Development of a simulation-integrated dynamic integer programming model for optimizing truck replacement decisions in mining
Madencilikte kamyon yenileme kararlarının optimizasyonu için simülasyon entegre dinamik tamsayılı programlama modelinin geliştirilmesi
- Tez No: 1001689
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ONUR GÖLBAŞI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sermaye ekipmanlarının yenilenme (ikame) planlaması, özellikle üretim ve işletme koşullarının zaman içinde değiştiği ve taşıma filolarının uzun proje ömürleri boyunca faaliyet gösterdiği madencilik gibi döngüsel ve sürekli operasyonlarda kritik bir karar problemidir. Ekipmanların yaşlanması, artan taşıma mesafeleri ve zamana bağlı olarak değişen üretim hedefleri; verimlilik, işletme maliyetleri ve yatırım gereksinimleri üzerinde birlikte etkili olmaktadır. Geleneksel ekipman yenileme yaklaşımları çoğu zaman operasyonel performans ile ekonomik değerlendirmeyi ayrı ayrı ele almakta, bu durum ise gerçekçi koşullar altında uzun dönemli ve sistem düzeyinde karar vermeyi sınırlamaktadır. Bu tez çalışması, kamyon tabanlı taşıma sistemleri için uzun vadeli yenileme ve yatırım planlamasını desteklemek amacıyla simülasyon ile bütünleştirilmiş dinamik bir tamsayılı programlama modeli geliştirmektedir. Öncelikle, gelişen yol ağları ve değişen operasyonel koşullar altında güzergâha özgü döngü süreleri, ekipman yaşına bağlı kullanılabilirlik, yakıt tüketimi ve verimlilik gibi ayrıntılı taşıma faaliyetlerini temsil eden bir ayrık olay simülasyon modeli kurulmuştur. Elde edilen bu simülasyon çıktıları daha sonra, her bir kamyon için yaşa, üretim periyoduna ve üretim konumuna bağlı parametreler olarak matematiksel optimizasyon modeline aktarılmıştır. Tamsayılı programlama tabanlı optimizasyon modeli, çok periyotlu bir planlama süreci boyunca heterojen bir kamyon filosu için satın alma, kullanım, yenileme ve faaliyetten çekilme kararlarını belirlemektedir. Modelin amacı; her dönemde konuma özgü üretim hedeflerini sağlarken, sermaye yatırımları, işletme maliyetleri, atıl kapasite üretim kayıplarını ve de hurda ve ikinci el ekipman satışı gelirlerini içeren toplam filo maliyetlerinin Net Bugünkü Değerini en aza indirmektir. Model, yeni ve ikinci el ekipman alternatiflerini, kullanılabilirliğe dayalı verimlilik düşüşünü ve çoklu konumlarda konuşlandırma kısıtlarını açık biçimde dikkate almaktadır. Önerilen modelleme çerçevesi, 15 yıllık bir planlama süreci için 195 farklı güzergâha sahip gerçek bir açık ocak işletmesine uygulanmıştır. Uygulama sonuçları, tüm üretim hedeflerinin dinamik olarak ayarlanan filo büyüklüğü ve kamyon yenileme planlamasıyla ile karşılandığını göstermektedir. Minimize edilmiş amaç fonksiyonu, €27,96 milyon tutarında asgari toplam maliyet üretmiş ve kamyon yenilemeleri ile yatırım kararlarının ekipman yaşlanması, madenin genişlemesi ve değişen taşıma koşullarına bağlı olarak zaman içinde değiştiğini ortaya koymuştur. Duyarlılık analizleri, üretim hedeflerinin, filo büyüklüğü ve yatırım zamanlaması üzerinde belirleyici olduğunu, finansal parametrelerin ise ağırlıklı olarak toplam maliyet seviyelerini etkilediğini göstermektedir. Sonuçlar, ayrık olay simülasyonu ile dinamik optimizasyonun birlikte kullanılmasının, madencilik ve diğer döngüsel üretim sistemlerde uzun vadeli ekipman yenileme planlaması için uygulanabilir ve güvenilir bir araç sunduğunu doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Capital equipment replacement planning is a critical decision problem in cyclic continuous operations, especially in mining, where haulage fleets operate over long project lives under changing production and operating conditions. Equipment aging, expanding haul distances, and time-varying production targets jointly influence productivity, operating costs, and investment requirements. Conventional equipment replacement approaches often address operational performance and economic evaluation separately, which limits their ability to support long-term, system-level decision-making under realistic conditions. This thesis study develops a simulation-integrated dynamic integer programming framework to support long-term replacement and investment planning for truck-based haulage systems. A discrete-event simulation model is first constructed to represent detailed haulage operations, including route-specific cycle times, age-dependent equipment availability, fuel consumption, and productivity under evolving road networks and operational conditions. These simulation outputs are then transferred into a mathematical optimization model as age-, period-, and location-dependent parameters of individual trucks. The integer-programming optimization model determines acquisition, utilization, replacement, and retirement decisions for a heterogeneous truck fleet over a multi-period planning horizon. The objective is to minimize the Net Present Value of total fleet-related costs, including capital investments, operating costs, idle capacity production losses, and salvage and second-hand sale revenues, while satisfying location-specific production targets in each period. The model explicitly considers new and second-hand equipment alternatives, availability-based productivity degradation, and multi-location deployment constraints. The proposed framework is applied to a real open-pit mining operation with 195 different routes over a 15-year planning horizon. The application results show that all production targets are met with a dynamically adjusted fleet size and replacement schedule. The optimized solution yields a minimum discounted total cost of €27.96 million and demonstrates that replacement and investment decisions evolve in response to equipment aging, mine expansion, and changing haulage conditions. Sensitivity analyses indicate that production targets strongly influence fleet size and investment timing, while financial parameters mainly affect overall cost levels. The results confirm that integrating discrete-event simulation with dynamic optimization provides a practical and reliable tool for long-term equipment replacement planning in mining and other cyclic continuous systems.
Benzer Tezler
- Mikroşebekelerde talep tarafının esnekliğini dikkate alan optimum işletim yaklaşımının geliştirilmesi
Development of an optimal operation approach considering demand side flexibility in microgrids
AYŞE KÜBRA ERENOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN ERDİNÇ
- Robust hovering and trajectory tracking control of a quadrotor helicopter using acceleration feedback and a novel disturbance observer
İvme geri bildirimi ve özgün bir bozucu gözlemcisi kullanarak bir quadrotor helikopterin gürbüz havada kalma ve yörünge izleme kontrolü
HAMMAD ZAKI
- Yatay eksenli sualtı akıntı türbinlerinde kavitasyon olgusunun deneysel ve lineer olmayan sayısal yöntemler ile incelenmesi
Investigation of cavitation phenomenon in horizontal axis marine current turbine by experimental and nonlinear numerical methods
MEHMET SALİH KARAALİOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Hazne işletme optimizasyonu için parametrik bir simülasyon modelinin geliştirilmesi
Development of a parametric simulation model for reservoir operation optimization
AHMAD TAMIM NOORI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiBalıkesir Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT OKKAN
- Development of a model unmanned aerial vehicle with simulink: Modelling and control
Simulink ile model insansız hava aracı geliştirilmesi: Modellemesi ve kontrolü
AKÇAY ÇALIŞIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLAY ÖKE