JP2780385B2

JP2780385B2 - 積載計画装置

Info

Publication number: JP2780385B2
Application number: JP26445489A
Authority: JP
Inventors: 典子長田; 篤憲太屋岡; 紀生小平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH03124626A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、ロボット等を使用して貨物を積付ける際
に、積載計画を行なう積載計画装置に関するものであ
る。

［従来の技術］従来の積載計画装置は、パレットなどの積付け容器
に、複数個の同一寸法の貨物のみを積付けするシステム
がほとんどであった。しかし、近年のような多品種少量
輸送時代においては、１つの積付け容器に複数の寸法や
重量の異なる貨物を積付けるシステムが要求されてい
る。このようなシステムにおいては、ひとまとめにして
輸送する貨物群（以下、１積付け単位と称す）を必要最
低限の数の積付け容器で輸送できるように、１積付け単
位を各積付け容器に振分ける最適な貨物の組合せを求め
る必要がある。

貨物を複数の容器に、その容器数が最小となるように
振分ける問題は、従来から箱詰め問題（またはビンパッ
キング問題）として知られている。この問題は基本的に
は組合せ問題であり、全ての考えられる容器と貨物の組
合せを求め、そのうち最小の容器数を必要とするものを
解として採用すればよい。しかし、この方法は容器数や
貨物数の増大に伴い、計算量が増えすぎるため、実用的
ではない。そこで、実際には全ての組合せを求めるので
はなく、ある程度最適解に近い解が得られることが経験
的にわかっているアルゴリズムを使って、組合せのうち
の一部を試し、この中で最適なものを解とする方法がと
られる。これを近似アルゴリズムという。この方法は、
例えば、「講座・数理計画法8,組合せ最適化」（産業図
書）に記載されている。

以下、第４図，第５図を用いて近似アルゴリズムの一
例を説明する。第４図は、近似アルゴリズムを用いた従
来の積載計画装置を示す構成図である。図において、
（５）はソーティング部、（７）はパッキング部であ
る。第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれ容器A1,A2に積付
けられた貨物の高さを示すグラフである。図において、
Aj（ｊ＝1,2）は例えば共に高さＨ＝100の積付け容器で
あり、Ｙ方向には容器Ajに詰められた貨物の高さの合計
をaj（ｊ＝1,2）で表す。また、第１表は振分けを行な
う貨物Pi（ｉ＝1,…,5）を所定の積付け容器内に積み上
げた場合の貨物の高さ（以下、貨物の高さと称す）を記
載したものである。第１表に示す貨物の場合には、第５
図の貨物の高さはa1＝80,a2＝75となる。

次に動作について説明する。このアルゴリズムでは貨
物の特徴量として例えば高さを考え、容器の制約条件と
して高さの合計を考える。従ってソーティング部（５）
では全ての貨物の高さの高いものから順に並べ替える。
第１表の例ではP2,P4,P1,P3,P5の順となる。パッキング
部（７）では並べた順に箱詰めを行う。この時、貨物を
入れる容器の選び方は、その貨物を詰めることによって
詰められた貨物の高さの合計が最大になるものを選ぶ。
第５図はソーティングの順に貨物P2,P4,P1まで詰めた状
態を示しており、第５図（ａ）の容器A1にはP2が詰めら
れ、a1＝80となる。また、第５図（ｂ）の容器A2にはP4
とP1が詰められ、a2＝75となる。次に高さ15の貨物P3を
容器に詰めるとすると、容器Alではa1＝95、容器A2では
a2＝90となるので、貨物P3は貨物の高さの合計が最大に
なる容器A1に詰めることになる。もし、貨物が入る容器
がなければ、新しい容器に詰める。この処理を貨物がな
くなるまで行ない、全ての貨物を詰め終った時に使用し
ている容器の数が必要な容器数となる。即ち、近似アル
ゴリズムは、ある程度よい解が得られる規則を経験的に
見つけ、この規則を適用して算出される解を採用するも
のである。この近似アルゴリズムの場合、ソーティング
部（５）における順序を決める規則と、パッキング部
（７）における容器を選ぶ規則とが、よい解を抽出する
鍵となっている。

このように、近似アルゴリズムでは、例えば高さのみ
を制約条件と考えた、１つの特徴量に対応するアルゴリ
ズムである。しかし、実際には貨物を振分けるときには
高さ以外にも体積や重量、個数等の考慮すべき特徴量が
あり、これらを総合的に評価する必要があるが、このア
ルゴリズムでは対応できない。

複数の特徴量を総合的に評価するものとして、例えば
人間がその重要度により重みを指定し、この重みの指定
に従って、評価値を決めるようにした装置がある、この
装置は特開昭60−197530号公報や特開昭61−206730号公
報に掲載されている。しかしこの装置では、箱詰めする
貨物の組合せによっては、人間が重要であると指定した
特徴量が振分けにあまり寄与しない場合がある。例え
ば、積付け容器に積載体積制限と積載重量制限がある
時、重量制限を重視し、重量の特徴量に大きい重みをつ
けたとする。ここで、１積付け単位の貨物群が重い貨物
ばかりで構成されている場合は効果的であるが、逆に全
体的にその体積に比べて重量が軽い貨物であった場合、
即ちどのように積んでも重量制限にあまり関係がない場
合には、むしろ貨物の体積について主に考慮し、無駄ス
ペースがでないような貨物の組合せを考えるべきであ
る。この場合には、重量による評価値は振分けにとって
余り意味をなさないことになり、結果的に高充填効率の
振分けが行われないという問題点があった。

［発明が解決しようとする課題］以上のように従来の積載計画装置では、貨物の１つの
特徴量のみに注目するか、複数の特徴量に固定の重みを
付けた評価値によって貨物を振り分けており、高充填効
率の振分けが行われないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、貨物群の特徴量が各積付け単位毎に異な
っていても、各々の特徴量に応じて評価値を自動的に変
更し、高充填効率で振分けができる積載計画装置を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明による積載計画装置は、複数種類の貨物をな
るべく小数の積付け容器上に積付ける積載計画装置にお
いて、貨物が持つ複数の特徴量の各々が積載制限条件に
与える影響の大きさを表す貢献度を演算する貢献度演算
部、上記貢献度を基に上記貨物の各々が積付け容器を占
有する度合いを表す占有率を演算する占有率演算部、上
記占有率の大きい順に上記貨物を順序付けし、この順序
を積付け順序とするソーティング部、積付け段階にある
複数の積付け容器の各々について、次に積付ける貨物を
詰めたときの充填率を演算する充填率演算部、及び充填
率の最も大きくなる積付け容器を当該貨物の振分け先と
して決定し、積付け可能な積付け容器がない場合は積付
け容器を追加するパッキング部を備えたものである。

［作用］この発明における振分け演算装置では、１積付け単位
毎に、積付ける貨物群の特徴量から各特徴量の貢献度を
求め、貨物個々の特徴量を貢献度で補正し、補正後の特
徴量である占有率及び容器の充填率に応じて振分けを行
う。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。こ
の実施例では、例えば積付け容器の制約条件として、体
積制限と重量制限のある場合、即ち貨物の特徴量とし
て、貨物の体積と重量の２つの特徴量を考慮する場合に
ついて説明する。また、積付け容器としてパレットを用
いて説明する。

第１図は、この発明の一実施例による積載計画装置を
示す構成図である。図において、（１）は振分け演算装
置、（２）は積付け演算装置、（３）は貢献度演算部、
（４）は占有率演算部、（５）はソーティング部、
（６）は充填率演算部、（７）はパッキング部である。
振分け演算装置（１）は、貢献度演算部（３），占有率
演算部（４），ソーティング部（５），充填率演算部
（６），及びパッキング部（７）で構成されている。第
２図は振分け演算装置（１）での処理を示すフローチャ
ートである。（11）〜（16）は処理の各ステップを示
す。第３図（ａ），（ｂ）はそれぞれ容器A1,A2に積付
けられた貨物の体積と重量を示すグラフである。図にお
いて、Aj（ｊ＝1,2）を制限体積Ｖ＝1,制限重量Ｗ＝１
のパレットとし、Aj（ｊ＝1,2）にすでに振り分けられ
た貨物の体積の合計をaj（ｊ＝1,2）、重量の合計をbj
（ｊ＝1,2）で表わすものとする。ここでvi、wiは各貨
物の実際の体積及び重量を、Ajの実際の制限体積及び制
限重量で正規化した（除した）ものとしているので、Aj
の制限体積、制限重量は１であり、０≦vi＜１、０≦wi
＜１である。また、第２表はｎ種類の貨物から構成され
る１積付け単位の各貨物Piの体積vi、重量wi（ｉ＝1,
…,n）を記載したものである。ここで、貨物Piは１個と
は限らず、同じパレットに振り分けたい複数の貨物をひ
とまとめにしたものでもよい。例えば、同種類の複数の
貨物を同じパレットに振り分けるようにしたい場合は、
体積、重量として、同種類の貨物の総体積、総重量を考
えればよい。

次に各部の処理の流れを説明する。貢献度演算部
（３）では、式（１）及び式（２）に従って１積付け単
位の全ての貨物の総体積Ｖ及び総重量Ｗを求める。

Ｖ＝Σvi …（１）Ｗ＝Σwi …（２） V ;体積の総和 W ;重量の総和 vi ;貨物Piの体積 wi ;貨物Piの重量第２表の例ではＶ＝10.0、Ｗ＝5.0である。そして体
積、重量の各特徴量の、振分け効率に対する貢献度βa,
βｂを式（３）及び式（４）に評価関数により定義する
（ステップ（11））。

βａ＝V/（Ｖ＋Ｗ） …（３） βｂ＝W/（Ｖ＋Ｗ） …（４） βa;体積の貢献度 βb;重量の貢献度 V ;体積の総和 W ;重量の総和第２表の例では、βａ＝0.67、βｂ＝0.33となる。次
に、占有率演算部（４）で、各貨物に対し、占有率piを
式（５）の評価関数により定義し、これを演算する（ス
テップ（12））。

pi＝（βａ＊vi）^２＋（βｂ＊wi）^２ …（５） pi ;貨物Piの占有率 βa;体積の貢献度 βb;重量の貢献度 vi ;貨物Piの体積 wi ;貨物Piの重量この占有率の意味を説明する。貢献度βa,βｂは式
（３），（４）からわかるように、貨物の特徴量の総和
に比例する値である。これを各貨物の特徴量に乗じてい
るのは、特徴量のうち、総和の多いもの、即ち貢献度が
大きいものは、小さいものに比べて、振分けに際して考
慮すべき度合が大きい特徴量であると考えられることに
よる。なぜなら、総和の大きい特徴量は小さい特徴量に
比べ、相対的にパレットの制限条件を厳しく受けるため
に、振分け効率に与える影響の度合いが大きいからであ
る。この例では、βａ＞βｂであり、この積付け単位の
貨物群は体積制限の方を重量制限より重視した振分け計
画をすべきであることを示している。第２表に貨物の各
特徴量と占有率とを示す。ここで例えば、貨物P1の占有
率p1＝0.29、貨物P3の占有率p3＝0.09となっており、体
積特徴量と重量特徴量の和は同じであるのに、占有率は
異なっている。これは、単に体積のみ、重量のみ、ある
いは両方の特徴量を単に加算したものを評価率とした場
合と異なり、この占有率が貨物群全体の特徴を反映した
評価値、この例では、体積特徴量を強めに、重量特徴量
を弱めにして総合評価した値となっていることがわか
る。

次にソーティング部（５）では全ての貨物を占有率の
大きいものから順に並べ替えを行なう（ステップ（1
3））。貨物P1とP3では、P1の方が先に並べられる。さ
らに、充填率演算部（６）で、振分けるパレットを選ぶ
尺度として、式（６）に定義する充填率を演算する（ス
テップ（14））。

ｒij＝（βａ＊（aj＋vi））^２＋（βｂ＊（bj＋wi））^２ …（６）ｒij；貨物PiをパレットAjに振分けた時の充填率 βa;体積の貢献度 βb;重量の貢献度 aj ;パレットAjに既に振分けられた体積の合計 bj ;パレットAjに既に振分けられた重量の合計 vi ;貨物Piの体積 wi ;貨物Piの重量即ち、貨物Piを詰める段階において、すでにいくつか
の貨物がｋ枚のパレットに振分けられていれば、積付け
段階にあるｋ枚のパレット各々についてPiを振分けたと
仮定したときの充填率ｒil…ｒikを求める。そして充填
率の最も大きくなるパレットを選択し、貨物Piの振分け
先として決定する。もし、Piを詰めることのできるパレ
ットがなければ、新しいパレットに振分ける。この充填
率の意味も、上記の占有率と同様、貢献度が多い特徴量
については、振分け効率に与える影響の度合いが大きい
と考え、占有率と同じ重みをつけている。例えば第３図
に示す様にすでにいくつかの貨物が振分けられており、
貨物P4を振分ける段階で、パレットA1の振分け状態がa1
＝0.7、b1＝0.3、パレットA2の振分け状態がa2＝0.3、b
2＝0.7であるとすると、各パレットの充填率はr41＝0.4
8、r42＝0.27となり、パレットA1が選ばれる。この場
合、式（６）ではなく、体積、重量を個別に評価する
と、パレットA1では体積特徴量が、パレットA2では重量
特徴量が制限特徴量をいっぱいに満たす（１になる）こ
とになる。しかし、この例の積載単位は体積制限を重視
すべき貨物群であったことから、式（６）の充填率によ
り、体積特徴量の方を優先的に評価することができる。
ステップ（16）で貨物が全て振分け終ったかどうかを判
定し、未だ存在する時はステップ（14），（15）を繰り
返す。貨物の振分けが全て終了後、積付け演算装置
（２）で実際にパレットの何処に積付けるかを演算処理
する。

このように占有率と充填率の２つの評価値を用いて全
ての貨物を振分け、振分け終った時点で使用しているパ
レットの数が必要パレット数になる。

なお、上記実施例では、２特徴量の場合について説明
したが、ｎ特徴量の場合についても適用できることはい
うまでもない。また、貢献率、充填率を算出する式
（１），（２），（３），（４），（５），（６）は、
複数の特徴量を貨物の特徴に応じて総合的に評価する別
の式であってもよい。

また、積載計画を行なうに当たって、貨物の振分けま
でを行ない、積付け演算装置（２）による積付けを省略
することもできる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、複数種類の貨物を
なるべく小数の積付け容器上に積付ける積載計画装置に
おいて、貨物が持つ複数の特徴量の各々が積載制限条件
に与える影響の大きさを表す貢献度を演算する貢献度演
算部、上記貢献度を基に上記貨物の各々が積付け容器を
占有する度合いを表す占有率を演算する占有率演算部、
上記占有率の大きい順に上記貨物を順序付けし、この順
序を積付け順序とするソーティング部、積付け段階にあ
る複数の積付け容器の各々について、次に積付ける貨物
を詰めたときの充填率を演算する充填率演算部、及び充
填率の最も大きくなる積付け容器を当該貨物の振分け先
として決定し、積付け可能な積付け容器がない場合は積
付け容器を追加するパッキング部を備えたことにより、
貨物群の特徴に応じて適切な積載計画が立案でき、高充
填効率で振分けができる積載計画装置が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による積載計画装置を示す
構成図、第２図はこの実施例に係る振分け演算装置の処
理を示すフローチャート、第３図はこの実施例に係るパ
レットへの振分けの過程を示すグラフ、第４図は従来の
積載計画装置を示す構成図、第５図は従来の装置に係る
容器への振分けの過程を示すグラフである。（１）……振分け演算装置、（２）……積付け演算装
置、（３）……貢献度演算部、（４）……占有率演算
部、（５）……ソーティング部、（６）……充填率演算
部、（７）……パッキング部。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−161631（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−206730（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−197530（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B65G 57/00 - 61/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数種類の貨物をなるべく小数の積付け容
器に積付ける積載計画装置において、貨物が持つ複数の
特徴量の各々が積載制限条件に与える影響の大きさを表
す貢献度を演算する貢献度演算部、上記貢献度を基に上
記貨物の各々が積付け容器を占有する度合いを表す占有
率を演算する占有率演算部、上記占有率の大きい順に上
記貨物を順序付けし、この順序を積付け順序とするソー
ティング部、積付け段階にある複数の積付け容器の各々
について、次に積付ける貨物を詰めたときの充填率を演
算する充填率演算部、及び充填率の最も大きくなる積付
け容器を当該貨物の振分け先として決定し、積付け可能
な積付け容器がない場合は積付け容器を追加するパッキ
ング部を備えたことを特徴とする積載計画装置。