Оптимизация производства пилопродукции из радиоактивно загрязненного сырья

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОПРОДУКЦИИ ИЗ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННОГО СЫРЬЯ

Меркелов В.М., Иовлев А.В.

Optimization of manufacture of saw-timbers from it is radioactive the polluted raw material.

Исследования, проведенные по характеру и уровню загрязнения древесины сосны радионуклидами [1], показали, что основная их часть содержится в коре и прилегающих к ней наружных слоях древесины. Использование такого древесного сырья возможно только после удаления коры и древесины, в которой содержание радионуклидов превышает допустимые значения. Таким образом, можно добиться значительного снижения уровня загрязнения радионуклидами пиломатериалов и, как следствие, получить продукцию с допустимым содержанием радионуклидов. При раскрое древесины, загрязненной радионуклидами, необходимо решить ряд вопросов, связанных с выбором эффективных способов раскроя, оценке технологических факторов, оказывающих наибольшее влияние на объемный выход пиломатериала, прогнозированием уровней загрязнения пиломатериалов.

Для оценки того или иного способа раскроя сырья, загрязненного радионуклидами, наряду с традиционным показателем (полезный выход) необходимо ввести качественный показатель, характеризующий загрязнение пилопродукции радионуклидами. На оценку того или иного способа раскроя влияют два разнонаправленных процесса. С одной стороны, чем больше объем древесины удаляется с периферийной части доски, тем меньше объемный выход пиломатериала, с другой стороны, уменьшается удельная активность вырабатываемого пиломатериала. Для оценки эффективности постава при раскрое древесины, загрязненной радионуклидами, нами введен коэффициент Kx, который характеризует использование сечения бревна с допустимым содержанием радионуклидов

m

-T2-Ô ,

m

ХБ • Z q

v M J

-5

где Kx - коэффициент эффективности постава, Бк/кг-м ; qj - объем j-ой дос-

3 3

ки, м ; Q - объем бревна, м ; j - номер доски; Àj - удельная активность радионуклидов в j-ой доске, Бк/кг; ХБ - удельная активность радионуклидов в бревне, Бк/кг; m - количество досок в поставе.

Очевидно, что чем меньше данный показатель, тем лучше используется сечение бревна с допустимым содержанием радионуклидов. В этой связи нами предлагается способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами [2], включающий деление лесоматериалов в продольном направлении на пиломатериалы параллельно их продольной оси. При этом лесоматериал фиксируют за здоровую периферийную зону, определяют форму и параметры пораженного слоя и выполняют деление в продольном направлении по взаимно перпендикулярным

плоскостям, параллельно образующей, по касательной к внутренней границе пораженного слоя (рисунок).

проход; б) второй проход

Полученный брус, имеющий зоны, загрязненные радионуклидами, далее делят в продольном направлении по взаимно перпендикулярным плоскостям через линии контакта здоровой древесины с оставшимся пораженным слоем. В результате получается пилопродукция, не содержащая радионуклидов.

Для составления оптимального плана раскроя сырья необходимо проанализировать множество различных вариантов поставов. При этом задача оптимального планирования раскроя бревен различного диаметра заключается в том, что из этих поставов в оптимальный план раскроя, составляемый для всего заданного сырья, необходимо включать только те поставы, которые обеспечат выпиловку пиломатериалов нужных размеров с допустимым содержанием радионуклидов при наименьших затратах сырья. Решение такой задачи с применением ЭВМ проводится в четыре этапа:

- разрабатывается оптимизационная математическая модель раскроя бревен на пиломатериалы;

- генерируются возможные поставы для раскроя бревен каждого заданного диаметра;

- для каждого постава рассчитывается объемный выход пиломатериалов с допустимой удельной активностью;

- формируется матрица исходных данных для решения задачи оптимизации раскроя бревен на пиломатериалы и решение задачи симплекс-методом.

Критерием оптимизации, учитывающим два разнонаправленных процесса, является наименьшее содержание радионуклидов в пиломатериалах, тогда целевая функция примет вид

г г

XX ^I' Я

Ид1

т п

г = -•  X* ^ тп

X X-7-V • ^гк х гк ^

I г г \ V /

XX Ягк]1

V j=1 1=1 )

г=1 к=1

^к

при ограничениях:

- на ресурсы пиловочного сырья

п

XX к < 2,, 1=1, 2, ... , т;

к=1

- на объем получаемых пиломатериалов стандартных типоразмеров

m n z

ZZZ^i  X* >V , j=1,2,...,r;

i=1 k=1 ¡=1

- на удельную активность радионуклидов в доске 4ikji ^ 4доп, i=1,2,.. ,,m; k=1,2,.. .,n; j=1,2,.. ,,r, l=1,2,.. ,,z. при граничных условиях:

Х1к > 0, i=1,2,...,m; k=1,2,...n.

Ниже приведены условные обозначения, используемые при построении модели.

1) Индексы:

- m - число групп пиловочного сырья, подлежащего раскрою на пиломатериалы;

- i - номер группы пиловочного сырья (i=1,2,.,m);

- n - число поставов для раскроя пиловочного сырья;

- k - номер постава (k=1,2,...,n);

- r - число типоразмеров пиломатериалов, получаемых при раскрое;

- j - номер типоразмера пиломатериала (j=1,2,.,r).

- l - количество досок одного сечения

2) Параметры:

- Zi - объем i-ой группы пиловочного сырья;

- Vj - объем пиломатериалов j-го типоразмера;

- Hi - нормативный выход пиломатериалов;

- Qik - объем бревна i-ой группы распиливаемого k-ым поставом;

- qikji - объем пиломатериала j-го стандартного типоразмера, полученный из сырья i-ой группы по k-му поставу;

- 4ikjl - удельная активность радионуклидов в пилопродукции;

- 4il - удельная активность радионуклидов в бревне, Бк/кг;

- 4доп - допускаемая удельная активность радионуклидов в пилопродукции.

3) Переменная величина

Xik - количество бревен i-ой размерной группы, раскроенных по k- му поставу.

Литература

[1] Иовлев А.В. Распределение радионуклидов Cs-137 в компонентах древесного ствола сосны // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику: Сб. тр. регион. науч. -техн. конф. - Брянск, 2000. - Т.1. - С.68.

[2] Пат. 2247022 РФ МПК 7 B27b1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами/ Торопов А.С., Меркелов В.М., Жидова Е.В., Краснова В.Ф. // Изобретение. Полезные модели. - 2005. - № 6.