摘要
随着工业4.0时代的来临，物流行业迎来全面革新，智能物流逐步担任起生产运输中的关键角色。由于物流主导着约40％的生产活动，是目前工业界中最重要的学科，作为它的核心问题，智能装箱成为我国工业发展的重点。然而，我国大多数企业还在采用人工经验装箱，对集装箱的利用率与发达国家差距较大，这导致了物流成本的提高，降低了企业的经济效益。因此，提前对货物进行模拟装箱并制定优化方案尤为重要。 从理论上讲，装箱问题是一个在一定条件约束下计算出针对指定形状的容器内最大化填充内容物的NP完全问题，也是复杂的离散组合最优化问题。由于NP完全问题无法在多项式时间内求得精确解，研究其解决方法其实是寻找相似的算法解决策略，即此类问题无法得到精确解，只能得到近似解。 本人根据在WINSON公司的实习经历，针对该公司对圆柱体货物的装箱需求，研究了多种形式的货物布局，设计了适用于同规格或不同规格货物的装箱算法，开发了可实现这些算法的智能圆柱体装箱系统。本文的主要贡献如下: (1)针对同规格货物，采用基于规则布局的摆放算法算法实现单个货物的I型实时摆放，该布局是采用相邻行与相邻列无错位形式的整齐摆放形式;通过货物直径与箱宽的数值关系判断摆放形式，采用基于工厂经验图的简化摆放算法，实现一键生成一层同规格货物的摆放。 (2)针对不同规格货物的最大化装载问题，提出动态分组算法，与逆时针圆弧搜索算法相结合，对不同规格的货物进行错位填充摆放。首先根据货物体积进行非递增排序，使用动态分组算法对货物进行正序分组，再通过将每组货物倒序插空到之前组的合适空余高度位置，最后根据逆时针圆弧搜索算法计算底层货物的二维坐标，进而确定全部可入箱货物的位置。 (3)调研并分析WINSON公司的装箱需求，采用JavaScript(Three.js)、HTML、CSS、Java(SpringBoot)、MyBatis-Plus、MySQL等技术，结合前述算法，为该公司开发了可模拟多种形式圆柱体装箱的智能系统。该系统主要包括数据输入界面、三维图像与信息展示界面、数据库模块、数据下载模块、特定功能算法计算模块，用户可以通过该系统实现实时货物装箱、一键生成一层同规格货物装箱、变规格货物填充错位装箱。经过大量实验测试，从箱体利用率及计算时间验证了前述算法的实践可行性。
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