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。裝載問題涉及多學科、多領(lǐng)域的知識，屬于復雜的組合優(yōu)化問題，生產(chǎn)實踐中廣泛地出現(xiàn)在鐵路貨車車廂裝載、汽車車廂裝載、輪船裝載、集裝箱裝載等場合。提高散集裝箱裝載的質(zhì)量、效率和可靠性，對集裝箱安全、高效運輸具有重大意義。當前有關(guān)集裝箱裝載系統(tǒng)的研究和設計主要集中在用計算機解決裝載計算問題。 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，計算效率較低。將小箱裝到大箱中的文獻雖然較多，但將小箱尺寸的設計和裝載到大箱聯(lián)系起來的文獻就很少見了。 在托盤裝載中，物體通常為長方體，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。對于生產(chǎn)商托盤裝載，大多數(shù)文獻都是將所

3、有待排放物體沿著同一朝向放置，這樣可以實現(xiàn)按層放置，每一層相當于二維排樣中的放置算法，實際上將問題轉(zhuǎn)換為二維平面矩形排放問題，而且都是同一尺寸的物體，約束條件比較簡單，所達到的優(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，實現(xiàn)起來比較難。本文根據(jù)當前物流行業(yè)對解決復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Ρ疚难芯繂栴}的分析，采用圓形的啟發(fā)式規(guī)范排放，即排放時使相鄰行圓筒的夾角為常數(shù)，無論是人工還是自動排放都容易得到。對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。本文采用動態(tài)規(guī)劃算法實現(xiàn)同尺寸矩形的規(guī)范方式，通

6、過設置成本控制參數(shù)，找到級數(shù)最少的最優(yōu)規(guī)范方式，使得裝卸過程簡單易操作。 然后，研究和開發(fā)了一個實用的圓柱形物體裝載排樣系統(tǒng)。在完成算法設計的基礎(chǔ)上，規(guī)劃和設計了排樣系統(tǒng)的基本功能模塊，開發(fā)了一個基于啟發(fā)式遞歸算法的優(yōu)化排樣系統(tǒng)。通過大量實驗測試，從裝載利用率和排樣時間兩方面驗證了該系統(tǒng)的算法的可行性。通過對級數(shù)最大和最小情況的對比，說明本算法在實際應用中能簡化裝載過程，降低裝載成本。計算結(jié)果顯示，運用本文算法可綜合考慮裝載利用