[发明专利]一种基于模拟退火与SkyLine的圆内装载矩形优化方法

说明书

本发明涉及圆内装载矩形技术领域，尤其涉及一种基于模拟退火与SkyLine的圆内装载矩形优化方法，本发明在装载矩形件时，首先将矩形件装载到圆形容器的下半圆的边缘，以便生成一条较完整的SkyLine，后续根据SkyLine更新方式和约束算法来选择下一矩形件装载的位置，每当一个矩形件装载完成后，都对SkyLine进行更新，再根据更新后的SkyLine进一步装载计算，直到所有矩形件都无法被装入圆形容器或者所有矩形件都被装载完成时，则单次圆形装载算法完成形成一个可行解。此外再加以使用模拟退火算法对矩形序列进行优化，最终形成一个较高质量的可行解。本发明可集成到图形化系统中，并根据系统返回的可视化预装结果调整订单，降低企业员工的操作门槛和培训成本的同时提高服务水平。

技术领域

本发明涉及圆内装载矩形技术领域，尤其涉及一种基于模拟退火与SkyLine的圆内装载矩形优化方法。

背景技术

圆内装载矩形问题指给定一个半径为r的圆形容器和n个m种规则的矩形件(已知m≤n)，需要挑选k个矩形装载到圆形容器中(已知k≤n)，被装载的矩形之间互不相交且不超出圆形容器的范围，目标是最大化圆形容器内所装载的矩形面积。

目前圆内装载矩形问题广泛存在于圆筒装载、托盘装载等物流运输行业，圆内装载矩形问题的优化对物流企业提高利润有着重要的作用，包括以下应用场景：

1、在林业、木材企业中，应该怎样从近似圆形的原木中切割下需要尺寸的矩形木条下来，使得原木木料的利用率最大，损耗的木料最少；

2、在金属产业中，从金属大管件上切出圆形薄板件后再切割出需要的矩形件，使圆形件的利用率达到最大，材料浪费率最小。

3、在管材企业中，需要将立方体的箱子装载到圆形大排水管内，进而更高效率地利用运输车、货柜的装载空间。

而且随着企业生产规模的扩大，随着可选矩形种类和数量的增加，圆内装载矩形问题的复杂度会大幅度上升，而使用人工计算的方式很难在较短时间内求得一个质量相对较高的可行解，因此亟需一种圆内装载矩形优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于模拟退火与SkyLine的圆内装载矩形优化方法，可以在短时间内求得问题较高质量的可行解，取代低效的人工计算，

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于模拟退火与SkyLine的圆内装载矩形优化方法，包括以下步骤：

步骤S1：采集圆形容器和待排矩形件的参数，其中，圆形容器的参数包括圆形容器的半径r；待排矩形件的参数包括矩形件的高h、宽w和数量n；

步骤S2：将圆形容器和待排矩形件的参数输入圆内装载矩形模型进行初步处理，以移除无法被圆形容器所装载的矩形件，得到矩形集合；

步骤S3：判断矩形集合是否为空，若是，则反馈结束信息；若否，则执行步骤S4；

步骤S4：调用模拟退火算法对矩形集合进行优化，生成初始序列，并定义初始全局最优解为空；

步骤S5：调用圆内装载矩形算法对初始序列进行求解，得到局部最优解；其中，圆内装载矩形算法包括如下步骤：

步骤S51：取出初始序列中的第一个矩形件按照预设规则装载，对SkyLine进行初始化；

步骤S52：判断剩余的初始序列的长度是否大于零，如果是，则执行步骤S53，如果否，则执行步骤S54；

步骤S53：结合SkyLine寻找矩形件装载的最佳位置，并选择适合当前最佳位置的矩形件进行装载；

步骤S54：对最佳位置的可行性进行检测，如果可行，则执行步骤S55，如果否，则执行步骤S56；