卫星舱装填问题可简单描述为:将给定的仪器和设备等有效载荷合理地、紧凑地放置在卫星舱的承载板上,满足给定的性能约束前提下,使舱室尽可能小。求解该问题时,一般都是将仪器和设备简化为圆柱体和长方体,进而将每一个承载面的装填问题归结为平衡约束混合圆和矩形布局问题,但这种简化可能降低其求解精度,进而影响卫星舱整体装填方案的质量。为此,本课题组在国家自然科学基金的资助下,以卫星舱装填设计为背景,研究带平衡约束的多形状仪器和仪表装填的布局设计问题。其思想是:基于几何、数学、计算机图形学和运筹学等知识,首先将仪器和设备简化为圆柱体、半圆柱体、长方体、三棱柱、梯台和半圆柱长方体,进而将每一个承载板表面的装填问题归结为圆、半圆、矩形、三角形、梯形及半圆矩形的多形状混合装填的布局问题;然后探索可行有效的求解方法,主要工作和创新描述如下。1.提出一种基于改进动态调整的平衡约束多形状粗装填方法。将多形状用其外包络矩形替代进行粗装填。提出一种改进的动态调整策略,并将其与拟人拟物算法结合,获得平衡约束多形状粗装填的最优方案。数值实验表明:提出的方法能在迭代求解过程中有较快的收敛速度,特别对大规模布局问题有效。2.提出一种基于移动策略的平衡约束多形状精调方法。对于已经布局好的外包络矩形的布局方案,去除外包络矩形之后的方案还可以进一步优化,本文提出了一种简单的判断干涉的方法,计算待布物之间的嵌入度,并应用试探性的移动策略,优化布局方案。实验表明,本文提出的干涉判断的方法,有效的减少了干涉量计算的时间、提高了求解多个形状的布局方案的效率。本文以卫星舱布局问题为研究背景,研究平衡约束多形状布局问题,提出其粗装填和精调两阶段方法,并进行了算例验证。实验数据表明,本文算法在多形状物体布局问题的计算效率优于现有的算法,希望能作为3-D多形状平衡约束装填问题求解的阶段性成果,也为其它2-D多形状布局问题研究提供参考和借鉴。