Modelle und Verfahren für die innerbetriebliche Versorgungslogistik von Bergwerken

Eine Vielzahl der Rohstoffe, die in unserer Zeit industriell verarbeitet werden, wird im Bergbau gewonnen. Die vorliegende Arbeit hat den Abbau von Kalisalz unter Tage vor Augen. Der Abbau von Salz in großen Mengen erfordert den Einsatz von Maschinen. Für deren Instandhaltung sowie die Versorgung mit Betriebsstoffen stehen unter Tage Werkstätten und Lager zur Verfügung. Zur Gewährleistung eines reibungslosen Abbaus sind zahlreiche Transporttätigkeiten erforderlich. Zu transportieren sind beispielsweise Maschinenöle, Baumaterialien, Ersatzteile, defekte Maschinenteile und Abfälle. Die möglichen Strecken zur Nutzung für Transporte sind durch das Grubengebäude vorgegeben. Das Grubengebäude wächst mit fortschreitendem Abbau der Lagerstätte, wobei im Wesentlichen die räumliche Ausdehnung der Lagerstätte die resultierende Gestalt des Grubengebäudes bestimmt. Das Streckennetz eines Grubengebäudes, das die verfügbaren Fahrwege für Fahrzeuge definiert, weist in der Regel wenig Redundanzen auf. Gründe dafür sind zum einen der Aufwand der Auffahrung von Strecken und zum anderen der Aufwand für die kontinuierliche Sicherung aller zugänglichen Bereiche des Grubengebäudes. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Bäume und die neu eingeführte Struktur des Brückengraphen, als eine verallgemeinerte Baumstruktur, zur Darstellung des Streckennetzes eines Bergwerks verwendet. Als Problemstellungen werden die kapazitierte Tourenplanung auf Bäumen und Brückengraphen, der Ein- und Mehr-Fahrzeug-Fall des Gabelstaplerproblems auf Bäumen und schließlich die Planungsaufgabe einer Transportabteilung, die Abrollcontainer zur Durchführung von Transportaufträgen nutzt, untersucht. Für die kapazitierte Tourenplanung wird auf die Besonderheit der Problemstellung mit einer Baumstruktur eingegangen. Auf den Erkenntnissen basierend werden zwei mathematische Modelle für Brückengraphen als Streckennetz der Problemstellung vorgestellt. Zusätzlich wird ein zweistufiges Verfahren zur Näherung einer guten Lösung beschrieben. Die Anforderungen an das Gabelstaplerproblem auf Bäumen im Ein- und Mehr-Fahrzeugfall (MV)-TSCP werden beschrieben und auf dieser Grundlage mathematische Modelle formuliert. Weiter werden Möglichkeiten zur Komprimierung der Instanzen beschrieben. Während manche Instanzen des TSCP mit linearem Aufwand gelöst werden können, ist bei Vorliegen von Kurzzyklen aus Aufträgen im Allgemeinen die Lösung eines Steinerbaumproblems erforderlich. Die betrachtete Planungsaufgabe einer Transportabteilung unterstellt fünf Basistypen von Aufträgen und ermöglicht durch deren Verknüpfung die Abbildung zahlreicher weiterer Transporttätigkeiten. Die Berücksichtigung heterogener Mitarbeiter und Fahrzeuge sowie von Kompatibilitäten zwischen Fahrzeugen, Mitarbeitern, Material- und Containertypen ermöglicht die Abbildung realer Situationen. Die Transporttätigkeiten werden als Aufträge verwaltet. Innerhalb der Planungsperiode können nicht alle Aufträge durchgeführt werden, sodass eine Auswahl zu treffen ist. Ein gemischt-ganzzahliges, lineares Modell wird für die Problemstellung formuliert. Im Anschluss wird eine Möglichkeit zur Integration einer Pausenregelung in das Modell erläutert und ein Vorgehen zur Einbeziehung einer Priorisierung bei der Bestimmung von Nutzenwerten vorgestellt. Ein deterministisches, heuristisches Lösungsverfahren wird beschrieben. Anschließend werden eine Verfahrensvariante und die Möglichkeiten zur Erweiterung der Verfahrensvarianten zu Multi-Start-Verfahren vorgestellt. Die vorgestellten Modelle und Verfahren werden in Testläufen gegenübergestellt. Dafür kommt für mathematische Modelle kommerzielle Optimierungssoftware zum Einsatz. Die Resultate der Testläufe werden in der Arbeit beschrieben. Bezüglich der als Planungsaufgabe einer Transportabteilung untersuchten Problemstellung liefern alle Varianten des heuristischen Verfahrens gegenüber der kommerziellen Optimierungssoftware bessere Lösungen.