，在需要時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)控制中心進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè),以保證客戶的滿意度.

2.2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

在Web應(yīng)用程序中設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并使用廣泛的三層架構(gòu)模式.三層架構(gòu)分別為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層.三層架構(gòu)在基于ASP.NET的Web應(yīng)用中有著非常好的應(yīng)用.倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖5所示.

服務(wù)層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要功能包括倉(cāng)儲(chǔ)的出入庫(kù)業(yè)務(wù)、盤(pán)點(diǎn)業(yè)務(wù)、庫(kù)存查詢、庫(kù)存預(yù)警及各種作業(yè)故障診斷.各項(xiàng)業(yè)務(wù)通過(guò)各大硬件廠商提供的SDK進(jìn)行高度封裝成C#類，并調(diào)用存儲(chǔ)過(guò)程來(lái)完成業(yè)務(wù)的執(zhí)行.

圖5 支持精益物流的系統(tǒng)軟件架構(gòu)Fig.5 Software system architecture for supporting lean logistics

圖6 基于SignalR的倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控交互圖Fig.6 Interactive figure of warehouse real-time monitoring based on SignalR

表現(xiàn)層位于架構(gòu)的最外層.在Web開(kāi)發(fā)中，表現(xiàn)層是用戶與系統(tǒng)交互的主要接口，最終展現(xiàn)方式就是網(wǎng)頁(yè).倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的表現(xiàn)層使用基于jQuery作為Javascript客戶端腳本編寫(xiě)的基本框架，結(jié)合HTML5、CSS等將作業(yè)監(jiān)控頁(yè)面展現(xiàn)在客戶端上.表現(xiàn)層和服務(wù)層之間的交互利用SignalR以及AJAX[9]，做到數(shù)據(jù)主動(dòng)推送，進(jìn)而完成實(shí)時(shí)監(jiān)控.軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)層利用Entity Framework建立實(shí)體數(shù)據(jù)模型，建立數(shù)據(jù)到業(yè)務(wù)邏輯中所需要的實(shí)體對(duì)象的映射關(guān)系，在建立兩者映射關(guān)系后，通過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)將方法封裝以便于業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用.各個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)利用LINQ(語(yǔ)言集成查詢)處理較復(fù)雜的邏輯.

3 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)交互模型

倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是基于Web客戶端和基于倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)邏輯，監(jiān)視及控制底層的各類硬件設(shè)備.采用基于ASP.NET SignalR的實(shí)時(shí)Web通信技術(shù),使客戶端(Web頁(yè)面)和服務(wù)端可互相通知消息及調(diào)用方法.SignalR是ASP.NET下的一個(gè)類庫(kù)，可使Web項(xiàng)目在ASP.NET下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信[10].每當(dāng)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備有上線、位置更新、數(shù)據(jù)信息變動(dòng)等事件的時(shí)候，客戶端發(fā)送消息，在服務(wù)端識(shí)別并處理后，向所屬客戶端推送實(shí)時(shí)消息；客戶端接收消息后，識(shí)別了倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的相應(yīng)事件，從而完成對(duì)應(yīng)的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備信息刷新以及其他業(yè)務(wù)操作.利用SignalR進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控的交互圖如圖6所示.

3.2 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是從底層倉(cāng)儲(chǔ)硬件設(shè)備到客戶端(Web端)之間的一體化集成系統(tǒng).通過(guò)設(shè)計(jì)不同的組件模塊，按照一定的流程做到對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及準(zhǔn)確、敏捷的控制.監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示.

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)流程Fig.7 Flow chart of monitoring system

由圖7可知，整個(gè)監(jiān)控體系通過(guò)服務(wù)端以及客戶端將用戶與倉(cāng)儲(chǔ)硬件設(shè)備聯(lián)系起來(lái).其中服務(wù)端是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要有3個(gè)模塊組成：基于倉(cāng)儲(chǔ)硬件SDK的通信組件、基于SignalR的通信組件、倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)組件.基于SDK的通信組件是用于倉(cāng)儲(chǔ)硬件設(shè)備，其可顯示、發(fā)送、接受的一些信息，包括實(shí)體信息(電子標(biāo)簽、LED屏等顯示設(shè)備)和虛擬信息(貨位、庫(kù)存、消息等).通過(guò)建立相應(yīng)的組件封裝成動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，作為數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)，供后續(xù)模塊調(diào)用.基于SignalR的通信組件用于構(gòu)建客戶端與服務(wù)端之間的實(shí)時(shí)通信.而倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)組件則是根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，將信息按照業(yè)務(wù)邏輯展現(xiàn)到客戶端上，完成監(jiān)控功能.

3.3 通信服務(wù)組件設(shè)計(jì)

基于SignalR的通信服務(wù)組件是程序設(shè)計(jì)中最重要的組件模型.客戶端請(qǐng)求連接服務(wù)端的過(guò)程中，SignalR在客戶端與服務(wù)端間會(huì)建立持久連接，并使用WebSockets通信.在連接建立后，Startup.cs類啟動(dòng)服務(wù)端與客戶端之間SignalR Hub路由，客戶端及服務(wù)端相互調(diào)用方法及其返回通過(guò)Hub完成.客戶端在調(diào)用服務(wù)端方法需要通過(guò)調(diào)用Hub類的實(shí)例，在連接時(shí)，由于Hub實(shí)例類只是瞬間在服務(wù)端中保存，所以處理上述方法需要在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)業(yè)務(wù)邏輯類中定義，并且必須是唯一且靜態(tài)只讀的，從而使每個(gè)Hub實(shí)例都可以訪問(wèn)該實(shí)例，以便調(diào)用服務(wù)端方法.基于SignalR的通信服務(wù)組件圖如圖8所示.

圖8 基于SignalR的通信服務(wù)組件Fig.8 Communication service component based on SignalR

倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)邏輯靜態(tài)實(shí)例通過(guò)調(diào)用已封裝好的基于硬件SDK的組件，并以異步訪問(wèn)的方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)出入庫(kù)等業(yè)務(wù)組件，完成整個(gè)實(shí)時(shí)Web倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).

4 倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文系統(tǒng)是在Windows操作系統(tǒng)中，利用.NET平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟的SqlServer 2012, 代碼編寫(xiě)及系統(tǒng)測(cè)試都在Visual Studio 2013中進(jìn)行.

為保證安全性以及避免操作員誤操作的可能，本系統(tǒng)采用單件(單例模式)，并將實(shí)時(shí)通信組件融入MVC(model-controller-view)模型中，從而保證軟件的分布式重用.業(yè)務(wù)組件進(jìn)行商業(yè)邏輯的處理，運(yùn)用面向?qū)ο笠约懊嫦蚍?wù)技術(shù)，將業(yè)務(wù)組件封裝為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，完成系統(tǒng)各個(gè)模塊以及整體功能的設(shè)計(jì)[11].利用HTML5以及JavaScript來(lái)展現(xiàn)頁(yè)面，針對(duì)管理員的庫(kù)位情況監(jiān)控和配送以及倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)信息客戶跟蹤實(shí)現(xiàn)效果分別如圖9和10所示.

圖9 庫(kù)位監(jiān)控Fig.9 Location monitoring

圖10 配送以及倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)信息客戶跟蹤Fig.10 Delivery and warehouse operation information of customer tracking

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，只需在PC或者任何可以上網(wǎng)的設(shè)備如手機(jī)端的瀏覽器中輸入網(wǎng)址，客戶或管理人員輸入其用戶名及密碼，就可以依據(jù)自身的權(quán)限，進(jìn)行監(jiān)控或其他相應(yīng)的操作.

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種支持精益物流的可視化倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)研究全新的實(shí)時(shí)Web通信框架，并將該技術(shù)運(yùn)用于倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中.該系統(tǒng)可以直觀地觀察到倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的實(shí)時(shí)情況，有利于管理者做出更好的決策，在安全性及提高倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)穩(wěn)定性方面發(fā)揮了作用；同時(shí)客戶也可在產(chǎn)品出庫(kù)前的各項(xiàng)信息及作業(yè)情況進(jìn)行了解，確認(rèn)產(chǎn)品在倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)的詳細(xì)信息以及作業(yè)完成情況，使客戶對(duì)產(chǎn)品擁有更強(qiáng)的信心，提升物流服務(wù)質(zhì)量.

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Design of Real-Time Warehouse Monitoring System for Supporting Lean Logistics

WANGYi-bin1,XIANGQian1,LIHong-qin2,LüZhi-jun1

(1. College of Mechanical Engineering, Donghua University, Shanghai 201620,China;2. Shanghai Jingxing Logistics Equipment Co. Ltd., Shanghai 201611, China)

In order to improve the quality of logistics service and solve the problem that customers can track their product’s storage operation and logistics service information.A novel real-time Web-based warehouse monitoring model was proposed,and a warehouse real-time monitoring system architecture was designed to support lean logistics. Using the main technologies of ASP.NET MVC, SignalR and Entity Framework database access, the system functions of visual monitoring of warehouse operation and customer oriented logistics tracking are achieved. Finally, it is successfully used in a company.

lean logistics; real-time warehouse monitoring; customer-oriented; real-time Web

1671-0444 (2016)04-0566-06

2015-12-31

2015年松江區(qū)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目；上海倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)備工程技術(shù)研究中心資助項(xiàng)目(10dz2250800)

王一斌(1991—)，男，上海人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄苤圃?E-mail：372643557@qq.com 項(xiàng) 前(聯(lián)系人)，男，副教授，E-mail:xqsir@dhu.edu.cn

F 253.9； TP 227

A