基于Arena仿真软件的航空旅客登机安排与优化策略研究

葛晨冉 王 亮

（铜陵学院 ，安徽 铜陵 244000）

一、问题的提出

在高铁的冲击下，我国航空业在快速发展的同时也面临着严峻挑战，如何利用现有的航空管理资源在不降低旅客乘机体验的前提下来减少运营成本是每家航空公司都必须积极探讨的一个问题。航空公司降低成本的一个重要的环节就是减少客机的周转时间，而客机周转时间中最重要的组成部分也是最有优化空间的部分就是旅客的登机时间，因此，如何降低旅客的登机时间便是航空公司首要解决的问题。我们不难发现，通过优化旅客登机时间来降低航空公司运营成本的同时，也提高了机场的运作效率，更加提高了旅客乘机的满意度，是一个多赢的优化方案[1]。本文利用Arena这一软件向大家直观展示了旅客登机时间与登机方式间的关系，最终目标是利用Arena软件分别在单门和双门的情况下生成四种登机策略的模型，并将其登机时间进行比较，帮助航空公司找出最有效的登机方式。

本文首先介绍了Arena软件的功能和应用，然后说明了本实验建立的依据和假设条件，选择当下较为普遍运用的737-700机型和具有创新意义的双门登机方式是本实验的重点；接下来，本文给出了登机实验的流程图，帮助大家直观了解实验的整个过程；本文也花一定篇幅详细介绍了四种登机策略，最后得出实验结果，列表记录不同登机方式下所耗费的时间。

二、背景概述

（一）Arena软件介绍

Arena是一款由系统建模公司开发的计算机模拟软件，可以模拟离散连续混合系统，具有可视化交互功能，用户可以根据事先制定好的流程图设定参数，建立仿真模型，每建立起一个完整的模型都可以进行动画演示，并输出结果数据。Arena软件具有建模层次感强，模板和库资源丰富等优点，并且能够做到与Microsoft Office无缝整合，进行数据交换，因此广泛运用于制造业、物流及供应链、服务、医疗、军事等领域。在模型建成之后，我们可以生成视频文件保存到本地，在进行演讲展示时无需打开软件便可进行展示，从而带来极大的便利性。

（二）模型建立的条件

1.关于登机方式的选择；我们所熟知的也是现在普遍运用的登机方式是旅客排队从飞机的前部机门有序登机，这也是导致登机时间过长的原因，机舱过道狭窄，座位较为密集，加上旅客放置行李需要耗费大量时间，从而大大降低了旅客登机的效率。为此，本篇文章重点研究双门登机方式，即让旅客同时从两个门进行登机，并且将利用Arena软件测算出的登机耗时与单门登机情况下进行对比，从而让航空公司在安排值机任务时做到有据可依。

2.关于飞机机型的选择；为了便于实验的顺利进行和模型的建立，我们选择了AirTran 737-700作为我们的飞机模型。这个机型有137个座位，其中12个是商务舱的。由于我们的项目是针对双门登机策略设计的，所以我们将137个座位分为两部分进行研究，第一部分是前10排，有54个座位，第二部分是第11排到第24排的83个座位。所以，坐在第一部分的乘客从前门登机，坐在第二部分的乘客从后门登机。我们知道虽然飞机有三个门，分别位于前部、中部和后部，但是位于中部的门是紧急门，所以对于双门登机的研究，我们选择了前部和后部两个门。

（三）旅客登机过程的影响因素

缩短登机时间，可以有效提高航空公司旅客登机效率，了解登机过程中的影响因素，并对这些影响因素进行深入分析，能够有望花更短的时间来完成旅客登机过程。分析旅客登机过程的影响因素，要从完整的登机过程入手，细分登机区域，有针对性地进行优化。旅客在进入机舱坐上自己的座位之前，经过的主要区域有登机口、廊桥、登机舱门和机舱[2]。

首先，旅客听到登机通知后会集聚登机口，虽说人们一般会按照次序排成纵列，但对于人数较多的情况，旅客往往容易处于混乱状态，从而造成登机区域的拥堵。另外，登机口的放行速度要与廊桥中的放行速度相协调，势必也会延长旅客在登机口的等待时间[3]。其次，旅客从登机口至登机舱门之间的耗时主要受到廊桥长度、登机舱门的开放数量以及登机口的放行速度的影响。最后，旅客从登机口至自己的座位上也是一段耗时较多的过程，因此导致旅客进入机舱的顺序成为影响登机时间的最大因素。旅客进入机舱后，由于前面的乘客摆放行李，经常会被堵于机舱过道中。若坐在靠窗的旅客先于坐在过道的旅客坐下，则起身让座的过程也会耽误一段时间，甚至也会造成后面旅客的拥堵。

总结来说，航空公司旅客登机过程的影响因素如表1所示。

三、基于Arena软件的模型建立

（一）基本假设

在我们的日常生活中，航空公司对于旅客登机过程并未做太多的研究和约束，加之每一次登机发生时都会出现各种特殊状况，这便导致每一次的登机过程都不尽相同。因此，我们在进行模型建立的时候，必须排除个别因素，将整个登机事件归于一个统一的流程，于是我们总结出了以下几个假设条件。

表1 航空公司旅客登机过程的影响因素

1.根据航空公司定位和机型的不同，机舱布局也会有较大的差异，在本模型的建立上，为了使实验便于操作，本文只考虑商务舱加经济舱的布局情况，且商务舱乘客始终优先登机。

2.其次，在本实验中，所有的舱位均被占满，无剩余空座，乘客均按登机牌号码入座，并且80%的乘客携带手提行李，这里方便计算，我们假设乘客将行李放置行李架的时间相同。

3.另外，假设所有乘客的行李具有相同特征，即每位乘客放置行李所需时间相同，并且每位乘客都会选择在就坐前放置行李。

4.最后，本实验忽略所有突发状况，例如有乘客登机迟到、坐到错误的位置上、和他人交换座位等。

（二）干扰参数的设定

登机过程中的干扰指的是一名乘客阻碍另一名乘客进入其座位的情况，航空公司想要缩短乘客登机时间，一个不容忽视的重要因素就是飞机内乘客之间的干扰次数[4]。我们把登机过程中的干扰分为两个方面，一个是过道干扰，另一个是同排干扰。过道干扰指的是飞机过道中由于前面乘客放置行李占用过道而阻碍后面乘客继续前进的情况，如图1所示，座位分配在A5的乘客2被座位分配在F3的乘客1阻挡，乘客1正在将手提行李放置到行李架上。同排干扰指的是座位远离窗户的乘客若先于座位靠窗的乘客坐下，那么等座位靠窗乘客过来时，他必须有一个起身让座的动作，如图2所示，乘客2必须等待乘客1起身空出座位才能到达自己的座位。

图1 过道干扰示意图

图2 同排干扰示意图

（三）流程图

通过上述假设条件我们已清楚地知道旅客登机的过程和具体事项，在我们的前提条件下，旅客将按事先规定的顺序统一完成登机步骤，无特殊情况发生，下列图3为登机流程图，较为直观地呈现出这一过程。

图3 旅客登机流程图

（四）四种登机策略介绍

1.从后至前

在从后至前的登机策略中，我们将经济舱划分为五个区域，在旅客登机过程中，我们让座位排在靠近飞机后部区域内的旅客先登机，依次向前递推，座位排在同一区域内的旅客无先后顺序，即先到者先登机。对于商务舱的旅客，我们仍然沿用航空公司现有规则，采用优先登机。对于航空公司和机场来说，还有一个较为关注的方面是可操作性，这一方法在实施的时候较为方便，只需在登机牌上注明group1、group2等字样，将旅客事先划分好组别，机场值机柜台的工作人员在安排旅客登机的时候按照组别顺序检票即可，当然也需提前通知旅客按机票上的组别顺序排队。从后至前的登机策略简单易懂，图4是表明组别字样的机舱布局图，能够更好地帮助我们来解读这一登机策略。

图4 从后至前登机策略示意图

2．从窗至过道

和从后至前登机策略不同，当商务舱的旅客完成登机动作后，我们让座位靠近窗户的乘客先登机，即座位靠窗的两排乘客先登机，座位排在中间位置的两排乘客次之，座位靠近过道的两排乘客最后登机，图5的座位编号图便很好地向我们展示了这一登机策略。在实际乘机过程中，我们常常会遇到此类情况，即座位靠近过道的乘客先登机找到自己的座位，等到同排靠近窗户的乘客过来后，需要起身让座，从窗至过道这一登机策略目的是减少同一排乘客之间的座位冲突。这一方法确实能减少很多等待时间，大大提高登机效率，但是在实际操作中存在一定的问题，因为它没有考虑乘客之间的关系，很多相邻座位的乘客是结伴而行，他们习惯了一起排队一起登机，但是由于座位号位于不同的列数而被迫在不同的时间里登机，这会给乘客带来不满的情绪，导致客户满意度降低。

图5 从窗至过道登机策略示意图

3.倒金字塔

我们可以认为倒金字塔策略是从后至前策略、分块策略和从窗至过道策略的组合，使飞机的机舱区域得到充分利用[5]。从后至前登机策略和从窗至过道登机策略虽然方法不同，登机效率也不同，但它们有一个共同的缺点，便是没有最大程度地利用机舱区域。我们知道飞机过道狭窄，同排或相邻排乘客之间会由于让座和摆放行李而形成相互干扰，但飞机具有一定的长度，前部区域的乘客不会影响到后部区域，能够认识到这一点，便能进一步提高登机效率。倒金字塔登机策略的登机过程是飞机后部区域的座位靠窗和中间座位的乘客先上，接着是飞机前部区域的座位靠窗和中间座位的乘客，再到后部区域的座位靠过道的乘客，最后是飞机前部区域的座位靠过道乘客。相比从后至前策略和从窗至过道策略来说，倒金字塔策略在登机效率上有所提高，但是在可操作性方面面临较高难度，实施起来较为繁琐，这也是航空公司在选择登机方式时需要考虑的重要因素。

4.无规律登机

无规律登机是当下最为普遍和最容易实施的一种登机方式，在这一登机策略中，我们不做任何安排，也不设立任何规则，完全发挥乘客的自主选择性，由此来作为实验的对照组。

（五）实验结果分析

本文通过对四种登机策略分别在单门和双门的登机方式下进行建模，得出登机时间结果表2所示：从实验结果来看，无论是单门登机还是双门登机，效率最高的还是倒金字塔登机策略，这种登机策略虽然有时间上的优势，但优势并不明显，单门登机情况下，采用倒金字塔方式登机所用时长与从窗至过道的方式所差甚微，仅仅快了24秒，而这一差距在双门登机的情况下更小。在现在普遍运用的单门登机方式下，无规律登机策略耗时反而短于从后至前策略，我们由此可以猜想，这正是目前大多数航空公司没有实施其他登机策略而仍然采用无规律登机方式的原因，航空公司需要综合评估各个方面的因素，计算综合成本。

表2 实验结果分析表

四、登机策略研究意义与展望

（一）探索合理登机策略，降低航空运营成本

航空公司的成本结构较为复杂，且高额的成本给航空公司盈利能力构成严峻挑战，各航空公司都在积极探寻有效的成本控制策略。例如我们熟悉的美西南航空公司，能在行业利润率不足5%的美国航空运输业保持多年持续盈利的局势，成为立足行业市场的神话，不得不说它是得益于其低成本运营战略。研究表明，美国2007年航空业因航班延误产生的成本高达290亿美元[6]，由于流量控制等原因造成的航班延误是航空公司无法控制的，而快速登机、减少旅客排队登机时间，能够更好保证航空准点率，因此如何减少登机时间变得意义重大。另外，除了高额的延误成本，飞机正常停放在机场也会给航空公司带来一笔叫作靠桥费的费用，且这笔费用也相当高，所以，即使在不造成延误的前提下，航空公司也希望本公司的飞机在机场的停留时间越短越好。由此可见，有效提高登机效率给航空公司带来的降低成本的空间是巨大的。

（二）有效优化登机方式，提升旅客乘机体验

波音公司有一项调查结果显示，旅客登机过程中所耗费的时间，在过去十年间，增长了一倍。以140人的国内航班为例，登机时间从上个世纪70年代的15分钟增长为现在的30分钟，有些时候甚至长达40分钟[7]。这一数据的增长，除了给航空公司带来更高的运营成本，也给旅客的乘机体验带来了一定程度的负面影响。航空出行一直以速度著称，快速便捷的旅行体验是旅客选择航空出行的主要原因。在机票价格和高铁票价格差别不大的情况下，旅客更愿意选择乘坐高铁，主要原因也是出自这里，相对于乘坐高铁来说，乘飞机花费的时间甚至更长，并且大部分时间是花在等待的过程中。旅客出行选择飞机这一交通工具，是期待能带来不一样的出行体验，如果因为登机效率的问题导致旅客在机场停留的时间过长，必将影响旅客的出行感受。民航是一个注重服务和旅客飞行体验的行业，较低的旅客满意度是每一家航空公司都不愿看到的。所以，以优化登机方式为着手点，减少旅客的登机时间，从而提升旅客的乘机体验，对航空公司来说意义重大。

五、结语

近年来，航空公司宽体客机的运用数量不断增加，飞机搭载的旅客数量也在不断上升，随着登机旅客数量的增加，登机口拥堵、秩序混乱的情况也会随之而来，给航空公司带来的直接结果则是运营成本增加和旅客满意度降低。如果能够运用一定策略，合理规划旅客登机方式，一定程度上可以缓解登机压力，尤其是对于一些中大型客机来说。旅客在从候机区到机舱座位的登机过程中[8]，会受到很多干扰因素的影响，从登机门到机舱门再到机舱通道最后到座位前的过道等等诸多不确定性的因素都会使登机时间大大延长，尤其是在一些交通繁忙的枢纽机场，减少飞机等待时间，提高登机效率显得格外重要。从经济因素和可操作性方面考虑，缩短旅客登机时间对于航空公司来说是一个很好的着力点。本文通过Arena软件向大家直观系统地展示了旅客登机的过程，帮助大家更好地理解四种登机策略，并且以统计数据的形式将结果直观的展现在人们面前，将登机效率量化有利于进行各登机策略之间的比较，对于航空公司在实际操作过程中具有重要的参考意义[9]。从Arena软件生成的仿真结果来看，在单门登机情况下，采用一定登机策略时的登机时间相对于无规律登机来说并没有明显的优势。在双门登机情况下，从后至前的登机策略相对于单门登机时改善较大。