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航空运营决策支持

方案介绍

在航空运输业,由于其业务地理位置广阔、投资成本高、生产系统运行费用昂贵、结构复杂,仅靠人力很难完成资源的优化控制,使用科学方法效果十分显著。因此航空运输业历来是资源控制优化模型理论研究和应用的行业。

航空运营决策支持系统主要包括航班计划的制定、机组排班和不正常条件下的恢复调整。



航班计划

航班计划由航段、离港/到达时间、运营天数、机型和座位数(或载重量)等信息组成。它是决定航空公司收入的关键因素。由于决策空间巨大,制定一个优化的航班计划是一项复杂的任务,要决定飞哪里、什么时间飞以及用什么飞机飞等等。

好的航班计划有两个重要标准:盈利性和灵活性。航班计划的盈利性取决于执行该航班计划的成本(即运营成本,包括飞机、燃料、机组、机场和其它费用项目)以及该航班计划吸引客货的能力,这两方面决定了航空公司的运营利润。一般情况下,航班计划覆盖大流量的客货航线是盈利的关键。灵活性取决于运营环境.航班计划必须考虑到各种限制因素:飞机使用的限制(机型、适航距离、是否可以使用、维修计划),机场的限制(跑道长度、容量、宵禁和噪声控制),航线网络的覆盖率和航班均衡性等要求。

建立一个确保灵活性的、以利润最大为目标的优化模型,可以产生一个最好的航班计划。

主要功能有:

经营查询:展示中短期航班计划优化所需要的相关业务报表,包括网络质量、网络效益、运行资源等数据。

短期航班取消:根据短期效益评估算法计算的航班效益结果,系统自动推荐符合筛选规则的航班取消建议。

短期航班开放:根据短期效益评估算法计算的航班效益结果,系统自动推荐符合筛选规则的航班开放建议。

短期机型调整:根据短期效益评估算法计算的航班效益结果,考虑机务、飞机等各类限制约束,利用机型配置模型,以当日贡献最大化为目标系统自动求解出整体最优的航线网络计划和局部最优的航班调整方案。

中期航班取消:据中期效益评估算法计算的航班效益结果,系统自动推荐符合筛选规则的航班取消建议。

中期航班开放:根据中期效益评估算法计算的航班效益结果,系统自动推荐符合筛选规则的航班开放建议。

中期机型调整:根据中期效益评估算法计算的航班效益结果,考虑机务、飞机等各类限制约束,利用机型配置模型,以当日贡献最大化为目标系统自动求解出整体最优的航线网络计划和局部最优的航班调整方案。

中期时刻调整:针对时刻弱势、时刻集中的规则,系统自动推荐符合规则要求的待时刻优化航段,同时展示时刻可利用情况,便于人工高效决策。

拟定调整计划:拟定符合可行性要求的航班调整计划方案。

效益评估:支持人工在系统中添加航班调整计划进行经济性的评估,也支持自动采集航班调整计划进行经济性的评估。事前评估可细分为短期、中期。

生效调整计划:航班调整计划同时满足可行性和经济性。

机组排班

民用航空领域发展迅猛,航空公司的规模迅速扩大,然而在航空公司的运营成本中,人力资源成本占据了相当大的比重,近年来更是成为了继航油成本支出之后航空公司第二大成本支出。飞行员作为航空公司的宝贵资源,如何安排飞机员的工作,如何合理化的调配机师资源,如何降低人力成本一直困扰着航空公司。机组排班调度优化问题属于资源调配优化、工作计划安排问题,这类问题因优化难度高、问题结构复杂,属于当今国际运筹学界(OR)最顶尖技术难题。

航空机组排班作为运筹学界最难的问题之一,全球只有极少数几家公司能开发这样的系统。航空机组资源优化问题涉及的系统结构复杂,参数众多,属于多变量输入、多条件受限系统,也是调度问题中的经典NP-hard问题。虽然对于机组排班问题国外早有研究,但是国内航空公司的情况与国外航空公司情况截然不同。惠为于2010年研发完成了适应国内航空公司运营的机组排班系统,惠为已成功跻身运筹学第一阵营,同时也填补了国内在该领域的空白。

机组排班系统的功效如下:

1、提升机组利用率

深挖机组资源潜力,在保障安全和飞行员疲劳度等因素的前提下,通过任务环的优化以产生更多的飞行小时,完成更多的航班生产任务;

2、提高运行稳定性

参考历史数据,通过优化的任务环编排保证一定的运行裕度,提高运行稳定性;

3、机组疲劳风险管理

将疲劳参数引入优化过程中,在任务环编排及人员派遣中充分考虑飞行员的疲劳度,保障飞行安全,提高飞行员满意度;

4、提升排班效率

利用自动派遣,提升排班周期,加快排班速度,对短期航班调整进行快速响应;

5、提供决策支持

通过场景模拟各种变化对派遣带来的影响,如航班换季、新业务规则、飞行员属地配置、航班时刻优化等;

6、降低运营成本

在保证机组利用率及航班稳定性的前提下,通过优化降低机组过夜、乘机摆渡等数据,达到降低运营成本的目的。

恢复调整

在实际运行中,由于航空管制、天气等各种因素导致不能完全按照计划飞行。



航班出现不正常或发生临时事件时需要调整,调整包括航班计划、飞机、顾客、机组。

1、旅客的安排和感受。

2、计算新的航班时间。

3、根据新的航班计划调度飞机。

4、重新安排机组的排班。

航班延误成本包括显性成本和隐形成本。显性成本是航班的延误对公司经济的直接影响。隐形成本是航班延误对航空公司形象、信誉方面的影响。

恢复调整的目标是以下一项或多项目标:

1、总体运营成本最小。

2、延误时间最小。

3、延误旅客量最少。

4、调配量尽可能少。

5、其他更细的目标,如优先保证某些重要航线等。

恢复调整的约束有:

1、飞机:满足飞机维修的要求。

2、机组:民航总局的规范、多维度公平性。

3、机场:繁忙程度。

4、航路:是否可用。

5、旅客:重要性、多少。

案例分析

国内某大型航空公司,随着机队的快速扩充、航线不断增加,传统以手工方式为主的机组排班已经越来越无法满足实际运营的需要:

1) 因机师的飞行时长过长,导致休息时间无法得到保证,造成对机师的正常生活带来了诸多不便的影响。

2) 无法保证机组排班在满足飞行计划的基础上达到航班运行的成本最小,降低航班执行的时间成本和机组人员的薪酬成本。

3) 无法考虑机组安排的平衡性和鲁棒性,平衡性主要指机组成员的休息时间和所飞航线的经济利益整体上保持平衡,鲁棒性主要体现在航班飞行计划在受到天气、航班以及人员变动时能否及时有效的进行调整。

优化的重点方向:

1) 飞行航段连贯性:勤务中的飞行航段到达站和将继续执飞的下一航段出发站必须相互衔接,此外相邻航段的经停时间或者航班交接时间必须符合最短时间规定。

2) 满足该航空公司提出的飞行时间限制需求:任何7个连续日历日内的飞行小时限制;7个连续日历日内连续休息时间最低限制;一个日历月的工作时间飞行小时限制;一个日历年的飞行小时限制;同时对于飞行机组的飞行、值勤和休息时间也做了相应的规定。

3) 通过精确的航班连线,减少8-10个小时长航线的数量(因8小时以上的航班需要安排3名飞行员,而8小时以下的航班只需要安排2名飞行员),最大限度节约机组人力、降低人力成本。

4) 闭环飞行路线:为了减少机组和飞机在外地过夜的成本,一个勤务安排的短程飞行任务尽可能使机组和飞机飞回基地或者出发地,使一个勤务飞行路线成为闭环,长航线的飞行情况除外。

5) 驾驶机型一致性:一个勤务中,尽可能安排同一机型执飞。

6) 航线的均衡性:需要考虑国际、国内航线的均衡搭配。

7) 机师执照限制:首先要满足执飞航线对于机长资格的需求,比如执飞国际航线必须具备C5以上等级;其次特殊航线只能有执飞特殊航线执照机长执飞等。

8) 机师搭配优化:尽可能在机组排班中满足机师搭配反比原则,即尽可能用等级高的机师搭配等级低的机师减少运营成本。

确定了优化目标以后,结合在航空运营管理领域的丰富经验,为该航空公司定制了符合其自身需求及特点的优化引擎,以及客户化定制的功能模块,经过多轮次优化的过程,满足了航空公司提出的机组排班及运营需要。

案例特点

1、运算速度快

机组排班调度在日常运营管理中,经常会受到诸如天气、飞机临时延迟、飞机维修问题而造成很多意想不到的突发情况,以至于无法按照预先安排好的机组排班方案执行。惠为采用独创的综合优化技术,对模型进行了高度的创新、抽象、精炼,实现了从模型到算法的高效转换,实现最优解。同时,也打破了机组排班运算速度的历史最快纪录,实现了在30分钟内生成机组班表这一里程碑式的成果。

2、满足反比原则,减少运营成本

从机组排班方案中,可以让大家看到我们的方案中对于机组搭配优化的一些成果:其中A4(最高级别机师)和F3(副机师最低级别)的搭配比例在满足其它排班需求的前提下,从原来不足60%提升到90.6%,大大降低了一个航班环内的人力成本支出。



3、月飞行工时均衡优化,提高飞行员满意度

在机师的月飞行时长的均衡优化上,由于以前机组排班不能做到优化组合,工时差距大。自动化的排班方案在满足该航空公司正常运营的前提下,尽可能减少机师之间的月飞行时长差,最终实现了控制在正负2.5个小时以内,机师与机师之间的月工时更加均衡,消除机师的不平衡心理。同时,降低了机师的局部工作强度,保证了足够的休息时间,把对机师日常生活的影响减少到最小范围。



4、月航线次数均衡优化,提高飞行员满意度

对于航线类型优化问题,涉及到约束范围很多。既要满足航线机师执照限制问题、机长等级资格问题、机组搭配反比配置、国际和国内航线的均衡等诸多问题,通过我们优化引擎运用的创新技术,最终实现了国际航线、日韩航线、特殊航线的均衡,如下图所示,提高飞行员满意度,从而大大提升机师团队的稳定性。