航空公司运行效能评估方法研究

褚双磊，魏志强，任 强，刘 菲

(1. 中国民航大学 空中交通管理学院，天津 300300；2. 天津市空管运行规划与安全技术重点实验室，天津 300300)

0 引言

航空公司运行效能直接反映航空公司的运营能力和效益水平，因此，全面客观的运行效能评估体系及评估方法可以客观地体现航空公司的经营状况，便于决策者发现公司的不足，及时有针对性地提出提高运行效能的改进措施和方法。

航空公司日常运营主要围绕运行控制部、维修工程部、飞行部、安全监察部、地面服务部、市场部等主要运行业务部门进行。

在飞机维修方面，维修工程部主要负责飞机检修和故障排除，通过增加预防性维修来提高飞机的可靠性，降低维修时间和非计划维修情况，保证飞机始终处于正常可用状态。郑珂珂[1]根据传统“人-机-环境-管理”(MMEM)理论模型得出人、机、环、管及接口五个影响维修安全的因素，结合SMS标准建立评估指标体系，采用定性与定量分析相结合的AHP层次分析法确定权重,利用多层次模糊综合评价法对维修安全进行综合评估。徐拓[2]分析了发动机维修保障体系运行效能的影响因素,构建了评估指标体系,建立了基于层次分析法的模糊评价模型。采用专家调查法计算评估指标的权重，通过对国内某航空公司维修保障体系的评估,给出了隶属度及综合评估过程的计算方法,该评价模型得到了实例验证。张林帅等[3]建立了商用飞机维修保障系统能力评估指标体系，利用SPSS软件采用主成分分析法对不同维修保障方案进行评估,以保证飞机的适航完整性。齐耀君[4]根据系统分类方法,构建了系统完整的公务航空维修安全风险评估指标体系,在综合赋权法的基础上引入变权函数确定指标权重，基于区间数相关理论、IA算子和ULHA算子,构建了符合公务航空维修特性的安全风险评估模型。

在运行控制方面，航空公司的运行控制主要以飞机的签派放行状态为主，飞机的利用率越高，飞机执行航班的频率越高，可以有效保证航班正常性。褚双磊等[5]以签派可靠度为顶层指标,根据航空公司实际运行环境,形成影响签派可靠度的二级指标体系，利用区间数层次分析法和可能度法实现各二级指标的综合权重计算和分级排序。以国内某个航空公司为例,根据底层指标得分情况,利用幂指数法,确定签派可靠度的综合得分,最终实现该航空公司运行品质评估。季雪祯[6]在考虑运行控制多部门多职能的特性下,构建了运行控制安全绩效指标体系,利用灰色系统理论建立了运行控制体系的灰色多层次安全绩效评价模型。刘滔[7]以安全管理体系为基础,建立了运行控制风险管理评估模型,在此基础上引入先进的系统AHP层次分析矩阵和模糊评价法对运行控制系统进行量化评估。

在运行安全方面，主要为飞行安全和维修安全。通常只要机务工程师在维修过程中不出现维修差错，飞行员在飞行过程中不出现飞行差错，就可以有效避免事故征候和飞行事故的发生。孙瑞山等[8]提出了基于QAR超限事件的飞行安全评价模型，该模型以离差最大化原理和灰色聚类评价理论确定各项指标的权重。张朋鹏[9]建立了航空公司安全绩效指标体系，基于层次分析法确定指标权重，用模糊评价法进行综合评价。

在运营绩效方面，航空公司效益主要体现在成本和收入上。公司运营成本低、航班客座率高、运行效率高、运营收入高，航空公司就可以盈利。朱新铭和孙宏[10]主要依靠直接运营成本分析，计算盈亏平衡运载率从而评价机队的运行经济性，提高了公司的最大收益和运行效能。林峰[11]结合平衡计分卡方法构建了航空公司绩效评价体系。王序[12]采用改进的RBF神经网络模型，以财务类指标结合客座率、旅客投诉率、在职员工数等非财务运营类指标构建评价体系并用熵权法赋权，该模型有助于我国航空公司在国际竞争中更快地发现风险，提高自身管理水平。曹文英[13]构建了低碳经济下的航空公司综合绩效评价体系，结合突变级数法和归一模型对三大航空公司进行综合评价。李明星[14]建立了二级评价指标体系，将飞行事故率、地面事故率、飞行事故症候率归类于安全水平指标；将航班正点率、拒绝登机率、旅客投诉率归类于服务质量指标，采用夏普利值求解方法对指标进行赋权，并用灰色综合评价方法进行综合评价。

Ghosh等[15]运用数据包络分析(DEA)对印度东部的廉价航空公司的运营效率进行分析并排名。Ghosh等[15]以机队规模、员工总数和总运营费用作为输入指标，以收入乘客公里数、吨公里数和飞机利用率作为输出指标，对三家廉价航空公司的DEA分数进行排名。Scheraga[16]调查了航空公司运营效率的结构驱动因素以及航空公司的财务状况。调查相对运营效率是否影响财务流动性，利用数据包络分析得出各航空公司的效率分数，然后研究了运营效率的潜在结构驱动因素。

国内外学者从不同的角度选取不同的指标对航空公司运行效能进行评价，可见，对于航空公司运行效能评估体系没有统一的规范和标准，因此需建立更全面、客观的航空公司运行效能评价体系。由于航空公司运行的复杂化、多样化，涉及多个业务部门之间的协调配合，对于航空公司运行效能的评价很难通过单个或者某几个指标来衡量，需要以国内航空公司当前运营现状为基础，对内部运行效能影响因素进行理论分析，对当前运行流程和方式进行分类。本文对构建一套相对完整且符合运行实践的航空公司运行效能评估指标体系进行探索，并基于所选的指标体系建立了评估模型，对某航空公司不同年份运行效能的成果进行评价排名。

1 构建运行效能评估指标体系

1.1 构建初始指标体系

参考航空公司绩效考核方案和航空公司运行管理流程，应用德尔菲法初步构建了航空公司运行效能评估指标体系，形成了维修可靠性B1、航班正常性B2、运行安全性B3、运营收益性B4共4个一级指标[17]。其中：维修可靠性包括维修性和可靠性两个方面，维修性表现为平均故障维修时间，可靠性表现为飞机整机、系统和设备故障对航班正常运行的影响；航班正常性包括放行正常和运行正常两个方面，放行正常表现为签派放行率，涉及航班放行情况，运行正常表现在航班是否延误；运行安全性包含事故率和差错率两个方面，事故率涉及飞行、地面事故率和事故征候率，差错率涉及飞行QAR警告率和运行人员的运行差错率；运营收益性包含成本和收入，成本涉及座公里耗油，收入涉及航班客座率、航班载运率和座公里收入。

在一级指标基础上，根据航空公司的实际运营情况形成了报告故障率N1、机械延误率N2、平均故障间隔时间N3、平均故障维修时间N4、非计划拆换率N5、SDR千时率N6、维修成本N7、日利用率N8、航班正常率N9、平均航班延误时间N10、签派放行率N11、长时间延误率N12、短停维护时间N13、事故万时率N14、事故征候万时率N15、空中停车率N16、超限事件率N17、运行差错率N18、QAR警告率N19、航班客座率N20、航班载运率N21、座公里耗油N22、吨公里收入N23、碳排放量N24、座公里成本N25、旅客投诉率N26共26个二级指标。

1.2 构建最终指标体系

由于初步建立的指标体系存在不完善之处，某些指标之间存在相互影响和部分重叠现象，为了消除相互影响，使评价指标为独立指标，应用DEMATEL法对初始评估指标体系进行分析。具体做法为：邀请航空公司运行经理、资深签派放行员、维修工程师、安全主管、航线网络主管共8位航空公司专家，对指标体系中的指标间影响关系进行打分，按照少数服从多数的原则，根据大多数专家的意见进行赋值。专家打分为5分制，赋分及赋分标准示于表1。

表1 DEMATEL法专家评估分数及赋分标准

根据专家打分情况建立26×26阶直接影响矩阵N。采用DEMATEL法对N进行计算处理，依次计算规范化影响矩阵G，规范化影响矩阵与单位矩阵的差矩阵(I-G)，差矩阵的逆矩阵(I-G)-1，从而可以得到综合影响矩阵T

T=G(I-G)-1

(1)

由综合影响矩阵可得到各指标的影响度和被影响度，其表达式如下：

(2)

(3)

由影响度Di和被影响度Ri可以得出各指标的中心度Zi=Di+Ri和原因度Yi=Di-Ri。根据专家评分结果采用前述计算公式即可计算得到航空公司运行效能指标体系的综合影响关系表(表2)。以中心度为横坐标，原因度为纵坐标，即可得到航空公司运行效能指标体系的综合影响关系图，如图1所示。

表2 航空公司运行效能指标体系的综合影响关系表

由于中心度表示指标因素对评估体系的影响程度，原因度表示该指标对其他指标的影响程度，根据先考虑原因度后考虑中心度的原则，保留原因度和中心度较高的二级指标。根据表2可知，N6、N7、N13、N19、N24、N25和N26的原因度较小，表明这7个指标受其他指标的影响较大，确定为非关键因素，从指标体系中剔除。虽然N9和N12的原因度较小，但是N9和N12的影响度和中心度较高，予以保留，经过DEMATEL法分析最终构建的航空公司运行效能评估指标体系如图2所示。

图2 航空公司运行效能指标体系层次结构

2 运行效能指标权重计算

2.1 基于层析分析法的主观权重计算

根据图2建立的最终评估指标体系编制发放调查问卷，邀请航空运营行业内的运行主管、维修工程师、放行工程师、安全监察员，采用1-9标度法对两两指标间的相对重要性进行打分。根据打分结果建立判断矩阵，对判断矩阵进行方根法和归一化计算，并经过一致性检验，得到单层优先级向量即为指标的相对权重。通过一级指标相对权重和二级指标相对权重相乘可以得到二级指标的绝对权重，结果示于表3。

表3 层次分析法主观权重大小

2.2 基于熵权法的客观权重计算

熵权法是一种客观赋权法，如果某个指标的熵值越小，系统不确定性越小，则说明指标的有序程度越低，或者说指标的变异程度越大，提供的信息量越多，在综合评价中该指标起的作用越大，其权重应该越大。因此，可利用信息熵计算各指标的客观权重。

熵权法的数据来源为某航空公司2010—2017年的运营统计数据。熵权法的计算步骤为构建初始矩阵X=(xij)m×n，根据正向指标和负向指标的不同进行数据标准化，得出标准化矩阵P=(pij)m×n，然后对标准化矩阵进行归一化处理得到归一化矩阵元素eij，则可以用下式计算指标的熵值

(4)

根据式(4)即可得到相对熵权。由一级指标的相对熵权与二级指标的相对熵权相乘得到二级指标的绝对熵权，计算结果示于表4。

表4 运行效能指标体系的熵权法客观权重大小

2.3 基于组合赋权法的组合权重计算

层次分析法属于主观赋权法，利用专家意见对各指标间的重要性对比建立判断矩阵得到相对权重，能够发挥专家的主观能动性。熵权法作为客观赋权法，能够减少层次分析法存在的主观性对分析结果的影响。组合赋权法综合了层次分析法和熵权法的优点，为了使组合权重更加合理可信，本文通过计算组合权重距离层次分析法权重和熵权法权重两者偏差平方和最小的方法，将层次分析法和熵权法的权重系数分别设置为0.5，最终得到组合权重大小，计算结果见表5和6。

表5 准则层B相对于目标层A的组合权重

表6 方案层二级指标的组合权重

由表5可知，一级指标的组合权重大小排序结果为：维修可靠性B1>运行安全性B3>航班正常性B2>运营收益性B4；维修可靠性B1和运行安全性B3的权重相对较大，超过了平均值0.25，特别是维修可靠性B1，所以维修可靠性B1和运行安全性B3是四个一级指标中较为重要的两个指标。航空公司的运行效能主要集中在可靠、安全、正常、盈利。

航班正常性B2和运营收益性B4两个指标的影响相对较小。因为飞机的维修可靠性是飞行安全的前提，只有可靠性高，才能确保飞行安全。同时飞机的维修可靠性直接影响航班正常与否，如果飞机没有故障，或者故障维修很及时，航班正常自然能够保证。航空公司必须在安全运行的条件下才有可能提高旅客客座率和市场认可度，实现盈利。所以航空公司实施运行效能评估过程中可以重点考虑维修可靠性和运行安全性方面的影响因素，从这两个指标方面寻找具体的提高运行效能的具体措施，这样可以取得更好的效果。

二级指标的组合权重从大到小的前五个指标为平均故障间隔时间C13、机械延误率C12、平均故障维修时间C14、超限事件率C34及空中停车率C33。显然，这五个指标是相对比较重要的运行效能指标，对航空公司运行效能的整体表现影响较大。航空公司想达到较高的运行效能，应主要从以上指标入手：一方面，应提高飞机运行安全性和维修可靠性，确保航班正常到达目的地；另一方面，在保证飞行安全的前提下，降低飞行风险，提高飞行标准化操作。这样，航空公司才能实现高效运行。

3 基于灰色关联法模型的航空公司运行效能综合评价

3.1 灰色关联分析法计算原理和基本流程

灰色关联法进行综合评价时，先找出相同指标不同评价对象的最优值，判断同一指标下不同评价对象与最优值的接近程度(相似程度)，接近程度越高，灰色关联度越高，该评价对象效果越好。

本文通过计算某航空公司不同年份运行效能指标与理想值的关联度，灰色关联度越高，说明某航空公司该年份的运行效果越好。灰色关联分析法的具体计算流程如图3所示。

图3 灰色关联法计算流程

根据系统关联度值的不同对不同年份运营效能进行排序，选出最佳年份，得到最终评价结果。

3.2 实例分析

依据某航空公司2010—2017年的运行数据，运用灰色关联法对航空公司运行效能评价指标体系进行综合评价，对其运行情况进行分析，并对该公司提升航空公司运行效能提出建议。由于前述所选运行效能指标体系中有19个二级指标，而某航空公司样本数据量为8个，因此，原始数据矩阵是一个19×8阶初始矩阵，具体数值如表7所示。

表7 原始数据的初始矩阵

根据正、逆指标的标准化公式，将原始数据矩阵进行标准化处理，所得矩阵的每个二级指标的标准化数据处于0至1之间。比较数列为8个年份样本数据，定义为X1～X8。参考数列为X0，通过将比较数列与参考数列相减并取绝对值，得到差矩阵。该差矩阵最大差为1，最小差为0。

应用灰色关联系数公式，分辨系数设置为0.5，计算比较数列Xi上各点与参考数列X0理想点的关联系数，关联系数矩阵见表8。

表8 灰色关联系数矩阵

根据二级指标相对组合权重和二级指标灰色关联系数矩阵，求出子系统灰色关联度，见表9。

表9 各一级指标灰色关联度

根据灰色关联度越大，表现越好的特点，由表8可知，在维修可靠性方面，2013年表现最好；在航班正常性方面，2014年表现最好；在运行安全性方面，2013年表现最好；在运营收益性方面，2011年表现最好。

根据一级指标相对组合权重和一级指标灰色关联度求得最终灰色关联度，见表10。

表10 综合关联度

3.3 结果分析

对于子关联度的分析得出：在维修可靠性方面，2013年表现最好，2011年和2014年表现较差，各年份差距相差较小，呈整体下降趋势;在航班正常性方面，2014年表现最好，2015年和2017年表现较差，各年份差距相差适中，呈整体下降趋势；在运行安全性方面，2013年表现最好，2012年和2016年表现较差，各年份差距相差较大，呈整体下降趋势；在运营收益性方面，2011年表现最好；2013年和2014年表现较差，各年份差距相差不大，呈整体上升趋势。

对于综合关联度的分析得出：该航空公司在2013年的航空公司运行效能表现是自2010年至2017年表现最好的一年，且自2013年之后，该公司的运行效能整体呈下降趋势，具体在维修可靠性、航班正常性和运行安全性都有不同程度的下降，其中在维修可靠性和航班正常性方面下降幅度较小，运行安全性下降幅度相对较大，只有在运营收益性方面有所上升，但上升幅度不大。

通过前述分析可知，航空公司运行效能主要体现在满足高安全性的前提下，通过增强维修可靠性，提高维修效率，增加飞机系统可靠性，来保证航班正常性，才有可能实现运营盈利。

改善运行效能需要航空公司对涉及以上指标的运行部门进行有效监管。航空公司可采取的措施有：在安全监察部开展QAR航后数据监控和飞行分析来提高飞行员的安全飞行和标准化飞行操作意识，减少人为差错；在机务工程部加强飞机故障实时监控，提高预防性维修能力，降低飞机系统故障率；在运行控制部加强非正常条件下和恶劣天气条件下签派管理；提升放行情景意识能力，提高航班放行效率，确保航班正常率，在市场营销部改善航空服务水平，提高客座利用率，实现市场运营数据的实时统计。通过航空公司主要业务部门的协同运行，各司其职,通力协作,密切配合，最终保证飞行安全，提高飞行正常，提升航空服务以改善航空公司的运行效能。

4 结论

(1)根据航空公司绩效要求和航空公司运行实践，运用德尔菲法确定了航空公司运行效能评估初步指标体系，以维修可靠性B1、航班正常性B2、运行安全性B3、运营收益性B4四个维度作为一级指标，同时包含了26个二级指标。采用DEMATEL法对初始指标体系进行计算，消除指标间的影响，简化指标体系，最终保留19个二级指标，形成完整的航空公司运行效能指标体系。

(2)运用层析分析法-熵权法从主观和客观两个方面对指标权重值进行计算，最终通过组合赋权法得到组合权重大小，减少了层次分析法的主观因素和熵权法太过于依赖数据对指标权重的影响，提供了一种定量与定性结合、主观和客观相辅的指标权重计算方法，进而得到更加符合实际的指标权重大小。在一级指标方面，维修可靠性B1和运行安全性B3所占的权重相对较大。在二级指标方面，平均故障间隔时间C13、机械延误率C12、平均故障维修时间C14、超限事件率C34、空中停车率C33的权重相对较大。

(3)对航空公司运行效能进行综合评估是完善基于运行实践的航空公司运行效能评价工作的重要环节。为了使航空公司运行效能综合评估结果更加准确，基于灰色关联分析法建立航空公司运行效能综合评估模型。选取国内某航空公司的不同年份样本数据进行评估，得到不同年份的灰色关联度大小和排序情况，从而得出了航空公司运行效能的综合评估方法。通过实例分析表明，得到的灰色关联度结果与实际运行情况相符，表明该指标体系和综合评估模型具有一定的可行性和实用性，可以得到待评价航空公司运行效能整体表现和相对薄弱环节，为基于航空公司运行需要的运行效能评估工作提供理论依据和实际应用价值。