用于优化打包由空中载具运输的大型不规则的有效载荷的系统和方法与流程

用于优化打包由空中载具运输的大型不规则的有效载荷的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年9月5日提交的题为“用于优化打包由空中载具运输的大型不规则有效载荷的系统和方法(system and method for optimization of packaging large irregular payloads for shipment by air vehicles)”的美国临时申请序列号62/896519、于2019年11月21日提交的题为“用于避免机尾擦尾同时允许长有效载荷的拐折长飞机机身构型(kinked long aircraft fuselage configuration for avoiding tail strike while allowing long payloads)”的美国临时申请序列号62/938853、于2019年9月5日提交的题为“允许风机叶片有效载荷在装货/卸货期间接合的货运飞机工具”的美国临时申请序列号62/896,529、以及于2019年9月5日提交的题为“用于在载具内打包和放置细长货物的方法(cargo aircraft tool to permit wind turbine blade payload articulation during loading/unloading)”的美国临时申请序列号62/896,533的优先权和权益。
技术领域
3.本发明涉及用于优化在大型运输类飞机中运输的多物体货物取向的系统和方法，其能够移动传统上不可空运的超大货物。


背景技术：

4.可再生能源仍然是逐年增长的重要资源。虽然可再生能源有多种形式，但自2007年以来，风能平均每年增长约19％。近年来，全球对更多风能需求的增加促进了风机技术的巨大进步，包括开发更大、性能更好的风机。性能更好的风机至少有时意味着更大的风机，因为通常转子直径更大的风机可以捕获更多的风能。随着风机性能和效率的不断提高，越来越多的陆上和海上风电场都变得可行。这些场地可能是现有场地或新的场地，在现有场地中的旧的风机需要通过性能更好、效率更高的风机进行替换。
5.考虑到旧场地的恢复和新场地的开发，一个限制因素是将风机和相关设备运输到场地。由于现有空中载具和道路基础设施的地面限制，风机叶片难以长距离运输。陆上运输传统上需要在现有基础设施上进行卡车或铁路运输。两者都受到隧道和桥梁高度和宽度的限制。道路运输在车道宽度、道路曲率、穿过市区的需要等方面具有附加复杂因素以及其它复杂因素，这些因素可能需要附加许可和物流。海上船运也同样(如果不是更大更多的话)受到限制。例如，零部件的运送会受限于船舶对海上位置的可达性，这是由于水和周围区域的各种障碍物(如沙洲、珊瑚礁)等、并且还受限于能够处理此类大型结构物的船舶的可用性运送。
6.无论是陆上还是海上，运输此类设备的道路工具或船舶选项变得更加有限，特别是当风机尺寸增大时。因此，运送受限于能够处理此类大型结构物的工具和船舶的可用性。风机叶片的长度非常长(目前一有些为90米长、100米长或甚至更长)，这使得传统的火车、
卡车或船舶运输非常困难和复杂。不幸的是，解决方案并不像制造更长和/或更大的运输载具那么简单。随着载具变得更长和/或更大，载具本身会出现各种复杂情况，包括但不限于以下：载具的平衡负载；被运输的设备的负载平衡；二者相对于彼此的负载平衡；载具的操纵性、机动性和控制；以及对本领域技术人员显而易见的其它复杂情况。
7.空中载具的一个关键考虑因素是为有效载荷预留所需的货物空间量。无论载具在内部还是外部承载货物，都是如此。如果空中载具在内部承载货物，则对于空中载具的任何特定无量纲形状，增加货物的尺寸将导致空中载具尺寸的必要增加，从而导致气动阻力、结构重量以及附加阻力/重量/成本的增加，以满足封闭体积的附加要求(如环境控制、通风、货物限制、耐撞性等)。无量纲形状是航空航天中经常使用的一个术语，其中该形状具有所有空间维度，并且限定坐标由该形状特有的比例常数划分的坐标。例如，翼型通常通过考虑翼型的形状除以除以弦长来进行无量纲检查。基本上，更大的货物需要增加飞机的尺寸。
8.此外，如果两个或两个以上的货物物体(如风机叶片)没有最优地打包以进行运输，则需要比所需更大的货运飞机进行运输。这导致飞机重量增加、制造飞机的成本增加、燃料消耗增加、机场限制更多等等。因此，在设计阶段，非常期望使空中载具的阻力、重量和成本最小化，并通过最小化工具尺寸进而减小包装的有效载荷尺寸来改进飞行工具的平衡性、稳定性和可控性。即使设定了载具尺寸，装载的有效载荷包捆越小，提供了更高的装入工具内的可能性，加上更快的装货和卸货、更大的间隙以减少碰撞和相关损坏的可能性、以及在装载的货舱中更大的可达性。
9.因此，需要计算多物体货物有效载荷的优化取向的方法，以最大化其打包效率。


技术实现要素：

10.本发明提供用于优化多个对象的货物有效载荷的取向以最大化打包效率并且在一些实例中能够以关于内部货舱的优化取向承载货物有效载荷的方法和系统。这些和其它优点将从下文详细描述和附图中显而易见。
11.本发明的示例提供涉及迭代优化多个大型且呈不规则形状的有效载荷的空间需求的过程，其允许减少运输那些在空中载具内的有效载荷所需的空间。示例包括优化一个3d对象关于另一个对象的取向以确定一个或多个优化包捆布置。示例还包括，给定已知对象组或对象包捆，改变包捆相对于已知的固定内部货舱几何形状的取向以：(1)最大化对象和内部货舱几何形状之间的最小距离；和/或(2)在一些实例中，使有效载荷居中在货舱。示例还包括，给定任一对象组或对象包捆，改变对象或包捆相对于未知货舱中心线和/或尚未设计的内部货舱几何形状的取向，以最小化对象有效载荷和货舱中心线之间的最大距离。也就是，使有效载荷在尚未真正设计但已知其大致中心线的内部货舱中基本居中，以例如确定货舱用于保持优化打包的对象的合理设计。
12.本发明的示例包括一种优化大型不规则有效载荷的打包取向的计算机实现的方法。所述方法包括经由由处理器操作的输入接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束，针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向使用处理器计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，使用处理器比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束，基于该比较如果所计算
的最小间隙满足所述最小间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置存储所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙，作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向，使用处理器通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述第二3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储，并且经由处理器输出所存储的有效载荷取向。
13.在一些示例中，所述计算包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算组合的第一和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且所述存储包括存储所计算的凸包体积。在一些示例中，还方法还包括在所述调节之后，基于所计算的凸包体积，过滤所存储的所述第二3d表面几何形状的相应取向。在一些示例中，计算所述3d凸包体积包括：(a)计算在相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述第一和第二3d表面几何形状的总长度与所述第一和第二3d表面几何形状中的至少一个相交，和(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分。所述多个2d凸包面积中的每一个可以使用格林定理计算。在一些示例中，计算所述3d凸包体积包括计算在所述多个2d平面的相应一个中的所述第一和第二3d表面几何形状的每一个之间的公切连接，以构建所述多个2d凸包面积中的每一个。
14.在一些示例中，所述第一和第二3d表面几何形状中的每一个都限定体积且所述第一和第二3d表面几何形状的组合体积限定总对象体积，其中所述计算包括计算所计算的凸包体积和所述总对象体积之间的凸包体积比，并且其中所述存储包括存储每个有效载荷取向的凸包体积比。所述接收可以包括接收凸包约束，其中所述比较包括比较所计算的凸包体积比和所述凸包约束，并且其中如果基于所述比较，所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束并且所计算的凸包体积比满足所述凸包约束，则所述存储包括存储所述凸包体积比和有效载荷取向。
15.在一些示例中，所述接收还包括接收针对增量的相应范围中的至少一个的范围约束，其中所述调节包括基于所述范围约束的增量调节所述相应范围中的至少一个。
16.在一些示例中，增量的相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述方法可以包括在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量代替所述相应范围的优化范围重复调节，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
17.所述接收可以包括接收货舱容积的货舱3d表面几何形状和最小有效载荷间隙约束，其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，其中所述计算包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一和第二3d表面几何形状的外部和所述货舱3d表面的内部之间的最小有效载荷间隙，其中所述比较包括比较所计算的最小有效载荷间隙与所述最小有效载荷间隙约束，其中所述存储包括存储：(a)所述第一和第二3d表面关于所述固定货舱取向的取向，(b)所计算的最小间隙，和(c)如果满足以下条件则作为有效载荷取向的最小有效载荷间隙：(i)所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，和(ii)所计算的最小有效载荷间隙基于所述比较满足所述最小有效载荷间隙约束。其中所述
调节包括通过附加系列的六个嵌套循环来调节所述第一3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述第一3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。
18.在一些示例中，所述货舱3d表面几何形状限定从所述货舱容积的第一端延伸到所述货舱容积的第二相对端的中心线，其中所述接收包括接收最大中心线偏差约束，其中所述计算包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算在所述第一和第二3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量，其中所述比较包括比较所计算的最大距离与所述最大中心线偏差约束有效载荷间隙约束，并且其中基于所述比较如果所计算的最大距离满足所述最大中心线偏差约束，则所述存储除了(i)和(ii)之外还包括存储(a)、(b)和(c)。
19.所述货舱3d表面几何形状可以限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，其中所述接收包括接收最小装载间隙约束，所述方法包括使用处理器，针对所述第一和第二3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟沿着3d有效载荷对象的输入路径的装载操作，所述3d有效载荷对象具有由所述第一和第二3d表面几何形状在其所存储的取向中限定的外表面；计算在所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙；比较所计算的最小装载间隙与所述最小装载间隙约束，并且基于所述比较输出满足于所述最小装载间隙约束的每个3d有效载荷对象。在一些示例中，在所述模拟期间发生计算在所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙。在一些示例中，所述接收还包括接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向，并且其中所述第一和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向，在所述调节之前所述第一和第二3d表面几何形状处于各自的初始取向。
20.在一些示例中，所述输入可以接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状，其中所述计算包括针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，其中所述存储包括将所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向存储在所述有效载荷取向，并且其中所述调节包括通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括该附加序列。
21.在一些示例中，所述调节包括针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围。在一些示例中，所述第一对象包括第一风机叶片并且所述第二对象包括第二风机叶片。在一些示例中，当提供至少一个或多个对象时，
所述至少一个或多个对象中的第三对象是第三风机叶片。在一些示例中，所述至少一个或多个对象中的第四对象是第四风机叶片。
22.本发明的另一示例是一种计算机系统，包括输入模块，其构造为接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束；计算器模块，其构造为针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；比较器模块，其构造为比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束；存储器模块，其构造为基于所述比较如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，则将所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙进行存储，作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；调节器模块，其构造为通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，与所述计算器模块、所述比较器模块和所述存储器模块连接，以便对所述第二3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储操作；并且还包括输出模块，其构造为输出所存储的有效载荷取向。所述计算机系统可以例如具有本文关于任何方法和计算机程序产品中描述的任何特征。
23.本发明又一示例是一种计算机程序产品，其包括有形的非瞬态计算机可用介质，在该介质上具有计算机可读程序代码。所述计算机可读程序代码包括程序代码，其构造为经由由处理器操作的输入接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束；使用处理器针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；使用处理器比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束，基于所述比较如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置上存储所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙，其作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；使用处理器通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度；并且针对每个增量，对所述第二3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储，并且经由处理器输出所存储的有效载荷取向。所述计算机程序产品可以包括例如本文关于任何方法和计算机系统描述的的任何特征。
24.本发明又一示例是一种优化大型不规则有效载荷的打包取向的计算机实现的方法。所述方法包括经由由处理器操作的输入接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的至少第二3d表面几何形状(但可能许多其它对象的其它3d表面几何形状)和所需对象间间隙约束，使用处理器针对所述第一3d表面几何形状的取向和每个附加3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和每个附加3d表面几何形状之间的对象间间隙，所述附加3d表面几何形状的取向包括在每个自由度特定范围之间的三个平移自由度和三个旋转自由度；使用处理器比较所计算的最小对象间间隙与输入的所需对象间间隙约束，基于所述比较如果所计算的对象间间隙满足所述所需对象间间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置上存储每个附加3d表面几何形状的取向和所计算的对象间间隙，作为关于
每个3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；使用处理器通过每个几何形状的一系列六个嵌套循环来调节所述附加3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度；并且针对每个增量，对所述附加3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储，并且经由处理器输出所存储的有效载荷取向。
25.在一些示例中，所述计算包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述附加3d表面几何形状的取向，计算组合的第一和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且其中所述存储还包括存储所计算的凸包体积。在一些示例中，在所述调节之后，所述方法包括基于所计算的凸包体积过滤所存储的所述附加3d表面几何形状的相应取向。在一些示例中，其中计算所述3d凸包体积包括(a)计算相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述3d表面几何形状的总长度与所述3d表面几何形状中的至少一个相交，和(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分以高效并以合理精度近似所述3d凸包，而忽略仅将正交于所述2d平面的曲率封装到近似的3d凸包。在一些示例中，使用格林定理计算所述多个2d凸包面积中的每一个。计算所述3d凸包体积还包括计算在所述多个2d平面的相应一个中的每个3d表面几何形状之间的公切连接，以构建所述多个2d凸包面积中的每一个。在一些示例中，所述第一和附加3d表面几何形状中的每一个都限定体积且所述第一和附加3d表面几何形状的组合体积和限定总对象体积，这显然是通过刚性对象的组合能够占据的最小体积量，其中所述计算包括计算等于前述所计算的凸包体积除以前述总对象体积的凸包体积比，并且其中所述凸包体积与总对象体积之比或“凸包体积比参数”限定这样类型的包装效率，即所利用的当前打包体积除以完美嵌合在一起的对象的最小潜在打包体积，使得完美包捆具有一致的凸包体积比参数，并且其中所述存储包括存储每个有效载荷取向的凸包体积比参数。在一些示例中，所述接收包括通过在全部附加3d表面几何形状相对于所述第一3d表面几何形状的全部取向上寻找凸包体积比参数的最小值来确定最小凸包约束，并且其中所述存储还包括存储所述凸包体积比和有效载荷。
26.在一些示例中，所述接收还包括接收针对每个自由度增量的相应范围中的至少一个的范围约束，并且其中所述调节包括基于针对每个自由度的所述范围约束的增量调节所述相应范围中的至少一个。在一些示例中，增量的所述相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述方法还包括在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量的优化范围代替所述相应范围来重复调节，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
27.所述接收可以包括接收已知货舱容积的货舱3d表面几何形状，其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；其中所述计算包括针对每个3d表面几何形状的取向以及所述3d表面几何形状最接近的外部和所述货舱3d表面的内部之间的有效载荷/货舱间隙进行计算；其中所述存储包括存储：(a)每个3d表面关于所述固定货舱取向的取向，(b)所计算的对象间间隙，和(c)所述有效载荷取向的最小有效载荷/货舱间隙；其中所述调节还包括通过附加系列的每个六个嵌套循环来调节所述每个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中
增量的相应范围来调节相应的自由度；并且针对每个增量，对所述每个3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。在一些示例中，未知的货舱3d表面几何形状仅由从另外未知的货舱容积的第一端延伸到另外未知的货舱容积的第二相对端的中心线来限定；其中所述计算包括针对每个3d表面几何形状的取向，计算在每个3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量；并且其中所述存储还包括存储所计算的有效载荷中心线偏差。
28.所述货舱3d表面几何形状可以限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，并且所述方法包括使用处理器，针对每个3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟具有由每个3d表面几何形状在大量取向中限定的外表面的3d有效载荷对象沿着装货和/或卸货操作期间的输入路径的装货或卸货操作；计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙；并且输出带有相应所计算的最小装载间隙的每个3d有效载荷对象。在一些示例中，在所述模拟期间发生计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙。在一些示例中，所述接收包括接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向，并且所述第一和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向，在所述调节之前所述第一和第二3d表面几何形状处于各自的初始取向。
29.所述输入可以接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状；其中所述计算包括针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；其中所述存储包括存储所述至少一个或多个3d表面几何形状在所述有效载荷取向的取向；并且其中所述调节包括通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度；并且针对每个增量，对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括该附加序列。在一些示例中，所述调节包括针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围。
附图说明
30.本发明将通过以下结合附图的详细描述得到更充分的理解，其中：
31.图1a是飞机的一个示例性实施例的等轴视图；
32.图1b是图1a中飞机的侧视图；
33.图2a是图1a中飞机的等轴视图，其中头锥舱门处于打开位置，以便进入飞机的内部货舱；
34.图2b是图2a中飞机的等轴视图，其中有效载荷布置在飞机附近，以用于装载到内部货舱；
35.图2c是图2b中飞机的等轴视图和部分横截面图，其中有效载荷被部分装载到内部货舱；
36.图2d是图3c中飞机的等轴视图和部分横截面图，其中有效载荷被完全装载到内部货舱；
37.图3a是飞机的替代示例性实施例的侧视图；
38.图3b是图3a中飞机的侧视透视图；
39.图3c是图3b中处于起飞位置的飞机的侧视图；
40.图4是图1a中飞机的侧视图，其中一些附加细节被移除以便清晰起见；
41.图5是图4中飞机的侧视横截面图，其包括飞机的内部货舱；
42.图6是图5中飞机的侧视横截面图，其中示例性有效载荷被放置到内部货舱；
43.图7是作为两个高度细长且呈不规则形状的物体的示例的两片风机叶片的图示；
44.图8a是图7中风机叶片的六个自由度的示意性图示，其被视为可通过有效载荷取向优化例程进行调节和优化的变量；
45.图8b是图7中两片风机叶片的细分3d表面几何形状的图示，其被布置在图1a中飞机内部货舱的细分3d表面几何形状内；
46.图9a是示出有效载荷取向优化例程的一个示例性实施例的流程图；
47.图9b是示出有效载荷取向优化例程的另一示例性实施例的流程图；
48.图10是图7中两片风机叶片的优化取向的图示，其是基于最小间隙代价函数根据有效载荷取向优化例程的输出；
49.图11是图7中两片风机叶片和图8b中内部货舱的优化取向的图示，其是基于最大偏差代价函数；
50.图12是图11中两片风机叶片和内部货舱的优化取向的图示，其是基于有效载荷取向优化例程的输出，该有效载荷取向优化例程构造为确定最小货舱间隙代价函数；
51.图13a是图7中风机叶片的图示，其示出了用于计算风机叶片非优化有效载荷布置的近似3d凸包值的2d横截面段；
52.图13b是图13a中两片风机叶片的精确3d凸包解决方案的图示，其示出了用于计算近似3d凸包值的2d横截面段；
53.图13c是图13b的近乎3d凸包的图示，其示出了输入风机叶片几何形状与近似点相交的位置；
54.图14a是图7中风机叶片的图示，其示出了用于计算风机叶片优化有效载荷布置的近似3d凸包值的2d横截面段；
55.图14b是根据图14a的优化有效载荷布置而布置的图7中风机叶片的图示；
56.图14c是图14b中风机叶片在图1中飞机的内部货舱内的优化有效载荷布置的图示；和
57.图15是结合本发明使用的计算机系统的一个示例性实施例的框图。
具体实施方式
58.现在将描述某些示例性实施例，以提供对本文所公开的装置、系统、飞机和方法的结构原理、功能、制造和使用的总体理解。这些实施例的一个或多个示例在附图中示出。本
领域技术人员将理解到本文中具体描述并在附图中示出的装置、系统、飞机、与此类装置、系统和飞机相关或其一部分的部件、以及方法是非限制性示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。与一个示例性实施例相关地示出或描述的特征可以与其它实施例的特征相组合。此类修改和变化旨在被包括在本发明的范围内。本文提供的一些实施例可以是示意图，其可能包括一些本身未被标记为示意图的示意图，但其将被本领域技术人员理解为实际上为示意图。它们可以不按比例绘制所公开的部件或者可以略微粗略渲染所公开的部件。本领域技术人员将理解如何实施这些教导，并将其结合至本文所提供的工作系统、方法、飞机和与其中每一个相关的部件。
59.对于本发明包括所公开的装置、系统、飞机、方法等的部件和/或过程的各种术语，本领域技术人员鉴于权利要求、本发明和本领域技术人员的常识将理解此类术语仅是此类部件和/或过程的示例，并且其它部件、设计、过程和/或行动是可能的。通过非限制性示例的方式，虽然本技术描述了通过飞机的前端装载飞机，但替代地或附加地，装载也可以通过飞机后端和/或从飞机上方和/或下方发生。在本发明中，当各实施例的相同编号和相同字母的部件具有类似性质和/或用于类似目的时，这些部件通常具有类似的特征。对于使用诸如前、后、上、下、前方、后方、近、远等术语被用于描述各种公开的各种部件的位置，此类用法绝不是限制性的且为了便利而经常在描述各种可能构造时使用。尽管如前所述，但本领域技术人员将认识关于飞机所使用的诸如术语“前方”和“后方”的通用术语，并将赋予这些术语的性质其通常理解的含义。此外，在某些情况下，类似前方和近或后方和远等术语可以以类似的方式使用。
60.本技术涉及系统和方法，以快速且有效地获取新的不规则形状(如与未来风机叶片、塔架、工业石油设备、采矿设备、火箭、军事设备和工具、国防硬件、起重机段、飞行器部件、太空发射火箭助推器、直升机、发电机、超级高铁管道(hyperloop tubes)和许多其它件超大货物相对应的未知形状)并确定用于将具有不规则形状的物体打包在一起的优化取向，以尽可能地适于现有飞行工具的固定尺寸的内部货舱。
61.本发明还涉及大型运输类飞机，其能够移动传统上不可空运的超大货物。例如，风机叶片的形状不规则，并且新型风机叶片为提供更高的发电效率而非常长(如超过80米到90米)。本发明提供了用于分析多个风机叶片的尺寸和形状以确定打包策略的系统和方法，该打包策略可以确定如何使叶片相对于彼此旋转和定位以改进打包密度，同时使风机叶片彼此保持在安全的最小距离，以保护叶片免受损坏。
62.此外，本发明还涉及设计内部货舱空间以最佳地适应优化的包捆，因此在优化的有效载荷包装之外提供优化的内部货舱空间。
63.本发明的示例可以分析多个大型且呈不规则形状的对象，以确定它们在空间中且经受多个约束时如何取向，以针对多个代价函数自动优化，诸如：(i)限制预取向范围；(ii)保持有效载荷中对象之间的最小间隙；(iii)最小化有效载荷的总体积；(iv)最小化有效载荷至一组实体之间的距离(如使有效载荷尽可能靠近货物中心线定向)；和/或(v)最大化有效载荷至一组实体的距离(如保持有效载荷与货舱之间的最小间隙，并使有效载荷在货舱内居中)。
64.用于承载大型不规则形状物体的货运飞机示例
65.本发明的重点关于大型飞机100(诸如在图1a和1b示出的飞机)、以及将大型有效
载荷装载至飞机(至少在图2a-2d中示出)进行描述。与飞机和有效载荷有关的其它细节也可以参照本发明的其它附图进行描述。尽管本领域技术人员将理解其它有效载荷也是可能的，但在所示实施例中，有效载荷10是两片风机叶片11a和11b(图2b-2d)的组合。此类有效载荷可包括其它数量的风机叶片(如一片、三片、四片、五片等，或单片甚至更大叶片的节段)、风机的其它部件(如塔段、发电机、机舱、齿轮箱、轮毂、电力电缆等)、或无论是否与风机相关的许多其它大型结构和物体。本技术可与大部分任何大型有效载荷结合使用，对于本目的而言大型有效载荷至少约57米长、或至少约60米长、或至少约65米长、或至少约75米长、或至少约85米长、或至少约90米长、或至少约100米长、或至少约110米长、或至少120米长，或者如果需要，则有效载荷为较小的有效载荷。除了风机之外，可与本发明结合使用的大型有效载荷的一些非限制性示例包括但不限于工业石油设备、采矿设备、火箭、军事设备和工具、国防硬件、商用航空航天工具、起重机段、飞机部件、太空发射火箭助推器、直升机、发电机、或超级高铁管道。换而言之，飞机100可用于大部分任何尺寸和形状的有效载荷，但是当涉及大型且通常较重的有效载荷时具有特殊用途。
66.如图所示，例如在图1a-1b和图2a-2d中所示，飞机100及其机身101包括前机身端120和后机身端140，其中拐折部130将前机身端120连接至后机身端140。前机身端120通常被视为飞机100位于拐折部130前方的任何部分及相关部件，后机身端140被视为飞机100位于拐折部130后方的任何部分及相关部件。拐折部130(如下文更详细地描述)是飞机130的一部段，其中机身101的最顶部外表面102和最底部外表面103(值得注意的是，图中标号102和103的落点没有示出“拐折”的位置，因为它们更一般地指机身101的最顶部和最底部的表面)都成角度，如通过相对于机身101的前机身端120的前中心线cf的机身101的后机身端140的后中心线ca所示。
67.前机身端120可包括驾驶舱或飞机座舱122和起落架(如图所示，前起落架或头部起落架123和后起落架或主起落架124)。所示实施例未示出用于将起落架123、124连接到机身101或操作起落架的各种部件(如致动器、支架、轴、销、耳轴、活塞、气缸、制动组件等)，但本领域技术人员将理解起落架123、124如何与飞机100如此连接并且可操作。前机身端120的最前端包括头锥126。如图2a中更清楚所示，头锥126用作舱门，可选地被称为头锥舱门，因此允许经由通过将头锥舱门126移动到打开或装载位置(图2a中示出的位置；图1a和1b示出头锥舱门126处于关闭或运输位置)而暴露的货物开口171进入由机身101所限定的内部货舱170。该舱门可通过绕横轴斜向上竖直旋转或斜向外绕纵轴水平旋转来操作，或者还可以通过诸如在其它方向向前平移、或成对旋转或平移或其它方式的其它方式来操作。
68.如下文所述，内部货舱170在飞机101的整个长度连续，即它跨越机身的大部分长度。内部货舱170的连续长度包括由机身101在前机身端120、后机身端140和布置在其间的拐折部130中限定的空间，此类空间被认为与对应于内部货舱170的前舱、后舱和拐折部。因此，内部货舱170可以包括由头锥126在其关闭时限定的容积和靠近位于后机身端140的机身尾锥142限定的容积。在图2a所示的实施例中，头锥舱门126在顶部铰接，使得其朝向机身驾驶舱122和机身101的固定部分或主体部分128顺时针摆动。在其它实施例中，头锥舱门可以以其它方式摆动，诸如铰接在左侧或右侧以朝向机身的固定部分128顺时针或逆时针摆动。前机身101的固定部分128是除头锥126之外的部分，因此前机身101是固定部分128和头锥126的组合。替代地或附加地，内部货舱170可以通过本领域技术人员已知的其它进入方
式进入，其包括但不限于位于机身101的后机身端140的舱口、舱门和/或坡道，从而从下方将货物提升到内部货舱170、和/或从上方将货物落入内部货舱170。所示构造至少因为其与装载大型有效载荷的一些方面有关而提供的一个优点是通过不包括后舱门，内部货舱170可以是连续的，从而非常容易将货物堆装至后机身端140直至机身尾锥142中。虽然在本发明中通过后舱门装载是可能的，但这样做会使对于后机身端140直至机身尾椎142中的内部货舱170空间的装载和使用更具挑战性且难以实现(现有的大型货运飞机构造所面临的限制)。现有的大型货运飞机通常不能以这种方式(如向上和向后)添加货物，因为其后机身中存在的任何拐折都是专门用于为后舱门创造更大的竖直空间以允许大型货物进入飞机的前部。
69.地板172可以位于内部货舱170内，也可以像货舱170本身一样从前机身端120连续延伸并穿过拐折部130进入后机身端140。因此，地板172可以被构造为具有前端172f、拐折部172k和后端172a。在一些实施例中，地板172可以以类似于本领域已知的大部分货舱地板的方式构造。在下文更详细讨论的一些其它实施例中，一个或多个轨道可布置至内部货舱170并且可用于协助将有效载荷(诸如有效载荷10)装载至内部货舱170，和/或用于在有效载荷被期望地定位在内部货舱170内后帮助固定有效载荷的位置。
70.将头锥126打开不仅暴露货物开口171和地板172，而且还提供从外部环境进入悬臂舌部160的通道，悬臂舌部160从机身101的固定部分128的最前部分延伸或以其它方式限定该固定部分128的最前部分。悬臂舌部可以是地板172的延伸，或者也可以是其从地板172和机身101的相关底部的下方或上方延伸的自身特征。悬臂舌部160可用于支撑有效载荷，因此允许有效载荷延伸到由头锥126限定的内部货舱170的容积内。
71.翼展180可以从机身沿两个方向基本横向延伸。翼展180包括第一固定机翼182和第二固定机翼184，机翼182、184沿各自的第一和第二方向(这两个方向大致对称于纵向竖直面)基本垂直于机身101延伸远离机身101，更特别地基本垂直于中心线cf延伸。被示为延伸自机身101的机翼182、184不一定直接远离机身101延伸，即它们不必与机身101直接接触。此外，机翼182、184彼此延伸的相反方向可替代地被描述为第二机翼184大致对称地远离第一机翼182延伸。如图所示，机翼182、184几乎没有限定后掠角和上反角。在替代实施例中，扫掠角可被包括至斜向前(-)或斜向后( )方向，该角度大致在约-40度到约 60度的范围内。在其它替代实施例中，上反角可被包括至斜向下(负，或“下反”)或斜向上(正，或“上反”)方向，该角度大致在约-5度到约 5度的范围内。可提供机翼的其它典型部件，其包括但不限于用于增加升力的缝翼、用于增加升力和阻力的襟翼、用于改变横摇的副翼、用于改变升力、阻力和横摇的扰流板、以及用于减少阻力的小翼，本领域技术人员将认识到的一些部件在飞机100的图示中示出(在说明书中未被具体提及的机翼的其它部件或飞机100也被示出并且可由本领域技术人员认识到)。还可以提供发动机、发动机短舱和发动机挂架186。在所示实施例中，提供了两台发动机186，一台安装至其中一个机翼182、184。可以提供附加的发动机，诸如四个或六个，并且发动机的其它位置也是可能的，诸如安装至机身101而不是机翼182、184。
72.拐折部130提供前机身端120和后机身端140之间的向上过渡。拐折部130包括机身101的固定部分128中的拐折即弯曲，使得机身101的最顶部外表面102和最底部外表面103都关于飞机100的前机身端120的中心线cf成角度，即两个表面102、103包括由拐折部130提
供的向上过渡。至少如图1b所示，后机身端140的最后端可以整体高于中心线cf。尽管可能有其它构造，但在所示实施例中，由最底部外表面103和中心线cf限定的角度大于由最顶部外表面102和中心线cf限定的角度。值得注意的是，尽管本发明一般将与后机身端140相关的部分描述为“后”，但在某些情况下，它们可以被称为“拐折部”等的一部分，因为整个后机身端140由于拐折部130而成角度。因此，鉴于本发明，本领域技术人员将理解本文(包括在权利要求书中)对拐折部、拐折的货舱或货舱部分、拐折货物中心线等的引用在某些情况下是指飞机100的后机身端140(或其它飞行器实施例中的后端)。
73.尽管后机身端140呈角度，但后机身端140非常适合在其中接收货物。事实上，飞机100以这样的方式具体设计，使得允许由后机身端140限定的几乎达到后机身端140最后侧尖端(即机身尾锥142)的容积可用于作为连续的内部货舱170的一部分容纳货物。靠近机身尾锥142的可以是尾翼150，其可以包括用于提供纵向稳定性的水平增稳器、用于控制俯仰的升降舵、用于提供横向稳定性的竖直增稳器以及用于控制航向的方向舵、以及在其它可被示出或不被示出但会被本领域技术人员认识的典型尾翼部件。
74.飞机100由于包括其尺寸在内的各种特征而特别适合于大型有效载荷。从头锥126的最前侧尖端到机身尾锥142的最后侧尖端的长度大致在约60米到约150米的范围内。飞机100的一些非限制性长度可以包括约80米、约84米、约90米、约95米、约100米、约105米、约107米、约110米、约115米或约120米。更短和更长的长度是可能的，内部货舱170的容积大致在约1200立方米到12000立方米之间，该容积包括两者都可用于堆装货物的由头锥126限定的容积和由机身尾锥142限定的容积，该容积至少取决于飞机100的长度和机身的大致直径(其可以在整个长度上改变)。内部货舱170的一个非限制性容积可以约为6850立方米。不考虑其中直径在机身101的终端处变小的内部货舱170的最终端，从其内部测量(从而限定货舱的容积)的机身长度的直径大致在约4.3米到约13米之间、或约8米到约11米之间。机身101靠近其中点的一个非限制性直径约为9米。从机翼132的尖端到机翼134的尖端的翼展大致在约60米到110米之间、或者约70米到约100米之间。翼展180的一个非限制性长度约为80米。本领域技术人员将认识到这些尺寸和大小基于多种因素，其包括但不限于待运输货物的尺寸和质量、飞机100的部件的各种尺寸和形状以及飞机的预期用途，因此它们绝不是限制性的。尽管如此，但是本发明中提供能够运输大型有效载荷的益处的大型尺寸面临挑战，至少部分因其尺寸而使制造此类大型飞机具有挑战性。所涉及的工程学不仅仅是使飞机更大。因此，本文所提供的飞机100以及其它对应专利申请中的许多创新都是通过工程学得出的非常具体的设计解决方案的结果。
75.通常用于制造机身的材料可适用于目前的飞机100。这些材料包括但不限于金属和金属合金(如铝合金)、复合材料(如碳纤维环氧复合物)和层压板(如纤维金属层压板)、以及包括其组合的其它材料。
76.图2b-2d提供了将大型有效载荷10装载至飞机100的一个示例性实施例的总体简要图示。如图所示，货舱头门126向上摆动至其打开位置，从而露出与机身101的固定部分128相关联的内部货舱170部分，该部分可延伸穿过拐折部130且基本穿过整个后机身端140。货物开口171提供通向内部货舱170的通道，并且悬臂舌部160可用于帮助初始接收有效载荷。如图所示，有效载荷10包括两片风机叶片11a、11b，其由有效载荷接收固定装置12关于彼此保持。有效载荷接收固定装置12通常被视为有效载荷的一部分，尽管在替代解释
中，有效载荷10可以仅被构造为叶片11a、11b。该有效载荷10可以被认为是不规则的，因为整个有效载荷长度上的形状、尺寸和重量分布是复杂的，从而导致有效载荷的重心位于有效载荷几何形心以外的单独位置。一个尺寸(长度)大大超过其它尺寸(宽度和高度)，形状以几乎在任何地方的复杂曲率变化，并且有效载荷的相对脆弱性要求始终保持最小间隙并且即使在有效载荷自身重量的重力作用下也需要在多个位置固定支撑货物的长度。附加的不规则有效载荷标准可包括具有这样的轮廓的物体，正交于纵轴的该轮廓沿该轴在不同站位旋转，从而导致纵向扭曲(如风机叶片展向扭曲)，或者该轮廓位于弯曲(而非线性)路径(如风机叶片平面内扫掠)。此外，不规则有效载荷包括宽度、深度或高度沿有效载荷长度非单调变化的物体(如风机叶片厚度可能在最大弦向站位达到最大，从而可能在轮毂处逐渐变细为较小的圆柱体并变细为细尖端)。术语“不规则包捆”会被类似地理解。
77.有效载荷10可以使用最合适的装置、系统、载具或在地面运输大型有效载荷的方法将其运送至飞机100，该有效载荷特别是在涉及多个物体(如多片叶片、(多片)叶片和(多个)压舱物)且可以被固定在一起并作为单个单元操纵的包捆。然而，包捆可以涉及单个物体。在所示实施例中，运输工具20包括通过多个跨度(如桁架24所示)链接在一起的多个轮式移动飞机22。在一些情况下，一个或多个轮式移动飞机22可以是自推进的，或者运输工具20通常可以以某种方式由自身驱动。替代地或附加地，外部机构可被用于移动载具20，诸如用于推动或拉动载具20的大型载具，或者可用于移动大型有效载荷的各种机械系统，诸如绞车、滑轮、锚索、起重机和/或动力驱动单元的各种组合。
78.如图2b所示，运输工具20可以被驱动或以其它方式移动至飞机100的前机身端120，以靠近货物开口171。随后，有效载荷10可以开始从运输工具20移动至内部货舱170。这同样可以使用绞车、滑轮、锚索、起重机和/或动力驱动单元中的一个或多个的组合来实现，此类机构设置和构造对于本领域技术人员而言是已知的。图2c示出了装载过程的快照，其中为了说明目的而移除一半机身(如当前所示，所示的头锥126的一半处于打开和关闭位置，但在通过货物开口171装载期间，它处于打开位置、)。如图所示，有效载荷10部分设置于内部货舱170且部分仍然由运输工具20支撑。因为有效载荷10的远端10d尚未到达拐折部130，因此其仍然设置于前机身端120。
79.用于将有效载荷10移动至图2c所示的部分装载位置的系统和/或方法可继续被采用以将有效载荷10移动到图2d所示的完全装载位置。如图所示，有效载荷10d的远端10d布置于后机身端140处的内部货舱170，有效载荷10的近端10p布置于前机身端120处的内部货舱170(如悬臂舌部160，尽管该舌部在图2d中不易被观察)，并且布置在近端和远端10p、10d之间的有效载荷10的中间部分从前机身端120延伸穿过拐折部130并进入后机身端140。如图所示，与内部货舱170(出于这些目的其包括舌部160)的地板的唯一接触点位于有效载荷10的近端10p和远端10d处、以及近端10p和远端10d之间的两个中间点10j、10k处，每个接触点由相应的固定装置12支撑。在其它实施例中，可以有更少或更多的接触点，这至少部分取决于每个有效载荷和相关包装的大小和形状、货舱的大小和形状、所用的有效载荷接收固定装置的数量以及其它因素。布置于内部货舱170的有效载荷的所示构造通过更详细地讨论拐折机身(即包括拐折部130的机身101)的构造而被更清楚地理解通过更详细地讨论拐折机身。一旦有效载荷10完全布置于内部货舱170，则可以使用在本文在对应申请中提供的技术或对于本领域技术人员而言已知的其它方式来将其固定至货舱170内。
80.拐折式机身
81.图3a是本发明的示例性货运飞机400的侧视图图示。飞机400(其被示出为超过84米长)包括机身401，该机身具有限定前中心线c
f400
的前机身端420和限定后中心线的c
a400
的后机身端，其中后中心线c
a400
关于前中心线c
f400
成角度。前后中心线c
f400
、c
a400
限定在其间的连结点或拐折431，其中前中心线c
f400
随着位于后机身端440的整个后机身沿关于位于前端420的前机身成角度的方向改变而向上斜置。这限定后机身440的拐折角α
400k
。拐折位置431包含在设置在并连接前机身端420和后机身端440之间的拐折部430中。图3b示出作为位于旋转横轴a
′
前方的机身401最顶部外表面或上表面402f和最底部外表面或下表面403f之间的大致中点的前中心线c
f400
，其中后中心线c
a400
是旋转横轴后方的机身401的上表面402a和下表面403a之间的大致中点。图3b示出了前中心线c
f400
和后中心线c
a400
之间的拐折431，该拐折是基本垂直于中心线c
f400
的平面410
′
和从拐折431向后延伸的大部分上下表面402a、403a的角度近似变化，使得拐折431后方的机身401具有大致恒定高度或横截面积的基本部分。这仅代表一个示例，并且在其它情况下，上表面402a不一定与下表面402b大致平行，即使后机身仍在中心线中限定拐折431。
82.在图3b中，后中心线c
a400
关于前中心线c
f400
的角度限定拐折或弯曲角度(在图3a中以α
400k
示出)，该角度可以大致等于后方上表面402a关于前中心线c
f400
(以及在恒定横截面前机身401的情况下的上下表面402f、403f，如图3b所示)的角度α
upper
和下表面403a关于前中心线c
f400
(以及在恒定横截面前机身401的情况下的上下表面402f、403f，如图3b所示)的角度α
lower
的平均值(因此，图3b示出限定各自的上下角度α
upper
、α
lower
的上下表面402a、403a)。在某些情况下，后上下表面402a、403a的角度α
upper
、α
lower
关于后中心线c
a400
的角度随着由后机身关于前机身的整体形状和坡度(或更一般而言，后端440关于前端420的整体形状和坡度)限定的整体中心线(如拐折431)中的大幅向上偏转的位置而不同。例如，对于图1b中的飞机100，下表面限定下角α
lower
，该角度大致等于大致12度的擦尾角，并且后机身中的上表面角度α
upper
大致在6到7度之间。在一些示例性实施例中，后中心线c
a400
的所得拐折角可以大致在约0.5度到约25度的范围内，并且在某些情况下，其关于货运飞机100的纵横平面(即设置有前中心线c
f400
的平面)约为10度，该平面基本平行于接地平面或地面p
400g
延伸。此外，拐折角α
400k
可大致等于起飞操作期间飞机的最大旋转度。更进一步，后机身端140的长度(即关于前中心线c
f400
成角度的部分)可以大致在整个机身101长度的约15％到65％的范围内，在一些情况下，可以大致为整个机身101长度的约35％到约50％，并且在一些实施例中，可以约为机身101长度的49％。
83.在图3c中，货运飞机400被示出至地面50并围绕横向旋转轴线旋转，以示意起飞俯仰动作。在图3c中，由于后端440、尾翼450或尾部442的任何部分均未接触地面，因此前端420的安定平面
p400r
关于接地平面或地面p
4006
以恰好在θ
擦尾
之前成一角度。在该位置，下表面403a(以及大致后中心线c
a400
)基本与接地平面或地面p
400g
平行，并且可以看出，因为拐折部430的中心线拐折431的位置近似于或非常接近于横向旋转轴线a
′
，因此拐折431的角度α
400k
大致为飞机400绕横向旋转轴线a
′
的最大安全旋转角。图3c示出了与横向旋转轴线a
′
的位置对齐的竖直轴409a和与机身中心线c
f400
中的拐折431对齐的另一竖直轴409b，两者之间的距离为d
′
。如图所示，由于d
′
较小，且后端440的下表面403a大致以拐折431的拐折角α
400k
或稍大角度向后延伸，因此后端440被高度拉长而不会有擦尾风险。因此，最小化d
′
将
下角α
400k
大致设为绕横向俯仰轴的安全旋转角的上限。此外，上表面402a的向上扫掠可被布置成沿后端440的大部分保持相对较大的横截面积，从而使货运飞机400的总长度大幅增加，并且因此使后端440内的内部货舱可用而不增加θ
擦尾
。图4a更详细地示出了图1a的货运飞机100。
84.在图4中，机身101的后中心线ca和前中心线cf被示为在横向旋转轴线a
′
的竖直面p
500v
正后方的拐折位置131处相交，该位置出现在连接前端或机身120至后端或机身140的拐折部130内。后机身140的下表面103大致限定货运飞机100的θ
擦尾
，其略大于由后中心线ca的上坡关于前中心线cf限定的拐折角α
100k
。此外，在一些示例中，后机身可以包括传感器549，传感器549被构造为测量后机身140的下表面103到地面50的距离dg，以帮助飞行员和/或计算机控制飞机100围绕横向俯仰轴最大限度地旋转飞机100而不擦尾。
85.图5是货运飞机100的侧视横截面图，横截面沿如图1a所示的最顶部外表面的近似中线t-t截取。货舱170限定沿货舱170整个长度延伸的中心线。货舱170从前方的前端171或货舱170的区域170f(如图所示位于头锥126中)延伸至后方的后端173或货舱170的区域170a(如图所示位于机身尾锥142中)。货舱170的前后区域170f、170a分别位于飞机100的前端和后端120、140内。更特别地，前区域170f通常可以限定前货物中心线c
fcb
，该中心线c
fcb
可以基本共线或平行于前机身中心线cf(如图4所示)，后区域170a通常可以限定后货物中心线c
acb
，该中心线c
acb
可以基本共线或平行于后机身中心线ca(如图4所示)。因此，在机身101的拐折部130中，后货物中心线c
acb
关于前货物中心线c
fcb
在拐折位置631处弯曲，该拐折部本身可以包括货舱170的类似拐折部170k，其中后机身中心线ca也关于前机身中心线cf弯曲。弯曲可以具有与机身101的拐折角α
100k
大致相同的角度，如图所示为角度α
100kp
。后货物中心线c
acb
可至少大致延伸连续的内部货舱170中心线长度(即整个货舱170的中心线长度)的25％。这个量通常大致在25％到50％的范围内。还存在其它方式来描述这些大小关系，通过非限制性示例的方式，其包括后货物中心线c
acb
的长度至少大致为机身101长度的45％、和/或至少大致为横向俯仰轴机身101后方长度的80％、以及本文所提供的其它关系或根据本发明推导的其它关系。
86.图5示出了几乎延伸通过全部后机身140的货舱170的后区域170a，这是本文所讨论的构造的显著优点。此外，由于后机身140的长度，后机身140的结构框架104a的节距674可以与前机身120的结构框架104f的节距672成大致等于机身101的拐折角α
100k
的角度。在一些示例中，拐折区域130表示前机身120的结构框架104f的节距672和后机身140的结构框架104a的节距674之间的向上过渡。本领域技术人员将认识到，结构框架104a、104f仅仅是可并入机身101以提供支撑的结构特征或元件的一个示例。此类元件可更一般地描述为沿后中心线c
acb
和前中心线c
fcb
正交定向的周向设置结构元件。在一些示例中，货舱拐折631(图5)的位置在机身拐折131(图4)的前方或后方，使得前货物区域170f部分延伸至后机身140，或者后货物区域170a部分延伸至前机身120，然而，这通常至少部分取决于货舱170内部和机身外部之间的距离，这对于具有最大尺寸货舱的货运飞机而言通常是很小的距离。无论如何，为了充分利用本发明的示例，货舱170的后区域170a可以(1)由于后机身140的长度的延伸能力而基本能够延伸，(2)因为本发明的示例使飞机能够具有用于固定擦尾角和/或最小拐折角的细长后机身，所以能够沿后机身140延伸基本全部长度。此外，使细长后机身的机身拐折角最小化允许货舱后区域可以进一步沿纺锤形机身延伸，同时增加对于给定
飞机总长度和擦尾角的最大直线有效载荷长度，至少如图6所示。
87.图6示出了图5的货运飞机100的机身101的侧视横截面图，其中两片风机叶片11a、11b的高度细长有效载荷10基本贯穿内部货舱170设置，并且从前区域170f的前端171延伸到后区域170a的后端173。使后区域170a的至少一部分线性连接到前区域170f的至少一部分(如在视线范围内)，使得后区域170a的延伸能够导致在内部货舱170内运载的刚性有效载荷延伸最大总长度。然而，风力能够风机叶片通常能够在运输期间轻微偏转，因此本发明的示例特别适合于它们的运输，因为在运输期间使有效载荷10轻微偏转的能力使得通过使后区域170a的后端173进一步延伸到前区域170f的最前端171的视线之外之外而能够实现甚至更长的最大有效载荷长度。
88.关于拐折机身构造的更多细节可在同时提交的标题为“用于避免擦尾的同时允许长有效载荷的飞机机身构造”的对应专利申请中提供，该专利申请的全体内容被援引纳入本文。
89.有效载荷优化系统和方法
90.本发明的示例包括计算多对象货物有效载荷的优化取向以最大化其包捆效率的系统和方法。示例包括用于确定一个或多个优化有效载荷构型的例程，所述优化有效载荷构型使用执行软件程序的计算机处理器来实施，所述软件程序将两个或更多个对象(如风机叶片)作为输入，每个对象都具有3d表面几何形状(或各个从限定输入对象的多个参数中计算得到)，其包括大量细分的任意曲面。然后，该程序可以执行一个或多个优化例程，该例程通过大量关于彼此的可能位置(并且在某些情况下通过货舱容积)顺序改变每个3d表面几何形状的取向和位置。该程序还可以针对每个位置计算一个或多个代价函数，并作为输出返回每个对象的那些取向，针对这些取向计算的代价函数在某个预定阈值内是一个或多个最小化的、最大化的和/或满足类似类型的约束。
91.在示例性实施例中，传统软件可用于为每个对象以及在可适用时对货舱内部创建细分的3d表面几何形状，货舱内部可完全由三角形或其它任意平面多边形组成。在另一替代实施例中，定制编写的软件可用于为每个对象并在可适用时为货舱内部创建相同的细分的3d表面几何形状，货舱内部可以完全由三角形或其它任意平面多边形组成。更精细的细分过程需要更多三角形来限定曲面，但也可能导致3d表面几何形状更接近建模对象的实际曲面。因此，细分的精细度或分辨率可以取决于例如正在计算的有效载荷的参数或代价函数。例如，如果正在计算的代价函数是每个对象之间超过六(6)英寸的最小间隙，则具有距真实对象的表面变化小于最大一(1)英寸的3d表面几何形状可能是有利的，使得3d表面几何形状对象之间的最大可能差值在相应的真实对象上为四(4)英寸。
92.在运行期间，确定空间中一个或多个细长不规则对象(诸如风机叶片)的最佳取向可能需要对空间中的每个对象进行多次改变，并且对对象之间的每个最小间距进行评估，以及对附加的代价函数(诸如容积或有效载荷货舱间隙)进行评估。
93.通过使用带更少三角形的更粗糙的细分来减少分析时间可能是期望的，但需要注意的是，更粗糙的细分不太准确地表示实际名义弯曲表面。在一个实施例中，目标可以是对曲面进行细分，以实现对于位于叶片之间期望最小间隙的10％距离内的对象的精确表示。这意味着间隙内引入的最坏情况下的误差将小于期望最小间隙的20％。然而，从统计学上讲，每个不同对象上的最接近点极不可能出现在细分曲面和实际名义弯曲表面之间出现最
大偏差所在的地方。假设每个细分三角形的顶点都精确投影到实际名义弯曲表面，则可以通过分析实际名义弯曲表面和表示三角形形心之间的距离来估计由于细分三角形表示和实际名义弯曲表面之间的偏差而产生的误差。
94.本领域技术人员将理解，风机叶片上曲率较高的区域通常需要比叶片平坦区域更多的细分三角形。本领域技术人员将进一步理解，通过增加/减少细分三角形的数量来生成更精确/更不精确的曲面表示可以任意选择精确度。
95.图7示出了沿任意取向的两个非常不规则对象的示例，这些对象随后可以使用本发明的各个方面对其取向进行优化，以确定两个对象的包捆布置，该包捆布置除了简单的间隙约束(如它们不接触彼此或不在彼此内部)外，还可以满足一个或多个代价函数。具体地，图7示出了限定有效载荷布置700的两片风机叶片701、702，其中每片叶片701、702约100米长并占用约538.15立方米的体积，叶片组合的总占用空间为1076.31立方米。然而，由于风机叶片701、702的有效载荷布置700的笨重、复杂、不规则形状，其不能如图所示地完美嵌合在一起。此外，一片风机叶片相对于另一片叶片的取向或位置不会导致在其表面的重要部分上彼此之间的间距为零。因此，为了将这些风机叶片701、702打包在一起并将其作为货物有效载荷700运输，它们会需要比每片单独叶片的封闭体积总和多得多的总体积来容纳包捆。
96.优化例程的输出是一个或多个取向，用于风机叶片701的每个对象的取向自由度如图8a所示，其中六个自由度中的各个自由度为：横滚(本文中也称为“droll”)、俯仰(本文中也称为“dpitch”)、航向(本文中也称为“dyaw”)、沿x轴811的位置(本文中也称为变量“dx”)、沿y轴813的位置(本文中也称为“dy”)和沿z轴812的位置(本文中也称为“dz”)，横滚为绕x轴811旋转的角度，俯仰为绕y轴813的旋转角度，航向为绕z轴812的角度，这些自由度中的每一个都可以变化以用于每个对象在优化期间的定位和定向。对于每个对象的六个自由度中的每个变化，检查间隙并且如有必要，还检查一个或多个代价函数。检查每个对象的每个取向后，输出可以是示出代价函数相对于取向变量的轮廓的曲线图。在某些情况下，代价函数的绝对全局最小解不一定是有效载荷最终取向的最佳选择。然而，本文描述的过程使得选择另一种配置变得简单，该配置具有稍微更差的代价函数值，但由于其它原因是一种更好的总体选择。在某些实例下，一个或多个对象的每个变量的范围可以由一个或多个参数来约束，诸如最大货舱大小(如没有物体被平移到超过最长物体和货舱总长度之差的位置，例如，在110米长的货舱中布置两个100米物体要求另一个物体不沿最接近100米长度的轴平移超过10米左右)。此外，在优化期间，每个自由度都可以以一定精细度或粗糙度递增，这可以确定所需的整体计算水平。因此，也可以通过多次运行优化例程来优化该优化例程，例如，使用第一个粗略增量来寻找满足代价函数的几个取向，然后以更精细但位置和取向变量的范围被大致约束至已知解区域的增量重新运行例程，以进一步确定局部最小值的存在并更好地优化任何全局最小值。替代地，可以使用自适应算法来自动化这种方法，该算法在产生最佳代价函数值的粗略评估的自由度增量的位置附近向每个对象的每个自由度添加附加的子增量。
97.图8b示出了与图7中的风机叶片701、702相对应的细分对象701
′
、702
′
的示例，其布置至在表示飞机货舱的细分后的货物容积800
′
。例如，图8b可以表示优化例程的快照，其中每个细分对象701
′
、702
′
的给定取向关于细分后的货物容积800
′
被考虑，其中计算最小
间隙和任何附加代价函数，如下文更详细解释的。
98.通过本文所述过程的示例生成的数据允许仅使用六(6)个数字(如自由度变量)在cad空间中对所得取向进行快速且紧凑的建模。在一些示例中，对于处理两片以上的风机叶片，可以通过一起优化两片叶片的取向来初始化该过程，然后相对于已优化的“预包捆”叶片来优化第三片叶片。对于四片风机叶片，也可以分别对两对叶片进行建模，然后相对于彼此优化预包捆对。这仅是优化过程中的一个选项。可以单独对任意数量的叶片而不是预包捆的叶片对进行建模。本领域技术人员将理解，对于两片叶片使用n＝6个变量，对于三片叶片使用n＝12个变量，对于四片叶片使用n＝18个变量等等。利用高性能计算集群，可以沿所有取向运行并行处理扫描，以确定最佳包捆。
99.一般来说，本文所公开的过程的示例可以采用任意数量的细分任意曲面，并且执行例程以输出最小化的代价函数取向，其中代价函数可以包括但不限于：(i)合成的有效载荷体积(如对象组合的凸包体积)；(ii)距一组实体(如点云、一系列直线或曲线段、附加的任意离散或分析曲面)的无符号距离；和/或(iii)相对于一组实体(如点云、一系列直线或曲线段、附加的任意离散或分析曲面)的有符号距离。这些代价函数中的一个或多个可以在附加约束内最小化，例如，保持优化包捆中的每个任意曲面之间的最小空间间隙，或者限制优化包捆中每个任意曲面的可允许取向。
100.因此，本发明的示例可用于分析多个大型不规则形状的物体，以确定它们在空间和/或预定义货舱容积中的最佳定向方式，并最佳地受到多个约束，以针对多个代价函数自动化优化，诸如：(i)限制预定义的取向范围；(ii)保持有效载荷中物体之间的最小间隙；(iii)最小化有效载荷的总体积；(iv)最小化有效载荷距一组实体的距离(如使有效载荷尽可能靠近货物中心线定向)；和/或(v)最大化有效载荷距一组实体的距离(如保持有效载荷与货舱之间的最小间隙，或使有效载荷在货舱内居中)。
101.示例包括通过限制取向范围或对象来减少优化过程的总体计算时间。例如，不必考虑其中一个对象的最长尺寸与另一对象的最长尺寸正交的对象取向，因为这种取向显然不能导致最小化整个有效载荷体积的最优代价函数。同样，存在这样的情形，即对象对称性意味着不需要分析某些取向，因为它们是非唯一的。最后，在运输期间，对于某些物体取向存在制造商限制，因此无需评估被禁止的取向。
102.除了优化一个或多个物体的包捆外，该过程还可以在可用货舱(如飞机货舱)的内部容积限制范围内评估取向。例如，货舱可能有有效载荷不允许侵扰的“禁止进入”的空间。在一个实施例中，本文描述的过程可以最小化从沿着货舱中心线的曲线到货物上向外最远点的最大距离。在另一实施例中，本文描述的过程可以最大化从货舱中的飞机结构到有效载荷包捆外部最近点的最小距离，以保持尽可能大的间隙。
103.系统和方法的示例遵循图9a和9b的流程图中所示的过程。图9a的示例过程900a可以通过为每个作为有效载荷待优化的对象创建(步骤910)几何输入(如3d表面几何形状)来开始(步骤901)。在示例过程900a中，该细分可以作为初始步骤发生，并且可以在优化例程之外发生，例如，使用可能在本文所讨论的过程之外的现有软件解决方案。附加地，步骤910可包括采用现有3d表面几何形状并调节或更改其属性诸如细分密度，以更好地执行后续优化步骤。示例过程900a继续进行接收(步骤920)参数的输入，以在优化例程期间使用，例如每个对象的一个或多个可允许的取向范围、最小所需间隙、附加期望代价函数和/或对象改
变中的增量大小。在某些实例中，示例过程900a允许在该步骤期间或之后准备或修改每个3d表面几何形状(如图9b的示例过程900b中所示)，这使得可以更高效或快速地处理主题优化计算，因为可以3d表面几何形状可以被简化而不会显著影响过程精度超出最小所需间隙的一小部分。
104.示例过程900a进入优化例程(步骤930)，在该例程中，该过程可以通过沿每个空间轴平移和围绕每个空间轴旋转的输入增量，在可允许取向的全部范围内改变每个对象的每个组合。在每个唯一取向上，每个唯一对象之间的最小距离可以相对于全部对象之间的最小所需间隙进行检查，并且可以计算其它代价函数(如总包捆体积尺寸或凸包体积，距包括一系列点、曲线、曲面和/或货舱内部容积的实体的最大无符号距离、和/或距包括一系列点、曲线、曲面和/或限定货舱结构边缘的容积的实体的最小有符号距离)。在分析整个取向范围后，该过程通过输出(步骤940)满足间隙和/或代价函数约束的每个取向以及输出代价函数来继续，以允许从最佳叶片包捆(最小代价函数)的输出中进行选择，或者替代地，选择接近最佳但可能满足附加约束的解决方案。输出可以包括存储每个单独计算的取向的代价函数和/或所计算的间隙，或者在一些实例中，存储每个取向及它们对应的满足代价函数或间隙的一个或多个约束的取向的代价函数。可以非常彻底(如在改变增量公差范围内寻找全局最小值时是鲁棒的)和并行(如允许完全独立地评估隔离的每个取向)地实施这种评估整个取向空间的蛮力优化方法。
105.图9b的示例过程900b更详细地说明了优化例程(如图9a的步骤930)。在示例过程900b中，优化例程(图9a的步骤930)包括在单个循环中限定每个迭代的一系列步骤。优化例程包括检查器(步骤931)，以查看是否考虑了全部取向和/或是否实现了一些期望优化取向，如果是，则前进到输出940。该检查可以调用递增器(步骤932)来调节一个或多个3d表面几何形状的位置，然后几何处理器(步骤933)可以根据代价函数确定3d表面几何形状上的一个或多个点(如确定对象之间最近的两点)。(多个)结果可以发送到比较器(步骤934)，以计算代价函数值并且用这些值交叉检查任何代价函数约束。
106.这些处理过的900a、900b的示例变型包括更复杂的求解器方法，该方法通过改变对象取向来确定每个代价函数中的灵敏度，从而在少得多的评估取向情况下确定代价函数中的局部最小值。
107.优化例程
108.很难在单个流程图中示出优化例程的多个嵌套循环(如图9a的步骤930)，因为对于每个相对于另一叶片和/或货舱形状定向或定位的叶片具有六(6)个变量需要扫描。因此，下文给出了对于双对象优化循环(即“叶片1(blade1)”和“叶片2(blade2)”)的伪代码示例，其中每一重表示调节相应叶片的不同的六个自由度中的一个自由度的嵌套循环，即droll(以度表示的绕x轴角度)、dpitch(以度表示的绕y轴角度)、dyaw(以度表示的绕z轴角度)、dx(以英寸表示的沿x轴的位置)、dy(以英寸表示的沿y轴的位置)和dz(以英寸表示的沿z轴的位置)。可以为每个自由度检查最小值和最大值。对于角度，一个示例可以包括将为球坐标边界的完整范围(如各自从-180度递增到 180度的droll、dyaw、以及从-90度递增到 90度的droll)，然而，示例可以包括由于常识而应用的这些边界的减少，例如，俯仰角范围将不超过机身拐折角上下的50％。对于长度，完整范围的示例大致为叶片和货舱沿每个方向的主要尺寸之间的长度差：对于105米机身中的100米叶片，叶片可从中间位置前后移动
五(5)米以覆盖完整范围。
109.下文为伪代码示例，用于固定货舱边界内两片叶片的优化例程(如图9a中的步骤930)的结构，其中每个循环为形成一系列嵌套面向语言编程(lop)的单个重，并且每个循环通过单步递增一个对象(如叶片)的一个自由度(如droll增量(drollincrement))，其中每个循环通过一个范围(如最小droll(mindroll)到最大droll(maxdroll))递增自由度(如droll)：
[0110][0111]
计算代价函数
[0112]
在n-维阵列中存储结果和取向
[0113][0114]
[0115]
上述例程可能会导致大量待计算的取向。例如，如果每个自由度的计算数量为十(10)，则结果总共为106个排列。因此，限制每个自由度的范围并使用更大的增量是有利的。附加地，在包括分别执行“包捆”步骤和“将有效载荷放置/定向到工具”步骤的示例中，在包捆步骤期间，一个对象可以在优化例程期间保持静止。然后，一旦确定了对象相对于彼此的最佳“有效载荷包捆”，就可以利用上述附加代价函数在货舱内以对合成包捆有效载荷执行单次6-dof(自由度)扫描。在算法术语中，这是替换以获得更少数量的排列：
[0116]
10
12
次以优化3个叶片 106次以定向且定位最终叶片包捆，这显著小于10
18
次以在单个优化算法中将叶片打包在一起并定向叶片在货物有效载荷中的取向。
[0117]
3d表面几何形状
[0118]
该任务中所使用的网格是输入，并且其示例如下：
[0119]
有效载荷包捆中每个对象的一个空间3d、拓扑2d表面网格(也称为表面的三角剖分、细分或离散化)。
[0120]
货舱中心线的一个空间3d、拓扑1d曲线网格(也称为线段曲线)。
[0121]
货舱区域边界的一个空间3d、拓扑2d表面网格。该边界可能包括墙壁、结构构件和/或有效载荷包捆在物理3d空间中不可接触、碰撞或以其它方式干扰的任何其它几何形状。
[0122]
网格化过程910可以简单地用于获得这些3d表面几何形状的简单、小型、易于操作的表示。网格化过程910本身可以只是软件代码的准备(如逐点)。3d表面几何形状或网格可以是对象表面的三角剖分。这也称为细分或离散化，也可以使用完全三角形网格或四边形或更一般的多边形(首次读入时可以可选地被细分为三角形)来完成。图8b是两片叶片701
′
、702
′
、机身货舱800
′
、机翼箱890
′
以及沿中心线的一个点分布网格891
′
的三角化叶片网格示例。计算这些网格的代价函数的计算成本可以与三角形的数量成正比。例如，当检查叶片1(n个三角形的网格701
′
)和叶片2(m个唯一三角形的网格702
′
)之间的间隙时，应检查每个三角形和其它三角形之间的距离(如n*m子程序调用)。如图所示，每片叶片包括大致2000个三角形并且货舱边界约为4000个三角形，其中中心线约为25个线段。然而，通常所用的三角形越少，则表面的表示变得越不准确。因此，鉴于输入和结果保持在上下文范围内时的可接受的误差水平，示例可以由于偏差通常接近三角形的中心而使用平面三角形逼近曲面。替代实施例包括使用网格的高阶表示，诸如样条曲线而不是线段曲线或表面网格中的曲线三角形单元而不是平面多面体。
[0123]
以下各节描述了可在每个取向计算的不同代价函数。首先，对象之间的最小间隙至少确保了每个取向上的对象不相互接触(或设置在彼此内部)，因为这不表示有效位置。
[0124]
最小间隙
[0125]
计算每个对象之间的最小间隙可确保保持最小间隙量，从而使对象在成品包捆中不会损坏或相互接触。例如，在航空运输期间，对象可能会经历适度的竖直加速度(如大致在约-1.0g到 2.5g的范围内)并经常连续振动。虽然风机叶片等示例对象是柔性物品并且会因载荷而短距离变形，但如果它们彼此接触，则可能会磨损或发生剧烈碰撞，从而留下永久性的不期望的损坏。通过计算间隙的代价函数，可以使用过滤器来保持最小间隙量，诸如100米长的风机叶片之间的最小间隙量为6英寸。
[0126]
图10是通过过滤一片叶片701之间六个自由度的全部排列同时第二片叶片702保
持静止来保持最小间隙的图示。在每个取向上，计算大量单独的对象间间隙1001a-d，以确定最小值1002。
[0127]
有效载荷和货舱中心线之间的最大距离
[0128]
计算有效载荷和货舱中心线之间的最大距离包括寻找一个值，该值等于有效载荷包捆的位置和取向可以偏离货舱中心线的最远距离，使得可以将有效载荷包捆尽可能靠近中心线地被拉向货舱。例如，如果发现货物的位置和取向使得有效载荷和货舱中心线之间的距离最小化，则这意味着有效载荷的整体形状尽可能接近工具中心线。图11示出了有效载荷(包括第一和第二叶片701、702)和货舱容积800的货舱中心线620、640之间最大距离的最小解决方案的示例，其包括计算许多距离1101a-d。第一和第二叶片701、702(如有效载荷)可以通过减少从货舱中心线620、640偏离的最大距离1102来在货舱800的中间居中。如果第一和第二叶片701、702俯仰或竖直平移、和/或航向或水平平移，则当有效载荷包捆距货舱中心线的距离超过173.2英寸(如图11)时，第一和第二叶片701、702与货舱中心线1102之间的最大距离1102不再最小化。当在初步设计阶段还不知道货舱几何形状时，该代价函数特别有用，但它不考虑在与货舱中心线相切的方向上使货舱中的有效载荷包捆居中。
[0129]
有效载荷和货舱表面几何形状之间的最小距离
[0130]
计算有效载荷和货舱表面几何形状之间的最小距离包括寻找一个值，该值等于有效载荷包捆表面和周围货舱边缘表面之间的最近距离，使得使有效载荷包捆尽可能远地被推离货舱壁，以使其在货舱内居中。例如，如果发现货物的位置和取向使得有效载荷和货舱壁之间的距离最大化，则这意味着有效载荷因为其形状和货舱壁几何形状而可以同时远离全部的壁。图12示出了第一和第二叶片701、702和货舱800的示例，如之前在图11中所示，但第一和第二叶片701、702的取向和位置与之前不同，以使第一和第二叶片701、702相对于货舱800壁居中，并且平衡位置以实现有效载荷和货舱边界之间12.907英寸的最高全局最小距离1202。利用已知的货舱800边界，该代价函数包括计算第一和第二叶片701、702与货舱800壁之间的多个距离1201a-d，以寻找全局最小距离1202。
[0131]
凸包体积
[0132]
另一待计算的示例代价函数是凸包体积比(chvr)，这是一种用于估算包捆体积浪费的新型措施。chvr被限定为一个或多个对象的凸包体积除以一个或多个对象的体积之和的比值。因此，对于完美打包的对象的集合，chvr为1，这是0％浪费体积的定义。对于打包不良的对象，如果一个包捆不必要地浪费与单个对象本身所需一样多的体积，则chvr将为2，即100％的浪费体积。
[0133]
凸包是可以包围一组一个或多个对象同时保持高斯曲率全局大于或等于零的约束的最小体积。正曲率对应于凸性且负曲率对应于凹性。从物理上讲，这对应于凸壳围绕一组具有平坦(零曲率)曲面的对象的体积。作为一个示例，忽略表面张力和粘性，凸包的全部表面在非零重力下都不保持水。球体或任何其它规则多面体都是凸包，它们的任何单向拉伸或单向剪切版本也是如此。圆环不是。
[0134]
当期望将物体包捆成尽可能小的体积时，这是相关的，因此人们可以将两片打包好的风机叶片的凸包的体积想象为衡量它们如何有效使用可用体积的量度。如果凸包体积与单个潜在凹形对象的封闭体积之和的比值等于1，则在将物品打包在一起时没有浪费任何体积。
[0135]
本发明的各方面包括通过对一组横截面的2d凸包面积和横截面之间的距离的乘积进行积分来有效地估计3d凸包体积，如下文更详细地解释。
[0136]
图13a是处于任意取向的两个非常笨重的对象(如第一和第二叶片701、702)的示例。每片叶片701、702长100米并且占据约538.15立方米的体积，叶片组合的总占用空间为1076.31立方米。然而，这些第一和第二叶片701、702因为它们笨重、复杂且不规则的形状而不能完美地嵌合在一起。不存在导致彼此之间的间距为零的一片叶片相对于另一片叶片的取向或位置。因此，为了将第一和第二叶片701、702打包在一起并其作为货物运输，它们会需要比每片单独叶片的封闭体积之和更大的总体积来容纳包捆。
[0137]
不是通过使用3d几何形状的点位置中的公切面来构建3d凸包，而是通过沿第一叶片701的最长尺寸的全部对象截取周期性横切，并且在横切平面1310中使用2d横切的点位置中的公切线构建2d凸包，然后计算2d凸包内部的2d面积，并将其乘以距每个相邻横切平面的距离的一半之和，来确定对凸包体积快速、高效且合理精确的估计。
[0138]
图13a是由全部的第一和第二叶片701、702、沿第一叶片701长度截取的2d横切构建的凸包的图形表示。每个横切平面1310穿过第一和第二叶片701、702以限定横切截面1312、凸包处理边缘1339和截面1311的保留部分。此处仅示出了十一(11)个横切平面1310，其中估计精度随着增加横切而增加。
[0139]
图13b是正在构建的2d凸包的图示，其使用全部方向的近似线1340来寻找公切连接1339以构建2d凸包处理边缘1331以及挤出距离1349。最终线段曲线下的面积可以通过在围绕2d凸包形状的回路中进行并使用格林定理对面积进行积分来计算。此后，可以通过沿长度连接每个2d凸包形状并且将单个2d凸包区面积乘以到它们和相邻位置之间的中间位置的距离的乘积进行积分，来假设3d凸包体积1360。请注意，这种2d方法忽略的唯一曲率是沿剖切方向(正交于相交平面)出现的曲率，这对于大幅提高效率而言是一个合理、微小且可接受的精度牺牲。
[0140]
图13c示出了在图13b中创建的3d凸包形状1360的图形表示，对照于所示的父对象(如第一和第二叶片701、702)，其中仅第一和第二叶片701、702的小部分1361延伸超过近似的3d凸包1360。在此处，3d凸包体积1360的封闭体积为3013.6立方米。这意味着chvr＝(3013.6/1076.31)-1≈(2.8)-1＝相对于单个第一和第二叶片701、702的组合所占据的最小体积的180％的浪费体积。这是第一和第二叶片701、702的非常差的包捆布置的示例。
[0141]
然而，当使用本优化方法的各方面(包括扫描每个对象的六个自由度并重复该过程、测试两片叶片每个组合取向)，可以发现许多优化布置，其中浪费体积显著低于180％。例如，如图14b所示，其中示出第一和第二叶片701、702的具有更有效的优化布置。因此，更少的体积被浪费并且chvr更低。为了实现该取向，顶部叶片701绕横滚轴旋转 176.5度(约为其从根部到尖端的最长尺寸)。在此处，使用多个2d平面1341计算的3d凸包的封闭体积为1530.7立方米，给出chvr＝(1520.7/1076.31)-1＝相对于由单个第一和第二叶片701、702的组合所占据的最小体积的42％的浪费体积。这是更好的布置，因为当前42％的浪费体积远远低于之前180％的浪费体积。图14b示出了处于该优化取向的第一和第二叶片701、702作为优化的有效载荷1470。
[0142]
装卸间隙
[0143]
附加的更复杂的代价函数是可能的，诸如在装载或卸载操作期间计算有效载荷和
货舱之间的最小距离间隙，以例如考虑附加的空间和由于沿限定路径装载和卸载货物而导致减少最小距离。实施方式包括增加模拟步骤，在其中有效载荷进出内部货舱的移动被捕获。图14c示出了布置在图1a的飞机100的内部货舱170中的图14b的有效载荷1470。在此处，示例代价函数包括在计算最小间隙的同时，有效载荷1470经由开口171移入和/或移出货舱170。根据该结果，可以确定更好的包捆位置和取向，这可能牺牲机身101的少量间隙(在上文讨论的静态位置)，以在装载和卸载期间有效载荷1470处于运动状态的同时获得距机身的更大间隙。
[0144]
图15是计算机系统1500的示例性实施例的框图，本发明可以在其上构建、执行、训练等。例如，参考图7到14c，任何模块或系统都可以是本文描述的系统1500的示例，例如优化例程900a、900b和其中描述的任何相关模块或例程。系统1500可以包括处理器1510、存储器1520、存储设备1530和输入/输出设备1540。部件1510、1520、1530和1540中的每一个都可以例如使用系统总线1550互连。处理器1510能够处理用于在系统1500内执行的指令。处理器1510可以是单线程处理器、多线程处理器或类似设备。处理器1510能够处理存储在存储器1520或存储设备1530上的指令。处理器1510可以执行诸如网格对象701
′
、702
′
、800
′
、接收三维对象701、701或3d网格701
′
、702
′
、800
′
、最小间隙或其它约束、各种代价函数和/或相关约束、增量范围和/或优化数据(诸如取向和相关间隙和/或代价函数结果的集合、和/或存储和比较本文描述的各种取向和/或代价函数)以及结合本发明描述的其它特征的操作。
[0145]
存储器1520可在系统1500内存储信息。在一些实施方式中，存储器1520可以是计算机可读介质。存储器1520例如可以是易失性存储器单元或非易失性存储器单元。在一些实施方式中，存储器1520可以存储与风机叶片和货舱、代价函数和优化景观相关的信息以及其它信息。
[0146]
存储设备1530可为系统1500提供大容量存储。在一些实施方式中，存储设备1530可以是非暂时性的计算机可读介质。存储设备1530可以包括例如硬盘设备、光盘设备、固态数据驱动器、闪存驱动器、磁带和/或一些其它大容量存储设备。存储设备1530可替代地可以是云存储设备，例如包括分布在网络上并使用网络访问的多个物理存储设备的逻辑存储设备。在一些实施方式中，存储在存储器1520上的信息也可以或替代地存储在存储设备1530上。
[0147]
输入/输出设备1540可为系统1500提供输入/输出操作。在一些实施方式中，输入/输出设备1540可以包括一个或多个网络接口设备(如以太网卡或无线带宽互连)、串行通信设备(如rs-23210端口)、和/或无线接口设备(如短程无线通信设备、802.7卡、3g无线调制解调器、4g无线调制解调器、5g无线调制解调器)。在一些实施方式中，输入/输出设备1540可以包括被配置成接收输入数据并将输出数据发送到其它输入/输出设备(如键盘、打印机和/或显示设备)的驱动设备。在一些实施方式中，可以使用移动计算设备、移动通信设备和其它设备。
[0148]
在某些实施方式中，系统1500可为微控制器。微控制器是一种在单个电子封装中包含计算机系统的多个元件的设备。例如，单个电子封装可以包含处理器1510、存储器1520、存储设备1530和/或输入/输出设备1540。
[0149]
尽管上文已描述了示例处理系统，但上述主题和功能操作的实施方式可在其它类
型的数字电子电路中实施，或在计算机软件、固件或硬件中实施，其包括本说明书中公开的结构及其结构等效物或在一个或多个结构的组合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实现为一个或多个计算机程序产品，即编码在有形程序载体(如计算机可读介质)上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由处理系统执行或控制处理系统的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基底、存储设备、实现机器可读传播信号的物质组合、或者它们中的一个或多个的组合。
[0150]
本发明的各种实施例可至少部分以任何常规计算机编程语言实施。例如，一些实施例可以用过程编程语言(如“c”或fortran95)或面向对象的编程语言(如“c ”)来实现。其它实施例可以被实现为预配置的、独立的硬件元件和/或预编程的硬件元件(如专用集成电路、fpgas和数字信号处理器)、或其它相关部件。
[0151]
术语“计算机系统”可涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，包括但不限于可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，处理系统可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。
[0152]
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序、脚本、可执行逻辑或代码)可采用任何形式的编程语言编写，其包括编译或解释语言，或声明或程序语言，并可采用任何形式部署，其包括作为独立程序或模块、部件、子程序或适用于计算环境的其它单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以在保存其它程序或数据的文件的一部分中(如存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者在多个协作文件中(如存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)存储。计算机程序可以被部署为在一台计算机或位于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
[0153]
此类实施方式可包括一系列固定在有形、非暂时性介质(如计算机可读介质)上的计算机指令。该系列计算机指令可以实现之前针对该系统描述的全部或部分功能。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性或易失性存储器、介质和存储设备，其包括例如半导体存储设备(例如eprom、eeprom和闪存设备)、磁盘(如内部硬盘或可移动磁盘或磁带)、磁光盘和dvd-rom盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或并入其中。该系统的部件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(如通信网络)来互连。通信网络的例子包括局域网(“lan”)和广域网(“wan”)，例如因特网。
[0154]
本领域技术人员应理解，此类计算机指令可采用多种编程语言编写，用于多种计算机架构或操作系统。此外，这些指令可以存储在任何存储设备(如半导体、磁、光或其它存储设备)中，并且可以使用任何通信技术(如光、红外、微波或其他传输技术)来传输。
[0155]
除其它方式外，此类计算机程序产品可作为预载于计算机系统中(如在系统rom或硬盘上)的附带印刷或电子文件(如收缩包捆软件)的可移动介质进行分发，或通过网络(如互联网或万维网)从服务器或电子公告板进行分发。事实上，一些实施例可以在软件即服务模型(“saas”)或云计算模型中实现。当然，本发明的一些实施例可以实现为软件(如计算机程序产品)和硬件的组合。本发明的其它实施例被实现为完全硬件或完全软件。
[0156]
根据所提供的说明和实施例，本领域技术人员将理解本发明的更多特征和优点。因此，本发明不受限于已经具体示出和描述的内容。例如，虽然本发明提供了运输大型货物
例如风机，但是本发明也可以应用于其它类型的大型货物或较小货物，其中至少一些在上面提到。本文引用的所有出版物和参考文献都明确地被整体援引纳入本文。
[0157]
上述实施例的示例可包括以下：
[0158]
1.一种优化大型不规则有效载荷的包捆取向的计算机实现的方法，所述方法包括：
[0159]
经由由处理器操作的输入，接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束；
[0160]
使用处理器，针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；
[0161]
使用处理器，比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束；
[0162]
基于所述比较，如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置上存储所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙，作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；
[0163]
使用处理器，通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述第二3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储；并且
[0164]
经由处理器，输出所存储的有效载荷取向。
[0165]
2.根据权利要求1所述的方法，
[0166]
其中所述计算还包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算组合的第一表面几何形状和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且
[0167]
其中所述存储还包括存储所计算的凸包体积。
[0168]
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
[0169]
在所述调节之后，基于所计算的凸包体积过滤所存储的所述第二3d表面几何形状的相应取向。
[0170]
4.根据权利要求2或3所述的方法，
[0171]
其中计算所述3d凸包体积包括：
[0172]
(a)计算相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的总长度与所述第一和第二3d表面几何形状中的至少一个相交；并且
[0173]
(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分。
[0174]
5.根据权利要求4所述的方法，
[0175]
其中所述多个2d凸包面积中的每一个使用格林定理来计算。
[0176]
6.根据权利要求4或5所述的方法，
[0177]
其中计算所述3d凸包体积还包括计算在所述多个2d平面的相应一个中的所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每一个之间的公切连接，以构建所述多个2d凸包面积中的每一个。
[0178]
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，
[0179]
其中所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状中的每一个都限定体积，且所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的组合体积限定总对象体积，
[0180]
其中，所述计算还包括计算所计算的凸包体积和所述总对象体积之间的凸包体积比，并且
[0181]
其中所述存储还包括存储所述凸包体积比和每个有效载荷取向。
[0182]
8.根据权利要求7所述的方法，
[0183]
其中所述接收还包括接收凸包约束，
[0184]
其中所述比较还包括比较所计算的凸包体积比与所述凸包约束，并且
[0185]
其中基于所述比较，如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束并且所计算的凸包体积比满足所述凸包约束，则所述存储还包括存储所述凸包体积比和有效载荷取向。
[0186]
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，
[0187]
其中所述接收还包括接收针对增量的相应范围中的至少一个的范围约束，并且
[0188]
其中所述调节还包括调节基于所述范围约束的增量相应范围中的至少一个。
[0189]
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中增量的相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述方法还包括：
[0190]
在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量的优化范围代替所述相应范围重复调节，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
[0191]
11.根据权利要求1至10中任一项所述所述的方法，
[0192]
其中所述接收还包括接收货舱容积的货舱3d表面几何形状和最小有效载荷间隙约束，
[0193]
其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，
[0194]
其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0195]
其中所述计算还包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述货舱3d表面的内部之间的最小有效载荷间隙，
[0196]
其中所述比较还包括比较所计算的最小有效载荷间隙与所述最小有效载荷间隙约束，
[0197]
其中所述存储还包括存储：
[0198]
(a)所述第一3d表面和第二3d表面关于所述固定货舱取向的取向；
[0199]
(b)所计算的最小间隙；和
[0200]
(c)如果满足以下条件，则作为有效载荷取向的最小有效载荷间隙：
[0201]
(i)所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束；和
[0202]
(ii)基于所述比较，所计算的最小有效载荷间隙满足所述最小有效载荷间隙约束，
[0203]
其中所述调节还包括通过附加系列的六个嵌套循环来调节所述第一3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个
增量，对所述第一3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。
[0204]
12.根据权利要求1所述的方法，
[0205]
其中所述货舱3d表面几何形状限定从所述货舱容积的第一端延伸到所述货舱容积的第二相对端的中心线，
[0206]
其中所述接收还包括接收最大中心线偏差约束，
[0207]
其中所述计算还包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算在所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量，
[0208]
其中所述比较还包括比较所计算的最大距离与所述最大中心线偏差约束有效载荷间隙约束，并且
[0209]
其中，基于除了(i)和(ii)之外的比较，如果计算出的最大距离满足最大中心线偏差约束，则所述存储还包括存储(a)、(b)和(c)。
[0210]
13.根据权利要求11或12所述的方法，
[0211]
其中所述货舱3d表面几何形状限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，
[0212]
其中所述接收还包括接收最小装载间隙约束，
[0213]
所述方法还包括：
[0214]
使用处理器，针对所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟3d有效载荷对象沿着输入路径的装货操作，所述3d有效载荷对象具有由所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在其所存储的取向中限定的外表面；
[0215]
计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙；
[0216]
比较所计算的最小装载间隙与所述最小装载间隙约束；并且
[0217]
输出基于所述比较满足所述最小装载间隙约束的每个3d有效载荷对象。
[0218]
14.根据权利要求13所述的方法，
[0219]
其中计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙发生在所述模拟期间。
[0220]
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，
[0221]
其中所述接收还包括接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向，并且
[0222]
其中，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向上，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在所述调节之前处于各自的初始取向。
[0223]
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，
[0224]
其中所述输入接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状，
[0225]
其中所述计算包括针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0226]
其中所述存储包括存储所述至少一个或多个3d表面几何形状在所述有效载荷取向上的取向，并且
[0227]
其中所述调节包括通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括所述附加序列。
[0228]
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述调节还包括针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围。
[0229]
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述第一对象包括第一风机叶片，并且所述第二对象包括第二风机叶片。
[0230]
19.根据权利要求18所述的方法，其中，当提供至少一个或多个对象时，所述至少一个或多个对象中的第三对象是第三风机叶片。
[0231]
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述至少一个或多个对象中的第四对象是第四风机叶片。
[0232]
21.一种计算机系统，包括：
[0233]
输入模块，其构造为接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束；
[0234]
计算器模块，其构造为针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；
[0235]
比较器模块，其构造为比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束；
[0236]
存储器模块，其构造为基于所述比较如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，则存储所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙，作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；
[0237]
调节器模块，其构造为通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，与所述计算器模块、所述比较器模块和所述存储器连接，以便对所述第二3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储操作；并且
[0238]
输出模块，其构造为输出所存储的有效载荷取向。
[0239]
22.根据权利要求21所述的系统，
[0240]
其中计算器模块还构造为针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算组合的第一和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且
[0241]
其中所述存储器模块还构造为存储所计算的凸包体积。
[0242]
23.根据权利要求22所述的系统，还包括：
[0243]
过滤器模块，其构造为在所述调节之后，基于所计算的凸包体积，过滤所存储的所
述第二3d表面几何形状的相应取向。
[0244]
24.根据权利要求22或23所述的系统，
[0245]
其中所述计算器模块还构造为通过以下计算来计算所述3d凸包体积：
[0246]
(a)计算相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的总长度与所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状中的至少一个相交；并且
[0247]
(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分。
[0248]
25.根据权利要求24所述的系统，
[0249]
其中所述多个2d凸包面积中的每一个使用格林定理来计算。
[0250]
26.根据权利要求24或25所述的系统，
[0251]
其中计算所述3d凸包体积还包括计算在所述多个2d平面的相应一个中的所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每一个之间的公切连接，以构建所述多个2d凸包面积中的每一个。
[0252]
27.根据权利要求21至26中任一项所述的系统，
[0253]
其中所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状中的每一个都限定体积，且所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的组合体积限定总对象体积，
[0254]
其中，所述计算器模块还构造为计算所计算的凸包体积和所述总对象体积之间的凸包体积比，并且
[0255]
其中所述存储器模块还被构造成存储所述凸包体积比和每个有效载荷取向。
[0256]
28.根据权利要求27所述的系统，
[0257]
其中所述输入模块还构造为接收凸包约束，
[0258]
其中所述比较器模块还构造为比较所计算的凸包体积比和所述凸包约束，并且
[0259]
其中所述存储器模块还构造为，基于所述比较如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束并且所计算的凸包体积比满足所述凸包约束，则存储所述凸包体积比和有效载荷取向。
[0260]
29.根据权利要求21至28中任一项所述的系统，
[0261]
其中所述输入模块还构造为接收针对增量的相应范围中的至少一个的范围约束，并且
[0262]
其中所述调节器模块还构造为调节基于所述范围约束的增量的相应范围的中至少一个。
[0263]
30.根据权利要求21至29中任一项所述的系统，其中增量的相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述调节器模块还构造为：
[0264]
在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量的优化范围代替所述相应范围重复调节，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
[0265]
31.根据权利要求21至30中任一项所述的系统，
[0266]
其中所述接收输入模块还构造为接收货舱容积的货舱3d表面几何形状和最小有效载荷间隙约束，
[0267]
其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，
[0268]
其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0269]
其中所述计算器模块还构造为针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述货舱3d表面的内部之间的最小有效载荷间隙，
[0270]
其中所述比较器模块还构造为比较所计算的最小有效载荷间隙与所述最小有效载荷间隙约束，
[0271]
其中所述存储器模块还构造为存储：
[0272]
(a)所述第一3d表面和第二3d表面关于所述固定货舱取向的取向；
[0273]
(b)所计算的最小间隙；和
[0274]
(c)如果满足以下条件，则作为有效载荷取向的最小有效载荷间隙：
[0275]
(i)所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束；和
[0276]
(ii)基于所述比较，所计算的最小有效载荷间隙满足所述最小有效载荷间隙约束，
[0277]
其中所述调节器模块还构造为通过附加系列的六个嵌套循环来调节所述第一3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，与所述计算器模块、所述比较器模块和所述存储器连接，以便对所述第一3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储操作，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。
[0278]
32.根据权利要求31所述的系统，
[0279]
其中所述货舱3d表面几何形状限定从所述货舱容积的第一端延伸到所述货舱容积的第二相对端的中心线，
[0280]
其中所述接收还包括接收最大中心线偏差约束，
[0281]
其中所述计算还包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算在所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量，
[0282]
其中所述比较还包括比较所计算的最大距离与所述最大中心线偏差约束有效载荷间隙约束，并且
[0283]
其中，基于除了(i)和(ii)之外的比较，如果计算出的最大距离满足所述最大中心线偏差约束，则所述存储还包括存储(a)、(b)和(c)。
[0284]
33.根据权利要求31或32所述的系统，
[0285]
其中所述货舱3d表面几何形状限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，
[0286]
其中所述输入还构造为接收最小装载间隙约束，
[0287]
所述系统还包括：
[0288]
模拟器模块，其构造为针对所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟3d有效载荷对象沿着输入路径的装货操作，所述3d有效载荷对象具有由所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在其所存储的取向中限定的外表面；
[0289]
其中，所述计算器模块还构造为计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面
几何形状的内部之间的最小装载间隙；
[0290]
其中，所述比较器模块还构造为比较所计算的最小装载间隙与所述最小装载间隙约束；并且
[0291]
其中，所述输出模块还构造为输出基于所述比较满足所述最小装载间隙约束的每个3d有效载荷对象。
[0292]
34.根据权利要求33所述的系统，
[0293]
其中所述计算器模块还构造为在所述模拟期间计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙。
[0294]
35.根据权利要求31至34中任一项所述的系统，
[0295]
其中所述输入模块还构造为接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向，并且
[0296]
其中，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向上，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在所述调节之前处于各自的初始取向。
[0297]
36.根据权利要求21至35中任一项所述的系统，
[0298]
其中所述输入模块构造为接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状，
[0299]
其中所述计算器模块还构造为针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0300]
其中所述存储器模块还构造为存储所述至少一个或多个3d表面几何形状在所述有效载荷取向上的取向，并且
[0301]
其中所述调节器模块还构造为通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，调用所述计算器模块、所述比较模块和所述存储器模块来对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复计算、比较和存储操作，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括所述附加序列。
[0302]
37.根据权利要求21至36中任一项所述的系统，其中，所述调节器模块还构造为针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围。
[0303]
38.根据权利要求21至37中任一项所述的系统，其中，所述第一对象包括第一风机叶片，并且所述第二对象包括第二风机叶片。
[0304]
39.根据权利要求38所述的系统，其中，当提供至少一个或多个对象时，所述至少一个或多个对象中的第三对象是第三风机叶片。
[0305]
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述至少一个或多个对象中的第四对象是第四风机叶片。
[0306]
41.一种计算机程序产品，其包括在其上具有计算机可读程序代码的有形的非瞬态计算机可用介质，所述计算机可读程序代码包括程序代码，其构造为：
[0307]
经由由处理器操作的输入，接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的第二3d表面几何形状和最小间隙约束；
[0308]
使用处理器，针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和所述第二3d表面几何形状之间的最小间隙，所述第二3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度；
[0309]
使用处理器，比较所计算的最小间隙与所述最小间隙约束；
[0310]
基于所述比较，如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置存储所述第二3d表面几何形状的取向和所计算的最小间隙，作为关于所述第一3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；
[0311]
使用处理器，通过一系列六个嵌套循环来调节所述第二3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述第二3d表面几何形状的相应取向所述重复计算、比较和存储；并且
[0312]
经由处理器，输出所存储的有效载荷取向。
[0313]
42.根据权利要求41所述的计算机程序产品，
[0314]
其中所述程序代码还构造为针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算组合的第一和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且
[0315]
其中所述程序代码还构造为存储所计算的凸包体积。
[0316]
43.根据权利要求42所述的计算机程序产品，还包括：
[0317]
所述程序代码构造为在所述调节之后，基于所计算的凸包体积，过滤所存储的所述第二3d表面几何形状的相应取向。
[0318]
44.根据权利要求42或43所述的计算机程序产品，
[0319]
其中计算所述3d凸包体积包括以下指令：
[0320]
(a)计算相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的总长度与所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状中的至少一个相交；并且
[0321]
(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分。
[0322]
45.根据权利要求44所述的计算机程序产品，
[0323]
其中所述多个2d凸包面积中的每一个使用格林定理来计算。
[0324]
46.根据权利要求44或45所述的计算机程序产品，
[0325]
其中用于计算所述3d凸包体积的程序代码还包括用于计算在所述多个2d平面的相应一个中的所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每一个之间的公切连接以构建所述多个2d凸包面积中的每一个的程序代码。
[0326]
47.根据权利要求42至46中任一项所述的计算机程序产品，
[0327]
其中所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状中的每一个都限定体积，且所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的组合体积限定总对象体积，
[0328]
其中，用于计算的程序代码还包括用于计算所计算的凸包体积和所述总对象体积
之间的凸包体积比的程序代码，并且
[0329]
其中用于存储的程序代码还包括用于存储所述凸包体积比与每个有效载荷取向的程序代码。
[0330]
48.根据权利要求47所述的算机程序产品，
[0331]
其中用于接收的程序代码包括用于接收凸包约束的程序代码，
[0332]
其中用于比较的程序代码还包括用于比较所计算的凸包体积比和所述凸包约束的程序代码，并且
[0333]
其中用于存储的程序代码还包括，基于所述比较如果所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束并且所计算的凸包体积比满足所述凸包约束，则用于存储所述凸包体积比和有效载荷取向的程序代码。
[0334]
49.根据权利要求41至48中任一项的计算机程序产品，
[0335]
其中用于接收的程序代码还包括用于接收针对增量的相应范围中的至少一个的范围约束的程序代码，并且
[0336]
其中用于调节的程序代码还包括用于调节基于所述范围约束的增量的相应范围中的至少一个的程序代码。
[0337]
50.根据权利要求41至49中任一项所述的计算机程序产品，
[0338]
其中增量的相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述程序代码包括：
[0339]
用于在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量的优化范围代替所述相应范围重复调节的程序代码，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
[0340]
51.根据权利要求41至50中任一项的计算机程序产品，
[0341]
其中用于接收的程序代码还包括用于接收货舱容积的货舱3d表面几何形状和最小有效载荷间隙约束的程序代码，
[0342]
其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，
[0343]
其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0344]
其中用于计算的程序代码还包括用于针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述货舱3d表面的内部之间的最小有效载荷间隙的程序代码，
[0345]
其中用于比较的程序代码还包括用于比较所计算的最小有效载荷间隙与所述最小有效载荷间隙约束的程序代码，
[0346]
其中用于存储的程序代码还包括用于存储以下的程序代码：
[0347]
(a)所述第一曲面和第二3d表面关于所述固定货舱取向的取向；
[0348]
(b)所计算的最小间隙；和
[0349]
(c)如果满足以下条件，则作为有效载荷取向的最小有效载荷间隙：
[0350]
(i)所计算的最小间隙满足所述最小间隙约束；和
[0351]
(ii)基于所述比较，所计算的最小有效载荷间隙满足所述最小有效载荷间隙约束，
[0352]
其中用于调节的程序代码还包括用于通过附加系列的六个嵌套循环来调节所述
第一3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个的程序代码，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述第一3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。
[0353]
52.根据权利要求51所述的计算机程序产品，
[0354]
其中所述货舱3d表面几何形状限定从所述货舱容积的第一端延伸到所述货舱容积的第二相对端的中心线，
[0355]
其中用于接收的程序代码还包括用于接收最大中心线偏差约束的程序代码，
[0356]
其中用于计算的程序代码还包括用于针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述第二3d表面几何形状的取向，计算在所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离的程序代码，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量，
[0357]
其中用于比较的程序代码还包括用于比较所计算的最大距离与所述最大中心线偏差约束有效载荷间隙约束的程序代码，并且
[0358]
其中，基于除了(i)和(ii)之外的比较，如果计算出的最大距离满足所述最大中心线偏差约束，则用于存储的程序代码还包括用于存储(a)、(b)和(c)的程序代码。
[0359]
53.根据权利要求51或52所述的计算机程序产品，
[0360]
其中所述货舱3d表面几何形状限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，
[0361]
其中用于接收的程序代码还包括用于接收最小装载间隙约束的程序代码，
[0362]
所述方法还包括用于以下的程序代码：
[0363]
针对所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟3d有效载荷对象沿着输入路径的装载操作，所述3d有效载荷对象具有由所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在其所存储的取向中限定的外表面；
[0364]
计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙；
[0365]
比较所计算的最小装载间隙与所述最小装载间隙约束；并且
[0366]
输出基于所述比较满足所述最小装载间隙约束的每个3d有效载荷对象。
[0367]
54.根据权利要求53所述的计算机程序产品，
[0368]
其中用于计算在所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙的程序代码构造为在用于模拟的所述程序代码期间操作。
[0369]
55.根据权利要求41至54中任一项所述的计算机程序产品，
[0370]
其中用于接收的程序代码还包括用于接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向的程序代码，并且
[0371]
其中，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向上，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在所述调节之前处于各自的初始取向。
[0372]
56.根据权利要求41至55中任一项所述的计算机程序产品，
[0373]
其中用于接收的程序代码包括用于接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状的程序代码，
[0374]
其中用于计算的程序代码包括用于针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙的程序代码，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0375]
其中用于存储的程序代码包括用于存储所述至少一个或多个3d表面几何形状在所述有效载荷取向上的取向的程序代码，并且
[0376]
其中用于调节的程序代码包括用于通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个的程序代码，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储操作，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括所述附加序列。
[0377]
57.根据权利要求41至56中任一项所述的计算机程序产品，
[0378]
其中，用于调节的程序代码还包括用于针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围的程序代码。
[0379]
58.根据权利要求41至47中任一项所述的计算机程序产品，
[0380]
其中，所述第一对象包括第一风机叶片并且所述第二对象包括第二风机叶片。
[0381]
59.根据权利要求58所述的计算机程序产品，
[0382]
其中，当提供至少一个或多个对象时，所述至少一个或多个对象中的第三对象是第三风机叶片。
[0383]
60.根据权利要求59所述的计算机程序产品，
[0384]
其中，所述至少一个或多个对象中的第四对象是第四风机叶片。
[0385]
61.一种优化大型不规则有效载荷的包捆取向的计算机实现的方法，所述方法包括：
[0386]
经由由处理器操作的输入，接收第一对象的第一3d表面几何形状、第二对象的至少第二3d表面几何形状(但可能大量其它对象的其它3d表面几何形状)和所需对象间间隙约束；
[0387]
使用处理器，针对所述第一3d表面几何形状的取向和每个附加3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状和每个附加3d表面几何形状之间的对象间间隙，所述附加3d表面几何形状的取向包括在每个自由度特定范围之间的三个平移自由度和三个旋转自由度；
[0388]
使用处理器，比较所计算的最小对象间间隙与输入的所需对象间间隙约束；
[0389]
基于所述比较，如果所计算的对象间间隙满足所述所需对象间间隙约束，则在与所述处理器电通信的存储位置存储每个附加3d表面几何形状的取向和所计算的对象间间隙，作为关于每个3d表面几何形状的取向的有效载荷取向；
[0390]
使用处理器，通过每个几何形状的一系列六个嵌套循环来调节所述附加3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述六个嵌套循环中的每一个通过所述系列的单个重中的增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所
述附加3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储；并且
[0391]
经由处理器，输出所存储的有效载荷取向。
[0392]
62.根据权利要求61所述的方法，
[0393]
其中所述计算还包括针对所述第一3d表面几何形状的取向和所述附加3d表面几何形状的取向，计算组合的第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的3d凸包体积，并且
[0394]
其中所述存储还包括存储所计算的凸包体积。
[0395]
63.根据权利要求62所述的方法，还包括：
[0396]
在所述调节之后，基于所计算的凸包体积，过滤所存储的所述附加3d表面几何形状的相应取向。
[0397]
64.根据权利要求62或63所述的方法，
[0398]
其中计算所述3d凸包体积包括：
[0399]
(a)计算相应的多个2d平面中的多个2d凸包面积，每一个平面沿着所述3d表面几何形状的总长度与所述3d表面几何形状中的至少一个相交；并且
[0400]
(b)沿着所述总长度对所述多个2d凸包面积积分以高效并以合理精度近似所述3d凸包，而忽略仅将正交于所述2d平面的曲率封装到近似的3d凸包。
[0401]
65.根据权利要求64所述的方法，
[0402]
其中所述多个2d凸包面积中的每一个使用格林定理来计算。
[0403]
66.根据权利要求64或65所述的方法，
[0404]
其中计算所述3d凸包体积还包括计算在所述多个2d平面的相应一个中的每个3d表面几何形状的公切连接，以构建所述多个2d凸包面积中的每一个。
[0405]
67.根据权利要求62至66中任一项所述的方法，
[0406]
其中所述第一3d表面几何形状和附加3d表面几何形状中的每一个都限定体积，且所述第一3d表面几何形状和附加3d表面几何形状的组合体积限定总对象体积，这显然是通过刚性对象的组合能够占据的最小体积量，
[0407]
其中，所述计算还包括计算等于前述所计算的凸包体积除以前述总对象体积的凸包体积比，并且
[0408]
其中所述凸包体积与总对象体积之比或“凸包体积比参数”限定这样类型的打包效率，即所利用的当前包捆体积除以完美嵌合在一起的对象的最小潜在包捆体积，使得完美包捆具有一致的凸包体积比参数；并且
[0409]
其中所述存储还包括存储所述凸包体积比参数与每个有效载荷取向。
[0410]
68.根据权利要求67所述的方法，
[0411]
其中所述接收还包括通过在全部附加3d表面几何形状相对于所述第一3d表面几何形状的全部取向上寻找凸包体积比参数的最小值来确定最小凸包约束，并且
[0412]
其中所述存储还包括存储所述凸包体积比和有效载荷。
[0413]
69.根据权利要求61至68中任一项的方法，
[0414]
其中所述接收还包括接收针对每个自由度增量的相应范围中的至少一个的范围约束，并且
[0415]
其中所述调节还包括调节基于针对每个自由度的所述范围约束的增量相应范围
中的至少一个。
[0416]
70.根据权利要求61至69中的任一项所述的方法，其中增量的相应范围中的至少一个包括第一间距的增量，所述方法还包括：
[0417]
在调节之后并且针对每个所存储的有效载荷取向，利用增量的优化范围代替所述相应范围重复调节，所述优化范围包括第二间距的增量，所述第二间距小于所述第一间距，并且所述优化范围限定与所述相应范围相比的减小范围，所述减小范围包括每个所存储的有效载荷中相应一个的取向。
[0418]
71.根据权利要求61至70中的任一项所述的方法，
[0419]
其中所述接收还包括接收已知货舱容积的货舱3d表面几何形状，
[0420]
其中所述货舱3d表面几何形状限定固定货舱取向，
[0421]
其中所述第一3d表面几何形状的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0422]
其中所述计算还包括针对每个3d表面几何形状的取向和所述3d表面几何形状最接近的外部和所述货舱3d表面的内部之间的有效载荷/货舱间隙进行计算，
[0423]
其中所述存储还包括存储：
[0424]
(a)每个3d表面关于所述固定货舱取向的取向；
[0425]
(b)所计算的对象间间隙；和
[0426]
(c)所述有效载荷取向的最小有效载荷/货舱间隙，
[0427]
其中所述调节还包括通过附加系列的每个六个嵌套循环来调节所述每个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，所述附加系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述附加系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对每个3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述系列和所述附加系列形成单个嵌套组。
[0428]
72.根据权利要求71所述的方法，
[0429]
其中未知的货舱3d表面几何形状仅由从另外未知的货舱容积的第一端延伸到另外未知的货舱容积的第二相对端的中心线限定，
[0430]
其中所述计算还包括针对每个3d表面几何形状的取向，计算在每个3d表面几何形状的外部和所述中心线之间的最大距离，所述最大距离基本垂直于所述中心线测量，并且
[0431]
其中所述存储还包括存储所计算的有效载荷中心线偏差。
[0432]
73.根据权利要求71或72所述的方法，
[0433]
其中所述货舱3d表面几何形状限定通向所述货舱3d表面几何形状内部的货舱门，
[0434]
所述方法还包括：
[0435]
使用处理器，针对每个3d表面几何形状的每个所存储的取向，模拟具有外表面的3d有效载荷对象的装载或卸载操作，该外表面是由在装载和/或卸载操作期间沿着输入路径的每个3d表面几何形状在多个取向中限定；
[0436]
计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最小装载间隙；
[0437]
输出每个3d有效载荷取向和相应的所计算的最小装载间隙。
[0438]
74.根据权利要求73所述的方法，
[0439]
其中计算所述3d有效载荷的外表面和所述货舱3d表面几何形状的内部之间的最
小装载间隙发生在所述模拟期间。
[0440]
75.根据权利要求71至74中任一项所述的方法，
[0441]
其中所述接收还包括接收所述第一3d表面几何形状的初始取向和所述第二3d表面几何形状的初始取向，并且
[0442]
其中，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状的初始取向都在所述货舱3d表面几何形状的内部被设置在所述固定货舱取向上，所述第一3d表面几何形状和第二3d表面几何形状在所述调节之前处于各自的初始取向。
[0443]
76.根据权利要求61至75中任一项所述的方法，
[0444]
其中所述输入接收至少一个或多个对象的至少一个或多个3d表面几何形状，
[0445]
其中所述计算包括针对所述至少一个或多个3d表面几何形状的取向，计算所述第一3d表面几何形状、所述第二3d表面几何形状和所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个之间的最小间隙，所述至少一个或多个3d表面几何形状中的每一个的取向包括三个平移自由度和三个旋转自由度，
[0446]
其中所述存储包括存储所述至少一个或多个3d表面几何形状在所述有效载荷取向的取向，并且
[0447]
其中所述调节包括通过所述至少一个或多个对象的每一个对象的其它系列的六个嵌套循环来调节所述至少一个或多个3d表面几何形状的三个平移自由度和三个旋转自由度中的每一个，每个其它系列的六个嵌套循环中的每一个通过所述其它系列的单个重中增量的相应范围来调节相应的自由度，并且针对每个增量，对所述至少一个或多个3d表面几何形状的3d表面几何形状的相应取向重复所述计算、比较和存储，使得所述其它系列中的每个系列和所述系列形成单个嵌套组，当存在所述附加系列时所述单个嵌套组还包括所述附加序列。
[0448]
77.根据权利要求61至76中任一项所述的方法，
[0449]
其中，所述调节还包括针对至少一个嵌套循环，基于两个或更多个先前计算的最小间隙的趋势来调节增量的相应范围。