硬质直方体集装箱装载优化系统的研究与开发

论文摘要

集装箱装载是将具有一定体积、重量、数量的不同种类货物合理地放置在一个具有一定体积和载重量限制的集装箱空间内的过程。装配方案须满足定性和定量两方面要求。定性方面,主要考虑空间的合理利用,提高货物在运输途中的安全系数等；定量方面,主要考虑有限空间内的不同种类不同数量的货物价值最大化。这一类问题是多约束多目标的组合优化问题,从理论角度讲来讲属于NP （Non-determineistiePolyno-mial）完全问题,确定其最优解非常困难。因此,寻找一个有效的解决集装箱装载问题的方法对于解决集装箱装载的实际问题具有非常重要的意义。首先深入调查了集装箱装载软件发展现状、集装箱装载优化主流算法及发展趋势,分析了集装箱装载的作业流程、问题研究的背景和意义。其次,研究集装箱装载问题涉及到一些约束条件与目标函数,这些约束条件和目标函数主要与作业过程如堆高度和装载次序有关。建立了集装箱装载问题的数学模型。结合集装箱装载的实际情况,对数学模型计算复杂性进行了分析。然后对解决该类问题的启发式算法和遗传算法进行分析和比较,提出了一种基于启发式方法和遗传算法相结合的混合遗传算法。该算法首先利用启发式规则产生问题的初始解群,然后采用三空间分解法对剩余空间进行分解,采用空间合并原则将闲置空间与可用空间进行合并以达到充分利用,并根据待装货物种类和优先等级的不同采用了不同的装载顺序,找出适合该类问题的最佳解,并对交叉操作和变异操作进行了相应的改进。最后,根据现代物流行业生产的实际需要,结合现有的国内外包装设计和集装箱装载系统软件,应用Visual Basic6.0编写了实用程序,通过输入、管理、求解和输出四个模块,实现了本文优化算法的设计思想,并给出了数据显示和图形显。形象的描述装载方案中物体顺序、重心位置的信息,并为装载方案提供了的可视化效果,更便于用户观察。通过具体操作,得出以下结论：该算法对集装箱容积利用率有了较大的提高,对硬质直方体货物集装箱装箱作业有较强的实用性和指导性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 装载问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 集装箱装载优化的方法
• 1.3.1 集装箱装载优化方法发展概述
• 1.3.2 主要集装箱装载优化理论方法
• 1.4 课题的研究内容与意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 2 装载优化模型的建立与空间处理方法
• 2.1 装载问题模型
• 2.1.1 模型描述
• 2.1.2 约束条件
• 2.1.3 建立模型
• 2.2 空间处理方法
• 2.2.1 空间分割
• 2.2.2 货物的空间占位原则
• 2.2.3 空间搜索策略
• 2.2.4 空间合并原则
• 2.3 遗传算法基本流程
• 3 混合遗传算法实现
• 3.1 编码
• 3.1.1 编码预处理
• 3.1.2 编码与解码
• 3.2 种群初始化
• 3.3 适宜度函数及适宜度
• 3.4 算子操作
• 3.4.1 遗传选择操作
• 3.4.2 遗传交叉操作
• 3.4.3 遗传变异操作
• 3.5 算法终止准则
• 3.6 算例分析
• 4 集装箱装载系统的实现
• 4.1 市场需求
• 4.2 系统开发环境
• 4.2.1 系统运行环境
• 4.2.2 开发工具
• 4.3 程序总体框架
• 4.3.1 系统整体框架
• 4.3.2 系统框架设计流程
• 4.4 集装箱转载优化系统各功能模块
• 4.4.1 库模块
• 4.4.2 输入模块
• 4.4.3 优化模块
• 4.4.4 输出模块
• 4.4.5 系统测试
• 5 总结与展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士期间发表论文情况
• 8 致谢