Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Short-term Underground Mine Scheduling

An Industrial Application of Constraint Programming

Tid: To 2021-06-10 kl 09.00

Plats: link for online defense (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Max Åstrand , Reglerteknik

Opponent: Docent Mats Carlsson, RISE., Swedish ICT, SICS, Computer Systems Laboratory

Handledare: Professor Mikael Johansson, Reglerteknik

Exportera till kalender

Abstract

I sitt sökande efter en säker och lönsam drift rör sig gruvindustrin mot en ökad automation. I takt med att driften automatiseras finns en önskan hos dagens gruvbolag att optimera koordineringen av de allt mer automatiserade gruvaktiviteterna. Denna koordinering benämns korttidsplanering och kan beskrivas som den process genom vilken man fördelar resurser och bestämmer start- och stopptider för de kommande gruvaktiviteterna. 

Dagens industripraxis vad gäller korttidsplanering vilar i hög grad på manuellt arbete vilket gör utförandet starkt beroende av den enskilda schemaläggarens expertis. I denna avhandling studeras hur automatisering av korttidsplaneringsprocessen för underjordsgruvor kan öka effektiviteten inom en vital del av underjordsgruvans planeringskedja.

Avhandlingen inleds med att problemet med korttidsplanering av underjordsgruvor klargörs och sätts i en operativ kontext. Efter det föreslås en hybrid flow shop-abstraktion som fångar centrala aspekter av gruvbrytningsprocessen. Här visas att några populära produktionsmetoder kan ses som utökade varianter av en k-stage hybrid flow shop vilka uppvisar, till exempel, en mix av avbrytbara och icke avbrytbara aktiviteter, sekvensberoende samt resursdelning mellan olika steg i processen. 

Sedan presenteras en villkorsprogrammeringsmodell för korttidsplanering av underjordsgruvor. Denna modell täcker viktiga delar av schemaläggningsproblemet och kan användas för att lösa realistiska probleminstanser från gruvindustrin. Modellen tar dock inte hänsyn till den tid det tar för mobila maskiner att transporteras till nästföljande aktivitet. Vägnätet i underjordsgruvor kan sträcka sig upp till flera hundra kilometer vilket gör restid till en viktig aspekt. I och med att restid läggs till i den initiala villkorsprogrammeringsmodellen får den svårt att lösa större instanser och därför introduceras en andra modell. Denna andra modell löser inte det avbrytbara problemet direkt utan löser istället ett relaterat, icke avbrytbart, problem och transformerar lösningen tillbaka till den ursprungliga tidsdomänen. Den här modellen är signifikant snabbare och kan lösa instanser som är representativa för stora underjordsgruvor även när restid inkluderas. Modellen utökas sedan för att stödja mer generella produktionsscenarier.

En utvärdering görs av Large Neighborhood Search i sökandet efter högkvalitativa scheman. En domänspecifik grannskapsdefinition presenteras, vilken är baserad på att relaxera variabler som härrör till specifika platser i gruvan. Inledningsvis undersöks fasta grannskapsstorlekar och detta jämförs med omstartsbaserad sökning. När det visar sig att det inte finns någon tydligt dominerande strategi för att använda fasta grannskapsstorlekar föreslås en algoritm för en dynamisk justering av grannskapens storlek. Algoritmen har den fördelen att vara både komplett och samtidigt kapabel att snabbt förbättra konstruerade scheman. Vidare introducerar algoritmen lokala optimalitetsegenskaper som är fördelaktiga för industriell acceptans. 

Avhandlingen avrundas med en redovisning av praktiska erfarenheter från automatisering av korttidsplanering i verkliga gruvmiljöer. Vidare motiveras antaganden och val av design på grundval av tidigare erfarenheter från användandet av enklare schemaläggningsalgoritmer för korttidsplanering av underjordsgruvor. Avslutningsvis får erfarna schemaläggare från två olika gruvor bedöma den slutgiltiga schemaläggningsmetodiken för att bekräfta dess tillämpningsbarhet i verkliga gruvmiljöer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294959