圓柱形物體裝載問題的啟發(fā)式遞歸算法.pdf

1、裝載問題通常指將若干小物體以最佳方式組合并裝入一個(gè)大的空間從而使得空間的利用率最大，是經(jīng)典的三維裝箱問題和背包問題的組合形式。裝載問題涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)，屬于復(fù)雜的組合優(yōu)化問題，生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛地出現(xiàn)在鐵路貨車車廂裝載、汽車車廂裝載、輪船裝載、集裝箱裝載等場(chǎng)合。提高散集裝箱裝載的質(zhì)量、效率和可靠性，對(duì)集裝箱安全、高效運(yùn)輸具有重大意義。當(dāng)前有關(guān)集裝箱裝載系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)主要集中在用計(jì)算機(jī)解決裝載計(jì)算問題。 三維填充問題分為單元

2、裝箱問題、集裝箱裝載問題和托盤裝載問題等。在實(shí)際中通常需要考慮：方向、承載能力、穩(wěn)定性等限制。由于三維箱體布局為NP 完全問題，隨著布局箱體增多，解空間爆增，計(jì)算效率較低。將小箱裝到大箱中的文獻(xiàn)雖然較多，但將小箱尺寸的設(shè)計(jì)和裝載到大箱聯(lián)系起來的文獻(xiàn)就很少見了。 在托盤裝載中，物體通常為長(zhǎng)方體，其邊平行于托盤的邊，物體之間互相不重疊，而且物體裝入的高度不能超過托盤限定高度，使得裝載利用率最大。對(duì)于生產(chǎn)商托盤裝載，大多數(shù)文獻(xiàn)都是將所

3、有待排放物體沿著同一朝向放置，這樣可以實(shí)現(xiàn)按層放置，每一層相當(dāng)于二維排樣中的放置算法，實(shí)際上將問題轉(zhuǎn)換為二維平面矩形排放問題，而且都是同一尺寸的物體，約束條件比較簡(jiǎn)單，所達(dá)到的優(yōu)化程度比較高。批發(fā)商托盤裝載所裝入物體的尺寸不相等，實(shí)現(xiàn)起來比較難。本文根據(jù)當(dāng)前物流行業(yè)對(duì)解決復(fù)雜集裝箱裝載問題的需求，在充分了解各類裝箱問題的基礎(chǔ)上，研究了圓柱形物體的托盤裝載問題：第一階段，先將同尺寸圓柱型物品豎直裝入長(zhǎng)方體小箱子內(nèi)；第二階段，將小箱子分層放

4、入托盤。本文提出一種簡(jiǎn)易有效且便于裝載的遞歸啟發(fā)式算法。 第一階段為圓柱形物體的排放問題。同尺寸圓形的排放存在多種方式，多采用遞歸剪切方式，適合于沖裁下料問題，由于裝載問題不同于工業(yè)生產(chǎn)中的圓形片下料切割，所以傳統(tǒng)的剪切割方法雖然在某些問題上能夠取得較好的效果，但是不適用于裝載問題?；趯?duì)本文研究問題的分析，采用圓形的啟發(fā)式規(guī)范排放，即排放時(shí)使相鄰行圓筒的夾角為常數(shù)，無論是人工還是自動(dòng)排放都容易得到。對(duì)于各種可能的小箱尺寸，用規(guī)

5、范排放確定物品在小箱內(nèi)的布局，使所裝物品盡可能多。 第二階段將矩形小箱子裝入托盤中。將圓筒規(guī)范排放到箱子之后，要考慮的是：將箱子排放到托盤或分層排放到集裝箱中，使裝載利用率最大。這個(gè)問題可以看成是相同尺寸矩形的最優(yōu)排放。即在一塊板材中排入若干尺寸相同的矩形毛坯。同尺寸矩形排放問題通常采用規(guī)范多級(jí)方式，可以看作是將已排好的部分矩形區(qū)域的上邊界水平擺放一行，或者沿著右邊界豎直擺放一行。本文采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)同尺寸矩形的規(guī)范方式，通

6、過設(shè)置成本控制參數(shù)，找到級(jí)數(shù)最少的最優(yōu)規(guī)范方式，使得裝卸過程簡(jiǎn)單易操作。 然后，研究和開發(fā)了一個(gè)實(shí)用的圓柱形物體裝載排樣系統(tǒng)。在完成算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，規(guī)劃和設(shè)計(jì)了排樣系統(tǒng)的基本功能模塊，開發(fā)了一個(gè)基于啟發(fā)式遞歸算法的優(yōu)化排樣系統(tǒng)。通過大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從裝載利用率和排樣時(shí)間兩方面驗(yàn)證了該系統(tǒng)的算法的可行性。通過對(duì)級(jí)數(shù)最大和最小情況的對(duì)比，說明本算法在實(shí)際應(yīng)用中能簡(jiǎn)化裝載過程，降低裝載成本。計(jì)算結(jié)果顯示，運(yùn)用本文算法可綜合考慮裝載利用