基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法和系统，设置箱子的基础参数、旋转方式以及遗传算法的相关参数；根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，得到需要摆放的新箱子总数量，记录新箱子的信息并编号；根据序列编码和旋转方式生成初始种群，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进容器后的空间利用率，利用遗传算法和启发式装箱策略求解将所有新箱子装进容器且空间利用率最大的装箱结果。本发明专利技术维护了一个空闲空间列表，避免复杂的计算，对箱子进行重组合，降低了问题的规模，加快算法的运行速度；通过遗传算法结合启发式装箱策略的方法，用来寻找箱子摆放的位置，使得最终的摆放结果更加紧凑。结果更加紧凑。结果更加紧凑。

【技术实现步骤摘要】
基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法和系统


[0001]本专利技术涉及工业领域，特别是涉及一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法和系统。

技术介绍

[0002]三维装箱问题在工业领域有着很多直接的应用，如物流运输、材料切割、仓库管理等。如何提高装载效率，最大化利用装载空间，从而降低企业成本，提高企业盈利能力，成为科学研究和实践中一个具有重要意义的课题。同时，三维装箱问题是一个经典的组合优化问题，也是NP
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hard问题，因此，很难找到有效求解该问题的算法。
[0003]三维装箱问题的复杂性使得求解该问题的确定性算法较少，主要使用启发式算法进行求解。当前技术主要面临以下挑战和不足：1)基于模拟退火算法求解三维装箱问题，由于模拟退火算法的关键在于邻域的构造，箱子的个数直接影响模拟退火算法中需要计算的邻域大小，箱子增多导致邻域空间变大，算法运行时间变长，因此只适合于求解小规模问题；2)基于遗传算法结合三维装箱策略的方法，所采用的装箱策略是最深底左填充策略，由于每次放入新箱子时需要与已放置好的箱子进行重叠判断，因此计算量较大，时间复杂度高；3)基于偏随机密钥遗传算法的方法，设计了一种新的三维装箱策略，该策略在选择装箱位置时，先计算箱子右前上方顶点与容器右前上方顶点的距离，选择距离最大的位置进行装箱，从而使得装箱结果更加紧凑，但对于强异构箱子，由于空间被分割得零散，从而增大了计算量，时间复杂度高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法和系统，提升货物装箱的效率，减少装箱时间，提高货柜的空间利用率，从而节约成本。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0006]一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，包括：
[0007]S1，设置箱子的基础参数、旋转方式以及遗传算法的相关参数；
[0008]S2，根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，得到需要摆放的新箱子总数量，记录新箱子的信息并编号；
[0009]S3，根据序列编码和旋转方式生成初始种群，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进容器后的空间利用率，利用遗传算法和启发式装箱策略求解将所有新箱子装进容器且空间利用率最大的装箱结果。
[0010]优选的，步骤S1中，设置箱子的基础参数包括设置箱子的长宽高；箱子的旋转方式包括不旋转、绕轴旋转和绕双轴旋转；设置遗传算法的相关参数包括设置遗传算法的种群规模、交叉概率、变异概率。
[0011]优选的，步骤S2中，根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，
包括：
[0012]选取箱子的长宽高中较小的二者作为组合的基准，预设的标准为将同类型的箱子组合成符合尺寸限制的方形。
[0013]优选的，步骤S3中，初始种群中的个体包括所有新箱子按照不同标准排序得到的序列及新箱子所对应的旋转方式。
[0014]优选的，步骤S3中，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进空闲空间后的空间利用率，包括：
[0015]初始化空闲空间列表，获取待放置箱子列表和已放置箱子列表；
[0016]若空闲空间列表中的空闲空间能够容纳待放置箱子，则将该箱子放置到空闲空间中，更新空闲空间列表，直至待放置箱子列表为空；
[0017]根据剩余空闲空间之和与容器的容积计算得到空间利用率。
[0018]优选的，判断空闲空间列表中的空闲空间能否容纳待放置箱子，通过以下方式判断：
[0019]判断空闲空间的体积是否大于或等于待放置箱子的体积，判断空闲空间的基础参数是否大于或等于待放置箱子的基础参数，若是，则能够容纳待放置箱子。
[0020]优选的，更新空闲空间列表，包括：
[0021]从空闲空间列表中删除该空闲空间，将放置待放置箱子产生的新的空闲空间加入到空闲空间列表中；
[0022]若产生的新的空闲空间无法容纳待放置箱子，则对其进行整理合并；
[0023]按照Z轴、Y轴、X轴的顺序从小到大对整理合并后的空闲空间列表进行排序。
[0024]优选的，初始的空闲空间列表只有一个空闲空间，其体积等于容器的体积。
[0025]一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱系统，包括：
[0026]参数设置单元，用于设置箱子的基础参数、旋转方式以及遗传算法的相关参数；
[0027]旋转和重组合单元，用于根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，得到需要摆放的新箱子总数量，记录新箱子的信息并编号；
[0028]智能装箱单元，用于根据序列编码和旋转方式生成初始种群，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进容器后的空间利用率，利用遗传算法和启发式装箱策略求解将所有新箱子装进容器且空间利用率最大的装箱结果。
[0029]本专利技术的有益效果在于：维护了一个空闲空间列表，每次从中选出的空闲空间，确保了新放置的箱子不会与已放置的箱子发生重叠，从而避免了复杂的计算，加快了算法的运行速度；在处理强异构箱子时，因为对箱子先进行了重组合的处理，使得后续需要摆放的箱子总数量减少，降低了问题的规模，同样能够加快算法的运行速度；通过遗传算法结合启发式装箱策略的方法，用来寻找箱子摆放的位置，可以使得最终的摆放结果更加紧凑。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本专利技术一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法的流程图；
[0032]图2是本专利技术一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法一个实施例的流程图；
[0033]图3是交叉操作的示意图；
[0034]图4是步骤S3中设置空闲空间列表智能装箱的流程图；
[0035]图5是将箱子放进空闲空间后带来的新的空闲空间，图5a为右空间，图5b为前空间，图5c为上空间；
[0036]图6为本专利技术一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱系统的原理框图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]如图1和图2所示，本专利技术提出了一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，包括：
[0039]S1，设置箱子的基础参数、旋转方式以及遗传算法的相关参数；
[0040]步骤S1中，设置箱子的基础参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，其特征在于，包括：S1，设置箱子的基础参数、旋转方式以及遗传算法的相关参数；S2，根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，得到需要摆放的新箱子总数量，记录新箱子的信息并编号；S3，根据序列编码和旋转方式生成初始种群，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进容器后的空间利用率，利用遗传算法和启发式装箱策略求解将所有新箱子装进容器且空间利用率最大的装箱结果。2.根据权利要求1所述的基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，其特征在于，步骤S1中，设置箱子的基础参数包括设置箱子的长宽高；箱子的旋转方式包括不旋转、绕轴旋转和绕双轴旋转；设置遗传算法的相关参数包括设置遗传算法的种群规模、交叉概率、变异概率。3.根据权利要求2所述的基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，其特征在于，步骤S2中，根据箱子的基础参数和预设的标准对同类型的箱子进行组合，包括：选取箱子的长宽高中较小的二者作为组合的基准，预设的标准为将同类型的箱子组合成符合尺寸限制的方形。4.根据权利要求1所述的基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，其特征在于，步骤S3中，初始种群中的个体包括所有新箱子按照不同标准排序得到的序列及新箱子所对应的旋转方式。5.根据权利要求1所述的基于自动化旋转和重组合策略的三维智能装箱方法，其特征在于，步骤S3中，设置空闲空间列表并计算将所有新箱子装进空闲空间后的空间利用率，包括：初始化空闲空间列表，获取待放置箱子列表和已放置箱子列表；若空闲空间列表中的空闲空间能够容纳待放置箱子...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，陈文玮，刘静，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：