航空公司飛機(jī)航線調(diào)配問題研究

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧沈陽 110136）

0.引言

民航業(yè)高速發(fā)展的時(shí)代，機(jī)隊(duì)調(diào)度統(tǒng)一化，飛機(jī)資源配置合理化的重要性已被各大航空公司所認(rèn)可。本文以國內(nèi)航班調(diào)配應(yīng)以如何在產(chǎn)量飽和的民航產(chǎn)業(yè)氛圍下提高收益或降低運(yùn)行總成本作為制定飛機(jī)調(diào)配方案的主要研究方向。

1.基本概念及影響因素

1.1 飛機(jī)航線調(diào)配的基本概念及內(nèi)容

飛機(jī)航線調(diào)配通常又被稱為飛機(jī)排班，其本質(zhì)是給所有飛行任務(wù)分配具體某架飛機(jī)。在實(shí)際的生產(chǎn)工作當(dāng)中，飛機(jī)航線調(diào)配的主要內(nèi)容為根據(jù)法規(guī)及相關(guān)影響因素粗略給出整套飛機(jī)排班計(jì)劃[1]；再考慮機(jī)組執(zhí)勤期、飛機(jī)突發(fā)故障所需維修裕度以及各站點(diǎn)飛機(jī)應(yīng)急調(diào)換所需對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，并將時(shí)刻等數(shù)據(jù)提供給市場部等部門；對(duì)新開航線時(shí)刻提供建議使得整體飛行計(jì)劃有條不紊可以應(yīng)對(duì)大部分突發(fā)情況。

1.2 飛機(jī)航線調(diào)配的影響因素

1.2.1 日利用率

在將航班日利用率最大化的同時(shí)需要考慮在機(jī)組超過最大執(zhí)勤期之前或臨近最大執(zhí)勤期時(shí)?？吭诰哂泄痉只鼗蛘呔邆鋼Q組能力的機(jī)場，使飛機(jī)能夠不受飛行人員影響繼續(xù)執(zhí)行航班任務(wù)，或者在無法調(diào)換人員時(shí)選擇取消后續(xù)航班或在飛行開始前攜帶另一套機(jī)組執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，從而有效地將最優(yōu)時(shí)間完全利用。

1.2.2 維修規(guī)則

根據(jù)民航總局規(guī)則，在每個(gè)三日周期內(nèi)飛機(jī)必須在具備該機(jī)型維修能力的基地內(nèi)進(jìn)行一次過夜檢修即“三日規(guī)則”，在飛機(jī)航線調(diào)配的過程中不僅要考慮如何提升公司飛機(jī)日利用率，也要在保證所制定的航班計(jì)劃中所有飛機(jī)在不同的時(shí)間內(nèi)，能夠在基地內(nèi)過夜維修使維修任務(wù)分配均衡化，以便當(dāng)臨時(shí)突發(fā)的緊急情況出現(xiàn)時(shí)，可以有充足人員進(jìn)行臨時(shí)維修任務(wù)并且不影響正常計(jì)劃。

1.2.3 成本利益均衡化

飛機(jī)航線調(diào)配制定的主要意義是為提高航空公司效益使公司降低負(fù)債率并具備靈活調(diào)配裕度，目前使用方法有成本最小化和收益最大化，無論采用何種條件，保證在維修要求滿足成本利益均衡化，才能夠使飛機(jī)航線調(diào)配計(jì)劃成為具備實(shí)際意義的計(jì)劃方法。

2.模型構(gòu)建及結(jié)果分析

2.1 模型構(gòu)建思路

本文以提高航空公司效益作為目標(biāo)，利用集合劃分方程思想對(duì)每架飛機(jī)每日?qǐng)?zhí)飛航線進(jìn)行優(yōu)化選擇，先利用算法求出滿足條件的所有可行飛機(jī)航線調(diào)配方案[2]，繼而根據(jù)所得可行飛機(jī)航線調(diào)配方案設(shè)計(jì)集合劃分矩陣，矩陣中所有調(diào)配方案用行來表示，需執(zhí)行所有航班用列來表示，最后從其中選擇出滿足維護(hù)需求、周轉(zhuǎn)時(shí)間等要素的最優(yōu)航班調(diào)配方案?；诩蟿澐炙枷胩岢鰯?shù)學(xué)模型，使用遺傳算法[3]思想，進(jìn)行航班串生成設(shè)計(jì)，對(duì)所生成的所有航班調(diào)配方案考量飛機(jī)使用均衡條件與利益最大化，求得以下數(shù)學(xué)模型。

集合：F=可行調(diào)配方案集合；R=可行航班串集合；

下標(biāo)變量：i=需執(zhí)行航班的下角標(biāo)，i∈F；j=可行航班串的下角標(biāo)，j∈R；

所需參數(shù)變量：C=該調(diào)配方案總運(yùn)行成本；Q=該調(diào)配方案總收益；Qj=航班串j的總收益；Cj=航班串j的總運(yùn)行成本；N=機(jī)隊(duì)可用飛機(jī)數(shù)量；λ1=總效益所占權(quán)重；λ2=時(shí)間均衡度所占權(quán)重；K=當(dāng)日所有任務(wù)航班總飛行時(shí)間；Tj=可行航班串j的飛行時(shí)間。

本文所設(shè)計(jì)航班串主要為驗(yàn)證航線調(diào)配模型[4]是否起到預(yù)期效益優(yōu)化作用，所以僅以一日作為周期設(shè)計(jì)所有可行航班調(diào)配方案，在設(shè)計(jì)時(shí)僅需考慮針對(duì)航班調(diào)配周轉(zhuǎn)要求。在進(jìn)行航班串生成時(shí)利用手工編排的方法效率較低并且難免出現(xiàn)因人力限制無法得出大量航班下的所有可行航班或遺落部分可行航班串的情況出現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)編程可以高效的找出覆蓋所有航班又滿足周轉(zhuǎn)等要求的可行航班串。

利用JAVA語言進(jìn)行可行航班調(diào)配方案的生成，在編寫代碼時(shí)，采用集合劃分思想，確保每日所有航班調(diào)配方案的所有可行航班串中只出現(xiàn)所有航班一次，被選中的航班無法在該調(diào)配方案中再次被選中。

2.2 仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證

利用DZ航空9架飛機(jī)34架航班作為基礎(chǔ)，利用生成程序共生成34個(gè)航班調(diào)配[5]方案合計(jì)366個(gè)可行航班串，求得9架飛機(jī)下最優(yōu)調(diào)配方案（見表1）。

表1 九架飛機(jī)下最優(yōu)調(diào)配方案

通過JAVA語言編寫的簡易航班串生成軟件解決了航班調(diào)配問題中的規(guī)劃問題，所提出的均衡收益指數(shù)為可行航班調(diào)配方案優(yōu)化選擇提供了優(yōu)化選擇思想[6]。根據(jù)該公司九架飛機(jī)所執(zhí)行的34班航班進(jìn)行實(shí)際調(diào)配可發(fā)現(xiàn)在所有可行調(diào)配方案中9架飛機(jī)的最優(yōu)調(diào)配方案擬合度為87.98%，屬較高擬合范圍內(nèi)但該方案中存在運(yùn)力剩余，后采用8架飛機(jī)進(jìn)行調(diào)配經(jīng)計(jì)算得出，8架飛機(jī)執(zhí)行時(shí)最優(yōu)方案擬合度為90.32%高于實(shí)際機(jī)隊(duì)情況下最優(yōu)方案，故可采用8架飛機(jī)執(zhí)行。而該基地?fù)碛械牡?架飛機(jī)可進(jìn)行其他訓(xùn)練任務(wù)或開辟新航線擴(kuò)大每日航班班次增加收益，得出該模型具有實(shí)際可行性結(jié)論。

3.結(jié)語

通過航線合理調(diào)配，增加公司運(yùn)行收益，提高飛機(jī)日利用率。首先分析影響航空公司航線調(diào)配的影響因素，然后根據(jù)影響因素的限制，建立了航線均衡收益指數(shù)下飛機(jī)航線調(diào)配模型，加入航空公司實(shí)際數(shù)據(jù)，最后對(duì)實(shí)際均衡收益指數(shù)與理想收益指數(shù)進(jìn)行分析，從所有可行航班調(diào)配方案中選擇擬最優(yōu)解，證明該模型可行性。