箱子的摆放问题.doc

箱子的摆放策略 摘要 本文针对箱子的摆放的优化铺设问题，采用了循环嵌套式算法，建立了利用率最优化的整数规划模型，使用LINGO、MATLAB求解，并用Excel进行画图，实现了箱子最优摆放与评价。 对于问题一，建立在不允许箱子超出底边的情况下，所能摆放最多箱子的数学模型。借助于循环嵌套式算法，采用改进后的由外至内逐步优化的模型：首先对各边的外层进行摆放，使其边界利用率最高，再对内层剩余矩形空间进行摆放，一直循环，至内部剩余空间无法放入箱子为止。用MATLAB编程、求解分析：以此模型摆放，第一种箱子个数为16、第二种箱子个数为4、第三种箱子个数为20。 对于问题二，建立在允许箱子超出上、左、右边的情况下，所能摆放最多箱子的数学模型。建立由下至上逐步优化模型：以底边为基，将其两边各向外扩充半个长边的长度，先对底边进行摆放，使其边界利用率最高，再向上堆叠，使箱子间无空隙，使面积利用率最大，至上侧最多超出半个箱子边长为止。用lingo编程、求解分析：以此模型摆放，第一种箱子个数为23、第二种箱子个数为8、第三种箱子个数为28。 对于问题三，我们采用左右对称，箱子横放，向上堆叠，左、右、上边各超出少许的方案。引入箱子个数、稳定性两个指标，通过线性加权评价的方式，对此方案与模型一进行评价分析。得出了在在实际情况中，当考虑不同权重的综合指数时，模型一与模型三的摆放方式各有优劣性的结论。 关键词：利用率最高 循环嵌套式算法 线性加权评价 一、问题重述 叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆。1.1米的正方形。要求建立一个通用的优化模型，在给定长方形箱子的长和宽之后，就能利用这个模型算出使得箱子数量最多的摆放方法。 本题需要解决的问题有： 问题一：在不允许箱子超出叉车底板，也不允许箱子相互重叠的情况下，构建一个优化模型，并根据题目中提供的三种型号箱子的数据，确定可以摆放的个数及摆放示意图。 问题二：假设箱子密度均匀，允许箱子在正方形底板的上方，左边，右边部分超出底板, 但不至于掉落出叉车底板。重建优化模型，考虑问题一中三种规格的箱子的摆放方式。 问题三：在不允许箱子相互重叠的条件下，另外设计出一种摆放方案，再将设计的方案与问题一中的摆放方案的进行优劣性对比。 二、模型假设 1．假设箱子的密度都是均匀的，若允许箱子在正方形底板的上方，左边，右边部分超出底板（下方紧靠叉车壁，不能超出），只要重心不超出底板，就不至于掉落出叉车底板。 2. 假设箱子表面光滑，箱子间摆放无缝隙，即把箱子当做小矩形进行分析。 3. 假设叉车的承重能力无限大，能承载足够多的箱子。 三、符号说明 符号 解释说明 a 小矩形箱的长 b 小矩形箱的宽 c 长边向上叠加的矩形箱个数 d 宽边向上叠加的矩形箱个数 m 底边上矩形箱的长边个数 n 底边上矩形箱的宽边个数 sum 小矩形的总个数 wj 摆放指标的权重系数 xj 摆放指标无量纲化后的数值 四、问题分析 本文研究的是在一个边长为1.1的正方形叉车底板上堆放长方体箱子的问题。不同规格的箱子最佳堆放方式是不同的，要尽量多的满足各种型号箱子摆放数量最多，就要设计一个通用的优化方案。 问题一要求在既不允许箱子超出叉车底板，也不允许箱子相互重叠的情况下考虑货物的堆放方案。首先，借鉴于循环嵌套式的启发式算法，列出在不超出边际的情况下，设计能够最大限度地使用正方形底板边长的MATLAB程序，求解得到最优的长宽组合及所有小矩形的个数。再结合矩形Packing问题的贪心算法进行占穴动作，以正方形边长的利用率最大化为优化目标，得到最终的摆放方案，并利用EXCEL作出示意图。 问题二要求在可超出正方形底板的上方、左边、右边的情况下重新考虑问题一。为最大限度的扩大可使用面积，先将正方形底板靠近叉车壁的一边分别向左、向右扩宽箱子长的一半，再将其相对的边向上扩长箱子长的一半，得到本问的最大可用面积（矩形）。类比于第一问的分析，设计LINGO算法先求解靠近叉车壁的一边最优的长宽配比。为避免内部出现空隙，以该边为基，直接向上堆叠，得到最优方案并以EXCEL作出示意图。 问题三要求在不允许箱子相互重叠的条件下，重新设计出一种摆放方案。首先，以同样的方式将矩形箱摆放进叉车，允许小矩形箱少部分超出叉车底板，不允许出现矩形箱旋转情况，使摆放不存在缝隙且左右对称。再使用线性加权综合指数法，设定摆放个数和稳定性的指标，对模型三和模型一的摆放方式进行优劣性对比。 五、模型的建立与求解 问题一： 模型一：由外至内逐步优化模型 基于循环嵌套式算法，采用一种简化的模型，来解决二维矩形排列问题。在边长为1.1的正方形中，放入的小矩形（a为长，b为宽