集装箱优化设计之质量策划

1、武汉工程大学计算机科学与工程学院集装箱优化设计的质量管理策划书学生学号：0805060327专业班级：08软件工程03班学生姓名：学生成绩：指导教师（职称）：王庆春（教授）课题工作时间：2011/11/07至2011/11/14答辩记录表班:号学室教1l42 名点容 姓地内 生辩辩 学答卻答辩成绩合计 分值ji实际 得分计分 合得注 备52fne流完r14e71111 年201、引言1. 1编写背景目前，物流业止处在快速发展的时期，集装箱运输将会有大幅度的增长。集装 箱装载作为物流配送过程屮的一个关键性环节，可提高配送业务的自动化水平、提 高货物装载的优化程序、提高配送业务的工作效率和规范业务

2、流程等。从20世纪70年代初开始，集装箱装载问题就引起了广泛的研究和探讨。集装箱 装入问题在理论上属于np完全问题，由于涉及到物体及剩余空间形状的描述，直接 利用数学中的优化方法比较困难，通常实用的求解方法都是近似算法。可见的儿个 集装箱装入排放软件采用的是启发式方法。启发式的优点是借助人的经验施行比较 确定的排放策略，计算效率比其它方法好，而ii还能兼顾装入过程的描述。国内的工作多采用逐个、优先放置较大物体的策略，这种排放比较合理，但是 排放策略过于简单，考虑的优化因素较少。在国外文献中提到了物体组合的启发式 方法，如按层（layer）、块（block）等方法组合放置物休。pisinger把

3、集装箱分 解成若干层，层又分解为若干条，条由相似的物体组成。eley把相同的物体组成同 质块，用同质块填充集装箱。这几种方法研究的物体尺寸比较接近，当物体的种类 很多、尺寸差异大的时候，这些方法并不适用。因此，提出了一种新的按层划分集 装箱，在每层内通过冋溯对不同物体进行组合放置的算法。为避免对所有物体进行 组合带来的存储空间急剧增大的问题，采用限制组合与启发式相结合的方式。1.2集装箱问题的描述所谓集装箱，是指具有一定强度、刚度和规格专供周转使用的大型装货容器。 使用集装箱转运货物，可直接在发货人的仓库装货，运到收货人的仓库卸货，屮途 更换车、船时，无须将货物从箱内取出换装。按所装货物种类分

4、，有朵货集装箱、 散货集装箱、液体货集装箱、冷藏箱集装箱等；按制造材料分，有木集装箱、钢集 装箱、铝合金集装箱、玻璃钢集装箱、不锈钢集装箱等；按结构分，有折叠式集装 箱、固定式集装箱等，在固定式集装箱中还可分密闭集装箱、开顶集装箱、板架集 装箱等；按总重分，有30吨集装箱、20吨集装箱、10吨集装箱、5吨集装箱、2.5 吨集装箱等。在集装箱运输屮，降低运输成本关键是提高集装箱的装箱量，以降低单件包製 产品的运费。对可塑包装产品，要做到这点是容易的，只要按集装箱容积的尺寸设 计产品的包装即可。但对非可塑包装产品，rti于产品包装固定，难以傲到满负荷运 输。集装箱优化装运的目标是，在满足一定条件下

5、尽可能多装非可塑包装产品。* 于集装箱容积是固定的，而包装产品的形状是不可改变的，所以非可塑包装产品的 形状决定了集装箱的装箱率。由于一个集装箱装运的包装产品，可以是不同规格以 及某些产品装运形式的特殊规格，所以模型的描述更加复杂。如何实现优化装运。三维装入问题是寻找多个较小物体合理地放入较人物体 (如集装箱)中的布局问题。集装箱装入问题属于三维装入问题中的一种。布局的 优化可提高集装箱的空间利用率，降低运输成本，从而提高企业的利润。该问题的 研究成果可以推广到飞机、轮船的货舱装载，乃至计算机的内存分配等空间资源优 化利用问题。在装入物体时，可通过在剩余空间内寻求几个小物体的适当组合代替 简单

6、的选用人物体来提高空间利用率，因此，可对物体采取组合放置的算法。同时, 为了减小搜索物体的范围，对集装箱进行层的划分，使物体在层内进行组合填充。 1.3编写的内容及目的提高集装箱装载量的途径针对集装箱利用率低的现状的分析，我们从下面几个 方面进行技术攻关。集装箱可反复利用，简化了货物包装，大量节约了包装费用； 减少货损货差，提高货运质量，由于集装箱是一个坚固密封的箱体，货物封装后, 无货损货差存在，减少了物质财富的浪费，提高了经济效益和社会效益；减少营运 费用，降低运输成本。i大i为集装箱装卸效率高，从而提高了效益。木文采用分层结构来处理整个集装箱空间，每一层由装入该层的第一个盒子确 定,所以

7、该盒了称为层定义盒了 ldb (layer determining box),它与集装箱的 关系如图1.1所示。每一层的宽、高与集装箱的宽、高尺寸相同，层的长度取决 于该层ldb的长度，但最后一层的长度等于整个集装箱的剩余长度。每一层其他 盒子的装载又利用空间分解來进行分析。每一个盒子装入之后，形成右、前、上 子空间。不同的集装箱制造商生产的集装箱尺寸标准不同。了解集装箱的生产商及莫集 装箱的规格十分重要找那个药。为了最大显得的利用集装箱空间，我们会尽量把货 物塞满，让集装箱里而的剩余空间到达最小。目前，很多企业还是依赖丁人工精心 的计算装箱，而且仍设计的装箱方案的优化设计程度述远远不够理想。

8、同时经验装 箱存在着不准确性，只有在装箱工作结束以后才能知道毎个集装箱载了哪些货物以 及每种货物的装箱数量，企业才可以去报关，从而导致发货周期较长。需求分析是指理解用户需求，就软件功能与客户达成一致，估计软件风险和评 估项目的代价，最终形成开发计划的一个复杂过程。在这个过程屮，用户的确处于 主导地位，需求分析工程师和项目经理要负责整理用户需求，为z后的软件设计打 下坚实的基础。从广义上来讲：需求分析包括需求的获取、分析、规格说明、变更、 验证、管理的一系列需求工程。本实验中通过图形，即正方形、长方形、三角形等来进行模拟，主要功能是有 足够的容积容纳商品并从强度和刚度方而良好地保护它们。二、软件

9、质量评价2. 1软件质量评价指标质量，通常指产品的质量，广义还包括工作的质量。产品质量是指产品的使用 价值及其属性。而工作质量则是产品质量的保证，它反映了与产品质量直接右关的 工作对产品质量的保证程度。从项口作为一次性的活动来看，项口质量体现在由工 作分解结构反映出的项目范围内所有的阶段、子项冃、项冃工作单元的质量所构成, 即项目的工作质量。软件产品的质量实际就是软件项目工作质量的反映。化为成熟 性、稳定性、易恢复性等。针对集装箱优化设计系统，我们具体从一在进行质量评估时，需要有对质量进行度量的准则与方法。选择合适的指标体 系并使其量化是软件质量评估的关键。应该注意的是，选择评估指标时不是越多

10、越 好，关键在于指标在评估中所起的作用的大小。在本次集装箱优化设计的质量评价中，我们主耍从一下几个方面评价集装箱优 化系统的性能。在功能性质量指标上。功能性是软件最重要的质量特征之一，可以细化成完备 性和正确性。针对集装箱优化设计系统，我们主要是从以下几个方面进行评价：系 统的功能和用户的实际需要、己定义的产品规范一致，没有出错，能正常运行；系 统所产生的结果在精度允许的误差范围之内；所有功能及其定义应该清处、可用， 满足所需功能的每一个输入输出数据项、功能、接口、文档等都已具备。在可靠性质量指标上。根据相关的软件测试与评估要求，可靠性可以细下儿个 方面进行质量评估：系统自我恢复能力，当系统的

11、某个功能失效发生时，系统在当 前坏境下能实现故障自动转移，重新自配置、继续执行的能力，软件系统具有自我 检测、容错、备份等机制，尽量做到独立于硬件的编码、硬件设备之间的通信协议 独立等；健壮性，各种恶劣环境下（大数据量、大量用户同时访问）系统能止常工 作。在易用性质量指标上。易用性可以细化为易理解性、易学习性和易操作性等。 这三个特征主要针对用户而言的。对软件的易用性评价主要采用定性评价方法。针 对集装箱优化设计系统，我们主要从用户掌握软件所需要付出的吋间及努力程度来 评价系统的可操作性。在效率特征质量指标上。效率特征叮以细化成时间特征和资源特征。对软件的 效率特征评价采用定量方法。针对集装箱

12、优化设计，我们将效率特征分解为如下图 一所示的儿个方面进行评价：图一 效率特性分解图2. 2软件质量评价模型人们通常用软件质量模型来描述影响软件质量的特性。现在已有多种软件质量 的模型，他们共同的特点是把软件质量特性定义成分层模型。在这种分层的模型中, 最基本的叫做基本质量特征，它可以rti一些子质量特性定义和度量。二次特性在 必要时间乂可由它的一些口质量特性定义和度量。在集装箱优化设计系统屮，我们主要采用mccall软件质量评价模型来对系统 进行评价。下面我们简单地介绍mccall软件质量评价模型。mccall软件质量模型 框架图如下图二所示：正确性可靠性效率可用性完整性图二mccall软件

13、质量模型框架图mccall等人给出的质量特性定义见下表一所示。表一软件质量特性属性序号属性名称描述1正确性在特定环境下点件满足设计规格说明及用户预期目标的程度。要求软件本身 没有错误。2可靠性软件按照设计要求，在规定的时间和条件下不出故障、持续运行的程度。3效率为了完成预定功能，歎件系统所需计算机资源的多少。4完整性为某一目的而保护数拓避免受到偶然或有意的破爪改动、遗失的能力。5可用性对于-个駅件系跖用户学习、使用歎件以及为程序准备输入和解释输岀所需 工作量的址6可维护性为满足用户的新要求、或环境发生了变化、或运行中发现了新的错误时，对- 个已投入运行的软件进行相应诊断和修改所需工作量的犬小。

14、7可测试性测试歎件以确保能够执石预定功能所需工作量的犬小。8灵活性條改或改进一个已投入运行的软件所需工倔的犬小。9可移植性将一个软件系统从一个计算机系统或环境移植到另一个计郦统或环境中运 行时所需工作量的大小.10可重用性-个歎件（或软件部件）能再次肝茸它应用（该应用的功能与此歎件或软件 部件完成的功能有关）的程度。11互连性又称相互操作性。连接一个软件和茸它系统所需工作量的大小。如果这个软件 要连网、或与苴它系统!1傑或要把苴它系统纳入到本软件的控制之下必须有系 统间的接口，使z可以连接。三、软件质量管理3.1软件质量控制软件质量控制（software quality control, sq

15、c）是为了保证每一件t作产品 都满足对它的需求而应用于整个开发周期屮的一系列审查、评审和测试。软件质量控制模型是只对于一个特定的软件开发项i ,在如何计划和控制软件 质量方面，为一个开发团队提供具体组织和实施指导的框架。为了使软件质量控制 选项和所得到的软件质量结果z间形成一种定量的关系，软件质量控制模型也可以 作为一个开发组织在长期的项目开发中信息积累的框架。全面软件质量控制模型及 其各组成耍素示意图如图三所示。对软件产品质量产生的影响、产品和资源是关系到该怎么去做、生产什么和用 什么去做等方面的问题，而软件质量控制模型过程是一个pdca循环过程，是调节 和控制那些影响软件产品质量的参数的过

16、程。经过人量的工作实践，pdca被证明 是行z有效的质量管理理念。pdca包括4个部分:计划、执行、检查和行动。计划就是分析当前现状，发 现问题，找出原因和主要原因，制定质量方针，质量口标、质量计划书和管理原则 等。执行就是计划的履行和实现，主要按计划实地去做，去落实具体对策，并实施 过程的监控，使活动按预期设想前进，最终达到计划设定的目标。检查是对执行后 效果的评佔。检查是伴随着实施过程口始口终的，不断收集数据、信息获取的过程, 并通过数据分析、结果度量来完成检查。检查在过程实施之初也应该经过充分的策 划，为效果的评估做好评估。内部审核就是一项主要的检查工作。行动的重点在于 检查完结果，要采

17、取措施，即总结成功的经验、吸取失败的教训，实施标准化，以 后依据标准执行。行动是pdca循环的升华过程，没有行动就不可能提高。软件质量控制过程就是在软件生命周期的所有阶段，应用质量控制模型对产 品、过程、资源的控制过程。软件质量控制模型中的“计划”、“执行”、“检查”、“行 动”这几个基本要素，在每个开发阶段都要在不止一次地、循环地应用，以实现那 个阶段的质量fi标。针对集装箱优化设计系统，我们从软件开发生命周期的中的计划阶段、开发阶 段、运行与维护阶段分别进行软件质量控制的实施。具体实施过程如2（1）计划阶段。指在系统实施之前所发生的与系统有关的一切活动。在准 备阶段，客户方通常要完成基本需

18、求的研究、发布招标请求和评标、与系统开发者 签订合同等一系列的活动。客户方所要做的工作，主要如下：计划，耍采用的质量控制选择开发组织的标准；选择已获得证实的、效果 好的软件工程技术工具和方法。执行，写开发需求分析文档，包括功能和质量需求的规格说明、任务描述、 招标数评选的标准、进的计划数据和将来应该移交的产品的耍求等。检查，检查需求分析文档的质量，必要是采取措施进行改进，并针对不同 开发组织对需求分析文档的反映情况，对照选择标准，选择一个开发组织。行动，根据对开发组织、开发过程的选择以及已认识到的风险、可用资源 等情况，提出改善质量的计划。（2）开发阶段。在这一阶段，质量控制的典型活动如下：计

19、划，根据需求和风险，提出详细的开发过程，要求使用的资源，以及要 得到的产品。此阶段的工作主耍市开发者做，但得到客户的认同。执行，用所计划的资源执行开发计划。此阶段的工作由开发组织实施。 检查，检查计划与预期得到的结果的一致性。此阶段的工作由开发组织和 客户共同实施。行动，改善计划、过程、资源分配以及产品。根据检查结果，审查并重新 认识风险。此阶段的工作在客户认同的情况下rti开发组织负责实施。（3）运行与维护阶段，在维护阶段，为了修复软件的缺陷，或者由于需求 变化而要进行改变，或者为了提高系统的性能，系统经常要接受各种维护活动。在 这一阶段，软件质量控制要进行的活动是：计划，计划维护阶段处理缺

20、陷的过程。执行，包括框架检查。检查是否已达到。检查，包扌舌细节检查、维护性检查。检查并记录缺陷密度及修复速度，已 确定什么时候进行软件的改变才能提高效率，改善质量，减少费用。行动，对那些影响已移交的软件质量因素，特别是那些与运行性能、可维 护性相关的质量i大i素进行研究，以提供数据。在整个软件生命周期中的所有测量活动，都是测量软件开发、维护的各个 阶段是否达到事先设定进入和推出的标准，包扌舌对阶段性过程的测量和阶段性产 品（需求文档、测试用例、代码等）的度量。针对集装箱优化设计系统，在软件开发生命周期屮的测量活动如图四所示:3. 2软件质量管理项目估计功能点分析缺陷密度测试覆盖率后期缺陷分析缺

21、陷分析（移除效）可靠性 分析客户端满意分开发过程进度、成本、效率度量图卩l|软件开发牛命周期中的测量活动在集装箱优化设计系统中，具体的需求是在长40cm,宽种图形，图形可以为正方形，长方形，三角形等，单位为cm,形，图形的形状和尺寸可以口己定义，即放入图形的长、宽、装箱进行优化，向集装箱屮放入尽可能多的图形。复杂性 分析20cm,集装箱中装各从中至少选择两种图高可口行选择。对集针对这样的需求，我们一共设置了三种装箱方案。具体装箱方案描述如2以下是集装箱装载货物的三种模型：对应输入的数据分别表示描述货物形状的参数。具体如下图五所示:yixx1x1x2项目计划需求分析系统设计编程测试维护项h 评估

22、功能 点规 模分缺陷 分析程序 代码 量适用 性度 量维护 度量图五装载方案一的装载示意图，如图六所示：由图可知，装载方案一是根据用户输入的数据，依次进行如图所示的装箱过 程,即：从第一列开始，将两个一直角三角形拼凑成为一个矩形沿着集装箱的底部（集 装箱的宽）进行存放，如果不能继续存放三角形，则转到下一列，开始摆放长方 形。类似三角形的摆放过程，沿着集装箱的宽，依次摆放长方形，如果不能继续摆放长方形，则转到下一列，开始摆放正方形。类似上面的摆放过程，沿着集装箱的宽，依次摆放正方形，如果不能继续摆 放正方形，则转到下一列。如此循环执行摆放过程，直至集装箱不能继续装载货 物为止。由图示可知，装载方

23、案二是在装载方案一的基础上，将三角形的摆放由装载 方案一中的竖放，调整为横放。装载方案三的装载示意图，如图八所示：由图示可知，装载方案三是在装载方案二的基础上，将长方形的摆放由装载 方案二中的横放，调整为竖放。根据以上三种装载方案，当用户使用该系统进行装载货物吋，用户只需要输 入具体的货物尺寸和关数据，系统便可以口动计算和比较三种方案的实施效果， 并给用户提供一个最佳的装载方案，从而满足最大限度的节约成本的需求。在整个软件质量保证活动小，设计的评审内容很多，主要分为管理评审、技术 评审、文档评审和过程评审。管理评审实际就是质量体系评审，由最高管理者就质 量方针和目标，对质量体系的现状和适应性进

24、行正式的评价。技术评审就是对产品 以及各阶段的输出内容进行评估。技术评审的目的是确保需求说明、设计说明书与 最初的说明书保持一致，并按照计划对软件进行正确的开发。文档评审中，需要进 行评审的文档很多，主要包括需求评审，设计评审，代码评审，质量验证评审。过 程评审是对软件开发过程的评审，其主要任务是通过对流程的监控，保证sqa组 织定义的软件过程在项0中得到了遵循，同吋保证质量保证方针能得到更快更好的 执行。在集装箱优化设计质量评审的过程中，我们主要是针对开发过程屮的文档进行 评审。在文档评审小，我们主要是从格式评审和内容评审两个方面进行评审。所谓 格式评审，是检查文档格式是否满足标准，而内容评

25、审则是从一致性、可测试性等 方面进行检查。以下是需耍进行检查的具体内容：（1）止确性，检查所有的内容是否都是止确的；检查在任意条件下的情 况。（2）完整性，检查是否有漏掉的功能；检查是否有漏掉的输入、输岀或 条件；检查是否考虑了所有的町能情况；（3）一致性，检查使用的术语是否是唯一，检查同义词以及缩写词的使 用在全文是否一致。（4）有效性，检查所有的功能是否都有明确的目的；检查是否提供了用 户毫无意义的功能。五、软件质量功能检查运行集装箱优化设计系统，用户输入货物相关数据，系统根据具体的输入数据，输出相应的输出结果，供用户参考。下面以这样一组数据输入：直角三角形 的底是4cm,高5cm；长方形的长是6cm,宽是5cm；正方形的变长是3cm。系统输 出的结果如下图九所示。ca"drogram filesvc+6.oc+wsdev98fv1yprojects康装箱debugjzx.ex货物形状基本信息4 5 低亠仙 3 形形：长 角角长4證 三三的的的