Ανάπτυξη αλγορίθμων βελτιστοποίησης χωματουργικών εργασιών

Abstract

The thesis concerns the implementation of Operational Analysis in earthmoving, focusing on the optimal management of equipment in earth hauling activities (excavators, trucks, scrapers). Two thematic axes can be considered a) the alleviation of earthmoving trucks downtime consequences and b) the optimization of the loading phase of earthmoving trucks and scrapers. In the field of trucks’ downtime consequences alleviation, a model for their condition diagnosis was developed based on predictors related to the age, the capacity, the kilometres travelled to date and the maintenance level. Discriminant Analysis and Artificial Neural Networks were used for this purpose. In addition, an algorithm for the determination of the optimal number of stand-by trucks was developed. The proposed computational process is based on the availability and the size of the principal trucks fleet. In the field of loading phase optimization, two distinct algorithmic processes were developed for the case of a truck - loader combination. The first evaluates the economic impact of executing partial passes for a specific hauling distance and the second determines the minimum required volume of the partial pass so that it is worth-executing. For the case of the scraper, the proposed algorithmic process achieves the determination of the optimal loading time based on the Golden Section Search and the Bisection Algorithm. The application of the proposed algorithms can lead to significant economic savings at earthmoving operations.

Η διατριβή αφορά στην εφαρμογή της Λειτουργικής Ανάλυσης στις εργασίες μετακίνησης εδαφικού υλικού και επικεντρώνεται στη βέλτιστη διαχείριση των δομικών μηχανών (εκσκαφείς, χωματουργικά οχήματα, αποξεστικά οχήματα). Περιλαμβάνει δύο θεματικούς αξονες α) την αντιμετώπιση βλαβών χωματουργικών οχημάτων και β) τη βελτιστοποίηση της φόρτωσης χωματουργικού και αποξεστικού οχήματος. Στο πεδίο της αντιμετώπισης των βλαβών χωματουργικών οχημάτων αναπτύσσεται μοντέλο διάγνωσης της λειτουργικής τους κατάστασης με βάση στοιχεία ηλικίας, χωρητικότητας, διανυθέντων χιλιομέτρων και επιπέδου συντήρησης με τη μέθοδο της διαχωριστικής ανάλυσης και με χρήση νευρωνικών δικτύων. Επίσης αναπτύσσεται αλγόριθμος για τη βέλτιστη διαστασιολόγηση στόλου εφεδρικών οχημάτων προς υποστήριξη στόλου γνωστού μεγέθους και διαθεσιμότητας. Στο πεδίο της βελτιστοποίησης της φόρτωσης, για την περίπτωση του χωματουργικού οχήματος αναπτύσσεται αλγόριθμος αξιολόγησης της οικονομικής σκοπιμότητας της εκτέλεσης μη πλήρων φορτώσεων και αλγόριθμος προσδιορισμού της ελάχιστης απαιτούμενης πληρότητας του κάδου για συγκεκριμένη απόσταση μεταφοράς, ώστε η μερική φόρτωση να είναι οικονομικώς σκόπιμη. Για την περίπτωση του αποξεστικού οχήματος, αναπτύσσεται αλγόριθμος προσδιορισμού του βέλτιστου χρόνου φόρτωσης με χρήση των αλγορίθμων της Χρυσής Τομής και της Διχοτόμησης. Η εφαρμογή των προτεινόμενων αλγορίθμων συμβάλλει σημαντικά στην ελαχιστοποίηση του κόστους μετακίνησης εδαφικού υλικού.