ارائه یک مدل ریاضی یکپارچه برای بهینه‌سازی تخصیص و گسیل کامیون‌ها در معادن روباز

صائبی‌نیا, رامین; موسوی, امین اله; صیادی, احمد رضا

doi:10.22034/anm.2022.2569

ارائه یک مدل ریاضی یکپارچه برای بهینه‌سازی تخصیص و گسیل کامیون‌ها در معادن روباز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه استخراج، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

10.22034/anm.2022.2569

چکیده

عملیات باربری تشکیل‌دهنده سهم قابل‌توجهی از هزینه‌های عملیاتی استخراج در یک معدن روباز است؛ بنابراین، بهینه‌سازی زمان‌بندی کار کامیون‌ها، به‌عنوان اصلی‌ترین ماشین باربری، امری ضروری و تأثیرگذار در بهره‌وری عملیات استخراج است. بهینه‌سازی زمان‌بندی عملیات باربری به‌طور سنتی، در قالب دو مسئله بهینه‌سازی تخصیص و سپس گسیل کامیون‌ها تعریف می‌شود و تاکنون مدل‌ها و روش‌های مختلفی مبتنی بر تکنیک‌های شبیه‌سازی و مدل‌سازی ریاضی چندمرحله‌ای، برای بهینه‌سازی این دو مسئله ارائه شده است. لیکن با توجه به گسترش روزافزون سیستم‌های جمع‌آوری اطلاعات، ارتقا سیستم‌های محاسباتی و ضرورت تصمیم سازی برخط، وجود یک مدل ریاضی تک‌مرحله‌ای برای حل هم‌زمان این دو مسئله در یک سیستم یکپارچه و پویا، ضروری است. در این تحقیق، یک مدل ریاضی کارگاه گردش کاری، به‌عنوان ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی مسائل زمان‌بندی و بهینه‌سازی تخصیص و گسیل کامیون‌های معادن روباز توسعه داده‌شده است. این مدل برای یک مطالعه موردی کوچک‌مقیاس پیاده‌سازی شده است و نتایج آن‌ موردبحث قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که این مدل ریاضی یک ابزار کارا برای بهینه‌سازی تخصیص و گسیل پویای کامیون‌ها است که می‌تواند منجر به افزایش توان تولیدی معدن ‌شود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.22516565.1401.12.30.7.5

موضوعات

استخراج معدن

عنوان مقاله [English]

An Integrated Mathematical Model to Optimize Truck Assignment and Dispatching in Open Pit Mines

نویسندگان [English]

Ramin Saebinia
Amin Mousavi
Ahmad Reza Sayadi

Department of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Summary
Since a significant part of mine operating cost belongs to hauling operations, optimizing the allocation and scheduling of trucks in a dynamic system is essential and significantly affects production efficiency. So far, different models and methods have been proposed for optimizing haulage scheduling. In this paper, scheduling models have been reviewed, and a flow-shop model has been developed to optimize truck dispatching systems in open-pit mines. The proposed model has been implemented on a small-scale example, driven by a real-world case study, and results have been discussed. Numerical investigation demonstrates that this model is a powerful tool for optimizing truck scheduling and can result in an enhancement in the productivity of mining operations. The most crucial challenge that must be addressed in future work is the development of fast solution techniques to solve real-scale instances of the developed model.

Introduction
The hauling operation is responsible for a significant portion of the operating cost in an open pit mine operation. Therefore, as the main hauling machine, trucks' optimum scheduling is crucial and can dramatically affect mine production productivity. Conventionally, assignment and dispatching of the trucks are defined as two main optimization problems in scheduling hauling operations. Simulation and stepwise mathematical programming have been proposed in the literature to solve these two problems. However, a dynamic and integrated optimization model is required to optimize hauling operations of the state-of-the-art revolution in data collection systems, computational capacity, and the necessity of real-time decision-making. Therefore, this study aims to develop an integrated and single-stage optimization model to optimize truck scheduling problems.

Methodology and Approaches
In this study, the truck dispatching problem has been discussed, and a flow-shop scheduling model has been suggested as the best model to be considered for modeling open-pit hauling operations. In a flow shop problem, a set of jobs flow through several stages in the same machine order. The proposed flow shop model has been evaluated using an example from real case study data.

Results and Conclusions
The results show that job scheduling models for truck optimization can optimize haulage scheduling and truck dispatching in open-pit mines. Using the developed flow shop model, it is possible to incorporate different mining KPI’s such as production time, production productivity, and fuel consumption. This model can also provide a prototype tool for real-time scheduling. Future work is on track to develop fast and reliable metaheuristic solution techniques for this problem's large-scale instances.

کلیدواژه‌ها [English]

Mathematical Modeling
Linear Programming
Flow Shop
Open-Pit Hauling System
CPLEX

اصل مقاله

بیشتر معادن روبازی که در حال بهره‌برداری هستند، از سیستم کامیون - شاول استفاده می‌کنند. بارکننده‌ها (شاول‌ها) و بارشونده‌ها (کامیون‌ها) عناصر اصلی در بارگیری و باربری مواد معدنی می‌باشند. به دلیل اهمیت زیاد مسئله استخراج مواد و حمل آن‌ها به محل‌های تعیین‌شده، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه صورت گرفته است که به بررسی چگونگی تخصیص کامیون‌ها به بارکننده‌ها و توالی اعزام آن‌ها در طول یک شیفت می‌پردازد. یک عملیات باربری که "سیکل باربری" نیز نامیده می‌شود شامل چهار زیر-عملیات بارگیری، باربری، تخلیه و برگشت به محل بارگیری است.

مراجع

[1] M. Koryagin and A. Voronov. (2017). Improving the organization of the shovel-Truck systems in open-pit coal mines. Transp. Probl., vol. 12, no.2, pp. 113–122.

[2] Sattarvand, J (2015). “Using operation research models for optimizing truck-shovel haulage operation.” First jurnal of mining engineering: (in Persian).

[3] A. Moradi Afrapoli, H. Askari-Nasab. (2017). Mining fleet management systems: a review of models and algorithms. Int. J. Mining, Reclam. Environ., vol. 0930, no. June, pp. 1–19.

[4] Y. Lizotte and E. Bonates. (1987). Truck and shovel dispatching rules assessment using simulation. Min. Sci. Technol, vol. 5, no. 1, pp. 45–58.

[5] M. L. Pinedo (2017). “Scheduling: Theory, algorithms, and systems.” Amir Kabir university, Ebook: (in Persian).

[6] Davari, S. and Sattarvand, J (2013). “Simulation of Sungun copper mine haulage system with GPSS/H programming.” Forth jurnal of mining engineering: (in Persian).

[7] Basiri, M. H. and Alamdari, S (2015). “ Simulation of transportation system in Abadeh fireclay mine (by using ARENA software).” Thrid conference of Iran open pit mines: (in Persian).

[8] K. Oraee and B. Asi. (2004). Fuzzy model for truck allocation in surface mines. Proc. 13th Internat. Sympos. Mine Planning Equipment Selection (MPES). pp. 585–591.

[9] N. ÇETIN. (2004). Open-pit truck/shovel haulage system simulation. PhD thesis, University of Middle East Technical University, the Department of Mining Engineering.

[10] A. S. Hashemi and J. Sattarvand, (2015). Simulation Based Investigation of Different Fleet Management Paradigms in Open Pit Mines-A Case Study of Sungun Copper Mine. Arch. Min. Sci.

[11] L. Zh0ang and X. Xia. (2015). An Integer Programming Approach for Truck-Shovel Dispatching Problem in Open-Pit Mines. Energy Procedia, vol. 75, pp. 1779–1784.

[12] C. H. Ta, A. Ingolfsson, and J. Doucette. (2013). A linear model for surface mining haul truck allocation incorporating shovel idle probabilities. Eur. J. Oper. Res., vol. 231, no.3, pp. 770–778.

[13] S. R. Patterson, E. Kozan, and P. Hyland. (2017). Energy efficient scheduling of open-pit coal mine trucks. Eur. J. Oper. Res., vol.262, no. 2, pp.759–770.

[14] J. W. White and J. P. Olson. (1986). Computer-based dispatching in mines with concurrent operating objectives. Min. Eng.(Littleton, Colo.);(United States), vol. 38, no. 11.

[15] J. Elbrond and F. Soumis. (1987). Towards integrated production planning and truck dispatching in open pit mines. International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment.

[16] F. Soumis, J. Ethier, and J. Elbrond. (1989). Evaluation of the new truck dispatching in the mount wright mine. Appl. Comput. Oper. Res. Miner. Ind., pp. 674–682.

[17] Z. Li. (1989). A methodology for the optimum control of shovel and truck operations in open-pit mining. Min. Sci. Technol., 10: 337-340.

[18] Y. Chang, H. Ren, and S. Wang. (2015). Modelling and optimizing an open-pit truck scheduling problem. Discret. Dyn. Nat. Soc.

[19] A. Y. Faiz Fadin. (2017). Simulation–Optimization Truck Dispatch Problem Using Look – Ahead Algorithm in Open Pit Mines. Int. J. GEOMATE, vol. 13, no. 36, pp. 80–86.

[20] M. Soleymani and J. Benndorf. (2018). Simulation-based Optimization Approach for Material Dispatching in Continuous Mining System. Innov. Appl. OR.

[21] Y. Son and S. Dessureault. (2013). Simulation-based robust optimization for complex truck-shovel systems in surface coal mines. Proc. Winter Simul. Conf. pp. 3522–3532.

[22] Azadi, N. Monjezi, M. and Ataeipour, M (2014). “Improvement performance of haulage system of Sungun copper mine using simulation technic.” Engineering modelling journal: (in Persian)