Simulación y diseño de metodologías de despacho de cargas

Abstract

Los problemas de distribución de vehículos son importantes en la ciencia de la computación por su aplicación directa en los campos del transporte de material y el control de tráfico. Esto se debe a que proveen un marco formal con el cual estudiar estas temáticas, las cuales tienen gran impacto económico y forman una parte importante de la sociedad. En particular, la problemática de la selección de destinos tiene un gran impacto en la industria de la minería, donde es conocida como despacho y en la cual el transporte del material puede llegar a significar hasta un 50% del costo de la operación, el cual se hace habitualmente con una flota de camiones especiales. Por lo tanto, cualquier metodología que permita aumentar la eficiencia de la operación es particularmente útil. El estudio bibliográfico realizado ha mostrado un conjunto acotado de enfoques hacia este problema, generalmente a través la utilización de herramientas matemáticas formales. Mas aún, las técnicas presentadas en ellos han limitado la capacidad de acción del sistema simplemente a asignarle el próximo destino a un camión que acabó de cargar o descargar. Esto provee la motivación fundamental del presente trabajo. La emergencia y progreso de las tecnologías de comunicación provee la posibilidad de acceder a mayor cantidad de información de forma instantánea a la vez que permite enviar y distribuir instrucciones a cualquier vehículo. Esto implica que la metodología de despacho podría especificar como el vehículo debe llegar al destino que se le asignó. En este trabajo se presentan tres aportes principales. El primero es la definición de un marco de referencia uniforme que permita la evaluación simple y rápida de una metodología de despacho de acuerdo a cuatro índices de desempe~no que cuantifican la eficiencia de la operación minera. Este marco incluye un conjunto de condiciones de borde que definen un entorno de simulación y un modelo de movimiento simplificado que calcula las variables mínimas indispensables para representar el viaje de un vehículo, utilizando muy pocos datos. Además se diseñoo un modelo de conductor de un solo parámetro que permite dfinir tres comportamientos, que son los únicos necesarios lograr evaluar correctamente la eficiencia de una metodología de despacho. El segundo aporte es un nuevo enfoque al estudio del despacho. Se propone utilizar un secuencia de selección de destinos fija y analizar el comportamiento del ujo de vehículos para poder predecir la productividad y el tiempo de ocio del equipamiento. Con este modelo, se dise~nan secuencias que permitan maximizar el primero y minimizar el segundo. El tercer aporte es la utilización de la información global del estado de la mina, en un instante, para calcular la velocidad óptima para cada vehículo de forma de eliminar los tiempos de espera y reducir el consumo de combustible. Estas herramientas son combinadas en un simulador en el cual se utilizan dos metodolog ías propuestas y se comparan con métodos existentes que se pueden hallar en la literatura. Los resultados son expuestos y analizados para luego sacar las conclusiones correspondientes.

Vehicle distribution problems are important in computer science because of their direct application in the felds of transportation and traffic flow. This is due to the fact that they provide a formal framework in which to study these problems, which have a great economic and social impact. The destination selection problem is particularly important in the mining industry, where it is known as dispatching. In this industry, it is usually a feet of f-highway haul trucks that is tasked with material transportation which can amount to as much as 50% of the operational costs. This makes particularly useful any methodology that allows an increase in the efficiency of the operation. The literature review has shown a reduced set of approaches used to solve this problem, mostly through the utilization of formal mathematical tools. The techniques presented in these works are limited in their control of the operation since they only choose where to send a truck to load or unload. This provides the fundamental motivation of this work. The emergence and progress in communications technology has created the possibility of instantaneously accessing greater amounts of information as well as the ability to send specific instructions to individual vehicles. This implies that is possible to specify how a vehicle should travel to its specified destination. This work contains three fundamental contributions. The first is the definition of an standard framework which allows for a fast, simple evaluation of a dispatching technique by using four performance indexes that quantify the efficiency of a mining operation.This framework includes a set of border conditions that define a simulation environment and a simple movement model that calculates only the indispensable variables needed to represent a traveling truck, using a reduced parameter set. Furthermore, the driver is also modeled using only one parameter which allows for the definition of all the behaviors necessary to represent the fundamental aspects needed for correctly evaluating the efficiency of a dispatching methodology. The second contribution is a new approach to the dispatching problem, in which a fixed sequence for destination selection is used to analyze the behavior of the resulting vehicle flow in order to predict the expected productivity and equipment idle time. Using these predictions it is possible to design the sequence in such a way as to maximize the former and minimize the latter. The third contribution is the utilization of the mine state, which is the location, speed and destination of all the trucks in the mine, in order to calculate the best velocity needed by all vehicles to minimize truck waiting time and fuel consumption. All of these contributions are combined in a simulator in which two resulting dispatching methodologies are compared against existing techniques that are found in the literature. The results are presented and analyzed to draw the proper conclusions.