15、大型矿业供应链的数学规划优化

大型矿业供应链的数学规划优化

1. 概述

1.1 矿业供应链

供应链的核心是一系列协同运作的流程，旨在将产品从源头输送到目的地。在矿业领域，通常是先原地开采矿石，再通过铁路或港口将其运输给客户。挖掘机、破碎机、卡车、火车、自卸车和船只等设备协同工作，以实现这一目标。为了有效管理如此大规模的运营，供应链常被划分为不同区域，如矿区、铁路网络和港口堆场。由于各区域的复杂性，每个区域都可视为一个独立的内部供应链问题，一个区域的目的地可能是另一个区域的源头。

矿区的流程从宏观上看似乎简单，通常包括开采和初步加工矿石，为批量运输到供应链的下一阶段做准备。但实际上，要高效完成这一过程需要多种组件。不同矿区的供应链结构差异很大，这取决于矿石类型和开采方法，如地下开采或露天开采。以露天铜矿为例，一切从铲子开始。在一二十把铲子中，它们用于在爆破区挖掘铜矿石，然后由一队卡车将矿石运往几个破碎机之一。破碎机将矿石进一步破碎成更易处理的尺寸，并使其更接近最终规格。之后，通过传送带和分配器网络将矿石输送到缓冲库存堆或直接输送到半自磨（SAG）磨机进行更深入的加工。典型的采矿设备网络如图 1 所示。

在矿区的每个阶段，吨位容量都受到设备物理限制的约束。铲子和破碎机的工作速率受单个净速率总和的限制；卡车和传送带一次只能运输指定体积的矿石。这就像水通过一组管道一样，形成了一个网络流模型，整个供应链的瓶颈在于一组节点的最小总容量。考虑到日常运营中固有的故障和延误，瓶颈可能会在不同阶段之间转移。此外，还存在与物理设备无关的其他约束。矿石的质量，包括其纯度和污染物含量，是矿区生产过程的关键驱动因素。露天铜矿的一个典型特点是产量高，但生产低品位矿石的利润率较低。尽管如此，仍需维持一定的标准，这可以