放射性废物压饼装箱优化方法探讨

2016-09-28吕海雷初丽丽

中国新技术新产品 2016年18期

关键词：钢箱装箱离线

吕海雷初丽丽

（中国原子能科学研究院退役治理工程部，北京 102413）

放射性废物压饼装箱优化方法探讨

吕海雷初丽丽

（中国原子能科学研究院退役治理工程部，北京 102413）

本文按放射性固体废物处理处置的最小化要求，针对放射性固体废物处理设施中放射性废物压饼装箱过程进行优化，并根据现场具体情况提出3种解决方式，利用装箱问题的算法及改进的混合算法解决放射性固体废物处理中的现场实际问题，实现废物最小化要求。

废物最小化；废物压饼；装箱问题；优化

1.废物压饼装箱问题的提出

放射性固体废物打包后形成的200L桶装废物包装体经过超级压缩后，形成的废物压饼要求在Ⅷ型钢箱内进行二次包装并水泥固定。目前压饼装箱前需在8位旋转平台上根据压饼厚度进行优选装箱，由于该优选平台沿用原超压项目设计，原优选平台是针对废物压饼装入400L废物桶进行设计的，由于400L废物桶约装入约4个压饼，因此8位的优选平台可以起到优选作用，但根据新的设计要求每个Ⅷ型钢箱需装入压饼数量约为16个，因此该优选平台无法满足压饼装箱优化的要求。

针对现场情况，要解决废物压饼装箱优化问题主要有两条思路，一种是彻底舍弃原有优选平台，另一种是继续使用，选取更合理的优化算法。根据以上两种思路，可选的方案主要有以下3种：

（1）采用在线算法

进行在线优化装填，做到随到随装。

（2）采用离线算法

对压饼先进行暂存，当压饼总厚度不小于包装箱容量时，进行离线优化，根据离线优化结果再对压饼进行装填。

（3）采用混合算法

将包装箱容量进行划分，一部分作为在线装填，一部分作为离线装填，划分原则是优选平台上压饼总厚度不小于包装箱内剩余空间。

本文根据以上方案对放射性废物压饼装箱优化问题采用经典装箱问题在线近似算法、离线算法进行计算，选取适合示范设施放射性固体废物压饼装箱的算法，达到最优装填，符合废物最小化原则。

2.经典装箱问题

2.1装箱问题定义

经典装箱问题：设有许多具有同样结构和负荷的箱子B1，B2，…其数量足够供所达到目的之用。每个箱子的负荷（可为长度、重量等）为C，今有n个负荷为wj，0＜wj＜C（j=1，2，…，n）的物品J1，J2，…，Jn需要装入箱内。要求以最小数量的箱子数将J1，J2，…，Jn全部装入箱内。

装箱问题用线性规划对装箱问题描述如下：

式中：

其中x，y变量含义如下：

2.2装箱问题算法的分类

装箱问题是一个NP完全问题，也就是说无法找到多项式时间的最优解法，目前的求解方法主要是一些近似算法。根据货物装箱过程的特点，按照货物的到达情况进行分类，可分为在线装箱和离线装箱：

（1）在线算法

如果一个近似装箱算法在执行过程中，每当一个物品到达时，就立刻决定把该物品放入哪个箱子中，而不管后序物品如何，这种算法就被称为在线算法，主要有下次适应算法（Next Fit）、首次适应算法（First Fit）、最佳适应算法（Best Fit）等，其中NF算法时间复杂度为O（n），FF、BF算法时间复杂度为O（nlogn）；。

（2）离线算法

如果算法在开始装箱之前，已经预先得到了所有物品的信息而一次性的确定装箱策略，这种算法就被称为离线算法，离线算法主要有降序首次适应算法（First Fit Decreasing）和降序最佳适应算法（Best Fit Decreasing）等，时间复杂度都为O（nlogn）。

3.废物压饼装箱问题研究

为更明确说明各算法的特点，下面将通过一个简单的例子对各算法的优缺点进行说明。根据工艺设计要求，废物钢箱内部分4个区域进行废物压饼装箱操作，装箱示意图如图1所示。结合装箱问题算法特点，将钢箱内各分区看作相对独立个体，相当于4个箱体进行装箱操作。若废物压饼大小及来料顺序｛2（A），4（A），3（A），3（B），3（C），2（B），3（D），2（C），2（D），3（E），1（A），2（E），3（F），2（F），3（G），2（G）｝，要求使用钢箱内部空间最小。

3.1废物压饼在线装箱

废物压饼在线装箱也就是要完全摒弃原有的8位优选平台，对废物压饼按照先后顺序进行依次装箱，这种情况主要采取下次适应算法（Next Fit）、首次适应算法（First Fit）、最佳适应算法（Best Fit）等。

下次适应算法（Next Fit）按照已经使用的最大标号的箱子能否装入当前压饼，若不能装下当前废物压饼，则重新开启新的钢箱，并关闭已使用最大标号钢箱；首次适应算法（First Fit）按照每个废物压饼Jj总是放在能容纳它的最小标号的箱子进行装填；最佳适应算法（Best Fit）则是废物压饼Jj放入之后，箱子剩余容量为最小者。

3.2废物装箱离线算法

若采取离线装箱算法进行装填，首先要对所有废物压饼进行暂存且废物压饼总高度要求大于钢箱容量，然后根据算法要求对废物压饼进行装填，达到最优装填方式。

降序首次适应算法（First Fit Decreasing）是先将废物压饼按高度从大到小排序，然后用FF算法对物品装箱。

3.3废物压饼混合装箱

该装填方式主要利用原有8位优选平台，进行算法设计，规避在线算法的缺点，又减少离线算法对废物压饼暂存空间的要求。首先要对钢箱内容量按一定比例进行划分，并采用在线装箱方式对划分空间进行装填；其次将后到的废物压饼依次放置在8位优选平台上，并按其高度进行排序，做好标记；再次将钢箱内剩余空间采用离线算法对优选平台上废物压饼进行装箱。图4为混合装填方式流程，图5为FF算法与BFD算法混合装填结果。