航空运输规划专题讲座PPT.ppt
航空运输需要研究吗？,南京航空航天大学民航学院朱金福,2023/2/2,2,航空运输需要规划,航空运输是否需要研究？航空运输生产及其特点什么是航空运输规划？为什么航空运输需要规划？航空运输规划什么？如何进行航空运输规划？,2023/2/2,3,一、航空运输是否需要研究？,这似乎不成问题。但时至今日，仍然还有人认为民航是应用性行业，只有操作问题，不存在学术研究的需要。其实不然，民航运输是一个很复杂的系统，要让这个系统高效运行，有许多科学问题需要解决。也有一些人不知道民航运输到底有什么问题需要研究。,2023/2/2,4,一、航空运输是否需要研究？,我今天将和大家一起探讨为什么民航运输需要学术研究和应用研究？有哪些重要科学问题和实际问题需要研究？另外，有人可能认为：国家对空管系统的研究十分重视，对运输系统的研究好像不重视。是否可认为运输系统的研究价值不大？你们怎么看这个问题？,2023/2/2,5,一、航空运输是否需要研究？,我将首先从航空运输生产的特点出发，揭示出航空运输系统面临的问题。航空运输生产的特点可以从系统内部、外部两个方面来分析。系统内部主要围绕生产资源的优化配置展开的，旨在与外部需求相匹配，用尽可能小的成本完成运输任务。外部则有自然系统和社会系统，它们直接影响运输需求的产生。如何获取更多的需求是主要目的。,2023/2/2,6,二、航空运输生产及其特点,航空运输生产的资源飞机资源机组资源航权资源（航线资源）时刻资源（容量资源）机场地面保障资源,2023/2/2,7,二、航空运输生产及其特点,航空运输生产需要高效组织这些资源，投入到运输生产中去。民航通过Planning,Scheduling,Operation三个阶段来组织和运用生产资源，完成运输生产任务。这三个阶段也可分别看作是战略阶段、战术阶段和操作阶段。,2023/2/2,8,二、航空运输生产及其特点,航空器运行的特点：固定成本大，边际成本小机型越大，座公里成本越小速度快，适合于长航程运输机型多，干支线结合，可以飞到边远地方不受地形限制，适合于地形复杂地区的运输飞行的航路不占用土地拥有成本大，提高利用率意味着降低成本机队结构对运行成本影响大运行受天气影响大,2023/2/2,9,二、航空运输生产及其特点,根据以上航空器特点，应该如何优化配置航空器资源？从Planning，Scheduling，Operation 三个层次分析在优化配置航空器资源方面存在什么科学问题和实际问题？,2023/2/2,10,二、航空运输生产及其特点,机组的特点机型执照限制航线资质限制机组搭配限制飞行时间限制值勤时间限制第二大运行成本满意度限制、均衡性限制,2023/2/2,11,二、航空运输生产及其特点,如何根据机组的特点优化配置机组资源？如何在Planning，Scheduling，Operation 三个层次对机组资源进行优化配置？这里面存在哪些科学问题？哪些实际问题？,2023/2/2,12,二、航空运输生产及其特点,航线资源的特点航线航权的获得意味着市场准入，是市场资源飞行剖面各阶段飞行成本占比不同航程越长，座公里成本越小航线网络结构、平均航程和航程标准差影响运行成本航线网络的结构影响航班计划的制定和运行与机型应当相互匹配，可以降低运行成本航线之间可以相互支撑和相互影响,2023/2/2,13,二、航空运输生产及其特点,根据上述航线资源特点的讨论，应当如何优化配置航线资源？如何在Planning，Scheduling，Operation 三阶段对航线资源进行优化配置？存在什么科学问题和实际问题？,2023/2/2,14,二、航空运输生产及其特点,时刻资源的特点政府对时刻资源的管理时刻资源受天气等外部因素影响严重时刻资源的利益性和公共产品的双重特性时刻资源的价值不同时刻资源的独占性和外部性时刻资源的空间关联性时刻资源可交换吗？,2023/2/2,15,二、航空运输生产及其特点,根据以上时刻资源的特点，如何优化配置时刻资源？如何在Planning，Scheduling，Operation 三阶段对时刻资源进行优化配置，其中有什么科学问题和实际问题需要研究？,2023/2/2,16,二、航空运输生产及其特点,地面保障资源的特点作业任务量和时间随机作业地点不固定各保障作业之间存在串行、并行和混合关系，因此作业时间可能相互影响作业能力受多种因素影响空行路程影响作业效率各设备作业存在相互干涉，并对安全关系重大,2023/2/2,17,二、航空运输生产及其特点,根据以上地面保障资源的特点，如何优化配置地面保障资源？如何在Planning，Scheduling，Operation 三阶段对地面保障资源进行优化配置，其中有什么科学问题和实际问题需要研究？,2023/2/2,18,二、航空运输生产的特点,服务范围大网络结构影响系统运行效率运力相对固定需求波动大产品不能存储产品生产过程即消费过程市场可细分安全快捷舒适，但辅助时间较长受天气影响较大,2023/2/2,19,三、什么是航空运输规划,航空运输规划为正常有效执行航班运输任务做出的一列的决策，这种决策需要针对某些目标进行优化。关于规划的意义通常的规划有战略、战术和操作层次，分别对应于Planning，Scheduling和OPeration。,2023/2/2,20,学术上规划是指数学规划和优化(Program,Optimization)这里的规划是指应用Programming或 optimization的方法解决航空运输从战略层次到操作层次的规划问题(Planning,Scheduling,Operation)，所以这里的规划包含有航空运输的Planning,Scheduling,Operation 中 采用到 Programming方法的任何决策问题。,2023/2/2,21,四、为什么航空运输需要规划？,航空运输资源需要优化配置，才能最大限度地发挥资源的效益。航空运输从Planning到Operation存在许多决策问题，这些决策问题存在多种方案，各种方案相对于不同的目标优劣程度不同。由于航空运输系统十分复杂，这些决策问题拍脑袋或靠手工难以获得解决方案。,2023/2/2,22,五、航空运输规划什么？,航空运输规划至少包括如下内容市场计划和机队规划航线规划航班计划飞机排班/飞机维修计划机组排班/地服人员排班收益管理运行控制地面保障设备调度停机位指派,2023/2/2,23,航空运输规划流程图,市场规划,机队规划,航线规划,航班计划,飞机排班,机组排班,收益管理,运行控制,地面保障设备调度,停机位指派,航班正常运行,战略层次,战术层次,操作层次,2023/2/2,24,航空运输规划的层次,战略层次规划市场计划、机队规划、航线规划战术层次的规划航班计划、飞机排班、机组排班操作层次的规划收益管理、运行控制机场操作规划地面保障设备调度、停机位指派等它们协同工作，共同完成航空运输生产任务。,2023/2/2,25,航空公司的核心技术是什么？,在同一质量标准要求下，在同样运行规范管理下，使用了同样的先进飞机，各航空公司的产品趋于同质化。那么航空公司的核心技术是什么呢？核心技术：自有规划技术和掌握这些规划技术的人才。国际上先进航空公司建有技术部门OR Group，他们是航空公司核心技术的研发者。在INFORMS中成立了由各航空公司的OR Group为会员的航空公司专业委员会：AGIFORS。AGIFORS每年开一次年会，并分有六个研究小组，研究小组每年也召开一次研讨会。交流学术问题和实际问题。,2023/2/2,26,六、航空运输规划什么？,我们来看看一些典型的规划问题。首先看看航线网络规划问题。航线网络规划有以下问题选择OD流（服务市场）选择基地（枢纽）机场（定位问题）选择OD流路经选择OD流，决定了市场和公司的收益,2023/2/2,27,六、航空运输规划什么？,基地机场的位置和运输路经决定了运输成本。所以航线网络规划结果决定了航空公司的经营成效。在学术上，航线网络规划是市场选择问题、定位（中位）问题和路径问题的综合问题。,2023/2/2,28,六、航空运输规划什么？,机队规划问题包括飞机选型和机舱设计机队规模和结构优化飞机更新规划飞机部署规划飞机选型解决用什么飞机的问题，应当结合运输商务模式和航线网络结构进行分析机舱设计决定座位布置和附加设施,2023/2/2,29,六、航空运输规划什么？,机队规模和结构优化决定什么机型的飞机引进多少架。飞机更新计划决定每年的引退计划，即什么机型各年新引进飞机多少架，哪些飞机需要退役。飞机部署计划决定各基地部署什么机型的飞机多少架。这些问题可以抽象为生产存储计划和设备更新问题。,2023/2/2,30,六、航空运输规划什么？,在战术层次上。航班计划是最重要的规划内容，是Scheduling的核心。包括航班频率航班时刻机型指派飞机路线航班频率根据需求确定用什么机型飞多少个航班。,2023/2/2,31,六、航空运输规划什么？,航班时刻根据需求分布和旅客计划延误时间最短确定最佳班期和时刻。机型指派是在确定航班时刻表后为每个航班指定一种机型。飞机路线是为每种机型执行的航班构造合适的航班串，并满足飞机A检的要求。航班计划正在向综合优化方向发展。,2023/2/2,32,六、航空运输规划什么？,另一个战术层次的规划是飞机维修计划，主要指飞机的停场检修计划，C检。停场检修影响了飞机可获得性，降低飞机的年利用率，在制定航班计划时，必须考虑飞机的可获得性。制定飞机维修计划应当在遵守飞机维修大纲的条件下，尽量减少飞机停场时间，减少对航班计划的影响。安排在需求波谷期较好。,2023/2/2,33,六、航空运输规划什么？,机组资源需要如下规划机组人力资源发展规划机组组环问题机组排班问题机组培训、训练计划机组人力资源发展规划根据机队规划和公司发展规划确定机组规模和结构的发展计划和具体实施方案。,2023/2/2,34,六、航空运输规划什么？,机组组环则是机组排班的基础工作，是技术性最强的工作，直接关系到机组资源的使用效率。机组排班为每位机组人员安排飞行作业任务，在机组组环完成后进行，需要考虑机组满意度、任务均衡性、机组搭配规则等一系列的影响因素。机组培训和训练计划根据机组人力资源发展规划和相关法规安排机组培训和训练任务，落实机组资质提升计划。机组排班和机组培训、训练计划是战术规划。,2023/2/2,35,六、航空运输规划什么？,收益管理是一种销售计划，包括需求预测定价管理舱位控制超售管理团队控制需求预测是收益管理的基础和依据定价管理是收益管理的手段之一，通过票价控制，使航班收益最大化。,2023/2/2,36,六、航空运输规划什么？,舱位控制是收益管理的核心内容，通过对座位存量的控制实现航班收益最大化。超售管理的出现在收益管理概念之前，早了20年，旨在减少空座损失，提高航班收益。团队控制是针对团队旅客的特点，通过对团队订座的安排（接受与否、运输路线）增加航班收益。,2023/2/2,37,六、航空运输规划什么？,收益管理实际包括：预测、计划、控制三项责任。舱位控制既有计划内容又有控制策略。包括静态控制和动态控制，有单航段的问题和网络控制问题。超售既有计划又有管理问题，计划是确定哪个航班超售多少，管理是对DB发生后的处理规则和流程。,2023/2/2,38,六、航空运输规划什么？,运行控制是操作层次的规划，包括飞行计划优化不正常航班恢复优化飞行计划主要根据飞机性能优化飞行剖面，减少燃油消耗根据飞机性能优化签派放行，增加业载。不正常航班恢复问题航班时刻恢复,2023/2/2,39,六、航空运输规划什么？,不正常航班恢复问题航班时刻恢复飞机路线恢复机组路线恢复旅客路线恢复航班时刻通常与飞机路线一体化恢复研究前沿包括飞机路线和机组路线一体化恢复，甚至三种路线一体化恢复。,2023/2/2,40,六、航空运输规划什么？,不正常航班恢复问题的解决的难度在于延误时间是未知的，延误成本是延误时间的函数，因此，目标函数非线性。涉及的因素多而复杂，问题规模很大，而计算时间要求很短。是混杂规划问题，算法设计困难。一体化恢复问题的规模更大，但分阶段恢复往往不能得到全局最优解，甚至上一阶段的最优解带来下一阶段问题的不可行。,2023/2/2,41,六、航空运输规划什么？,地面保障设备调度是航班正常和安全运行的重要职责，在繁忙机场尤为重要。地面保障设备包括行李运送设备、货物运送设备、旅客运送系统和设备、飞机地面保障设备等。这些设备需要进行流动性服务，如何安排好这些设备的作业任务对于枢纽机场运作更为重要。可抽象为车间作业问题。,2023/2/2,42,六、航空运输规划什么？,停机位指派问题分为预指派和实时指派，也叫做静态指派和动态指派。预指派是第一天为第二天的航班安排停机位的计划。实时指派是在执行预指派计划时由于偶发事件的干扰发生偏离时，为航班重新安排的停机位停靠计划。实时指派要求尽可能少地干扰其他航班，并在尽可能短的时间内恢复到预指派计划。类似于不正常航班恢复计划。,2023/2/2,43,六、航空运输规划什么？,停机位指派问题是扩展的指派问题，比经典的指派问题复杂得多。比如要考虑不同航线不同机型不同航空公司（联盟）使用不同的跑道旅客和地服人员的行走距离某些机位临时不可用,2023/2/2,44,七、如何做航空运输规划？,应用系统优化方法应用情景分析、随机分析和鲁棒优化技术应用人工智能技术寻找有效的预测方法和决策技术使用计算机管理系统培养有关人才，建立研发队伍,2023/2/2,45,常用的优化系统,使用通常计算机系统，包括ILog/CPlexPOEMLindo/LingoMatlabExcel使用民航专用管理信息系统。,2023/2/2,46,第二次管理革命,如果说上世纪初，泰勒的科学管理方法引发了美国第一次管理革命的话。则上世纪70年代开始的OR运动则应该可认为是第二次管理革命，而且这次革命的影响更深远，持续的时间更长，它是伴随着计算机技术的发展而不断推进的，至今仍没有停止。管理的精细化、管理的柔性（敏捷）化，决策的科学性、计划的鲁棒性，供应链设计、价值链构建、事故链分析，都建立在OR运动的基础上。,2023/2/2,47,讲座结束。欢迎提问题！,
