重载产品的集装箱装箱方法、系统、存储介质及设备

本发明涉及产品包装运输，具体为重载产品的集装箱装箱方法、系统、存储介质及设备。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、产品制造完毕后会连同包装箱装入集装箱中，经过运输到达指定地点。由于产品的类型不同，产品自带的包装箱尺寸液存在差异，并且物流运输期间需要考虑货物周转情况、集装箱内的重心分布以及集装箱的载荷能力等多种因素，需要将产品连同包装箱合理的分布在集装箱的内部空间，既要确保重量、尺寸符合要求，还要确保在集装箱内装入尽可能多的产品，同时还要避免中心不稳定和货物异常移动等风险。

3、而目前的装箱过程在大部分时间依赖于人工经验，难以在集装箱的多种运输需求之间取得平衡，尤其是针对重载产品，例如合金类产品，这类产品由于密度大、重量高，单纯的依赖人工经验执行装箱，容易使货物在运输期间在集装箱内出现移动，甚至由于重心分布不均衡引起运输车辆翻车的风险。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供重载产品的集装箱装箱方法、系统、存储介质及设备，将集装箱和货物视为长方体，利用设定的放置规则，以分割剩余空间的方式将货物填充到集装箱所在的空间中，并考虑多种约束条件，尤其是针对合金类重载货物运输时，避免翻车的约束条件下，将产品的装箱问题转换为优化目标函数的求解问题，再利用优化算法求解，能够得到最优的货物装入集装箱内的顺序以及摆放方式。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供重载产品的集装箱装箱方法，包括以下步骤：

4、获取货物和集装箱的尺寸以及形状，根据设定的放置规则，以单个集装箱空间利用率最大为目标函数，在保证相邻货物之间不存在镶嵌、包含现象，且运载工具转弯过程中不翻车，同时不超过尺寸限制和重量限制的约束条件下，基于优化算法得到货物装入集装箱内的顺序以及摆放方式。

5、其中，放置规则为：

6、将集装箱下底面朝向运载工具前进方向的其中一个角点作为坐标系的o点，装入集装箱的第一个货物下底面的其中一个角点与该o点相重合；

7、第一个货物装入时，货物的每个面都将原本的集装箱空间分割成两部分，选择货物未占用部分的空间作为新的剩余空间；

8、所有面都切割空间后，删除容积为0的无效空间，并合剩余的空间，得到更新后的剩余空间，在更新后的剩余空间中尝试装入下一个货物，以此类推，直至到达单个集装箱的空间利用率最大；

9、期间，优先考虑将货物放置在靠近集装箱下方空间的剩余空间中，并允许上方货物的底面积超过下方货物的顶面面积。

10、进一步的，货物装入集装箱内的顺序以及摆放方式，具体为：

11、对货物按照从1到d的顺序进行编号，可行解如下式所示：

12、

13、式中：x的每一行表示一个解xn；xnd∈[-d，d]，xnd表示第d个被装入集装箱的货物序号；如果xnd大于0，则代表该货物的长度方向与集装箱的长度方向相平行，xnd＜0则货物的长度方向与集装箱的宽度方向相平行。

14、进一步的，以单个集装箱空间利用率最大为目标函数，如下式所示：

15、

16、其中，un为第n个集装箱的空间利用率，vn为第n个集装箱的体积，vi为装入的第i个货物的体积，为变量0或1。

17、进一步的，运载工具转弯过程中不翻车的约束条件，如下式所示：

18、

19、其中，α为在集装箱的横向截面上，货物重心与运载工具支撑轴投影的连线，与运载工具底面投影直线所夹的锐角，β为道路倾斜角，vmax为运载工具转弯时行驶的最大速度，r为规则圆形平缓道路的半径，g为重力加速度。

20、进一步的，集装箱的横向截面为yoz平面，具体为：以集装箱下底面朝向运载工具前进方向其中一个角点作为坐标系的o点，从o点出发，定义三条分别与集装箱的棱对齐的轴：x轴、y轴和z轴，运载工具运输集装箱转弯时，加在运载工具上的离心力沿y轴方向传递。

21、进一步的，在保证相邻货物之间不存在镶嵌、包含现象，如下式所示；

22、

23、其中，分别为第n个集装箱中第j个货物的长、宽、高，第i个货物与第j个货物相邻，为第n个集装箱中第i个货物空间坐标系中左后下角的坐标。

24、进一步的，尺寸限制和重量限制，具体为：

25、

26、vn＝l×w×hn；

27、其中，c为集装箱的载重量，mi为第i个集装箱携带了货物后的整体质量，vn为第n个集装箱的体积，分别为第n个集装箱中第j个货物的长、宽、高，分别为第n个集装箱中第i个货物空间坐标系中右前上角的坐标，l为集装箱的长，w为集装箱的宽，h为集装箱的高，hn为第n个集装箱内的最大装载高度。

28、本发明的第二个方面提供重载产品的集装箱装箱系统，包括。

29、处理单元，被配置为：获取货物和集装箱的尺寸以及形状，根据设定的放置规则，以单个集装箱空间利用率最大为目标函数，在保证相邻货物之间不存在镶嵌、包含现象，且运载工具转弯过程中不翻车，同时不超过尺寸限制和重量限制的约束条件下，基于优化算法得到货物装入集装箱内的顺序以及摆放方式。

30、其中，放置规则为：

31、将集装箱下底面朝向运载工具前进方向的其中一个角点作为坐标系的o点，装入集装箱的第一个货物下底面的其中一个角点与该o点相重合；

32、第一个货物装入时，货物的每个面都将原本的集装箱空间分割成两部分，选择货物未占用部分的空间作为新的剩余空间；

33、所有面都切割空间后，删除容积为0的无效空间，并合剩余的空间，得到更新后的剩余空间，在更新后的剩余空间中尝试装入下一个货物，以此类推，直至到达单个集装箱的空间利用率最大；

34、期间，优先考虑将货物放置在靠近集装箱下方空间的剩余空间中，并允许上方货物的底面积超过下方货物的顶面面积。

35、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述重载产品的集装箱装箱方法中的步骤。

36、本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述重载产品的集装箱装箱方法中的步骤。

37、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

38、1、将集装箱和货物视为长方体，利用设定的放置规则，以分割剩余空间的方式将货物填充到集装箱所在的空间中，并考虑多种约束条件，尤其是针对合金类重载货物运输时，避免翻车的约束条件下，将产品的装箱问题转换为优化目标函数的求解问题，再利用优化算法求解，能够得到最优的货物装入集装箱内的顺序以及摆放方式。

39、2、考虑到现有技术的放置规则中，上方货物的底面积必须与下方货物的顶面面积相同或更小，这种限制在一定程度上限制了解决方案的多样性，而本方案设定的放置规则中，允许上方货物的底面积超过下方货物的顶面面积，适用于密度较大的产品装箱场景(例如合金类产品)。

40、3、集装箱被运载工具运输时，在转弯期间(以右转为例)受到近似离心力的相应，会增加运载工具围绕其左前轮和左后轮与地面接触点所定义的轴线进行逆时针翻转的风险，尤其在道路存在倾斜角度时，该风险会增大。本方案将该风险转化为优化目标函数的求解过程中的约束条件，使得运输期间的集装箱更加稳定。