CC BY
10
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОПРОДУКЦИИ ИЗ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННОГО СЫРЬЯ
Меркелов В.М., Иовлев А.В.(БГИТА, г. Брянск, РФ), Торопов А.С. (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ)
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 , (1)
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 ^ (2)
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; (3)
к=1
- на объем получаемых пиломатериалов стандартных типоразмеров
m n z
ZZZ^i ■ X* >V , j=1,2,...,r; (4)
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. (5)
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 (l=1,2,.,z)
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.
