چکیده: تولیدات معدنی از گذشته های دور یکی از مهم ترین ارکان توسعه اقتصادی و تولیدات صنعتی بوده است که به روش های مختلف معدن کاری استخراج می شوند. از میان انواع روش های معدن کاری، روش روباز بیشترین سهم را در تولیدات معدنی به خود اختصاص داده است. برای معادنی که قرار است به روش روباز استخراج شوند، باید طراحی های مختلفی صورت پذیرد. از میان این طراحی ها، تعیین محدوده نهایی و برنامه ریزی تولید دو بخش مهم و پایه ای هر معدن روباز هستند. از آن جایی که یک پروژه معدنی در حقیقت یک پروژه اقتصادی بسیار بزرگ است که در برخی موارد عمر آن به چند دهه و سرمایه گذاری آن به میلیاردها دلار می رسد، باید مانند دیگر پروژه های اقتصادی دارای بالاترین سود بوده و با بیشینه سازی ارزش خالص فعلی (NPV) ارزیابی و طراحی شود. در چند دهه گذشته طراحی یک معدن روباز به عنوان یک مسئله بهینه سازی بزرگ مقیاس و پیچیده مطرح بوده است. به طور کلی طراحی محدوده بهینه نهایی یک معدن روباز باید با بیشینه سازی NPV انجام شود. در روش مرسوم فعلی، طراحی معادن روباز در دو بخش طراحی محدوده نهایی با بیشینه سازی سود تنزیل نشده و سپس برنامه ریزی تولید با هدف بیشینه سازی NPV انجام می شود. بر این اساس در چند دهه گذشته الگوریتم های ریاضی، ابتکاری و فراابتکاری مختلفی برای تعیین محدوده نهایی و برنامه ریزی تولید ارائه شده است. با توجه به این که بهتر است طراحی محدوده نهایی با هدف بیشینه سازی NPV انجام شود، در این رساله ابتدا مدل سازی ریاضی این مسئله با این هدف توسعه داده شده است. این مدل سازی به دو صورت عدد صحیح و نیز صفر و یک ارائه شده است. این مدل ها ترتیب استخراج تک تک بلوک های کانسار و محدوده ای که در آن بیشترین NPV وجود دارد را تعیین می کنند. با مقایسه نتایج این مدل ها با الگوریتمی مانند برنامه ریزی پویای رومن مشخص شد که نتایج آن ها به صورت دقیق توانایی تعیین ترتیب و محدوده بهینه نهایی را دارند. این توابع هدف به علت پیچیدگی ذاتی و تعداد بالای متغیر تصمیم و محدودیت از نوع مسائل NP-Hard هستند. حل این گونه از مسائل به شدت سخت و زمان بر است و در علم تحقیق در عملیات برای حل آن ها پیشنهاد می شود که از الگوریتم های ابتکاری یا فراابتکاری که یک جواب با تقریب مناسب را در زمانی مناسب به دست می آورند، استفاده شود. بنابراین در ادامه برای حل توابع هدف توسعه داده شده، سه الگوریتم ابتکاری ارائه شده است. این الگوریتم ها به صورت پویا ترتیب استخراج بلوک های کانسار و محدوده ای که بر اساس این ترتیب دارای بالاترین NPV تجمعی است را پیشنهاد می دهند. بر اساس نتایج به دست آمده از مدل های عددی مختلف در حالت های دو و سه بعدی، میزان انطباق نتایج این الگوریتم ها با الگوریتم تئوری گراف لرچ و گروسمن بسیار زیاد و به صورت تقریبی بالای 96 درصد بوده است.