Μοντελοποίηση οικονομικών μεγεθών δρομολογίου πολιτικού αεροσκάφους και βελτιστοποίηση της διαδικασίας ανάθεσης αποστολής στόλου αεροσκαφών

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η βελτιστοποίηση της διαδικασίας ανάθεσης αποστολής σε πολιτικό αεροσκάφος με στόχο την μεγιστοποίηση των εσόδων που προκύπτουν από το εκάστοτε δρομολόγιο. Για την επίτευξη βέλτιστης ανάθεσης, κρίθηκε αναγκαία η όσο το δυνατό καλύτερη μοντελοποίηση των εσόδων και εξόδων που προκύπτουν από την εκάστοτε αποστολή, για κάθε αεροσκάφος που μελετάται. Έτσι, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αναπτύσσεται μοντέλο υπολογισμού οικονομικών μεγεθών αποστολής πολιτικού αεροσκάφους για σύνολο αποστολών και αεροσκαφών, και εύρεση του βέλτιστου συνδυασμού ζευγών αεροσκαφών-αποστολών για μεγιστοποίηση των εσόδων. Τα οικονομικά μεγέθη που μοντελοποιούνται είναι τα έσοδα επιβατών, έξοδα καυσίμου, αεροδρομίων, πληρώματος και πλοήγησης. Επίσης, για την ανάθεση αποστολής λαμβάνεται υπ’ όψιν η δρομολόγηση συντήρησης για αεροσκάφη που πρέπει να υποστούν προγραμματισμένες συντηρήσεις, ώστε να αποφευχθούν έξοδα αναδρομολόγησης σε σταθμούς συντήρησης εκ των υστέρων. Για την ανάπτυξη ενός ικανοποιητικού μοντέλου, έγινε μελέτη κάποιων χαρακτηριστικών μοντέλων που υπάρχουν στη βιβλιογραφία, ώστε το μοντέλο που αναπτύσσεται να περιλαμβάνει τα δυνατά χαρακτηριστικά των ανωτέρω, και να εξαλείφει τις αδυναμίες τους ώστε να πραγματοποιήσει ένα βήμα προς τα εμπρός στον τομέα αυτό. Όσον αφορά τις συνιστώσες των οικονομικών μεγεθών, στα έσοδα από επιβάτες περιλαμβάνεται η πρόβλεψη για τη ζήτηση επιβατών ανά δρομολόγιο από στοιχεία προηγούμενων ετών. Τα έσοδα μοντελοποιούνται σε επίπεδο κλάσης εισιτηρίου, για κάθε δρομολόγιο. Στην κατανάλωση καυσίμου λαμβάνονται υπόψη η υγεία του κινητήρα, η ταχύτητα του ανέμου στο δρομολόγιο, και το βάρος του αεροσκάφους, καθώς η κατανάλωση υπολογίζεται για 5 διαφορετικές φάσεις της αποστολής. Τα έξοδα αεροδρομίου περιλαμβάνουν χρεώσεις υπηρεσιών αεροδρομίου σε επίπεδο τύπου επιβάτη, και είδους δρομολογίου. Για ανάγκες επαλήθευσης, το μοντέλο που αναπτύχθηκε υλοποιήθηκε σε πλήρη μορφή σε προγραμματιστικό περιβάλλον Fortran 77, ενώ έγινε εφαρμογή σε πραγματική αεροπορική εταιρεία. Για τις ανάγκες της εφαρμογής συγκεντρώθηκαν στοιχεία για 3 τύπους αεροσκαφών, 75 αεροδρόμια, και άνω των 650 δρομολογίων που πραγματοποιούνται από την εταιρεία υπό δοκιμή. Για σκοπούς ανάλυσης ευαισθησίας των παραμέτρων του προβλήματος έγινε μελέτη άνω των 900 διαφορετικών περιπτώσεων, και συσχετισμός τους με τα οικονομικά μεγέθη. Το κυριότερο ίσως συμπέρασμα που προκύπτει από την παρούσα εργασία είναι ότι η ανάθεση αποστολής σε αεροσκάφος εξαρτάται από πλήθος παραμέτρων οι οποίες είναι αλληλένδετεςμεταξύ τους, και των οποίων η μοντελοποίηση απαιτεί γνώσεις από μεγάλο εύρος επιστημονικών περιοχών. Όσον αφορά τα οικονομικά μεγέθη, μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την μελέτη των παραμέτρων που αφορούν την κατανάλωση καυσίμου. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ότι η υγεία του κινητήρα σε συνδυασμό με την ταχύτητα του ανέμου στο δρομολόγιο και το συνολικό βάρος του αεροσκάφους, έχουν μεγάλη επίδραση στο καύσιμο που καταναλώνεται για μια αποστολή. Ακόμη, μια παράμετρος που λαμβάνει υπόψη το μοντέλο και η οποία συχνά αμελείται από άλλα μοντέλα είναι ο προγραμματισμός της ανάθεσης αποστολής με γνώμονα την βέλτιστη δρομολόγηση συντήρησης, ούτως ώστε να ελαχιστοποιηθούν τα έξοδα συντήρησης αεροσκαφών. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης η πρόβλεψη για τη ζήτηση επιβατών με δεδομένα από προηγούμενα έτη, ώστε να μοντελοποιηθούν όσο το δυνατόν καλύτερα τα έσοδα από την εκάστοτε αποστολή.

The objective of the current diploma thesis is the optimization of the fleet assignment procedure for a fleet of civil aircrafts, aiming to maximize the profit. In order to achieve the optimal fleet assignment, it was deemed necessary that the financial figures for each pairing aircraft-assignment were modeled in the best possible way. Therefore in the context of the current thesis, we have developed a model for estimating the financial figures of a flight leg for a civil aircraft, for a number of flight legs, and finding the optimal pairing of aircrafts to flight legs, in order to maximize the profit. The financial figures that are being modeled are the revenues from ticket sales, cost of fuel, airport charges, crew salaries and navigation fees. For the optimal fleet assignment, the aircraft maintenance routing is taken into consideration, in order to avoid expenses for rerouting aircraft that need to undergo maintenance, to maintenance stations. For the development of a satisfactory model, a research of some of the most important existing models has been made, so that the model that is being developed under this thesis will incorporate the positive elements of each model, and eliminate their weaknesses, in order to achieve a step forward in this field. As for the components of the financial figures, the revenues from ticket sales include a forecasting for passenger demand from data of previous years. The revenues are modeled for different fare classes, for each flight leg. The cost of fuel incorporates the fuel consumption according to the deterioration level of each aircrafts’ engine, the aircraft weight and the wind velocity for the specific route The fuel is been calculated for a 5 phase mission. The airport expenses include charges for different passenger types, as well as aircraft charges, according to aircraft weight. For verification purposes, the model was implemented in full in Fortran 77 programming environment, and a case study of a real airline company was applied. For the application, a big number of data was collected, which included various characteristics of 3 aircraft types, 75 airports, and over 650 routes that are been conducted by the specific airline company. For analysis sensitivity purposes, over 900 different cases were studied. The most important conclusion that derives from the current thesis is that the aircraft fleet assignment is subject to a big number of parameters, which have a big correlation with each other, and that their precise modeling requires knowledge from a large scope of scientific areas. As for the financial figures, the conclusions of the sensitivity analysis for the parameters of the fuel consumption are very interesting. More specifically, it was observed that the engine deterioration in combination with the wind velocity, and the aircraft weight have a great impact on the fuel consumption for a specific flight leg, and as a result of that, the fuel expenses. Also, a parameter that has been taken into consideration, and is usually being neglected by other models is the planning of the optimal fleet assignment, considering the maintenance routing of the aircrafts, in order to minimize the maintenance expenses. Another important characteristic of the model is the passenger demand forecasting, using the passenger demand of previous years, in order to model in a better way the revenues from ticket sales, for each flight leg.