航空公司机队三阶段规划模型研究

【摘要】影响航空公司成功运营的一个主要因素是航空公司供需能够尽可能平衡，为了达到这个目标，航空公司需要选取合适的方法进行机队规划。本文旨在研究一种应用于中短途航程的机队规划模型来解决机队规模、组成的问题，包括机队规模、组成、机型选择。

【关键词】机队规划 机型选择 机队规模

一、引言

航空公司的主要目标是实现目前市场环境下容量与需求的平衡，这将直接影响航空公司的利润和成本。为了通过长期规划达到节约费用的目的，采取科学的机队规划模型尤为必要。一般而言，在航线和市场环境等条件下，考虑需求、飞机经济学、飞机性能、型号等不同因素是很有必要的，因此机队规划对于航空公司相当复杂。

二、航空公司机队规划研究现状

Givoni and Reitveld（2009）发现航线距离、需求和竞争水平在很大程度上影响了飞机大小的选择，而机场因素如跑到数量、是否为枢纽不会影响飞机选择。

Pai（2010）对影响航空公司的航班频率和飞机大小的因素进行研究，通过对美国航空的研究，考虑了市场人口统计、机场、航空公司、航线特点，并通过回归模型进行分析。

Ozdemir et al.（2011）运用ANP为土耳其行空选择中航距、窄体机。他们考虑到成本因素包括购买、操作、维修和救援成本，时间因素包括交付时间和有用时间，物理属性和规模、安全性、可靠性、服务质量等其他因素。

肖帆（2012）认分析了机队规划的基本理论及机队规划决策的主要方法，分别从机队规划决策方法、航线机型选择优化、机队更新决策程序等几个方面介绍了机队规划工作的特点，建立了机队规划方法的数学模型。最后介绍了飞机更新计划的组成，并引用事例对其具体实施过程进行了分析。

杨延景、熊子晨（2012）认为金融危机背景下，航空公司提高经济效益更为困难也更加重要，并针对国内外航空公司机队规划的研究进行了分析和总结。

综上所述，很多研究者和机构从不同方面对机队规划进行了研究，但是大部分是基于航班频率与飞机大小的关系。也有一些研究机队规模和机队组成的学者。因此本文在前人研究基础上提出三阶段航空公司机队规划模型。

三、机队规划模型

机队的三阶段规划模型第一阶段考虑到航线网络基于飞机大小选择机队组成，根据航线市场的需求和航线距离来选择适合该航线的小型或者中型飞机；第二阶段在第一阶段的基础上确定飞机数量；第三阶段根据市场要求确定飞机型号，通过以上三个阶段的研究来确定机队的组成，如图1：

（一）第一阶段—飞机大小确定

航空公司航班规划、航线网络规划、机队规划都需要基于不确定性环境因素的航空运输需求预测。在本文研究中，为了确定近似机队组成，假设飞机只有两类—小型和中型，分别用于短途和中途航线，。基于前人研究，旅客需求、机场的距离和枢纽机场类型更适合于飞机机型的选择，因此，旅客需求和起止机场距离作为决定机队组成的主要因素。

航空公司具有对于某条航线飞机的选择权，机队规划模型的第一阶段，首先建立了基于某航段机队历史数据的小飞机运营指标（Pse），并定义为该航线小飞机在总飞机数量的占比情况，当Pse为0时，表明不采用小飞机；Pse为1时，表明该航线应该全部使用小飞机；Pse为0.5时，表明飞机大小应该在原基础上采取改变；Pse小于0.5时，该航线应该采用中型飞机；Pse高于0.5应该采取小型飞机。小型飞机的数量即该航线所有低于100座的各型号飞机的总和。

第一阶段模型将所选航线的旅客需求和起止机场的距离作为输入变量，并运用matlab建立模糊系统来帮助航空公司机队规划管理者决定购买小型或者中型飞机。基于前人研究，决定使用梯形模糊集，模糊集小（SYD）、中（MYD）、大（LYD）与航线平均需求量相关，模糊集短（SD）、中短（MSD）、中（MD）与航距相关，模糊系统基于历史机队调度数据对飞机进行选择。

新开航线的旅客需求具有很大的不确定性，所以传统航空公司开始阶段使用小飞机，小航程的也需要小飞机。一些短跑道机场和低旅客需求的航线也运用小飞机，长航线需要中型飞机，如图所示：

为了明确边界范围，引入Pse的边界值，当Pse小于0.05或者大于0.95时，分别使用中型和小型飞机。航线的运力不会通过模糊逻辑系统来确定，但是采用中型和大型飞机会被确定。选择小飞机的指标为Ps（0，1），选择中型飞机的指数为Pm（0，1），相加之和为1。

当Ps数值为1时，航空公司优先选择小型飞机；当Ps数值为0时，航空公司采用中型飞机，航空公司运力选择标准运用三角模糊集分为五个等级，很小（VS）、小（S）、中（M）、高（H）、很高（VH）。优先选择指标的估计值基于航空公司航线网咯数据分析。航线运力选择有以下九个原则：

1.需求小、航程短的选择很高；

2.需求小、航程中短选择高；

3.需求小、中航程选择很小；

4.需求一般、航程短选择很高；

5.需求一般、航程中短选择小；

6.需求一般、中航程选择很小；

7.需求大、航程短选择中；

8.需求大、航程中短选择小；

9.需求大、中航程选择很小。

Ps是由最大最小模糊逻辑引力模型确定，本阶段完成以下工作：

（1）相同大小的飞机指派给所有航线；

（2）一部分航线用小飞机，另一部分航线用大飞机。

（二）机队规模

第二阶段运用特殊启发算法确定航空公司运营最小值，该数值与机队指派问题紧密相关，第一阶段的输出作为第二阶段的输入。

为了适应特殊遗传算法，航线按照第一阶段确定的不同类型飞机、旅客需求特点、距离被分为不同种类。每一个集合代表一种类型的飞机，但是不同种类的飞机都应用于不同的集合。

启发算法需要考虑飞机机场间的日常循环，包括在机场开通一个与之前航班竞争的新航班，每个机场飞机的需求数量，小型飞机和大型飞机数量需要分别确定，步骤如下：

1.对一周的航班进行列举，从一周第一天的最早航班开始到这周最后一天最晚的航班结束；

2.指定第一个航班为aircraft#1；

3.根据列表的数据，选择可用机型飞机，飞机计划表中飞机开始时间在飞机结束时间之前，如果没有可用飞机，则需要引进新的飞机。

4.如果不止一个飞机适合该航班，那么选择最早能够最早投入使用的飞机，如果飞机引入时间相同，那么随机选择一个飞机。

5.如果没有航班需要飞机，查找是否有飞机每天往返程一次，如果结果是“否”，结束算法。飞机的需求数量即新飞机的引入数量。如果仍有航班需要飞机，返回第三步，如果有飞机一天往返一班飞机，继续第6步；

6.调整航班时刻表确保每个飞机每天一班以上的往返航班，调整项目主要包括改变飞机离开时刻和航班日期来减少飞机需求数量和日航班操作量。航班时刻表结束以后，结束算法。飞机的需求数量是适合飞机航班时刻表的最少需求数量。

对于长期规划来说，如果航班时刻表不确定，那么基于以下假设运用模型对旅客年增长量进行预测：

1.Desi、Demi分别作为小飞机、中型飞机第一年在航线上的周旅客需求预测；λe为旅客负荷因素；BHav平均日航班小时预测；

2.小飞机客座数Caps=75；中型飞机容量Capm=150；

由于旅客需求量变化，航线会改变机型组合，因此基于不同旅客需求的模糊逻辑系统敏感分析将会分析不同飞机规模的变化。如果需求变化参数小于0.5，表示需要中型飞机，否则需要小型飞机。

第二阶段的结果将确定满足航班时刻表的中、小型飞机的数量。

（三）第三阶段—机型选择

机型选择是一个多维评价过程，本文在研究中采取了平等交换的思想，运用折中法进行计算。平等交换思想基于所有目标相等原则，选择其中一个目标时，另一个目标可以被忽略。

该阶段至少需要找到满足市场需求的至少两个机型，并运用平等交换方法进行计算。不同航线可能同时需要不同的大机型、小机型，这意味着航空公司不会只用一种机型，有相同特点的航线集合的数量决定了航空公司机队中机型的数量。

机队选择是一个多目标决策过程，航空公司想要在合适的支付条件下以合理的价格购买飞机，飞机需要有合适的容量和技术状况。本研究中机型选择要满足以下五个目标：（1）飞机客座数量，（2）新机价格，（3）每个乘客的行李数，（4）最大承重（MTOW），（5）燃油、维修、航班人员、保险以及其他等成本。

客容量是一个满足供求的工具，新机价格是飞机购买的限制因素，因此必须考虑进去；每个乘客的行李数量是由该航线的乘客属性决定的，基于以上研究，旅游航线的乘客有更多的行李，因此该类航线的飞机需要有更多的行李储存空间；MOTW很重要，因为这是航空手续费用控制的重要因素；飞机客座公里与固定航线的特殊机型有关。

四、总结

综上所述，航空公司机队规划分为三个阶段，每一个阶段都作为下一阶段的前提条件，最终为航空公司确定科学的机队引进规划，能够为管理者提供简单便捷的飞机引进方案。但本文研究缺少案例分析，未能进行案例研究，希望在以后的研究中能够丰富实证分析章节。

参考文献

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[2]孙宏，张培文，汪瑜.基于航线网络运力优化分配的机队规划方法[J].西南交通大学学报，2010，45（1）：111-115.

[3]汪瑜，孙宏.基于航班机型分配的机队规划启发式算法[J].系统工程理论与实践，2011，31（2）：371-378.

[4]石丽娜.机队规划与成本控制[D].南京航空航天大学， 2002.

[5]周灵基.航空公司机队规划的属性——适应性、灵活性、连续性[J].空运商务，2009（1）：14-18.

作者简介：宋振伟（1991-），女，汉族，山东德州人，研究生，中国民航大学管理科学与工程专业。