بخشی از مقاله
مدل تطبیقی زمان بندی یکپارچه عملیات پروازی جهت برنامه ریزی در شرکت های هواپیمایی ایران
چکیده
برنامه ریزی عملیاتی در شرکت های هواپیمایی شامل مراحل "طراحی برنامه" ، "تخصیص ناوگان"،"مسیریابی هواپیما" و "برنامه ریزی خدمه (کرو)پروازی" است . در حال حاضر اکثر شرکت های هواپیمایی هریک از مراحل را به صورت مستقل از یکدیگر و به صورت متوالی انجام می دهند . در رویکرد حل متوالی ، خروجی های یک مرحله به عنوان ورودی های مرحله بعد در نظر گرفته می شوند. این رویکرد اگرچه باعث کاهش پیچیدگی و تسهیل حل مسئله کلان برنامه ریزی می گردد ولی به دلیل ارتباط سیستمی و وابستگی مراحل به یکدیگر ممکن است به جواب های زیربهینه منجر شود. در این پژوهش سعی شده است مدلی برای تجمیع این مراحل متناسب با شرایط شرکت های هواپیمایی ایران ارائه گردد.
کلیدواژه ها : زمان بندی یکپارچه ، چرخه های پرواز ، تخصیص ناوگان ، مسیریابی هواپیما ، زمان بندی خدمه پروازی
-1 مقدمه
زمان بندی ، هسته مرکزی برنامه ریزی در هر شرکت هواپیمایی است. زمان بندی در واقع ابزاری برای انطباق منابع در دسترس و سیستم عرضه با میزان تقاضاهای تعیین شده در بازارهای مختلف به همراه تعیین برنامه های توالی عملیات می باشد. هر تصمیم عملیاتی در شرکت هواپیمایی به زمان بندی انجام شده بستگی دارد و به طور میانگین %75 درصد از کل هزینه های یک شرکت هواپیمایی به طور مستقیم به زمان بندی انجام شده آن ارتباط پیدا می کند که از این حیث پتانسیل بالایی را برای کاهش هزینه ها در اختیار ما قرار می دهد. همچنین این زمان بندی بر میزان درآمد قابل حصول یک شرکت هواپیمایی نیز تاثیرگذار خواهد بود.محققان توافق دارند که ایجاد یک زمان بندی بهینه یکی از پیچیده ترین چالش هایی است که یک شرکت هواپیمایی با آن مواجه است. این پیچیدگی ها ناشی از تعداد زیاد متغیرهای تصمیم و محدودیت های عملیاتی ، داده های داخلی و خارجی متعدد ، حساسیت به عوامل و بروز عملیات نامنظم و همچنین ارتباطات ، وابستگی ها و تعاملات متقابل بین این عوامل است. برای کاهش این پیچیدگی ها و حل آسان تر مسئله زمان بندی شرکت هواپیمایی ، آن را به عنوان یک مسئله زمان بندی کلان1 به زیر مسائل2 کوچک تر تجزیه و تفکیک می کنند و این زیر مسائل را جداگانه به صورت گام های متوالی حل می کنند به نحوی که خروجی زیرمسئله قبلی ورودی زیرمسئله بعدی می گردد.
در این فرآیند برنامه ریزی متوالی ابتدا مسئله زمان بندی پرواز و سپس مسئله زمان بندی هواپیما حل می گردد و در نهایت مسئله زمان بندی کرو برای هر تایپ ناوگان حل می گردد.
فرآیند زمان بندی شرکت هواپیمایی
با این وجود ، اگر این مسئله تجزیه شود ، روابط وابسته بین زیرمسائل در نظر گرفته نمی شوند. بعلاوه در یک فرآیند حل متوالی ، جواب های زیرمسائل قبلی انعطاف پذیری گام های بعدی برنامه ریزی را محدود می کنند((Cordeau et al. , 2001 همچنین این روش حل متوالی ممکن است به نتایج زیربهینه و یا حتی جواب های غیرممکن برای کل مسئله منجر شود. (Barnhart et al. , 1998;Coedeau et al. , 2001;Mashford & Marksjo, 2001;Klabjan et al. , 2002 ; Barnhart et al. , 2003)
به توضیح آنکه زمان بندی های پرواز ، هواپیما و کرو در فرآیند برنامه ریزی کاملا با همدیگر در تعامل بوده و به عبارتی درهم تنیده هستند. به همین دلیل تصمیم های مسیریابی و تخصیص ناوگان بر تصمیم های تخصیص کروی پروازی به پروازها تاثیر می گذارد و ممکن است در رویکرد حل متوالی ، جواب های مسئله تخصیص ناوگان منجر به افزایش هزینه های کرو گردند.
برای رفع این معضل دو رویکرد وجود دارد. در رویکرد اول که الگوریتم های هوشمند محاسباتی و سخت افزارهای مورد نیاز هنوز توسعه امروزی را نیافته بودند ، شرکت های هواپیمایی با همان پارادایم برنامه ریزی متوالی ، حلقه های بازخور و تکرارها را بین گام های برنامه ریزی در محیط زمان بندی خودشان پیاده سازی می نمایند
. بنابراین تصمیم ها در گام های بعدی(مثل کرو) به گام های قبلی (مثل تخصیص ناوگان) فرستاده می شوند تا تنظیم های دستی و اصلاحات مستمر و کوچک جهت کالیبره نمودن زمان بندی و افزایش کیفیت جواب ها به انجام رسیده باشند. , (Grandeau et al. 1998;Rexing et al. , 2000;Sriram & Haghani , 2003 ) این تکرارها برای بهبود کیفیت جواب ها با این پارادایم برنامه ریزی متوالی لازم هستند اما هزینه بر بوده و زمان زیادی را می گیرند و طبیعی است که گران تمام شوند .
با پیشرفت در تئوری بهینه سازی ، الگوریتم ها و سخت افزارهای محاسباتی و قدرت مند شدن کامپیوترها و در نتیجه افزایش چشمگیر قدرت محاسبات ، سیستم های پشتیبان تصمیم(DSS)1 و مدل های خبره در زمان بندی برای این گونه مسائل سخت (NP-Hard) توسعه یافته اند . این روند منجر به ساده سازی حل مسائل و فرآیندهای تصمیم گیری گردیده است که با ارزیابی و بکارگیری انواع تکنیک های تحقیق در عملیات (OR) با قابلیت ارتباطات کاربری گرافیکی به صورت نرم افزارهای حل کننده2 ارائه می گردند. به کمک این ابزارهای اخیر امروزه محققان قادر گردیده اند مسائل پیچیده تر را حل نمایند ، مسائلی که تا قبل از این حل آنها به دلیل حجم محاسباتی بسیار بالایشان غیرممکن به نظر می رسید.
-2 مروری بر مطالعات پیشین
دیسالنیر و همکاران (1997) مدلی را برای تجمیع مراحل تخصیص ناوگان و مسیریابی هواپیما ارائه کردند1 ولی به دلیل بزرگ بودن ابعاد مساله از محدودیت های مربوط به بازرسی و تعمیر چشم پوشی کردند. برن هارت و همکاران (1998) مدلی برای حل همزمان مساله تخصیص ناوگان و تخصیص خدمه ارائه کردند. یکی از معایب این مدل تعداد زیاد محدودیت های موجود در مدل است که حل آن را بسیار دشوار می نماید. برن هارت و همکاران در سال 1998 مدل دیگری را برای تجمیع مساله تخصیص ناوگان و تخصیص زنجیره های پروازی و تعمیر و نگهداری هواپیما ارائه دادند.2 مدل ارائه شده بر اساس مدل رشته ای تخصیص ناوگان با تخصیص زنجیره های پروازی است. مزیت اصلی مدل ارائه شده حل همزمان مساله تخصیص ناوگان و مساله تخصیص زنجیره های پرواز و تعمیر و نگهداری هواپیماست که منجر به جواب های به مراتب بهتری نسبت به حل مرحله ای آن می گردید. البته زمانی که رشته ها افزایش می یابد حل این مدل بسیار دشوار می شودکه این یکی از معایب اصلی این مدل به حساب می آید.علاوه براین محدودیت های مربوط به بازرسی و تعمیر در این مدل به صورت بازرسی های هر 3 روز یک بار اعمال شده و تابعی از تعداد ساعات پروازی هواپیما نیست.برن هارت و لوهاتپانونت (2004) مدل یکپارچه دیگری از برنامه ریزی را منتشر نمودند.3 کوردیو و همکاران(2001) 4و مرسیر(2005) 5مدلی را برای تجمیع مراحل تعمیر و نگهداری و تخصیص زنجیره پرواز با برنامه ریزی خدمه ارائه نمودند. آنها مدلشان را با ترکیب روش شاخه-بها و تجزیه بندرز حل نمودند.
کلابجان و همکاران (2002) مدلی را برای تجمیع نسبی برنامه ریزی تعمیر و نگهداری و برنامه ریزی خدمه ارائه نمودند.6 آنها مساله برنامه ریزی خدمه را با اعمال یک سری محدودیت های بیشتر ناشی از مساله تعمیر و نگهداری و تخصیص زنجیره پرواز به روش پنجره زمانی حل نمودند، روشی که رکسینگ و همکاران هم از آن استفاده نمودند .سندهو و کلابجان در سال 2007 مدل یکپارچه دو مرحله برنامه ریزی ناوگان و خدمه را هم ارائه نمودند . در تمامی این مطالعات ، ادبیات موضوع برنامه ریزی یکپارچه هر کدام به حل همزمان بخش هایی از فرآیند برنامه ریزی عملیات پروازی پرداخته است .
پاپاداکس (2009) برای اولین بار مدلی را برای تجمیع سه مرحله ای تخصیص ناوگان ، مسیریابی هواپیماها و تخصیص خدمه ارائه نمود. 7 به دلیل بزرگ بودن ابعاد مساله و تعداد بسیار زیاد متغیرها ، وی مدل ارائه شده را با استفاده از ترکیب روش تجزیه بندرز و تولید ستون حل نمود . پس از آن بای کی هان ( 2010) در رساله دکتری خود در رشته مهندسی سیستم ها و صنایع دانشکده پلی تکنیک ویرجینیا به آن پرداخته است.8این روند یکپارچه سازی همچنان ادامه داشته و به زنجیره فرآیند مدیریت درآمد نیز رسیده است.
پیشینه مطالعات داخلی صرفا تحقیق ارائه شده رحمت پور،حامد ،کارشناسی ارشد برنامه ریزی حمل و نقل دانشگاه صنعتی شریف با نظارت دکتر یوسف شفاهی بوده است ( 1392) که در اولین همایش انجمن علمی حمل و نقل هوایی منتشر گردید. 9 این تحقیق به یکپارچه سازی 2 مرحله(تخصیص ناوگان و مسیریابی هواپیماها) از 4 مرحله برنامه ریزی پرداخته است . برای تجمیع از مدل تقسیم بندی مجموعه استفاده نموده است و اعضاء مجموعه اول (تخصیص ناوگان) را به اعضاء مجموعه دوم تخصیص داده است . تابع هدف مدل در این تحقیق کمینه کردن هزینه تخصیص اعضای دو مجموعه به یکدیگر است . نهایتا مدل پیشنهادی در این تحقیق به کمک نرم افزار آی بی سیپلکس استودیو حل گردیده است .در صورتیکه تعداد قطعات پروازی روزانه افزایش یابد مسیرهای تولید شده به طرز چشمگیری افزایش می یابد به گونه ای که حل آن به کمک روش های دقیق دیگر امکان پذیر نخواهد بود . یکی دیگر از ضعف های اشاره شده در این مدل در نظر گرفتن چرخه های بسته کوتاه و تعمیم آن به طول دوره برنامه ریزی می باشد که به منظور کاهش تعداد مسیرهای تولید شده در نظر گرفته شده اند که این روش ممکن است به جواب های زیر بهینه منجر شود .
-3 مدل پیشنهادی زمان بندی یکپارچه
جهت تدوین مدل یکپارچه زمان بندی ابتدا توابع هدف زیرمسائل تخصیص ناوگان ، مسیریابی هواپیما و زمان بندی کرو ، به صورت ساده و خطی با هم ترکیب گردیدند و مدل یکپارچه با ترکیب خطی توابع هدف در گام اول تشکیل گردید. سپس در گام های بعدی جهت ایجاد ارتباط بین متغیرها و با توجه به ویژگی های شبکه پروازی پروازهای داخلی در ایران و وضعیت ناوگان و سایر ملاحظات این مدل به صورت ذیل تدوین گردید.
