複雜工況下運輸機群三維裝箱問題關鍵技術研究

《複雜工況下運輸機群三維裝箱問題關鍵技術研究》是依託南京林業大學，由李鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜工況下運輸機群三維裝箱問題關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李鵬
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

本課題針對傳統方法較難解決複雜約束多目標情況下的貨物裝箱問題，以“強異構容器強異構貨物”情況下的運輸機群三維裝箱問題為研究對象，對包括裝箱問題建模、最佳化方法及其評價指標設計等在內的相關關鍵技術進行研究。在少量假設和充分考慮裝載問題現實約束條件的基礎上，構建貨物相關約束集和運輸機相關約束集，建立運輸機群貨物三維裝載規劃問題在“強異構容器強異構貨物”情況下的數學模型，對空間利用率、載重利用率、裝載成本、飛機重心以及碼放穩定性五項指標進行最佳化，探索一種能快速、高效求解複雜約束多目標最佳化問題最優解的方法，通過與現有經典案例進行比較來驗證其有效性和實用性，最終開發出一套集運輸機群貨物三維自動裝載、手動裝載以及裝載方案管理功能於一體的可視化互動軟體。

結題摘要

貨物在機艙內的布局，不僅會影響到運輸效率和經濟性，還會關係到飛機飛行的機動性和安全性。運輸機群三維裝箱問題屬於載運工具三維貨物裝箱問題的其中一種，課題組首先以求解方法為主線對三維裝箱問題涉及的目標函式和約束條件定義、計算方法設計等關鍵技術的研究現狀進行了綜述，並從新增目標函式定義等四個方面對該類問題的研究方向及其核心內容進行了展望。其次，針對標準貨盤與貨櫃的裝機流程和約束條件，提出了一種以重心偏移量與整機慣性矩最小為最佳化目標，以載重量、艙段位置、艙門限寬、底板承載能力等為約束條件的貨盤與貨櫃裝機0-1最佳化模型，並採用混合整型線性規劃的方法對問題進行了解算。針對非標準貨物裝載，整合貨物選擇方法、貨艙選擇方法、“牆”厚度選擇規則、“塊”高度和寬度選擇規則、貨物打包規則、“塊”碼放規則、貨艙空間管理方法、橫向與縱向重心調整方法，基於約束條件和目標函式的定義，提出了一種基於四規則深度優先搜尋的啟發式算法。再次，提出了一種以六自由度並在線上構為執行機構的碼放機器人，從結構和幾何參數最佳化設計、機構與貨物互動力計算兩方面進行了研究，提出了一種六自由度並聯碼放機器人工作空間的描述與最佳化方法和一種基於反向動力學模型的計算散貨與執行機構末端六維互動力的方法。最後，面向標準貨物裝載最佳化和非標準貨物裝載最佳化兩類子問題，基於Visual Studio2010和Vega Prime設計開發了一套集運輸機群貨物三維自動裝載、手動裝載、裝載方案管理與輸出功能於一體的可視化互動軟體。以上研究成果與結論，不僅降低了實際裝載問題的複雜度，而且還減少了假設條件、增加了約束條件，提高了數學模型與實際問題的貼合度。在打破了有限時間內解決強異構貨物裝載這類NP問題多依靠啟發式算法壁壘的同時，為航空公司尤其是以快遞航空運輸為主業的公司提供了一種節約人力、物力和財力的高效、可靠的飛機平衡與操作方案。