集装箱优化设计的需求分析报告.docx

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集装箱优化设计的需求分析报告

武汉工程大学

计算机科学与工程学院

《软件工程》实验报告一

专业班级

信息技术2班

实验地点

J411

学生学号

0905060210

指导教师

王庆春

学生姓名

何流

实验时间

实验项目

集装箱优化设计的需求分析报告

实验类别

操作性（）验证性（）设计性（）综合性（√）其它（）

实验目的及要求

实验目的：

集装箱优化需求分析文档设计是软件工程课程的核心内容之一，是了解和熟悉软件工程方法和过程设计的有效途径。

通过集装箱优化需求分析文档设计，加深对软件工程课程的可行性分析、需求分析、软件设计、软件测试及文档重要性的认识和理解。

实验要求：

在长为60米，宽20米，高10米的集装箱中装入正方形、三角形和长方形的物品，给出相应的方案，并比较这些方案，分析出最优的方案，编写出需求分析文档。

成绩评定表

类别

评分标准

分值

得分

合计

上机表现

积极出勤、遵守纪律

主动完成实验设计任务

30分

需求设计

比较规范、基本正确

功能达到实验要求

30分

实验报告

及时递交、填写规范

内容完整、体现收获

40分

说明：

评阅教师：

日期：

年月日

实验内容

1引言

1.1编写目的

集装箱优化的需求文档设计是软件工程课程的重要内容之一，是编码阶段的准备期，通过此次设计了解需求文档设计的格式、方式和内容，并通过对集装箱的优化设计了解其设计模型。

通过对集装箱进行优化，可以在一定的资源基础上装载更多的产品，满足客户的需求。

装箱问题是一类复杂的组合优化问题，有很强的应用价值，在运输、调度、排产等领域有着广阔的应用前景。

装箱问题即为物体在三维空间的摆放优化问题，按照使用容器数量来划分，装箱问题可以分为单箱装载问题和多箱装载问题。

目前，国内外学者对单箱装载问题做了大量的研究。

1.2背景

随着我国经济的快速发展，物流成为经济建设中不可或缺的行业，配送则是物流中的一个极为重要的环节，而集装箱装载是一个非常重要的配送方法。

装箱问题是一个经典的NP完全问题，它就是将若干个不同的尺寸的物体互不重叠地放入有一定容量的箱子中以达到某种最佳目标。

这个问题在实际生产生活中经对工业的生产和经济发展有重要意义。

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其集装箱规格十分重要。

为了最大限度地利用集装箱空间，我们会“挤”出产品和包装上的每一英寸来避免出现空隙。

在贸易、货运过程中，设计最优的装箱方式一直是烦琐的工作。

每当一种新产品或一个新订单出现，装箱方式就要重新进行计算，而这一计算并不能简单的通过集装箱和箱体的体积比得到，货物的排放方法将直接影响到最终的装箱率。

目前，很多企业还是依赖于人工耗神费力地计算装箱，如何最大限度的利用集装箱容积和承载能力从而降低配送成本，即集装箱配装问题。

成为物流中研究的热点。

当然在实际应用中，必须考虑各种限制条件，比如装载货物的稳定性、同类货物的装载约束性、货物抗压性以及装卸货物的方便性等等。

本课题是由软件工程任课教师老师提出的，由学习这门课的学生来完成。

在完成基本的需求分析后，进行编码设计，最终实现需求分析阶段的功能。

本软件开发项目在具备一定的经验基础上，结合对集装箱的了解以及优化设计的初始准备开发出来的，具有一定的项目风险。

编码语言可以是JAVA或C++等，编码平台为Eclipse或者VC6.0等。

1.3定义

（1）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。

（2）尺寸：

包括集装箱永久性附件在内的集装箱外部最大的长、宽、高尺寸。

它是确定集装箱能否进行换装的主要参数，是各运输部门必须掌握的一项重要技术资料。

（3）Container'sInternalDimensions：

集装箱内尺寸，包括集装箱内部的最大长、宽、高尺寸。

（4）TEU：

是英文TwentyEquivalentUnit的缩写，又称20英尺换算单位，是计算集装箱箱数的换算单位。

也称国际标准箱单位。

1.4参考资料

李伟波，刘永祥.王庆春.软件工程（第一版）.武汉:

武汉大学出版社，2007

吴洁明，袁山龙.软件工程应用实践教程.北京：

精华大学出版社，2003

杨文龙，古天龙.软件过程（第二版）.北京：

电子工业出版社，2004

吕国英.算法设计与分析（第二版）.北京:

清华大学出版社，2009

王庆春.软件工程学习与实践.武汉：

武汉大学出版社，2006.6

王红梅.数据结构―C++描述[M].北京：

清华大学出版社，2007.6

陈乔桥.现代软件工程.北京：

北京交通大学出版社，2002

朱三元.软件质量及其评价技术.北京：

清华大学出版社，2006

2任务概述

2.1要求

通过优化集装箱，使得能够在其中装入三种或者三种以上不同形状的货物，使集装箱所剩余的空间越小越好，达到在有限空间上充分利用资源的目标。

通过编写程序，实现集装箱的平面优化设计，满足客户的需求。

2.2目标

给定集装箱的外部尺寸，要求在其中装入不同的货物，使得集装箱所剩的空间最小，达到有限资源充分利用的目标。

设计的集装箱软件还应实现以下目标：

（1）操作方便简单、直观；

（2）根据给定的尺寸和装载的约束条件，解决不同类型的装箱问题；

（3）设计出高效率的算法，并且安全可靠，达到最低风险。

2.3用户的特点

不管哪种软件，它的未来的发展都要由最终用户来决定，所以本软件用户是那些需要用集装箱装箱的用户，他们需要知道如何使集装箱里装的数量最多，从而提高效率和减少浪费。

该软件的最终用户应该是物流行业工作者，该软件的维护人员应该对本软件的设计思想有一个清楚的认识，这样在给软件出现故障时，维护人员应该很轻松的找到问题的症结所在，也可以方便最终用户使用。

本软件一般使用在装箱之前，对集装箱进行优化，从而达到集装箱空间的的最佳使用率。

2.4条件

集装箱外部尺寸长60米，宽20米，现有长方形、正方形、三角形等不同形状的货物，要求装入三种或三种以上。

2.5假定和约束

（1）假定：

集装箱是规则的长方形，货物是长方形和正方形、三角形等。

（2）约束：

长方形、正方形和三角形的面积要尽量填满整个集装箱；各四边形的面积之和不能超过整个集装箱的面积；长的和不能超过集装箱的长，宽的和不能超过集装箱的宽，使集装箱所剩的空间越小越好。

2.6进行需求分析的方法

参阅各种集装箱的资料，了解优化集装箱的目的，认真完成需求文档，简单有效的设计出最大优化性能的集装箱。

2.7评价尺度

在给定的集装箱尺寸基础上，装入不同形状的货物，使得集装箱的剩余空间最小。

通过用户的评价，以及资源的利用率、收益投资比等来对该软件系统进行评价。

3需求规定

3.1对功能的规定

a.输入货物的形状与大小时，能解决不同类型货物的装箱问题。

b.对于各种不同形状的货物，紧密联系实际装箱工作，设置货物在不同方向的摆放方向，计算切合实际的集装箱装箱方案。

c.能够满足将方案存储以备查询。

3.2对性能的规定

3.2.1精度

集装箱的初始尺寸是：

长是60米，宽是20米。

要求集装箱的面积（长*宽）的误差不等于0且小于0.01M2，长的误差大于0小于0.1M，宽的误差大于0小于0.1M。

3.2.2时间特性的要求

对该软件的时间特性的需求，如：

（1）响应时间：

用户输入集装箱尺寸后，软件应能够在微妙级范围完成货物装入；

（2）更新处理时间：

千分之一秒或者更小；

（3）数据的转换和传送时间：

以具体机器的系统衡量，越小越好；

3.2.3灵活性

该软件是在具体的条件上编码设计出来的，但是也应该具备有对某些变化的适应能力，例如：

（1）如果客户对集装箱的尺寸有所改变，那么该软件也应该能够立即更改初始条件，以适应该需求的变化；

（2）当将该软件运行在不同的环境下时，该软件也应该能够立即更新，并能正确运行，输出正确的结果；

（3）当客户定义的精度发生变化时，软件的精度也要随之变化。

3.3输入，输出要求

要求输入的货物形状是正方形、长方形、三角形中的一种，长、宽等数据以cm为单位，并且是双精度的浮点数。

长宽的最大限度是不能超过集装箱的面积。

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。

具体如图3-1所示：

图3-1货物模型图

1、装载方案一的装载示意图，如图3-2所示：

图3-2装载方案一

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：

（1）从第一列开始，将两个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。

（2）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。

（3）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。

2、装载方案二的装载示意图，如图3-3所示：

图3-3装载方案二

由图示可知，装载方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。

3、装载方案三的装载示意图，如图3-4所示：

图3-4装载方案三

3.4数据管理能力要求

数据管理方面要求能够自动保存用户输入的相应参数，以及最终的计算结果，以便用户随时查阅。

因为经常会出现货物的遗失现象，所以设计的软件应能够对所输入的数据、处理的数据和最后的输出结果做出记录，为以后的需要查看的时候做备份。

数据存储是以文件形式，其中包含用户录入的货物的形状、大小，什么形状的货物应装入多少箱，总共转入的货物的箱数等信息。

3.5数据流图

输入

传递数据

存储箱子信息输出消息

传递数据

存储数据

存储货物信息

传递数据

存储方案

存储各种方案的计算数据

传递数据

数据反馈给用户

传递数据

存储货物总面积信息输出结果

比较面积

图3-5集装箱数据流图

3.8系统流程图

图3-6系统流程图

3.6故障处理要求

当用户输入非法的数据时能够自动终止，并给出相应的错误提示；一旦发生意外，比如断电，死机等，应保证系统数据不会丢失；如果软件内部出现问题由开发商负责处理。

3.7其他专门要求

1.用户单位安全保密性要求：

由于一些比较重要的进出口货物需要保密，以及公司内部运行需要，则可让业务员在使用软件前要通过身份验证。

2.使用方便的要求：

由于软件的使用频度高，且业务比较繁忙，在输入和输出上应该尽量简短，而且清楚易懂。

4.运行环境规定

4.1设备

该软件可以在普通的PC机上运行，对软硬件都没有什么特殊的要求，一般的计算机内存都可以满足运行的要求。

输入设备：

可以直接在键盘上输入，本软件不提供专门的输入设备，运行该软件是会自动弹出相应的交互界面，用户可以根据界面提示进行操作，简单快捷。

输出设备：

由于本软件的数据管理要求自动保存用户输入的参数以及相应的运行结果，如果需要打印出相应的文件只需一台打印机即可。

本软件在设计时考虑到不同用户的知识水平间的差异，设计出了简单清晰的交互界面，所有功能键都可在界面中找到，操作起来十分方便。

4.2支持软件

本软件支持的操作系统是WindowsXP，WINDOWS98，WINDOWS2003，Windows7等。

为了保证软件需求的可证实性需要对软件内部结构进行测试可在MicrosoftVisualC++6.0环境下设计测试用例进行测试。

4.3控制

本软件的控制完全由操作系统来完成，用户只需在通过给出的提示下，输入所需要的数据，交付给软件进行处理，完成之后反馈给用户。

4.4接口

客户可通过键盘和鼠标等外部设备来输入各项输入的要求，客户与软件的之间的接口应为键盘等。

实验总结

此次实验虽然对我来说是一个挑战,但让我收获很大。

首先，通过集装箱的优化设计我了解了需求文档设计的格式、方法和内容，并了解集装箱的优化设及其设计模型。

其次，这次实验让我明白了如何写好一份需求分析文档，以及怎样才能将需求文档写得规范，写得正确。

同时这次实验让我巩固了老师课堂上讲的内容。

另外，通过实验，让我明白了只有理论联系实践才能提高自己的实际操作能力。