专利示意图

一、技术领域

现代物流配送领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202210995502.7

发明人：陈伟坚、左齐茹仪、刘兴禄、李志德、刘建峰

2.专利说明书摘要

本发明公开了一种可压缩物品的三维装箱方法，包括S1为每个物品设置压缩率和最大压缩量；S2确定物品空间位置的表达方式；S3确认模型的优化目标，所述优化目标是使得所有装载到包装箱中的物品的总初始体积最大化；S4确认模型的约束；S5求解模型；S6对结果进行可视化。本发明开发了一个混合整数线性规划模型，在考虑物品的可压缩性因素的同时解决给定问题，本发明的模型受到基本尺寸、方向、无重叠、稳定性和压缩约束，本发明还提供最佳解决方案的直观可视化包装结果，考虑物品的可压缩特性，使用本发明提出的方法可以显着提高包装箱的空间利用率，从而降低包装和运输成本，提高运营效率。。

3.创新点

（1）本发明涉及现代物流配送领域，针对生鲜物流场景中体积可变、可压缩的物品，提出了一个混合整数线性规划模型，并利用求解器该模型的三维装箱方法。具体地说，本发明提出的装箱方法可以有效减少包装成本和人工成本，提高箱子的空间利用率，具有很高的实际价值，是一种高效的三维装箱算法；

（2）本发明提出的混合整数线性规划模型考虑了许多现实约束，包括基本尺寸约束、方向约束、无重叠约束、稳定性约束和压缩约束，模型的目标是最大化单个包装箱中装入物品的初始体积之和，然后通过一系列数值实验研究考虑可压缩性因子的优势；

（3）到目前为止，许多学者对三维装箱问题已经进行了大量的研究，发表了各种解决该问题的方法。尽管已发表的关于三维装箱解决方案的文献非常广泛，但其中大多数方法都默认待装载的物品是刚性的（即忽略物品在装箱过程中可能出现的变形）。然而，可压缩物品在企业物流配送中无处不在，特别是生鲜食品的包装和运输。对于针对可压缩物品的三维装箱问题，原先的三维装箱方法已不适用，因此需要设计一套新的方法来实现集装箱空间利用率的最大化。在本发明中，我们首次探索了具有动态体积变化的可变形物品的三维装箱问题；

（4）在随机生成的数据集上进行的大量数值实验显示，本发明提出的装箱方法更够更好地提高物流箱的空间利用率，装入更多的物品；

（5）本发明提供最佳解决方案的直观可视化包装结果，方便装箱工人在实际生活中使用。

4.痛点问题

（（1）大多数生鲜食品如蔬菜和水果，质地柔软，内部含有大量空隙，包装时容易发生变形，而传统的三维装箱方法默认物品是刚性物品，即忽略物品在装箱过程中可能出现的变形，因此传统的三维装箱方法已不再适用，本发明设计了一套新的装箱方法来实现集装箱空间利用率的最大化；

（2）针对物品的三维装箱问题，有许多工作采用启发式算法来实现高质量的解决方案，然而，启发式算法通常不能保证解的最优性，并且通常不能很好地评估解决方案的质量。因此本发明采用精确算法，同时考虑物品体积可变、可压缩的特性，给出该问题的最优解决方案；

（3）本发明考虑了许多物品在箱子中摆放时的实际约束，包括基本尺寸约束、方向约束、无重叠约束、稳定性约束和压缩约束，使得解决方案更贴合实际情况。

5.技术优势

（1）采用运筹优化技术，本发明建模和解决了考虑可压缩物品的三维装箱问题，是该领域内首次提出针对可压缩物品的装箱解决方案；

（2）本发明调用Gurobi优化求解器求解，能够获得装箱的最优解决方案，保证装载的效果和质量；

（3）相比于传统的忽略物品可压缩和形变的特性的方法相比，本发明可以将包装箱的空间利用率提高 10% 到 28% 左右，为物流配送公司节约成本；

（4）本发明将结果进行可视化展示，方便产品在投入使用中为装箱工人给予装箱建议。

三、产业化信息

1.应用场景

本发明可用于任何需要对物品进行装箱工作的领域：

（1）生鲜领域，如各地的生鲜配送商可以使用本发明的方法最小化包装成本；

（2）航空领域，如各地的航空货运商可以使用本发明的方法指导装箱策略；

（3）运输业领域，为运输商定制装箱优化方案；

（4）机器人领域，本发明可配合机器人设定不同的抓取程序和放置顺序。

2.商业价值

（1）在生鲜领域，本发明可应用于各地的生鲜批发商的装箱优化，节约配送总成本。在全世界的任何一个国家，生鲜产品的供应都是民生问题的核心，市场规模巨大。目前中国生鲜市场规模已达 5 万亿人民币，但如此大的市场，流通的渠道却是较为传统的农贸市场，主要依靠装箱工人凭借人工经验进行生鲜物品装箱，物流箱空间利用率较低。数值实验结果表明，本发明的方法可以比传统的方法节约 20% 以上成本，潜在可节约成本约5000万/年。

（2）其他行业也类似，具体的盈利预估主要取决于具体行业原本决策的有效性。

3.发展规划

（1）该技术未来可应用至生鲜配送领域的装箱方案优化，提供物流箱的空间利用率，节约企业的配送成本；

（2）该技术通过行业 SaaS 软件服务公司提供的咨询服务和产品推荐，能较快占据生鲜配送公司的市场。

4.合作方式

面议

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