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0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 摘要 随着我国民航运输业的快速发展以及市场竞争的逐步加剧，各航空公司面临的国 内外竞争压力越来越大，纷纷采取优化航线网络、优化资源分配等方式来降低成本， 提高收益。国航、南航、东航、海航等航空公司都在为提高竞争力，改善公司的经济 效益而积极调整航线网络结构，构建运营基地。在构建航线网络时，如何有效优化航 线网络，合理分配运力成为航空公司重点关注的问题之一。 航班计划是航线网络的具体形式，是航空公司营销、飞行、服务、保障等运行工 作的依据。航班计划模拟研究是指利用计算机技术，对已拟定的航班计划进行数字化 地运营模拟，从而获得有关经营结果的各项指标的一种研究方法。经过对当前航空业 界网络结构发展趋势的研究，结合中国航空公司正在构筑航线网络结构的现状，本文 选择了“航班计划的模拟与优化研究 这一课题，通过对航空公司大量航班运营数据 的分析，确定客座率、座公里收入为收入模拟参数，整理出变动成本、固定成本和期 间费用的分摊计算方法，从而建立航班计划模型。通过计算机模拟，计算出航班计划 的收入、成本及利润情况，并根据模拟的结果，给出航班计划的优化建议。最后选用 中国东方航空股份有限公司为例进行了实证分析。 本文将对我国航空公司优化航班计划、合理安排运力资源、降低成本、提高收益 提供一个参考和借鉴。 关键字航班计划、运营模拟、网络优化 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民航班计划的模拟与优化研究 a b s t r a c t a st h ei n c r e a s i n go ft h em a r k e tc o m p e t i t i o na n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fa i r t r a n s p o r ti n d u s t r y , a l lt h ea i r l i n e sa r ef a c e dw i t hh u g ep r e s s u r e f o rt h ep u r p o s eo fc u t t i n g d o w nt h ec o s ta n dr a i s i n gt h er e v e n u e ，a l lo ft h e mo p t i m i z et h ed i s t r i b u t i o no fr e s o u r c e m a n yc o m p a n i e s ，i n c l u d i n ga i rc h i n a , c h i n as o u t h e m ，c h i n ae a s t e ma n dh a i n a na i r l i n e s ， a d j u s tt h en e t w o r ks t r u c t u r ea n ds e tu pt h eo p e r a t i o nb a s ea c t i v e l yi no r d e rt oi m p r o v et h e b e n e f i ta n dc o m p e t i t i o n f l i g h ts c h e d u l ei st h eb a s i cp o i n to fm a r k e t i n g ，f l i g h t ，s e r v i c ei nt h ea i r l i n e s f l i g h t s c h e d u l es i m u l a t i o nr e s e a r c hm e a n sam e t h o dw h i c hc a no b t a i nt h eo p e r a t i n gr e s u l t so ft h e i n d i c a t o r st h r o u g ht h ed i g i t a ls i m u l a t i o no fp l a n sw h i c ha r ea l r e a d ys c h e d u l e d a f t e rt h e r e s e a r c ha b o u tc u r r e n tn e t w o r ks t r u c t u r eo ft h ea v i a t i o ni n d u s t r y sd e v e l o p m e n tt r e n d ， c o m b i n e d 研t l lt h es t a t u st h a tc h i n e s ea i r l i n e sa r eb u i l d i n gan e t w o r ks t r u c t u r e ，t h ep a p e r c h o o s et h ei s s u eo f ”f l i g h ts c h e d u l es i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o n t h r o u g ha l a r g en u m b e r o fa i r l i n e so p e r a t i n gf l i g h t sd a t aa n a l y s i s ，ic h o o s ep a s s e n g e rl o a df a c t o ra n da v a i l a b l e s e a t - k i l o m e t e r sy i e l da st h em a i np a r a m e t e r sa n dg e tt h em e t h o dt oe s t i m a t et h ev a r i a b l e c o s t ，f i x e dc o s ta n dp e r i o dc o s t ie s t a b l i s ham o d e lo ff l i g h ts c h e d u l et oc a l c u l a t et h e i n c o m e ，c o s ta n dp r o f i t s t h e nig i v es o m ea d v i c e st ot h eo p t i m i z a t i o no ff l i g h ts c h e d u l e b a s e do nt h es i m u l a t e dr e s u l t sa n da n a l y z e dt h ed a t a o fc h i n ae a s t e r na i r l i n e s t h ep a p e rw i l lp r o v i d ear e f e r e n c et oa l lt h ec h i n e s ea i r l i n e sa b o u th o wt oo p t i m i z e f l i g h ts c h e d u l e ，r e a s o n a b l ea r r a n g ef o rt r a n s p o r t a t i o nr e s o u r c e s ，r e d u c ec o s t sa n di m p r o v e e a r n i n g s k e y w o r d s ：f l i g h ts c h e d u l e ，o p e r a t i o ns i m u l a t i o n ，n e t w o r ko p t i m i z a t i o n 2 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 1 1 选题的意义 第一章绪论 航空运输业是一个为客货提供运输服务的巨大而复杂的行业【3 】。在航空运输业， 由于其业务地理位置广阔、投资成本高、生产系统运行费用昂贵，结构复杂，仅靠人 力很难完成资源的优化控制，使用科学方法效果十分显著。因此航空运输业历来是资 源调配优化模型理论和应用研究最活跃的领域之一。 2 0 多年来，得益于国民经济的高速发展，我国航空客运和航空货运需求都呈现 出了持续高速增长的势头。据民航总局统计，1 9 8 5 年到2 0 0 6 年间，我国货邮周转 量年平均增长1 6 9 ，旅客运输量年平均增长1 6 4 ，大大超过了同期5 6 和5 4 的世界年平均增长率。2 0 0 7 年，我国航空运输行业共完成运输总周转量3 6 0 6 亿吨 公里，货邮周转量1 1 6 4 亿吨公里，旅客周转量2 7 7 6 3 亿客公里，同比分别增长 1 7 9 、2 3 5 和仃一；共完成旅客运输量1 8 5 亿人次，货邮运输量3 9 4 9 万吨， 同比分别增长1 6 和1 3 。近年来，我国航空运输业发展呈现以下特点。航空旅行 正逐渐由小众的“奢侈品向“大众消费品转变。 在看到我国民航业快速发展的同时，我们也应该清醒的意识到存在的问题。虽然 中国民航增长最快且已进入民航大国的行列，但是中国民航起步较晚，信息化水平较 低，竞争力还很薄弱，与世界民航强国的差距还很大。随着我国改革开放不断深化以 及加入w t o 承诺的逐步落实，外国航空公司也将逐渐进入我国的航空运输市场。这 对还很稚嫩的我国航空公司来讲，无疑是一个巨大的威胁和挑战。就国内市场而言， 如何在同国内地面运输方式竞争的同时应对来自外航的竞争压力，增强国际竞争力； 如何调整经营方式，降低成本，提高效益，已成为我国民航业必须考虑的战略问题。 民航当局、航空公司、机场除了应该加大投资力度，适时的增加运力，更重要的也要 提高管理水平，实现集约化经营，加大市场开发力度，充分利用资源。 目前，航空市场持续低迷，市场竞争却在逐步加剧，许多航空公司面临破产的威 胁，国内各航空公司纷纷采取优化航线网络、优化资源分配等方式来降低成本，提高 收益。国航、南航、东航、海航等各航空公司都在为提高竞争力，改善公司的经济效 益而积极调整航线网络结构，努力降低航班运行成本。 因此，经过对当前航空业界网络结构发展趋势的研究，结合中国航空公司迫切希 望增加收入降低成本以提高收益的现状，本文选择了“航班计划的模拟与优化研究 这一课题。 3 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 1 2 国内外发展现状 1 2 1 国内发展现状 从国内来看，由于航空公司规模普遍偏小，前些年对生产计划管理工作缺乏重视， 计划方式简单、粗放，对生产计划管理方面的研究需求非常有限。近年来，随着运营 规模的扩大，市场竞争的加剧，运营成本的提高，国内航空公司越来越重视运力调整 工作以更适应市场的变化。国内研究航班计划应用的不多，相关研究有： 都业富( 1 9 9 5 ) 从市场预测出发，先确定航空公司在某航线上的市场份额，求得 在该市场容量下的运力需求，然后以航线网络运行成本最低为优化目标，在一定的限 制条件下求得某机型在某航线的飞行频率( 航班班次) 吲。 张有恒( 1 9 9 6 ) 将每周营运总利润最大化和每周载运旅客数最大化作为优化目 标，并分别建立模型 6 1 。 吴桐水( 1 9 9 9 ) 分析了轮辐式航线网络所具模式的特征，在此基础上提出了一个考 虑中转旅客流量的航班计划优化模型。 黄小荣( 2 0 0 1 ) 从航班成本构成角度出发，基于“航班贡献 概念，研究不同 航线航班和不同机型航班的收益贡献。以收益贡献最大为目标编制航班计划。考虑到 航班计划是多目标规划问题1 5 】。 张永莉( 2 0 0 4 ) 提到了机型分配所要满足的基本条件。 黄邦菊( 2 0 0 4 ) 以成本最小为目标函数，建立了机型分配的整数规划模型。在模型 约束条件中考虑了一定时期内的旅客需求，机型座位数和客座利用率。 张伯生( 2 0 0 6 ) 根据航班效益分析，建立了一个航线贡献最大化的动态规划模型 同 。 黄文强( 2 0 0 6 ) 将机型分配和舱位控制问题结合在一起，建立了一个双层规划模 型。 李福娟( 2 0 0 7 ) 采用用禁忌搜索算法对航班计划优化模型进行求解分析。 国内针对航班计划的研究，多数停留在理论上，并没有从航空公司推广应用的角 度进行研究。 1 2 2 国外发展现状 在国外，由于来自航空运输实践的强烈需求，吸引了很多学者关于机型分配做了 大量的研究，并在航空公司运营中取得了很多成果。根据研究内容和时间，可以将这 些研究分为两个阶段： 1 基本的航班计划研究阶段 4 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 该阶段具有代表性的研究有：s a b r e ( 1 9 8 9 ) 以航班之间可行的衔接为考虑对象， 建立了一个可用于普通航空公司网络的模型，该模型在美国航空公司的应用实践表 明，模型成功地为该公司降低了1 4 的边际运营成本。s u b r a m a n i a n 等人( 19 9 4 ) 成 功为d e l t a 航空公司超过2 5 0 0 个的国内航班进行了机型匹配，为该公司每年节省了 1 亿美元成本。h a n e 等人( 1 9 9 5 ) 通过求解大规模整数规划问题研究了一般形式下的 机型分配，并成功地处理了一个拥有1 1 种机型，每日航班达到2 5 0 0 个的大型航空 公司的航班机型分配。r u s h m e i e r 和k o n t o g i o r g i s ( 19 9 7 ) 以时空网络的方式对机型分 配进行了描述并建立了模型，成功运用于u s a i r 的航线网络中，据两位作者声称，他 们的模型每年能为u s a i r 降低至少1 5 0 0 万美元的成本。基本的机型分配模型都满足 以下约束条件：( 1 ) 航班覆盖约束，保证每个航班由且只由一架飞机来执行。( 2 ) 飞机平 衡约束，保证网络中飞机流量平衡。( 3 ) 飞机可用性约束，保证用于指派的飞机架数 小于该机队的可用飞机架数。 2 航班计划研究的扩展阶段 信息搜集技术的发展，市场竞争的加剧，鼓舞了研究者采用新的方法来求解航班 计划问题。这些新的趋势包括： ( 1 ) 将机型分配和航空公司其他的决策过程，如航班时刻表制定、飞机维修路径、 机组排班路径整合在起。代表性的研究有l w c l a r k e 等人( 19 9 6 ) 将飞机维修和机组 过夜约束加入到了机型分配模型中：b a m h a r t 等人( 19 9 8 ) 将机型分配和飞机线路问题 结合在了一起。 ( 2 ) 在传统机型分配模型中，加入了基于线路的旅客需求及溢出旅客重新获取率 的分析。代表性的研究者有b a m h a r t ，k n i k e r 和l o h a t e p a n o n t 等人( 1 9 9 8 ，19 9 92 0 0 2 ) ， 他们建立了考虑旅客需求的机型分配模型，于2 0 0 2 年首次建立了基于飞行线路的机 型分配模型，能够获得网络效应，并能更准确地估计旅客溢出量和重新获取率 ( 3 ) 研究动态机型分配技巧，即随着航班执行的临近，对旅客需求信息更多更准 确地获取，对初始的机型分配进行修正，以达到运力与需求的更有效的匹配。 b e r g e 和h o p p e r s t a d ( 1 9 9 3 ) 首次提出了“受需求驱动的运力分配 ( d e m a n d d r i v e n d i s p a t c h ) 的概念，即考虑需求影响，随着运营时间的临近，对原有 的机型分配计划进行调整。t a l l u d ( 1 9 9 6 ) 探讨了修正的机型分配的启发式算法。 j a r r a h 等人( 2 0 0 0 ) 研究了将传统的机型分配模型如何有效使用在重新分配问题中。 r o s e n b e r g e r 等人( 2 0 0 4 ) 探讨了在需要取消航班的情况下，如何围绕枢纽机场制定有 效的机型分配计划，以使得对航空公司的整体影响最小。 5 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 1 3 论文研究内容与框架 本文充分研究了航空公司航班计划业务流程以及航空公司收益管理在航空公司 的应用，在对航空公司运营数据分析总结的基础上，建立航班计划模型，利用计算机 模拟，计算出航班计划的收入、成本及利润情况，并根据模拟的结果，给出航班计划 的优化建议。并运用中国东方航空股份有限公司的航班计划数据进行了实证分析。 本文的结构如下： 第一章绪论 本章介绍了目前航空公司航班计划研究的现状，以及发展趋势，着重阐述了我国 民航企业在航班计划优化方面面临的问题。进而阐述了本论文的选题意义、国内外研 究应用现状和本文的研究内容。 第二章航班计划业务体系综述 分析航空公司经营过程中航班计划的编排体系，总结国内航空公司航班计划编排 体系的主要问题与挑战。首先通过对航空公司主要经营活动的分析，明确航班计划的 重要位置；然后分析通常情况下航班计划编制的业务流程，总结航班计划编制过程中 的关键步骤和核心内容；在此基础上，通过对国内主要航空公司航班计划业务的调研 分析，总结出当前国内航空公司航班计划编排体系所面临的主要问题与挑战。 第三章航班计划模型 详细阐述了建立航班计划运营模型的假设条件：机队规模、可飞航线、市场需求 三项已知，建立航班计划收入模型、成本模型和利润模型。并给出模型的约束条件。 第四章航班计划优化的指标体系 着重阐述了评价飞机利用效率的飞机日利用率、载运率指标，评价票价水平的座 公里收入指标，评价航班绩效情况的收入、成本、利润指标和市场占有率指标。根据 这些指标进行的优化方法。 第五章实施模拟与优化的可行性分析 从民航体制的变革和航空管制的放松两个方面分析业务可行性。从技术上分析我 国民航信息系统的良好发展态势，和数据仓库技术的飞速发展。最后从业务流程和组 织结构两个方面对在国内航空公司中实施航班计划模拟与优化提出建议。 第六章实证分析 以中国东方航空股份有限公司的航班计划为案例对象，对航班计划的模拟与优化 做了实证分析，验证航班计划模型和优化体系在现实中的可行性。 第七章结论与展望 本章对本论文的研究做了总结，并展望航班计划模拟与优化在我国航空公司的推 广应用前景。 本文的创新之处： 6 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 本文在对航空公司业务进行调研分析以后，确定客座率、座公里收入为收入模拟 参数，整理出变动成本、固定成本和期间费用的分摊计算方法，从而建立航班计划模 型。通过计算机模拟，计算出航班计划的收入、成本及利润情况，并根据模拟的结果， 从利润最大化的角度出发给出航班计划的优化建议。 7 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 第二章航班计划业务体系综述 这一章节的主要内容是分析航空公司经营过程中航班计划的编排体系，总结国内 航空公司航班计划编排体系的主要问题与挑战。首先通过对航空公司主要经营活动的 分析，明确航班计划的重要位置；然后分析通常情况下航班计划编制的业务流程，总 结航班计划编制过程中的关键步骤和核心内容；在此基础上，通过对国内主要航空公 司航班计划业务的调研分析，总结出当前国内航空公司航班计划编排体系所面临的主 要问题与挑战。 2 1 航班计划定位 航空公司提供的服务主要是通过航空器将旅客从a 地安全舒适的运输到b 地， 其围绕这- - n 务展开的主要业务分类有机队规划、航线规划、航班计划、市场营销、 地面保障、运行控制、机务维修、飞行运输、客舱服务、餐食机供、货运管理、收入 结算、成本核算、公司机关和后勤保障i l j 。 1 机队规划：一架飞机从下订单到交付使用一般需要2 3 年时间，而飞机的服 役时间在2 0 年 3 0 年。因此选择什么样的机型，预定多少架次飞机将影响公司未来 很长一段时间的运营情况。机队规划就是对公司未来的机型及各种机型的飞机数量做 长远的规划。 2 航线规划：航线的开通需要和机场、空管部门协商，并经过民航主管部门审 批。航线规划就是根据公司的发展战略，对未来一段时间的航线网络布局做出规划。 3 航班计划：根据公司的航线网络经营权和机队情况，对未来6 个月的运力投 放以航班的形式作出明确的计划。航班计划进入订座系统后，后续的市场营销、飞行 运输、地面服务等都根据航班计划展开。航班计划是各项经营活动工作安排的依据。 4 市场营销：负责航空公司航班座位的营销工作。包括销售政策的制定、座位 控制、代理人管理、营业部管理、常旅客计划、代码共享等。 5 地面服务：通常指在机场范围内为旅客提供办票值机、行李托运、登机、接 机等和旅客直接接触的服务工作。 6 运行控制：根据未来7 2 小时的航班计划、可用飞机情况以及机场气象情况， 合理安排飞机的生产运行，并对飞机的生产运行做实时监控。 7 机务维修：制定每一架飞机的定期检修计划，并对发现故障的飞机及时进行 维修，确保飞机正常。 8 飞行运输：主要由飞行部在其他部门的配合下，通过飞机将旅客安全舒适的 运送到目的地。 9 客舱服务：在飞行过程中，由客舱部客舱服务人员为机上旅客讲解安全知识、 8 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 提供餐食等服务。 1 0 餐食机供：主食、点心、饮料等属于餐食；毛毯、枕头、书刊等属于机供品。 餐食机供指的就是食品公司、采购部门为航班提供餐食和机供品。 1 1 货运管理：每架客机的机腹舱除了运送旅客托运行李外，还可以运送邮件和 货物，货运管理就负责机腹舱可用舱位的销售和管理，以增加整个航班的收入。 1 2 收入结算：根据销售联和乘机联，结合运价通告，计算每个航班的收入情况， 并处理和其他航空公司、营业部代理人的票款业务。 1 3 成本核算：统计实际发生的变动成本、固定成本和期间费用情况，并根据航 班生产情况估算每个航班成本。 1 4 公司机关：包括董事会、办公司、人力资源、财务等公司管理机关。 1 5 后勤保障：综合管理部等为其他部门提供后勤保障服务的部门。 图2 - 1 航班计划定位示意图 通过对航空公司主要业务的分析，我们不难发现航班计划的重要位置，如航班计 划定位示意图所示。机队规划和航线规划属于公司长远规划层面，而市场营销、飞行 运输、地面保障、客舱服务等属于公司生产运行层面，航班计划是介于两者之间，是 上承公司战略，下联公司收益的重要的中间环节，是根据公司的航线网络经营权和机 队情况，对未来6 个月的运力投放以航班的形式作出明确的计划，是安排各项生产运 行工作的依据。航班计划编排的科学合理与否将直接影响生产运行工作和航班收益情 况。 2 2 国内航班计划业务分析 2 2 1 航班计划内容 通常情况下，航班计划包括以下几方面内容： 1 航线 9 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 航线是指经过批准开辟的连接两个或几个地点的航空交通线【1 引。航线应具备三个 条件： ( 1 ) 有运输机定期飞行； ( 2 )有足以保证运输飞行和起降所需的机场及地面设备； ( 3 )经过批准，现民航航线除由民航总局运输司审批外还需报请空管局批准， 这主要是涉及空域的管制权。 民航航线分为国际航线、国内航线和地区航线三种。国际航线指连接中国与其他 国家之间的航空运输线；国内航线指连接各省、市、自治区之间的航空运输线；地区 航线指内地各城市与香港、澳门之间的航空运输线。 根据航线是否有经停点以及航线来回程的不同形式可将航线划分为以下三类： ( 1 )没有经停点的直飞航线，简称直达航线，如图2 2 ，即从a 点到b 点， 再从b 点回到a 点。 a b 图2 2 直达航线图 这类航线是效益最高的航线，没有经停，节约成本，管理方便，节约时间，最受 旅客欢迎。 ( 2 ) 含有经停点的航线，如图2 3 所示。 avb c 图2 。3 经停航线图 这类航线通常是基于以下情况而编排：a b 间没有足够的客流量或a b 间的客流 运量有富裕量，而这部分余量又不足以再组成一个直接对流运量，所以只能借助于 a b 航线中途的某一点c 点的运量来凑足客流运量，组成这类有经停点的航线。 与这种情况相类似的还有一种情况：在a b 线的延长线上( 或附近) 有一个d 点， 而b d 和a d 之间有不足批量的对流量，则可以合并组成a b d 航线。这种情况属于 航线的延伸，如图2 _ 4 所示。 a 图2 - 4 延伸的航线图 ( 3 ) 环形航线。相对于直达对流航线来说，不在一条直线上的三点以上形成闭合 环的航线称为环形航线，如图2 5 所示 1 0 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民航班计划的模拟与优化研究 avb c 图2 5 环形航线 中国东方航空公司浦东墨尔本悉尼浦东航线即为典型的环形航线。 2 机型 指某条航线准备选用的飞机型号。可选的机型由航空公司机队所决定，正确选择 机型是保证航线运行产生好的效益的重要方面。 3 航班号 给每个航班分配的一个编号通常由航空公司二字代码和数字组成，数字通常为3 位到5 位，例如：m u 5 1 0 1 、c a 9 8 3 。当出现补班等情况时会在末尾加上字母，例如 m u 510 1 a 、c a 9 8 3 z 。 4 班期 一周当中飞行的日期。通常以7 1 2 3 4 5 6 来表示周日到周六。例如某条航线飞周一、 周三、周五共三班，则班期为“1 3 5 。 5 航班时刻 即航班的具体起降时刻。航班时刻的确定会受到机场和空管的限制，航空公司并 不能完全自主的决定其航班时刻。 2 2 2 航班计划业务流程 航班计划业务涉及的部门多，数据的传递和合并较为复杂，国内航空公司通常情 况下可以总结为以下流程： 1 规划发展部：不迟于每年4 月下旬1 1 月上旬( 4 月提供冬春季资料1 1 月 提供第二年夏秋季资料) 提供公司机队变化情况( 包括新飞机引进计划、原有飞机退 役和改装计划) 给客运营销委。 2 飞行技术管理部：不迟于每年4 月下旬1 1 月上旬( 4 月提供冬春季资料1 1 月提供第二年夏秋季资料) 提供公司各机型飞行队伍保障能力给客运营销委。 3 工程技术公司：不迟于每年4 月下旬1 1 月上旬( 4 月提供冬春季资料1 1 月 提供第二年夏秋季资料) 提供公司机务保障能力和整季飞机检修计划给客运营销委。 4 客运营销委员会：收入管理部调查研究和预测市场需求，向航班计划部提出 安排航班计划的建议或修改意见；航班计划与国际业务部根据公司对该航班季运输 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 量、飞机日利用率、收益水平等目标，分别在6 月及1 2 月初之前确定初步航班计划； 航班计划与国际业务部分别在每年6 月1 5 日及1 2 月1 5 日之前向飞行技术管理部、 工程技术公司、运行质量管理部、运行控制中心、综合管理部、保卫部发新开航线通 知书及初步航班计划。 5 运行控制中心：接到通知后5 个工作日内提供新开航线航段飞行时间、载量 等数据给客运营销委；飞行技术管理部、工程技术公司、运行质量管理部、运行控制 中心、综合管理部、保卫部。在收到初步航班计划后1 5 个工作日内将意见和建议反 馈客运营销委；按照公司新开航线操作规定和时限要求做好新开航线的相关准备工作 并及时反馈信息给客运营销委；运行控制中心不迟于新航季前2 0 个工作日将换季新 开航线申请的有关情况反馈给客运营销委。 6 客运营销委员会：参加民航总局航班计划汇总和航权初审会议；参加国际、 地区、全民航航班计划时刻协调会；参加全民航航班计划校对会；协调空、海军机 场的使用及保障( 可提前或同时进行) ；航班计划与国际业务部不迟于新航季前6 0 天调整和确定航班计划；在民航总局下达红头文件后，把航班计划输入订座系统及 o a g ( 也可适当提前) ，并建立新航季a i rf l i t e 数据库；航班计划与国际业务部不 迟于新航季前1 0 个工作日根据新开航线申请反馈情况，做好临时调整计划并通知相 关单位。 2 3 国内航班计划的问题 每一家航空公司都需要进行航班计划的编制，国内的航空公司也不例外。通过对 国内主要航空公司国航、南航、东航、上航的调研发现，国内航空公司航班计划总结 起来主要有以下三个方面问题，即系统推广应用的难度大、数据标准不统一以及缺少 航班计划的分析和优化。 2 3 1 外来系统推广难度大 国航、东航引进了s a b r e 的a o c 系统，航班计划则相应的采用了s a b r e 公司 的a i r f l i t e ；南航和上航引进了德国汉莎系统公司( l u f t h a n s a s y s t e m s ) 的n e t l i n e 系 统。但是四家公司的推广应用都不太理想。 a i r f l i t e 在全球拥有6 0 多家航空公司用户，是业内时间表管理软件的行业标准。 国航和东航的a i r f l i t e 更多的是作为a o c 系统数据源系统，业务人员将在e x c e l 中 编制好的航班计划输入到a i r f l i t e 中，然后系统定期将数据传送给a o c 系统。e x c e l 依然是航班计划编排中业务人员的主要工具。n e t l i n e s c h e d 属于汉莎系统公司的整合 式生产线n e t l i n e 下的模块产品，能全面支持航空公司资源的规划与控制，是改善航班管 1 2 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民 航班计划的模拟与优化研究 理质量的理想t 具在40 多家航空公司中推广应用。上航和南航分别在2 0 0 4 年和2 0 0 7 年引进n e t l i n e 系统做航线网络规划。从目前来看，没有发挥出系统的应有效果。分析其 原因，主要有： 1 系统本地化不够。引进的系统为英文版本，并没有做中文汉化升级。系统操 作的模式和流程也是按照国外用户的业务来定义。系统功能也是按照国外用户的需求 定义，并没有针对国内航空公司做相应的变更。 2 用户习惯的改变需要一个过程。通常，参与航班计划编制的业务人员都是有 多年航班控制或市场营销方面经验的员工，已经养成了其工作的习惯，这其中就包括 用e x c e l 处理航班计划。因此在系统应用时，他们仍然喜欢在e x c e l 中编制，仅 将编制后的结果录入到系统中。 3 市场环境差别明显。国内航空市场受到航空管理当局的严格控制，航线的经 营权、航班时刻都需要经过和空管、机场的协调和民航局的审批。因此系统给出的航 线及时刻建议往往无法在现实中满足。 2 3 2 数据标准不统一 航班计划的编制需要经过多部门的协作来完成。机型、航线、时刻等航班计划数 据需要在不同部门不同人员之间进行传递。不在同一个平台上操作，数据标准的统一 便成了一大难题。虽然有统一的格式要求，但是由于手工操作的原应和部门系统数据 格式的原因，经常出现不同部门数据格式不一致1 2 1 。航班计划中常见的数据标准不统 一的情况有： 1 3 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民航班计划的模拟与优化研究 表2 1 数据标准问题样例 数据订座系统航班计划部财务结算 机型3 3 3 a 3 3 3 a 3 3 0 3 0 0 机场代码 p e kp e kb j s 航线s h a p e ks h a p e ks h a p e k s h a 日期 0 l o c t 0 80 8 1o 0 12 0 0 8 1 0 0 1 如上表2 1 所示，同样一个数据项，在订座系统、航班计划部内部和财务结算部 门内部都会有不同，这给航班计划。 2 3 3 缺少航班计划的分析和优化 目前，国内航空公司航班计划编排中，飞机的利用率是一个非常重要的指标，以 这个指标作为编排好坏的参照，考核部门也以这个指标作为对航班计划部门的考核依 据。而对航班计划做收入、成本和利润的分析却很少。即使做也是临时抽调相关人员 进行手工操作，相应的基于利润最大化的航班计划优化就更少了。分析其原因，主要 有三个方面。 1 没有以我国民航实际情况为基础建立起来的一套航班计划模型，尤其是针对 收入、成本和利润分析的航班计划模型。 2 引进的系统中，并没有使用成本及利润的模块。而通过e x c e l 工具手工方 式来处理每月几万个航班、每个航班几十个需要分摊的成本项几乎是不可能的。 3 做航班计划的利润分析与优化，需要多部门协同来操作。而现在航空公司航 班计划、运行控制、收入管理、财务结算都是单独的部门，缺少协同做航班计划优化 的主管机构。 1 4 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民航班计划的模拟与优化研究 第三章航班计划模型 这一章节的主要内容是建立航班计划模型，为航班计划优化分析做准备。首先分 析航班计划的要素，设定航班计划模型建立的假设条件，选择客座率、座公里收入为 业务人员可以操作的参数。然后分别建立航班计划的收入模型和成本模型，并在此基 础上，建立航班计划利润模型。 3 1 模型建立的假设条件 国内航空公司一般这样定义航班计划，即航空运输企业在i a t a 规定的航空季内 ( 分冬春季和夏秋季) 按民航总局相关单位的批复，执行的航班计划，每个航班具体 元素包含航线、航段、机型、航班号、班期、时刻和航班执行的有效期。 表3 1 航班计划样例表 航线航段机型航班号班期时刻有效期 虹桥北京线虹桥北京 a 3 3 05 1 0 l1 2 3 4 5 6 7 8 ：o o 1 0 ：0 00 7 1 0 2 8 4 3 1 8 0 3 2 9 虹桥北京线虹桥北京 a 3 3 05 1 0 31 2 3 4 5 6 79 ：0 0 1 l ：0 00 710 2 8 0 8 0 3 2 9 虹桥北京线 北京虹桥a 3 3 05 1 0 21 2 3 4 5 6 78 ：o o 1 0 ：0 00 7 1 0 2 8 - 0 8 0 3 2 9 虹桥北京线北京虹桥a 3 3 05 1 0 41 2 3 4 5 6 79 ：0 0 1 1 ：0 0 0 7l0 2 8 - 0 8 0 3 2 9 本文建立的航班计划模型并非简单表述航班计划，而是从航班的收入、成本和利 润角度为航班建立模型，期望通过参数的调整来比较分析计划中的航班，进而对航班 计划进行优化。该模型的建立是基于以下三个假设条件 3 1 1 条件一：机队规模已知 机队规模即某一个时间的可用飞机数量和可用座位数量。从一个航季来看，航空 公司的可用飞机数量和可用座位数是变化的。引进新飞机、退租飞机、飞机定检、飞 机故障维修、舱位布局调整等都会改变可用飞机数量和可用座位数量【l 。 引进新飞机。航空公司引进飞机的周期较长，需要l 2 年才能交付，因此什么时 间引进什么型号的飞机是航班计划编制时就已知的。因此引进新飞机对机队规模的影 响可以根据新飞机引进计划计算得到。 退租飞机。飞机在签订租赁合同时就会明确退租的时间，只有在特殊情况下才会 和租赁公司改变租赁期限。因此，退租飞机对机队规模的影响可以根据飞机租赁合同 的期限计算得到。 飞机定检。航空公司是通过对飞机的定期检查来保证飞机的安全系数。根据民用 航空维修工程管理理论主要的定检内容有： 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 a 检：目视检查飞机外部、内部和驾驶舱的缺陷，目视检查客舱显露项目并加上 系统的例行保养，测试电子应急系统，并包括日常维护检查。 a 检推荐的间隔时间为2 0 0 飞行小时，a 检包括4 个检查等级。 1 a 基本检查项目( 为2 0 0 飞行小时的工作项目) 。 2 a 基本检查项目加上4 0 0 飞行小时的工作项目。 4 a 基本检查项目，加上2 a 工作项目，加上8 0 0 飞行小时的工作项目。 8 a 基本检查项目，加上2 a 工作项目，加上4 a 工作项目，加上1 6 0 0 飞行小 时工作项目。 c 检：彻底地对飞机外部、内部、驾驶舱和发动机作目视检查，要打开检查口盖 作检查，彻底清洗和润滑，防腐，以及系统的油液勤务、应急系统的测试，并对影响 飞行安全的主要电子和机械系统的检查。 c 检推荐的间隔时间为3 2 0 0 飞行小时，c 检包括5 个检查等级。 l c 基本c 检，包括特殊检查、功能检查、使用检查和单元体更换。 2 c 基本c 检加上6 4 0 0 飞行小时项目。 3 c 基本c 检加上9 6 0 0 飞行小时项目。 4 c 基本c 检加上2 c 检项目，加上1 2 8 0 0 飞行小时项目。 7 c 基本c 检加上2 2 4 0 0 飞行小时项目。 航空公司可以根据本公司机队的日利用率情况，确定未来一个航季每架飞机的 定检日期，合理安排机队种每架飞机的定检时间。相应的，可以根据定检计划计算出 定检对机队规模的影响。 飞机故障维修。通过对飞机的定期检查，将飞机在运行中发生故障的概率将到了 最低，但是以目前的技术水平仍难精确预知飞机故障发生的时间。而且还有人为因素 原因1 1 3 】。虽然业内一直在研究如何降低人为因素导致飞机故障的概率，但是到目前为 止其导致飞机故障也是不可预知的。在航班计划编排时，业务人员充分考虑机队中飞 机发生故障需要维修的时间，留有一定的余量。且在运行当中，可以通过运行控制调 配飞机来克服飞机故障维修对运力的影响。 舱位布局调整。飞机出场交付航空公司使用后，通常不会调整舱位布局。在急救、 特殊任务以及航线原因需要减载配平时才会调整舱位布局。因此航班计划编排时基本 可以不计舱位布局调整对运力的影响。 综合分析上述四个因素，可以认为在航班计划编排时下个航季的机队规模是已 知的。这是建立航班计划模型的第一个假设条件，也是最基本的假设条件。 3 1 2 条件二：可飞航线已知 可飞航线指的是机场条件、航路条件、经营权都经过确认可以飞行的航线。首先 1 6 0 6 2 0 2 5 1 5 4 上官雪民航班计划的模拟与优化研究 每个机场都有起飞降落机型的限制条件，当公司的飞机不满足起将标准要求时，则不 能飞该航线。其次航线经过的航路也有严格的限制。例如越洋飞行、极地飞行等都对 飞机性能有严格的要求。此外，航线的经营权需要得到民航局的同意，飞行时刻需要 机场的确认1 1 2 j 。 可飞航线确认后，起飞和降落机场针对不同机型的起降费收费标准便可以查询 到，如“表2 0 0 8 年机场起降费收费标准 所示；航线经过的航路费可以确认，如“表 2 0 0 8 年航路费收费标准”所示；航班的民航建设基金也可以查询到；飞机在该航线 飞行的时间和所需的油耗也可以测算得到。 表3 22 0 0 8 年机场起降费收费标准( 部分) 机场类别机型合计夜航附加费停场费 一类 a 3 0 0 - 6 0 0 r1 8 5 0 2 81 0 2 6 87 7 0 1 北京首都 a 3 4 0 - 3 0 02 5 1 4 6 51 8 9 7 51 4 2 3 1 2 5 上海浦东 m d - 1 12 7 4 8 2 6 4 1 9 5 9 6 1 4 6 9 7 a 3 2 0 - 2 0 08 8 4 53 4 4 9 62 5 8 7 2 a 3 1 97 4 9 53 1 3 62 3 5 2 b 7 3 7 8 0 09 1 4 73 4 9 4 42 6 2 0 8 b 7 4 7 - 4 0 0 f2 3 4 1 4 1 22 7 3 9 32 0 5 4 4 7 5 a 3 2 l1 0 4 3 2 64 1 6 6 43 1 2 4 8 表3 32 0 0 8 年航路费收费标准( 部分) 航线代码货币航路费 湘尔一俗移倒l p v g l a xu s d1 2 0 0 浦东温哥华 p v g - y v ru s d 1 7 0 0 浦东一巴黎 p v g c d gu s d8 8 0 0 浦东一伦敦 p v g l h ru s d9 1 0 0 浦东一悉尼 p v g - s y du s d4 3 0 0 上述这些航线相关的数据是航班计划成本模型计算航班成本是所需要的。可飞航 线的确定为模型的计算提供了良好的数据基础。起降费、航路费、民航建设基金、燃 油费占航班运输成本的6 6 ( 根据0 8 年1 至8 月某航空公司数据计算得到) 。 3 1 3 条件三：市场需求可预见 航空市场的需求受经济大环境变化的影响非常大，国际航协0 a t a ) 、波音公司 ( b o y r n g ) 、空客公n ( a i r b u s ) 都会不定期的发布对未来航空市场的预测。航空公司 营销业务人员也会根据历史数据和对经济环境的分析来预测未来的市场需求。这里的 市场需求指客运的需求，暂不考虑货运市场的需求。 1 7 0 6 2 0 2 5 1 5 4上官雪民航班计划的模拟与优化研究 一般情况下，人们喜欢用旅客人数和平均票价两个指标来作为参数。其好处是直 观，不利的地方是当本航或共飞航线上外航的运力调整时，这两个数据受的影响较大。 例如：当市场情况和竞争对手都没有变化，而本航调整了飞机运力，那么旅客人数增 加的可能性非常大。鉴于此，本文选取客座率和座公里收入作为参数。即认为本航的 营销能力较为稳定，当运力增加时，能够抓取更多的旅客。屏蔽了共飞航线竞争方博 弈时运力、人数、平均票价的调整情况。客座率和座公里收入可以通过航线经营的历 史数据中抽取，并可根据市场预测做调整。便于做航班计划优化时，调整飞机运力后 无需调整参数便能快速计算收入指标。 3 2 航班计划模型 在调研过程中，经常发现这样的问题：业务人员被繁杂的业务数据所拖累，但是 又不能从大量的数据中及时获取他们想要的结果数据。这就需要建立业务的数学模 型，通过数据模型来计算大量的数据，从而获得想要的结果。本文中的航班计划模型 正是在这样一种诉求中产生的。本航班计划模型有收入模型、成本模型和利润模型三 个部分，收入模型和成本模型是利润模型的基础，而利润模型是利用利润最大化来进 行航班计划优化的工具。 3 2 1 航班计划收入模型 航班计划收入模型较为常见，通常用来根据旅客人数和平均票价两个参数做航班 收入最大化分析。本航班计划收入模型不采用旅客人数和平均票价参数，而是采用座 公里收入和客座率作为可供业务人员调整的参数。 r = y j ，一 f = l ( 3 1 ) ，=