CN115108274B - 一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法 - Google Patents

一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于装箱问题求解领域，尤其涉及一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，所述方法首先在具有成套属性的货物中根据体积大小进行后屋套件的优先装载，再基于贪婪前瞻两步树搜索对无套件属性的货物进行装载，从而实现了装箱问题的快速求解。本发明在三维装箱方法中考虑了成套性约束、相同货物相邻摆放约束、交叉深度约束的问题，能够在短时间内找到对于集装箱内装载成套性货物的装载方法，提高了货物装载的效率。

Description

一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法
技术领域
本发明属于装箱问题求解领域，尤其涉及一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法。
背景技术
装箱问题广泛存在于工业领域，涉及到工业生产的方方面面，包括运输业的集装箱业务，材料制作业的切割任务，工厂的运输业等。随着电子商务的迅速发展，物流运输行业的规模越来越大，装箱问题在商业活动中越来越受重视。通过研究如何优化货物摆放来提高集装箱的空间利用率，解决三维装箱问题的算法不仅能降低货物运输成本，还能充分利用运输能力，在减少材料损耗、增加经济效益等方面具有重要意义。
在实际货物进行装箱时，不仅要提高集装箱的利用率，降低固有集装箱成本，也要考虑货物的拆卸方便性，降低搬运成本，在企业的实际装箱过程中，有些货物具有成套属性，即同一套件中的货物要以一定的比例放于同一集装箱，此外，为了方便货物拆卸，相同的货物要相邻摆放、不同货物之间需要设置交叉深度。
在实际应用中，由于现有的装箱算法没有考虑货物的成套性约束，所以对于成套的货物，先装载哪一个货物、改货物如何放置，都需要工人进行反复的装载，才能得到在有限的装载方案里最优的装载方案。这种方法需要耗费大量的人工成本，且不能在短时间内得出最优的装载方案。
发明内容
本发明提供一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，旨在解决现有的货物装载方法需要耗费大量的人工成本、且无法短时间内得到最优装载方案的问题。
本发明实施例提供一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，所述方法包括以下步骤：
S1、获取集装箱、以及所述集装箱中的货物的信息，所述集装箱的信息包括集装箱编号、集装箱长、集装箱宽、集装箱高，所述货物的信息包括货物编号、货物长、货物宽、货物高，每一所述货物编号具有唯一对应的所述集装箱编号，其中，所述货物具有类别，至少有两类具有不同所述类别的所述货物具有成套属性，具有相同的所述成套属性的所有所述货物组成一个套件,所述套件中的所述货物至少有两种类别，所述套件的总体积满足如下关系式：
Figure BDA0003753177980000021
上式中，I为所述套件中不同所述货物的类型的集合，Vi为第i类的单个所述货物的体积，ni为第i类的所述货物的个数；
S2、对总体积最大的所述套件在所述集装箱中进行预装载，定义与所述集装箱的当前剩余装载体积V相关的第一系数为V1，关于所述第一系数V1的货物体积上限为Ub，并计算Ub最多可以装载所述套件的数量ki,将所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载 ki-j套，最后完成装载的一套所述套件表示为suitj；
S3、根据预装载顺序，对当前的所述套件中未实际装载的体积最大的一个所述货物在三轴水平空间上进行装载，并记录所述货物沿Y轴放置的位置L，更新所述剩余装载体积V；
S4、判断suitj中的所有所述货物是否完成装载，若否，则执行步骤S3；若是，则执行步骤S5；
S5、将所述剩余装载体积V乘以第二系数V2，关于所述第二系数V2的货物体积上限为Ub2，将Ub2与每一所述套件的总体积进行比较；
S6、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第一预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S3；若否，执行步骤S7；
S7、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第二预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S2；若否，执行步骤S8；
S8、执行贪婪前瞻两步树搜索的装载模式，对所述集装箱中没有所述成套数据的所述货物进行装载；
S9、将所述剩余装载体积V的状态设为初始状态，所述初始状态具有分支，定义所述初始状态的每一分支用于装载剩余的单个所述货物；
S10、判断当前的所述分支是否能将剩余的单个所述货物完全装载，若是，则更新所述剩余装载体积V，执行步骤S9；若否，记录所述剩余装载体积V被装满时，所述集装箱的装载率；
S11、获取所述装载率最大时素数集装箱对剩余的单个所述货物的装载模式，并对剩余的单个所述货物进行实际装载；
S12、判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若是：则更换其他的所述集装箱，并判断是否存在任一个所述套件未被实际装载，若是，执行步骤S1；若否，执行步骤S9；
S13、步骤S12中，判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若否：判断所有所述货物是否完成装载；
S14、步骤S12中，判断所有所述货物是否完成装载，若否，则按比例装载剩余的所述货物；若是，则完成所有所述货物的装载过程。
优选的，所述第一系数V1的取值为0.95。
优选的，所述第二系数V2的取值为0.8。
优选的，所述第一预设范围，具体为[0.7V，O.8V]。
优选的，所述第二预设范围，具体为(0，0.7V)。
优选的，步骤S14中，所述按比例装载剩余的所述货物的步骤，具体为：
将剩余的所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载 ki-j套。
本发明实施例所达到的有益效果，由于在三维装箱方法中考虑了成套性约束、相同货物相邻摆放约束、交叉深度约束的问题，能够在短时间内找到对于集装箱内装载成套性货物的装载方法，提高了货物装载的效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的考虑货物成套性的集装箱装箱方法的总体流程示意图；
图2是本发明实施例提供的集装箱三轴立体空间示意图；
图3是本发明实施例提供的集装箱货物装载位置示意图；
图4是本发明实施例提供的集装箱货物装载交叉深度示意图；
图5是本发明实施例提供的集装箱货物装载交叉深度截断示意图；
图6是本发明实施例提供的贪婪前瞻两步树搜索的逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的考虑货物成套性的集装箱装箱方法的总体流程示意图，所述方法包括以下步骤：
S1、获取集装箱、以及所述集装箱中的货物的信息，所述集装箱的信息包括集装箱编号、集装箱长、集装箱宽、集装箱高，所述货物的信息包括货物编号、货物长、货物宽、货物高，每一所述货物编号具有唯一对应的所述集装箱编号，其中，所述货物具有类别，至少有两类具有不同所述类别的所述货物具有成套属性，具有相同的所述成套属性的所有所述货物组成一个套件,所述套件中的所述货物至少有两种类别，所述套件的总体积满足如下关系式：
Figure BDA0003753177980000051
上式中，I为所述套件中不同所述货物的类型的集合，Vi为第i类的单个所述货物的体积，ni为第i类的所述货物的个数。
为便于说明，本发明实施例首先说明本实施例所描述的方法的规则：
第一，对于套件的装载规则，根据实际货物装载过程可知装，先装载体积大的货物会有利于提高装载率，因此本发明实施例在选择套件装载时，选择总体积大的套件先进行装载，再具体的，对套件内的货物进行装载时，选择体积大的货物进行装载，直到该货物完全装载完成，更新集装箱的剩余空间列表，然后重复上一步，直到套件中的货物全部装载完成；
第二，对于不具有成套属性的非套件的装载规则，使用贪婪前瞻两步树搜索对当前集装箱用进行无套件属性的货物进行填充，将当前剩余空间的状态设置为初始状态，每个货物的装载为该状态的分支，如果分支的货物不能完全装载，则记录该装载模式的装载率，如果分支能够完全装载，则设完全装载后的剩余空间为初始状态，继续进行分支，直到集装箱被装满或者无套件属性的货物装载完成；
第三，对于集装箱内货物的摆放规则，定义集装箱本身为三轴的立体空间，如图2所示，货物装载时，优先考虑X、Z轴所在的平面，每放置完成一类货物，记录货物沿Y轴放置最大的长度L，如图3所示；
第四，对于未装载的货物列表，在货物被实际装载后，将其在货物列表中删除；
第五，对于所述集装箱的剩余空间，当一种货物放置完成后，对剩余空间进行一个更新，更新的规则为，根据如图4所示的设置的交叉深度dep，将剩余空间在如图5所示的沿Y轴的L-dep处做截断，即下一类货物沿Y轴放置的位置不小于L-dep。
根据以上规则，本发明实施例所述的考虑货物成套性的集装箱装箱方法进一步按照以下步骤执行。
S2、对总体积最大的所述套件在所述集装箱中进行预装载，定义与所述集装箱的当前剩余装载体积V相关的第一系数为V1，关于所述第一系数V1的货物体积上限为Ub，并计算Ub最多可以装载所述套件的数量ki,将所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载 ki-j套，最后完成装载的一套所述套件表示为suitj。
S3、根据预装载顺序，对当前的所述套件中未实际装载的体积最大的一个所述货物在三轴水平空间上进行装载，并记录所述货物沿Y轴放置的位置L，更新所述剩余装载体积V。
S4、判断suitj中的所有所述货物是否完成装载，若否，则执行步骤S3；若是，则执行步骤S5。
S5、将所述剩余装载体积V乘以第二系数V2，关于所述第二系数V2的货物体积上限为Ub2，将Ub2与每一所述套件的总体积进行比较。
S6、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第一预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S3；若否，执行步骤S7。
S7、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第二预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S2；若否，执行步骤S8。
S8、执行贪婪前瞻两步树搜索的装载模式，对所述集装箱中没有所述成套数据的所述货物进行装载。
请参照图6，图6是本发明实施例提供的贪婪前瞻两步树搜索的逻辑示意图，本发明实施例所述的贪婪前瞻两步树搜索具体包括步骤：
S9、将所述剩余装载体积V的状态设为初始状态，所述初始状态具有分支，定义所述初始状态的每一分支用于装载剩余的单个所述货物。
S10、判断当前的所述分支是否能将剩余的单个所述货物完全装载，若是，则更新所述剩余装载体积V，执行步骤S9；若否，记录所述剩余装载体积V被装满时，所述集装箱的装载率。
S11、获取所述装载率最大时素数集装箱对剩余的单个所述货物的装载模式，并对剩余的单个所述货物进行实际装载。
S12、判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若是：则更换其他的所述集装箱，并判断是否存在任一个所述套件未被实际装载，若是，执行步骤S1；若否，执行步骤S9。
S13、步骤S12中，判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若否：判断所有所述货物是否完成装载。
S14、步骤S12中，判断所有所述货物是否完成装载，若否，则按比例装载剩余的所述货物；若是，则完成所有所述货物的装载过程。
优选的，所述第一系数V1的取值为0.95。
优选的，所述第二系数V2的取值为0.8。
优选的，所述第一预设范围，具体为[0.7V，O.8V]。
优选的，所述第二预设范围，具体为(0，0.7V)。
优选的，步骤S14中，所述按比例装载剩余的所述货物的步骤，具体为：
将剩余的所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载 ki-j套。
本发明实施例所达到的有益效果，由于在三维装箱方法中考虑了成套性约束、相同货物相邻摆放约束、交叉深度约束的问题，能够在短时间内找到对于集装箱内装载成套性货物的装载方法，提高了货物装载的效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、获取集装箱、以及所述集装箱中的货物的信息，所述集装箱的信息包括集装箱编号、集装箱长、集装箱宽、集装箱高，所述货物的信息包括货物编号、货物长、货物宽、货物高，每一所述货物编号具有唯一对应的所述集装箱编号，其中，所述货物具有类别，至少有两类具有不同所述类别的所述货物具有成套属性，具有相同的所述成套属性的所有所述货物组成一个套件,所述套件中的所述货物至少有两种类别，所述套件的总体积满足如下关系式：
Figure FDA0003753177970000011
上式中，I为所述套件中不同所述货物的类型的集合，Vi为第i类的单个所述货物的体积，ni为第i类的所述货物的个数；
S2、对总体积最大的所述套件在所述集装箱中进行预装载，定义与所述集装箱的当前剩余装载体积V相关的第一系数为V1，关于所述第一系数V1的货物体积上限为Ub，并计算Ub最多可以装载所述套件的数量ki,将所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载ki-j套，最后完成装载的一套所述套件表示为suitj；
S3、根据预装载顺序，对当前的所述套件中未实际装载的体积最大的一个所述货物在三轴水平空间上进行装载，并记录所述货物沿Y轴放置的位置L，更新所述剩余装载体积V；
S4、判断suitj中的所有所述货物是否完成装载，若否，则执行步骤S3；若是，则执行步骤S5；
S5、将所述剩余装载体积V乘以第二系数V2，关于所述第二系数V2的货物体积上限为Ub2，将Ub2与每一所述套件的总体积进行比较；
S6、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第一预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S3；若否，执行步骤S7；
S7、判断是否存在任一个未实际装载的所述套件的总体积与Ub2的差值范围处于第二预设范围内，若是，对于当前的所述套件，执行步骤S2；若否，执行步骤S8；
S8、执行贪婪前瞻两步树搜索的装载模式，对所述集装箱中没有所述成套数据的所述货物进行装载；
S9、将所述剩余装载体积V的状态设为初始状态，所述初始状态具有分支，定义所述初始状态的每一分支用于装载剩余的单个所述货物；
S10、判断当前的所述分支是否能将剩余的单个所述货物完全装载，若是，则更新所述剩余装载体积V，执行步骤S9；若否，记录所述剩余装载体积V被装满时，所述集装箱的装载率；
S11、获取所述装载率最大时素数集装箱对剩余的单个所述货物的装载模式，并对剩余的单个所述货物进行实际装载；
S12、判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若是：则更换其他的所述集装箱，并判断是否存在任一个所述套件未被实际装载，若是，执行步骤S1；若否，执行步骤S9；
S13、步骤S12中，判断当前的所述集装箱是否装满，其中，若否：判断所有所述货物是否完成装载；
S14、步骤S12中，判断所有所述货物是否完成装载，若否，则按比例装载剩余的所述货物；若是，则完成所有所述货物的装载过程。
2.如权利要求1所述的一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，所述第一系数V1的取值为0.95。
3.如权利要求1所述的一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，所述第二系数V2的取值为0.8。
4.如权利要求1所述的一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，所述第一预设范围，具体为[0.7V，O.8V]。
5.如权利要求1所述的一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，所述第二预设范围，具体为(0，0.7V)。
6.如权利要求1所述的一种考虑货物成套性的集装箱装箱方法，其特征在于，步骤S14中，所述按比例装载剩余的所述货物的步骤，具体为：
将剩余的所有的所述套件表示为suiti，并对suiti进行预装载，其中：
若Ub不能将suiti进行完全装载，则装载ki-1套，直到刚好可以完全装载ki-j套。
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