航空公司機隊三階段規劃模型研究

【摘要】影響航空公司成功運營的一個主要因素是航空公司供需能夠盡可能平衡，為了達到這個目標，航空公司需要選取合適的方法進行機隊規劃。本文旨在研究一種應用于中短途航程的機隊規劃模型來解決機隊規模、組成的問題，包括機隊規模、組成、機型選擇。

【關鍵詞】機隊規劃 機型選擇 機隊規模

一、引言

航空公司的主要目標是實現目前市場環境下容量與需求的平衡，這將直接影響航空公司的利潤和成本。為了通過長期規劃達到節約費用的目的，采取科學的機隊規劃模型尤為必要。一般而言，在航線和市場環境等條件下，考慮需求、飛機經濟學、飛機性能、型號等不同因素是很有必要的，因此機隊規劃對于航空公司相當復雜。

二、航空公司機隊規劃研究現狀

Givoni and Reitveld（2009）發現航線距離、需求和競爭水平在很大程度上影響了飛機大小的選擇，而機場因素如跑到數量、是否為樞紐不會影響飛機選擇。

Pai（2010）對影響航空公司的航班頻率和飛機大小的因素進行研究，通過對美國航空的研究，考慮了市場人口統計、機場、航空公司、航線特點，并通過回歸模型進行分析。

Ozdemir et al.（2011）運用ANP為土耳其行空選擇中航距、窄體機。他們考慮到成本因素包括購買、操作、維修和救援成本，時間因素包括交付時間和有用時間，物理屬性和規模、安全性、可靠性、服務質量等其他因素。

肖帆（2012）認分析了機隊規劃的基本理論及機隊規劃決策的主要方法，分別從機隊規劃決策方法、航線機型選擇優化、機隊更新決策程序等幾個方面介紹了機隊規劃工作的特點，建立了機隊規劃方法的數學模型。最后介紹了飛機更新計劃的組成，并引用事例對其具體實施過程進行了分析。

楊延景、熊子晨（2012）認為金融危機背景下，航空公司提高經濟效益更為困難也更加重要，并針對國內外航空公司機隊規劃的研究進行了分析和總結。

綜上所述，很多研究者和機構從不同方面對機隊規劃進行了研究，但是大部分是基于航班頻率與飛機大小的關系。也有一些研究機隊規模和機隊組成的學者。因此本文在前人研究基礎上提出三階段航空公司機隊規劃模型。

三、機隊規劃模型

機隊的三階段規劃模型第一階段考慮到航線網絡基于飛機大小選擇機隊組成，根據航線市場的需求和航線距離來選擇適合該航線的小型或者中型飛機；第二階段在第一階段的基礎上確定飛機數量；第三階段根據市場要求確定飛機型號，通過以上三個階段的研究來確定機隊的組成，如圖1：

（一）第一階段—飛機大小確定

航空公司航班規劃、航線網絡規劃、機隊規劃都需要基于不確定性環境因素的航空運輸需求預測。在本文研究中，為了確定近似機隊組成，假設飛機只有兩類—小型和中型，分別用于短途和中途航線，。基于前人研究，旅客需求、機場的距離和樞紐機場類型更適合于飛機機型的選擇，因此，旅客需求和起止機場距離作為決定機隊組成的主要因素。

航空公司具有對于某條航線飛機的選擇權，機隊規劃模型的第一階段，首先建立了基于某航段機隊歷史數據的小飛機運營指標（Pse），并定義為該航線小飛機在總飛機數量的占比情況，當Pse為0時，表明不采用小飛機；Pse為1時，表明該航線應該全部使用小飛機；Pse為0.5時，表明飛機大小應該在原基礎上采取改變；Pse小于0.5時，該航線應該采用中型飛機；Pse高于0.5應該采取小型飛機。小型飛機的數量即該航線所有低于100座的各型號飛機的總和。

第一階段模型將所選航線的旅客需求和起止機場的距離作為輸入變量，并運用matlab建立模糊系統來幫助航空公司機隊規劃管理者決定購買小型或者中型飛機。基于前人研究，決定使用梯形模糊集，模糊集小（SYD）、中（MYD）、大（LYD）與航線平均需求量相關，模糊集短（SD）、中短（MSD）、中（MD）與航距相關，模糊系統基于歷史機隊調度數據對飛機進行選擇。

新開航線的旅客需求具有很大的不確定性，所以傳統航空公司開始階段使用小飛機，小航程的也需要小飛機。一些短跑道機場和低旅客需求的航線也運用小飛機，長航線需要中型飛機，如圖所示：

為了明確邊界范圍，引入Pse的邊界值，當Pse小于0.05或者大于0.95時，分別使用中型和小型飛機。航線的運力不會通過模糊邏輯系統來確定，但是采用中型和大型飛機會被確定。選擇小飛機的指標為Ps（0，1），選擇中型飛機的指數為Pm（0，1），相加之和為1。

當Ps數值為1時，航空公司優先選擇小型飛機；當Ps數值為0時，航空公司采用中型飛機，航空公司運力選擇標準運用三角模糊集分為五個等級，很小（VS）、小（S）、中（M）、高（H）、很高（VH）。優先選擇指標的估計值基于航空公司航線網咯數據分析。航線運力選擇有以下九個原則：

1.需求小、航程短的選擇很高；

2.需求小、航程中短選擇高；

3.需求小、中航程選擇很小；

4.需求一般、航程短選擇很高；

5.需求一般、航程中短選擇小；

6.需求一般、中航程選擇很小；

7.需求大、航程短選擇中；

8.需求大、航程中短選擇小；

9.需求大、中航程選擇很小。

Ps是由最大最小模糊邏輯引力模型確定，本階段完成以下工作：

（1）相同大小的飛機指派給所有航線；

（2）一部分航線用小飛機，另一部分航線用大飛機。

（二）機隊規模

第二階段運用特殊啟發算法確定航空公司運營最小值，該數值與機隊指派問題緊密相關，第一階段的輸出作為第二階段的輸入。

為了適應特殊遺傳算法，航線按照第一階段確定的不同類型飛機、旅客需求特點、距離被分為不同種類。每一個集合代表一種類型的飛機，但是不同種類的飛機都應用于不同的集合。

啟發算法需要考慮飛機機場間的日常循環，包括在機場開通一個與之前航班競爭的新航班，每個機場飛機的需求數量，小型飛機和大型飛機數量需要分別確定，步驟如下：

1.對一周的航班進行列舉，從一周第一天的最早航班開始到這周最后一天最晚的航班結束；

2.指定第一個航班為aircraft#1；

3.根據列表的數據，選擇可用機型飛機，飛機計劃表中飛機開始時間在飛機結束時間之前，如果沒有可用飛機，則需要引進新的飛機。

4.如果不止一個飛機適合該航班，那么選擇最早能夠最早投入使用的飛機，如果飛機引入時間相同，那么隨機選擇一個飛機。

5.如果沒有航班需要飛機，查找是否有飛機每天往返程一次，如果結果是“否”，結束算法。飛機的需求數量即新飛機的引入數量。如果仍有航班需要飛機，返回第三步，如果有飛機一天往返一班飛機，繼續第6步；

6.調整航班時刻表確保每個飛機每天一班以上的往返航班，調整項目主要包括改變飛機離開時刻和航班日期來減少飛機需求數量和日航班操作量。航班時刻表結束以后，結束算法。飛機的需求數量是適合飛機航班時刻表的最少需求數量。

對于長期規劃來說，如果航班時刻表不確定，那么基于以下假設運用模型對旅客年增長量進行預測：

1.Desi、Demi分別作為小飛機、中型飛機第一年在航線上的周旅客需求預測；λe為旅客負荷因素；BHav平均日航班小時預測；

2.小飛機客座數Caps=75；中型飛機容量Capm=150；

由于旅客需求量變化，航線會改變機型組合，因此基于不同旅客需求的模糊邏輯系統敏感分析將會分析不同飛機規模的變化。如果需求變化參數小于0.5，表示需要中型飛機，否則需要小型飛機。

第二階段的結果將確定滿足航班時刻表的中、小型飛機的數量。

（三）第三階段—機型選擇

機型選擇是一個多維評價過程，本文在研究中采取了平等交換的思想，運用折中法進行計算。平等交換思想基于所有目標相等原則，選擇其中一個目標時，另一個目標可以被忽略。

該階段至少需要找到滿足市場需求的至少兩個機型，并運用平等交換方法進行計算。不同航線可能同時需要不同的大機型、小機型，這意味著航空公司不會只用一種機型，有相同特點的航線集合的數量決定了航空公司機隊中機型的數量。

機隊選擇是一個多目標決策過程，航空公司想要在合適的支付條件下以合理的價格購買飛機，飛機需要有合適的容量和技術狀況。本研究中機型選擇要滿足以下五個目標：（1）飛機客座數量，（2）新機價格，（3）每個乘客的行李數，（4）最大承重（MTOW），（5）燃油、維修、航班人員、保險以及其他等成本。

客容量是一個滿足供求的工具，新機價格是飛機購買的限制因素，因此必須考慮進去；每個乘客的行李數量是由該航線的乘客屬性決定的，基于以上研究，旅游航線的乘客有更多的行李，因此該類航線的飛機需要有更多的行李儲存空間；MOTW很重要，因為這是航空手續費用控制的重要因素；飛機客座公里與固定航線的特殊機型有關。

四、總結

綜上所述，航空公司機隊規劃分為三個階段，每一個階段都作為下一階段的前提條件，最終為航空公司確定科學的機隊引進規劃，能夠為管理者提供簡單便捷的飛機引進方案。但本文研究缺少案例分析，未能進行案例研究，希望在以后的研究中能夠豐富實證分析章節。

參考文獻

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作者簡介：宋振偉（1991-），女，漢族，山東德州人，研究生，中國民航大學管理科學與工程專業。