一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法技术

本发明专利技术涉及装箱问题优化技术领域，尤其涉及一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，包括以下步骤：S1、根据货物的装载属性对货物进行分组排序；S2、基于组合堆垛算法，将货物按照分组排序顺序进行组合堆垛，得到货物堆垛集合；S3、在三维空间中，基于最低水平线的矩形内矩形排样算法，对货物堆垛集合进行处理，得到货物装箱序列，同时，利用模拟退火算法对货物装箱序列进行优化，并输出装箱最优方案；S4、根据装箱最优方案确定货物在所述三维空间中的装载位置，并进行装箱。本发明专利技术利用组合堆垛模型缩小问题规模对每一辆卡车的装箱空间和顺序进行逐一优化，使得问题可以在较短时间内寻找到高质量的解，提高了装箱过程的效率。提高了装箱过程的效率。提高了装箱过程的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法


[0001]本专利技术涉及装箱问题优化
，尤其涉及一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法。

技术介绍

[0002]三维装箱优化问题广泛存在于仓库货物存储、港口集装箱装箱、卡车货物装载等物仓储、物流运输行业之中。该问题广泛存在于以下生产场景中：
[0003]1、在仓库的货物存储中，企业需要根据货物的时效性和仓储成本将货物存放在不同分区，便于物流调度减少库存成本，提高生产效率。
[0004]2、在港口集装箱装箱中，企业需要考虑船体重心、库存时间等多约束货物装箱，目的是保证运输安全的同时达到集装箱空间利用率最大化。
[0005]3、在卡车的货物装载中，企业需要对相同类型货物先堆垛然后装箱，目的是让货物装载率和卸货效率最高。
[0006]在上述场景中，货物运输存在许多限制，例如：卡车运输中往往涉及多个供货点以及不同种类的货物，为了提高空间利用率需要合理规划货物装载顺序和货物的堆叠方式；卡车运输中还要考虑货物承重约束，避免货物在运输过程受损，同时为了避免刹车时货物翻倒，货物前部需要抵挡；集装箱货物装载还需要考虑货物重心分布。面对多重装载约束和大规模的货物数量，不合理的安排策略不仅会降低生产效率，还会造成巨大的利润损失。
[0007]三维装箱问题是一个组合优化问题。对大型物流企业而言，物流运输往往涉及多个供应点以及不同种类的货物，并且还需要考虑货物承重约束、体积约束、装载顺序约束、货物嵌套组合约束、货物抵挡约束等诸多约束。现有三维装箱算法没有考虑上述实际约束，在实际应用中导致货物重心不稳而翻倒，卡车超重，货物承重过大而损坏等问题。此外，由于货物种类繁多，货物数量规模庞大，组合优化难度大幅提高，时间复杂度会随着问题规模增大而迅速增长，人工计算特别困难，耗时较久，效果不佳。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在解决现有技术再处理货物堆垛时未考虑货物承重约束、体积约束等限制而难以对组合方式进行优化、复杂度高的技术问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，所述装箱优化方法包括以下步骤：
[0010]S1、根据货物的装载属性对所述货物进行分组排序；
[0011]S2、基于组合堆垛算法，将所述货物按照分组排序顺序进行组合堆垛，得到货物堆垛集合；
[0012]S3、在三维空间中，基于最低水平线的矩形内矩形排样算法，对所述货物堆垛集合进行处理，得到货物装箱序列，同时，利用模拟退火算法对所述货物装箱序列进行优化，并输出装箱最优方案；
[0013]S4、根据所述装箱最优方案确定所述货物在所述三维空间中的装载位置，并进行装箱。
[0014]更进一步地，所述货物的装载属性包括：
[0015]货物长度l
i
、货物宽度w
i
、货物高度h
i
、货物质量m
i
、货物嵌套高度eh
i
、货物旋转方向R
i
、货物装载顺序O
i
、货物种类N
i
、货物是否用于堆垛的变量a
i
、货物最大承重
[0016]更进一步地，所述货物堆垛集合具有以下属性：
[0017]堆垛长度L
j
、堆垛宽度W
j
、堆垛高度H
j
、堆垛质量M
j
、堆垛所包含的货物数量K
j
。
[0018]更进一步地，所述组合堆垛算法满足：
[0019]obj：
[0020][0021]s.t.
[0022][0023][0024][0025][0026]更进一步地，所述矩形内矩形排样算法满足：
[0027]obj：
[0028][0029]s.t.
[0030]a
i
x
i
+l
i
≤L i＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀ
(1)
[0031]a
i
y
i
+w
i
≤W i＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀ
(2)
[0032][0033][0034]a
i
x
i
＜a
j
x
j i，j＝1，
…
，n且O
i
＞O
j
ꢀꢀꢀ
(5)
[0035]O
i
＞O
j i，j＝1，
…
，n且i≠j
ꢀꢀꢀ
(6)
[0036][0037]其中，所述三维空间的长为L，宽为W，所述货物堆垛集合的数量为n，x
i
表示第i个所述货物堆垛集合左下角相对所述三维空间原点的x坐标，y
i
表示第i个所述货物堆垛集合左下角相对所述三维空间原点的y坐标，weight
i
表示第i个所述货物的重量，volume
i
表示第i个所述货物的体积，maxWeight
j
表示第j个所述三维空间的最大允许承重。
[0038]更进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0039]S31、以所有所述货物堆垛集合作为一个装载列表，并创建一个空的装载序列作为
最优解；
[0040]S32、从所述装载列表中选择一个所述货物堆垛集合在所述三维空间中进行装载，并根据所述货物堆垛集合初始化最低水平线，同时更新所述装载序列；
[0041]S33、重复步骤S32，直到所述装载列表为空，或所述三维空间无法再装载任意一个所述货物堆垛集合；
[0042]S34、基于所述模拟退火算法，对所述三维空间中已装载的所述货物堆垛集合进行扰动，更新所述最优解；
[0043]S35、迭代至步骤32进行执行，直到所述最优解满足预设迭代目标，输出所述最优解对应的所述装载序列。
[0044]更进一步地，步骤S32中，从所述装载列表中选择一个所述货物堆垛集合在所述三维空间中进行装载的步骤，具体为：
[0045]从所述装载列表中选择评分最高、且满足位置可行性约束的所述货物堆垛集合进行装载。
[0046]更进一步地，步骤S32中，根据所述货物堆垛集合初始化最低水平线的步骤，具体为：
[0047]以所述三维空间的原点对所述最低水平线进行初始化，所述最低水平线的起点为(0，w
i
)，宽度为(W
‑
w
i
)，方向为y轴方向；
[0048]当所述最低水平线无法容纳任意一个所述货物堆垛组合时，将x坐标最小的且与其相邻的平行于y轴的所述货物堆垛组合的边进行合并。
[0049]更进一步地，基于所述模拟退火算法，对所述三维空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，其特征在于，所述装箱优化方法包括以下步骤：S1、根据货物的装载属性对所述货物进行分组排序；S2、基于组合堆垛算法，将所述货物按照分组排序顺序进行组合堆垛，得到货物堆垛集合；S3、在三维空间中，基于最低水平线的矩形内矩形排样算法，对所述货物堆垛集合进行处理，得到货物装箱序列，同时，利用模拟退火算法对所述货物装箱序列进行优化，并输出装箱最优方案；S4、根据所述装箱最优方案确定所述货物在所述三维空间中的装载位置，并进行装箱。2.如权利要求1所述的基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，其特征在于，所述货物的装载属性包括：货物长度l
i
、货物宽度w
i
、货物高度h
i
、货物质量m
i
、货物嵌套高度eh
i
、货物旋转方向R
i
、货物装载顺序O
i
、货物种类N
i
、货物是否用于堆垛的变量a
i
、货物最大承重3.如权利要求2所述的基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，其特征在于，所述货物堆垛集合具有以下属性：堆垛长度L
j
、堆垛宽度W
j
、堆垛高度H
j
、堆垛质量M
j
、堆垛所包含的货物数量K
j
。4.如权利要求3所述的基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，其特征在于，所述组合堆垛算法满足：obj：s.t.s.t.s.t.s.t.5.如权利要求4所述的基于组合堆垛与最低水平线的装箱优化方法，其特征在于，所述矩形内矩形排样算法满足：obj：s.t.a
i
x
i
+l
i
≤L i＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)a
i
y
i
+w
i
≤W i＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
a
i
x
i
＜a
j
x
j i，j＝1，
…
，n且O
i
＞O
j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)O
i
＞O
j i，j＝1，
…
，n且i≠j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，所述三维空间的长为L，宽为W，所述货物堆垛集合的数量为n，x
i
表示第i个所述货物堆垛集合左下角相对所述三维空间原点的x坐标，y
i
表示第i个所述货物堆垛集合左下角相对所述三维空间原点的y坐标，weight
i
表示第i个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红宇，张浩，刘强，魏丽军，王润钦，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：