约束的布局问题源于许多实际的工程问题,例如卫星舱载荷装填设计,运输路线设计,工业厂房和设备的布局设计,先进的设备制造以及钢铁企业板材设计。本文讨论了具有性能约束的多舱卫星载荷装填优化问题。具体而言,这个问题是如何将正交的卫星载荷放置在四个轴承板上,以使整个装填方案的转动惯量尽可能小,并满足给定约束,该问题属于NP-hard问题。目前的求解策略主要有随机初始点的演化算法,以及通过演化算法对载荷放置顺序进行序列优化与启发式放置规则相结合的方法,前者存在搜索空间巨大干涉判断极其耗时的问题,后者对载荷配置与装填分部求解,容易陷入局部最优。两者都没有对载荷配置与装填优化有机结合。受免费午餐定理启发和前期工作启发,本文对多舱卫星载荷配置与装填问题的随机密钥启发式构造与遗传及粒子群协同优化方法展开了研究。其主要的创新包括以下两个方面。(1)提出一种启发式随机密钥遗传算法用来解决多舱卫星装填的载荷配置与装填优化。获取平衡力学和惯性定义等相关知识,构造相应的知识个体用于算法的初始化,将知识融入演化算法的初始种群中;提出了一种随机密钥遗传算法的两部分编解码规则,实现载荷负载配置和单舱装填的协同优化来扩大全局搜索空间;并且构造了新的目标函数,迭代过程中自动调整目标函数中包络半径这个优化指标,以快速找到转动惯量和包络半径优化的平衡点。实验数据表明:该算法在求解精度和求解效率上都高于已有方法。(2)提出一种改进区域定位启发式算法并与提出的随机密钥遗传算法相结合用来解决带固定位置载荷的多舱卫星载荷配置与装填优化。改进的区域定位是优先放置固定载荷,再区域定位规则放置非固定载荷,同时使得载荷能进行舱间迁移。基于平衡力学和该模型相关知识初始化种群,用提出的随机密钥遗传算法,实现带固定位置的载荷集的配置与装填的协同优化。实验数据表明:该算法在整体性能的优化、稳定性以及计算效率上都高于已有方法。本文以国际商业通信卫星为主要研究卫星舱模型,同时还针对带固定载荷的返回式卫星舱模型展开了研究。本文的核心思路是多舱卫星的载荷配置和约束装填进行协同优化结合区域定位的定位策略求解装填方案来提高计算精度和计算效率。希望本文的算法和策略能给更多复杂布局优化问题带来启发。