[发明专利]一种基于应用数学模型的集装箱平衡控制方法

权利要求书

1.一种基于应用数学模型的集装箱平衡控制方法，其特征在于：该基于应用数学模型的集装箱平衡控制方法的具体步骤如下：

S1：以集装箱箱内左后下角为坐标原点、箱底板为X-Y平面，建立空间直角坐标系，其中X轴沿集装箱端壁侧边，方向从后向前，Y轴箱底板侧边并平行于箱底板横向中心线，方向从左向右，Z轴垂直箱底板平面上；

S2：空间、平面及装载后的货物在X、Y、Z轴方向上的尺寸分别称之为宽、长、高，并建立以集装箱容积利用率为第一目标、最大化载重量利用率为第二目标的集装箱平衡装箱数学模型，其目标函数如下：

$\max Z=\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}\frac{p_{ij}{Q}_{ij}}{Q}+\mathrm{\β}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}\frac{p_{ij}{V}_{ij}}{V}$

满足：

$|\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{p}_{ij}^x{Q}_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{Q}_{ij}}-\frac{W}{2}|\≤{\mathrm{\Δ}}_1,---\left(1\right)$

$|\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{p}_{ij}^y{Q}_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{Q}_{ij}}-\frac{L}{2}|\≤{\mathrm{\Δ}}_2,---\left(2\right)$

$a_{ij}\≤p_{ij}^x\≤W-(A_{ij}-a_{ij}),---\left(3\right)$

$b_{ij}\≤p_{ij}^y\≤L-(B_{ij}-b_{ij}),---\left(4\right)$

$h_{ij}\≤p_{ij}^z\≤H-(H_{ij}-h_{ij}),---\left(5\right)$

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{Q}_{ij}\≤Q,---\left(6\right)$

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{nN}{\Σ}}{p}_{ij}{V}_{ij}\≤V,---\left(7\right)$

$MAX\[\frac{\frac{|p_{ij}^x-p_{st}^x|}{(A_{ij}+A_{st})},\frac{|p_{ij}^y-p_{st}^y|}{(B_{ij}+B_{st})},\frac{|p_{ij}^z-p_{st}^z|}{(H_{ij}+H_{st})}}{2}\]\≥1,---\left(8\right)$

对一切i≠s或j≠t，

$\begin{array}{c}(p_{ij}^z-h_{ij})*\left\{\right|\frac{p_{ij}^z-{\mathrm{dp}}_{ij}^z}{\frac{H_{ij}}{2}}-1\left|\right\}+|MAX\[|\frac{\frac{p_{ij}^y-{\mathrm{dp}}_{st}^y}{({\mathrm{dA}}_{st}-A_{ij})}}{2}|,1\]-1|+\\ |MAX\[|\frac{\frac{p_{ij}^x-{\mathrm{dp}}_{st}^x}{({\mathrm{dB}}_{st}-B_{ij})}}{2}|,1\]-1|=0\end{array},---\left(9\right)$

对一切i，j

p_ij＝0或1，对一切i，j，

对一切i，j

式中，p_ij表示第i类货物的第j个货物，若货物p_ij装入了集装箱，p_ij取1，否则取0；L，W，H，Q和V分别表示集装箱的长、宽、高、载重量和箱内有效容积；Q_i和V_i分别表示第i货物的重量和体积；A_ij，B_ij和H_ij分别表示货物p_ij装载后的宽、长、高；(a_ij，b_ij，h_ij)表示货物p_ij装载的重心位置，即为货物p_ij装箱后的重心坐标，其中分别为货物p_ij中心到YZ平面即后内侧衬板、XZ平面即端壁内衬板和XY平面即底板的距离，dA_ij和dB_ij分别为装载货物p_ij的底面的左后点的坐标、宽和长；为箱底板纵横中心线交叉点坐标，Δ₁(≥0)为横向允许偏移量，Δ₂(≥0)为纵向允许偏移量；在式中，α和β为＞0＜1的常数，且α＞β；

S3：输入集装箱货物p_ij的横向允许偏移量Δ₁及其纵向允许偏移量Δ₂，并输入横向偏移量可调节次数φ_h和纵向偏移量可调节次数φ_z；

S4：已调节次数确立集装箱平衡装箱实验方案；

S5：判断集装箱平衡装箱实验方案中货物p_ij的总重心(a_ij，b_ij，h_ij)是否满足横向、纵向允许偏移量的限制；

S6：根据集装箱的所有约束条件调整集装箱平衡装箱实验方案，并将其即为最终集装箱的装载方案，并输出该平衡集装箱装载方案的货物布局表。