CN111445082B - 大型运输机转场运输集装箱装载优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，包括以下步骤：根据转运任务常见物资类型和数量以及物资常见类别，建立物资数据库，用于分类统计各转运场的物资储备情况，并在进行转运装载时直接调取需转场的物资信息；将完成物资信息统计的物资信息按种类存储在物资数据库中，并在每次储运流程中对数据库中的物资信息进行实时更新；根据转场任务，在物资数据库中查看待装载货物信息；根据物资信息确定货物装载原则；根据装载原则，拟定基于整数规划的集装箱装载优化方案；根据优化后的装载方案进行物资装载，并在装载后进行观察调整，完成剩余空间的装载利用。

Description

大型运输机转场运输集装箱装载优化方法

技术领域

本发明涉及大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，属于空运装载领域。

背景技术

大型运输机是我军实现快速反应、远程机动的主要工具，空运转场以其速度快、受地理条件影响小等优势，无疑成为首选应急转场运输方式。转场装载需要满足快速性、精确性要求，大型运输机优化装载方案能够充分利用运力，缩短准备时间，提高装载效能。由于转场物资数量多，规格尺寸复杂，需用大量集装箱，在装箱时，如何提高集装箱装载效率，减少所用集装箱数量，从而缩减转机架次是大型运输机装载优化的核心问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，基于整数规划的空运装载优化方法能够用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，包括以下步骤：

步骤一、建立物资数据库，统计转运场物资信息并分类存储在物资数据库中：

1.1根据转运任务常见物资类型、数量以及类别，建立物资数据库，用于分类统计各转运场的物资储备情况，并在进行转运装载时直接调取需转场的物资信息；

1.2统计转运场的物资信息；

1.3将完成物资信息统计的物资信息分类存储在物资数据库中，并在每次储运流程中对数据库中的物资信息进行更新；

步骤二、根据转场任务，调取货物物资信息并制定集装箱装载方案：

2.1根据转场任务，在物资数据库中查看待装载货物信息；

2.2根据物资信息确定货物装载原则；

2.3根据装载原则，拟定基于整数规划的集装箱装载优化方案：

(1)按照集装箱高度，以每种货物最大叠放数目分组，最后不足一组的记录剩余件数；

(2)选择集装箱的一条边进行整数规划，数学描述如下：

式中，L为所规划边的长度，Z表示整数，l_i,x_i分别对应横装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，w_i,y_i分别对应顺装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，m_i为第i种货物剩余的组数；

按照整数规划结果绘制装载图，进行模拟装载，在更新剩余空间尺寸之后，选择集装箱的下一条边再次进行整数规划，重复第(2)步，直至放不下剩余货物；

(3)观察修正：完成全部装载方案优化后，修正剩余空间转载方案；

步骤三、根据优化后的装载方案进行货物装载，并在装载后进行观察调整，完成剩余空间的装载利用。

所述的一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，步骤一中建立的物资数据库包括：

转场任务类别数据模块，其包含军用转场运输常见的任务类型以及该任务类型下需要的物资种类及各种类物资的数量；

物资种类数据模块，其包含军用物资常见的种类标识；

物资尺寸及重量模块，其包含物资尺寸、物资包装箱尺寸、物资净重以及物资包装重量；

物资运输注意事项模块，其包含特定种类物资的运输注意事项；

信息备注模块，用于临时补充信息或进行特定标注。

所述的一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，步骤2.2中确定的货物装载原则，按照优先权由高到低依次包括：

(1)最大化：为了让货物最大化占满集装箱空间，沿集装箱某一边摆放货物时，让货物最大化占满该条边；

(2)短边优先：优先沿集装箱宽度方向摆放货物，将同种货物沿集装箱高度方向叠放，最后小件货物补足上方剩余空间；

(3)整齐：让同种货物并列摆放；

(4)大件货物优先。

本发明的优点在于：本发明建立物资数据库，对物资信息分类存储，便于调取和统计管理，同时，本发明提出基于整数规划的空运装载方案优化方法，能够用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高。不仅如此，该方法不涉及复杂的算法，操作简单，适合基层部队使用。

附图说明

图1为本发明一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法流程图；

图2为本发明实施例1装载方案优化装载图；

图3为本发明实施例2装载方案优化装载图。

具体实施方式

以下结合附图进一步介绍本发明的技术方案：

如图1所示，一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法,包括以下步骤：

步骤一、建立物资数据库，统计转运场物资信息并分类存储在物资数据库中，

对于常用军用物资，由于部队经常性空运装载物资种类变化不大，可以根据物资转运任务常见物资类型和数量以及物资常见类别，建立物资数据库，在转运场物资入库前进行物资信息统计，然后将物资信息储存在物资数据库中，并将物资分类入库。

1.1根据物资转运任务常见物资类型和数量以及物资常见类别，建立物资数据库，用于分类统计各转运场的物资储备情况，并在进行转运装载时直接调取需转账的物资信息；

所述物资数据库包括：转场任务类别数据模块、物资种类数据模块、物资尺寸及重量模块、物资运输注意事项模块以及信息备注模块，各模块之间信息可以互相调取信息以及交叉存储；其中，转场任务类别数据模块中包含军用转场运输常见的任务类型以及该任务类型下需要的物资种类及各种类物资的数量；物资种类数据模块包含军用物资常见的种类标识，例如生活物资、战训物资、日常保养物资等；物资尺寸及重量模块包含各统计出的物资尺寸、物资包装箱尺寸、物资净重以及物资包装重量；物资运输注意事项模块包含特定种类物资的运输注意事项；信息备注模块用于临时补充信息或对进行特定标注。

1.2统计转运场的物资信息，包括物资种类、物资尺寸、物资重量、物资运输注意事项等用于分类、储存、空运的必要项目。

1.3将完成物资信息统计的物资信息按种类存储在物资数据库中，并在每次储运流程中对数据库中的物资信息进行实时更新。

步骤二、根据转场任务，调取物资信息并制定装载方案

2.1根据转场任务，在物资数据库中查看待装载物资信息；

2.2根据物资信息确定装载原则：

为了防止物资在转运途中破损，需要对物资进行打包装箱，于是空运装载问题可以简化为若干种类和数量不同的长方体(包装箱)装入一个集装箱的问题，追求的目标是在若干约束条件下，体积利用率最大。

约定以下假设条件：(1)每个货物箱体足够坚固，同一种货物可以堆叠放置；(2)货物可以横、顺混装，但是不可以侧放或倒置，即货物长和宽方向数值可互换，高度值不能变。

为了充分利用装载空间，确定如下装载原则：

(1)最大化，即尽量让货物占满集装箱空间。由于集装箱尺寸和货物尺寸一般不是整数倍关系，故最后总会浪费一些剩余空间，因此沿集装箱某一边摆放货物时，尽量让货物占满该条边。

(2)短边优先，即优先沿集装箱宽度方向摆放货物。一般，不允许大件货物压在小件货物上面，因此多采用同种货物沿集装箱高度方向叠放，最后小件货物补足上方剩余空间。这样就将三维装箱问题降低为二维摆放问题，有利于问题的求解。而在平面摆放中，同样的尺寸空置，对于集装箱中较长的边来说占比更低，浪费更少。

(3)整齐，即尽量让同种货物并列摆放。由于货物尺寸各不相同，如果同种货物摆放到一起，那么剩余空间依然是长方形，否则剩余空间参差不齐，难以有效利用。

(4)大件货物优先，因为剩余空间会越来越小，如果出现大件货物受限放不下，小件货物又全摆放完毕，空间利用率就会下降。

上述原则按优先级排列，序号小的优先级高。

2.3根据装载原则，拟定集装箱装载优化方案：

本发明提出一种基于整数规划的装载优化方法：

(1)货物分类分组，即按照集装箱高度，以每种货物最大叠放数目分组，最后不足一组的记录剩余件数。如果货物尺寸差别较大，则需要对货物先进行分类，先安排大件货物装箱，再安排小件货物插空放置。

(2)整数规划，即根据前述原则，选择集装箱的一条边进行整数规划，数学描述如下：

式中，L为所规划边的长度，Z表示整数，l_i,x_i分别对应横装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，w_i,y_i分别对应顺装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，m_i为第i种货物剩余的组数。

按照整数规划结果绘制空间装载图，模拟装载，在更新剩余空间尺寸之后，选择下一条边再次进行整数规划，即重复第(2)步，直至放不下剩余货物。反复迭代呈现出的效果是货物尽量沿集装箱四周摆放，从而保持剩余空间的完整性，有效避免了空间碎片化导致的利用率下降。

该过程既可以用程序实现，也可以仅用计算机辅助完成整数规划，而人工进行排列和选择，极大提高了基层部队采用这种方法的可行性。

(3)观察修正。完成全部装载方案优化后，修正剩余空间转载方案。

步骤三、根据优化后的装载方案进行物资装载，并在装载后进行观察调整，人工完成剩余空间的装载利用。复杂问题用算法实现时，一般难以避免小瑕疵，比如剩余不足一组的货物摆放等等，而此时剩余空间不多，人工较容易实现最佳装载。

实施例1

集装箱尺寸为长4012mm，宽2438mm，高2438mm，额定载重10t，待装载物资可以横、顺混装，尺寸如表1所示。

表1待装载物资尺寸表

物资	长(mm)	宽(mm)	高(mm)	重量(kg)	数量(箱)
						A	1296	784	304	82	24
B	992	560	240	44	60
						C	812	550	200	36	38
D	784	464	192	27	80

根据集装箱高度，采用同种货物上下叠放的装载方法，将物资进行分组，分组情况如表2所示。

表2物资分组表

物资	每组物资数(箱)	剩余高度(mm)	组数(组)	零散物资数(箱)
					A	8	6	3	0
B	10	38	6	0
					C	12	38	3	2
D	12	134	6	8

采用基于整数规划的空运装载方案优化方法，可以装载2组A物资，6组B 物资，3组C物资，6组D物资，平面装载方案甲如图2所示。

该装箱问题采用的是禁忌搜索算法，现将装载方案一并列出，装入物资的情况如表3所示，装载总重量、装载总体积和空间利用率的信息如表4所示。

表3装入物资情况对比

表4装载效能对比

可见，采用本发明装载方案优化后至少能提高3％的空间利用率。

实施例2

集装箱规格为长5905mm，宽2350mm，高2392mm，待装货物信息如表5 所示，货物每个面都可以作为底面放置。

表5待装载货物规格和数目

类型	长(mm)	宽(mm)	高(mm)	数量(个)
					1	510	260	159	47
2	430	310	175	360
					3	329	227	306	485
4	510	260	159	69
					5	410	210	243	248
6	435	310	175	129

1号和4号类型的货物规格尺寸相同，合并到一起能使问题简化，合并后分组如表6所示。

表6货物分组表

类型	每组货物数(个)	剩余高度(mm)	组数(组)	零散货物数(个)
					1、4	15	7	7	11
2	13	117	27	9
					3	7	250	69	2
5	9	205	27	5
					6	13	117	9	12

采用基于整数规划的装载优化方法可以装载1号和4号货物8组，2号货物 28组，3号货物69组，5号货物27组，6号货物10组，装载平面图如图3所示。由于1号(含4号)货物不足8组，零散货物11个，因而空余4个货位，同理，2号货物空余4个货位，6号货物空余1个货位。但是，还有2个3号货物，5个5号货物未装箱。

由于对大小货物叠放没有限制，并且注意到3号货物长、宽值均较小，而高度值较大，分组装箱后，集装箱内剩余高度不足以再放下3号货物，而3号货物分组装箱后，集装箱剩余高度250mm，足以在其上再放置1个5号货物，即在图3左侧，每2组3号货物上，足以叠放1个5号货物，30组3号货物，至少可以放下15个5号货物，因此5号货物可全部装入。而1号货物的4个空位上，完全可以放入2个3号货物。至此，货物全部装入集装箱内，并且还有富余空间，可以继续放入货物，装箱率达到100％。

结果表明，基于整数规划的空运装载优化方法能够用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高。不仅如此，该方法不涉及复杂的算法，操作简单，适合基层部队使用。

Claims (3)

1.一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立物资数据库，统计转运场物资信息并分类存储在物资数据库中：

1.1根据转运任务常见物资类型、数量以及类别，建立物资数据库，用于分类统计各转运场的物资储备情况，并在进行转运装载时直接调取需转场的物资信息；

1.2统计转运场的物资信息；

1.3将完成物资信息统计的物资信息分类存储在物资数据库中，并在每次储运流程中对数据库中的物资信息进行更新；

步骤二、根据转场任务，调取货物物资信息并制定集装箱装载方案：

2.1根据转场任务，在物资数据库中查看待装载货物信息；

2.2根据物资信息确定货物装载原则；

2.3根据装载原则，拟定基于整数规划的集装箱装载优化方案：

(1)按照集装箱高度，以每种货物最大叠放数目分组，最后不足一组的记录剩余件数；

(2)选择集装箱的一条边进行整数规划，数学描述如下：

式中，L为所规划边的长度，Z表示整数，l_i,x_i分别对应横装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，w_i,y_i分别对应顺装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，m_i为第i种货物剩余的组数；

按照整数规划结果绘制装载图，进行模拟装载，在更新剩余空间尺寸之后，选择集装箱的下一条边再次进行整数规划，重复第(2)步，直至放不下剩余货物；

(3)观察修正：完成全部装载方案优化后，修正剩余空间转载方案；

步骤三、根据优化后的装载方案进行货物装载，并在装载后进行观察调整，完成剩余空间的装载利用。

2.如权利要求1所述的一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，其特征在于，所述步骤一中建立的物资数据库包括：

转场任务类别数据模块，其包含军用转场运输常见的任务类型以及该任务类型下需要的物资种类及各种类物资的数量；

物资种类数据模块，其包含军用物资常见的种类标识；

物资尺寸及重量模块，其包含物资尺寸、物资包装箱尺寸、物资净重以及物资包装重量；

物资运输注意事项模块，其包含特定种类物资的运输注意事项；

信息备注模块，用于临时补充信息或进行特定标注。

3.如权利要求1所述的一种大型运输机转场运输集装箱装载优化方法，其特征在于，所述步骤2.2中确定的货物装载原则，按照优先权由高到低依次包括：

(1)最大化：为了让货物最大化占满集装箱空间，沿集装箱某一边摆放货物时，让货物最大化占满该条边；

(2)短边优先：优先沿集装箱宽度方向摆放货物，将同种货物沿集装箱高度方向叠放，最后小件货物补足上方剩余空间；

(3)整齐：让同种货物并列摆放；

(4)大件货物优先。

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