一种航空公司空勤任务指派方法及系统与流程

本发明属于计算机排班技术领域，具体涉及一种航空公司空勤任务指派方法及系统。

背景技术：

随着航空公司机队规模的逐步壮大，合理利用公司最宝贵、最紧缺的空勤资源，达到保证安全、保证生产、提高效率的目的，成为航空公司需要认真对待的严肃问题。

目前，国内航空公司在航班任务空勤人员指派方面主要存在如下问题：

1)机队规模和航班量增大到一定程度后，大量、复杂的约束条件，使人工指派航班空勤工作量急剧增大，排班人员工作强度大、工作效率难以提高，空勤超时和机组搭配等飞行安全影响因素越来越难以控制和协调；

2)因缺乏较优算法，空勤人员指派不当，造成资质浪费，最终导致航班任务覆盖度不足，部分航班因空勤缺员无法执行；

3)不同空勤间任务均衡性不够；

4)目前较为常见的排班方式为计算机辅助排班，无法实现自动优化排班，效率较低；

5)国内外一些工程技术人员和学者试图通过数学规划方法解决此问题，目前看，计算量巨大，处理速度较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种航空公司空勤任务指派方法及系统。

本发明能够实现的目的：避免空勤人员资质虚耗，最大可能覆盖航班任务；本发明的再一个目的：在满足上一条目的前提下，实现空勤人员综合工作量指数的均衡性。

本发明的技术方案如下：

一种航空公司空勤任务指派方法，步骤如下：

S1：获取并校验航班计划、空勤资质和飞行经历数据；

S2：将校验后的数据输入计算引擎；

S3：构造空勤人员资质稀缺性控制表；

S4：航班任务分组，生成岗位要求，分配空勤人数定额；

S5：检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位；

S6：对航班任务分组和空勤人员引入标量参数PI；

S7：航班任务分组循环；

S8：航班任务分组岗位循环；

S9：空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤；

S10：记录计算日志；

S11：排班结果输出；

S12：结束。

本发明中，构造空勤人员资质稀缺性控制表的步骤具体为：

1)对空勤人员的资质进行有意义的排列组合穷举；

2)根据不同类别，基于实际空勤人员数量，确定类别稀缺性；

3)按区分稀缺性的资质类别循环，较为稀缺的资质类别优先指派。

本发明中，对航班任务分组引入的标量参数PI为对航班任务分组工作量和工作难度产生影响的因素，计算公式为：

$PI=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(a_i{T}_i+b_i{S}_i+c_i{G}_i)$

其中：

i:航班任务分组中航班单元的序号；

n:航班任务分组中航班单元的数量；

T_i:第i个航班单元的飞行时间；

S_i:第i个航班单元的航节数量，与起降次数直接相关；

G_i:第i个航班单元的地面值勤时间；

a_i:飞行时间影响系数；

b_i:航节数影响系数；

c_i:地面值勤时间影响系数；

该公式能针对不同的航空公司进行不同形式的定制，要点是：将对航班任务分组的工作量和工作难度产生影响的因素体现为一个单一的、综合的标量参数。

对空勤人员引入的标量参数PI为对空勤人员工作量和工作难度产生影响的因素，计算公式为：

$PI=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}(a_j\·{\mathrm{PI}}_{Rj}+b_j)$

其中：

j:空勤已被指派的航班任务分组的序号；

m:空勤已被指派的航班任务分组的数量；

PI_Rj:空勤已被指派的第j个航班任务分组的参数PI；

a_j:第j个航班任务分组的参数PI对空勤参数PI的影响系数；

b_j：第j个航班任务分组的参数PI对空勤参数PI的影响调整量。

以上a_j、b_j，对于不同空勤和空勤的不同航班任务分组可能不同，影响取值的因素有：空勤人员需要搭机执行异地任务的情况、降级执飞、职务影响等。

以上公式可对不同的航空公司进行不同形式的定制，要点是：将对空勤人员工作量和工作难度产生影响的因素体现为一个单一的、综合的标量参数。

本发明中，航班任务分组和空勤人员分别引入标量参数PI后，对航班任务分组和空勤人员按各自的参数PI进行反向排序。

本发明中，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤，具体为：在约束条件下，使具有较大PI值的航班任务分组与具有较小PI值的空勤人员相匹配。

上述约束条件包括：空勤人员自身约束和航班属性对空勤人员的约束。

一种航空公司空勤任务指派系统，包括客户端和服务器端即计算引擎；具体为，

客户端负责数据采集、提交、任务指派结果接收、输出处理，并显示处理进度；

服务器端负责航班任务指派计算，对客户端提供空勤任务指派服务，服务以Web Service形式暴露。

本发明中，服务器端的排班功能由实现控制功能的模块和实现实体功能的模块协作实现，具体如下：

1)实现控制功能的模块包括排班器类和组环器类等，其中：

排班器类为核心的算法和调度模块，该模块用于构造空勤人员资质稀缺性控制表，调用组环器实现航班任务分组，在组环基础上生成岗位要求，分配空勤人数定额，检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位，航班任务分组循环，航班任务分组岗位循环；空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤，排班器类以空勤列表和组环器输出的航班任务分组列表为输入数据，在约束规则类的控制下，达成排班目标；排班器类为核心的算法和调度模块，其对其他的类产生调用和依赖关系；由此，逻辑上，复杂的排班功能分解为几个界面清晰又互相协作的子功能；

组环器类由排班器类调用，实现航段组合成航班任务分组的功能，即组环；它的输入数据为由航段类对象生成的航段表。

2)实现实体功能的模块包括航段类、航班类、航班任务分组类、约束规则类、空勤类、资质类和岗位管理器类等，其中：

航段类：基本飞行任务单元，由一个起落及相关方法构成，航段类聚合成航班类；

航班类：由一个航班号、一个或多个航段、符合一定规则的飞行任务单元组成，航班类聚合成航班任务分组类；

航班任务分组类：基本排班单元，是通过一个或一个以上航班类构成的由一个机组执行的飞行任务单元；其定义了航班任务分组的标量参数PI，这一参数表明了一个航班任务分组的工作量与工作难度，对排班均衡性产生影响；

约束规则类：实体类，定义不同排班场景下的控制参数，对排班器的逻辑产生影响；

空勤类：管理空勤人员的基本信息和任务指派情况，排班器的基础输入数据，其定义了空勤人员的标量参数PI，这一参数表明了空勤人员的工作量与工作难度，对排班均衡性产生影响；

资质类：管理空勤人员的资质信息和航班任务的资质要求信息；

岗位管理器类：管理岗位资质要求、人数额度和实际指派的空勤。

针对不同类别的空勤实现排班的方法：在高层抽象的基础上，针对不同类别的排班场景，通过对排班器类的继承和方法覆盖，生成了特定类别的空勤排班器子类，以实现特定目标的排班要求。

本发明通过构造空勤人员资质稀缺性控制表，对空勤人员的资质进行排列组合穷举，筛除无意义项，根据不同类别，基于实际空勤人员数量，确定类别稀缺性，稀缺类别优先指派。

定义航班任务分组和空勤人员的标量参数PI(Production Index)，分别为航班任务分组和空勤人员的工作量和工作难度影响因素的多项式。此参数用于控制空勤任务均衡性，其中，空勤人员的PI参数随任务指派进程动态变化。

空勤任务指派控制进程：资质稀缺性控制、按PI逆序穷举航班任务分组、航班任务分组岗位按资质要求筛选、按空勤人员PI参数确定候选顺序、由空勤人员航班资质符合性确定匹配成功与否。按此进程，每次确定的航班空勤都是当前局部最佳空勤，逐步趋近整体任务最佳指派结果。

该方法适用于飞行员、乘务员、安全员等各类空勤人员的任务指派。

本发明具有以下有益效果：

1、设计空勤人员资质稀缺性控制机制，最大可能地保证航班任务覆盖率：对有稀缺资质要求的航班任务分组提高指派优先级，优先获得较稀缺的空勤资源，最大可能执行航班计划，避免造成资质浪费，防止出现因稀缺资质虚耗造成任务覆盖度降低的情况；

2、引入PI参数定义，兼顾工作量与工作难度等因素，并基于此对空勤和航班任务分组进行双序列逆向匹配，保证综合指标均衡性最好，关注人本因素，体现公平；

3、采用局部最优、逐步逼近的方法，而不是采用数学规划方法，避免求解大规模数学规划方程组，提高了计算速度；以9000个航班排班为例，已公布的采用数学规划方法的解决方案需要5小时以上的计算时间，本算法对飞行员排班耗时约20分钟、对乘务员排班耗时约40分钟，计算速度快且覆盖率更高；

4、符合行业规范(控制超时、资质、任务量、人数、人员搭配)，并可定制控制规则，如困难航线、飞行干部规则、早晚班控制等；

5、实现自动排班，并支持手工预排(自动排班前手工安排个别空勤人员的航班任务)，封装业务复杂性，操作简便，使用方便；

6、基于SOA架构，分离前端逻辑与核心算法，便于实现云计算模式。

附图说明

图1为本发明中空勤任务指派方法流程图；

图2为本发明服务器端的系统结构图。

具体实施方式

见图1，一种航空公司空勤任务指派方法，步骤如下：

S1：获取并校验航班计划、空勤资质和飞行经历数据；

S2：将校验后的数据输入计算引擎；

S3：构造空勤人员资质稀缺性控制表；

S4：航班任务分组，生成岗位要求，分配空勤人数定额；

S5：检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位；

S6：对航班任务分组和空勤人员引入标量参数PI；

S7：航班任务分组循环；

S8：航班任务分组岗位循环；

S9：空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤；

S10：记录计算日志；

S11：排班结果输出；

S12：结束。

本发明中，构造空勤人员资质稀缺性控制表的步骤具体为：

1)对空勤人员的资质进行有意义的排列组合穷举；

2)根据不同类别，基于实际空勤人员数量，确定类别稀缺性；

3)按区分稀缺性的资质类别循环，较为稀缺的资质类别优先指派。

本发明中，对航班任务分组引入的标量参数PI为对航班任务分组工作量和工作难度产生影响的因素，计算公式为：

$PI=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(a_i{T}_i+b_i{S}_i+c_i{G}_i)$

其中：

i:航班任务分组中航班单元的序号；

n:航班任务分组中航班单元的数量；

T_i:第i个航班单元的飞行时间；

S_i:第i个航班单元的航节数量，与起降次数直接相关；

G_i:第i个航班单元的地面值勤时间；

a_i:飞行时间影响系数；

b_i:航节数影响系数；

c_i:地面值勤时间影响系数；

该公式能针对不同的航空公司进行不同形式的定制，要点是：将对航班任务分组的工作量和工作难度产生影响的因素体现为一个单一的、综合的标量参数。

对空勤人员引入的标量参数PI为对空勤人员工作量和工作难度产生影响的因素，计算公式为：

$PI=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}(a_j\·{\mathrm{PI}}_{Rj}+b_j)$

其中：

j:空勤已被指派的航班任务分组的序号；

m:空勤已被指派的航班任务分组的数量；

PI_Rj:空勤已被指派的第j个航班任务分组的参数PI；

a_j:第j个航班任务分组的参数PI对空勤参数PI的影响系数；

b_j：第j个航班任务分组的参数PI对空勤参数PI的影响调整量。

以上a_j、b_j，对于不同空勤和空勤的不同航班任务分组可能不同，影响取值的因素有：空勤人员需要搭机执行异地任务的情况、降级执飞、职务影响等。

以上公式可对不同的航空公司进行不同形式的定制，要点是：将对空勤人员工作量和工作难度产生影响的因素体现为一个单一的、综合的标量参数。

本发明中，航班任务分组和空勤人员分别引入标量参数PI后，对航班任务分组和空勤人员按各自的参数PI进行反向排序。

本发明中，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤，具体为：在约束条件下，使具有较大PI值的航班任务分组与具有较小PI值的空勤人员相匹配。

上述约束条件包括：空勤人员自身约束和航班属性对空勤人员的约束。

见图2，一种航空公司空勤任务指派系统，包括客户端和服务器端即计算引擎；具体为，

客户端负责数据采集、提交、任务指派结果接收、输出处理，并显示处理进度；

服务器端负责航班任务指派计算，对客户端提供空勤任务指派服务，服务以Web Service形式暴露。

本发明中，服务器端的排班功能由实现控制功能的模块和实现实体功能的模块协作实现，具体如下：

1)实现控制功能的模块包括排班器类和组环器类，其中：

排班器类为核心的算法和调度模块，该模块用于构造空勤人员资质稀缺性控制表，调用组环器实现航班任务分组，在组环基础上生成岗位要求，分配空勤人数定额，检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位，航班任务分组循环，航班任务分组岗位循环；空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤，排班器类以空勤列表和组环器输出的航班任务分组列表为输入数据，在约束规则类的控制下，达成排班目标；

组环器类由排班器类调用，实现航段组合成航班任务分组的功能，即组环；它的输入数据为由航段类对象生成的航段表；

2)实现实体功能的模块包括航段类、航班类、航班任务分组类、约束规则类、空勤类、资质类和岗位管理器类，其中：

航段类：基本飞行任务单元，航段类聚合成航班类；

航班类：由一个航班号、一个或多个航段、符合一定规则的飞行任务单元组成，航班类聚合成航班任务分组类；

航班任务分组类：基本排班单元，是通过一个或一个以上航班类构成的由一个机组执行的飞行任务单元；其定义了航班任务分组的标量参数PI，这一参数表明了一个航班任务分组的工作量与工作难度，对排班均衡性产生影响；

约束规则类：实体类，定义不同排班场景下的控制参数，对排班器的逻辑产生影响；

空勤类：管理空勤人员的基本信息和任务指派情况，排班器的基础输入数据，其定义了空勤人员的标量参数PI，这一参数表明了空勤人员的工作量与工作难度，对排班均衡性产生影响；

资质类：管理空勤人员的资质信息和航班任务的资质要求信息；

岗位管理器类：管理岗位资质要求、人数额度和实际指派的空勤。

实施例一：

使用本发明对某航空公司近一个月(四个星期)航班进行飞行员排班，航段总数：9160，可用飞行员人数：574。

计算过程：

S1：从数据库读入航班计划、空勤资质和飞行经历数据，对空勤信息作如下校验：检查工号、姓名等信息是否缺失，预排人员是否超出空勤人员清单等；对航班计划信息作如下校验：航班号长度是否合规，起落时间是否存在逻辑矛盾等。

S2：将校验后的数据输入计算引擎：通过Web Service调用排班方法，该方法生成排班器对象，后者进一步执行排班操作。

S3：构造空勤人员资质稀缺性控制表。根据不同资质人员稀缺情况，生成优先级不同的共1048条资质控制项。

S4：航班任务分组，生成岗位要求，分配空勤人数定额：根据航班机号、机型、衔接时间、值勤期限制等条件对航班任务进行分组，生成高级任务组2862个，对各任务组按机组编制要求自动生成岗位人数定额，任务组的人数定额分配到任务组的不同岗位。本轮排班定额总数：6092。

S5：检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位：指定资质的顺序为资质优先级控制表的顺序。

S6：对航班任务分组和空勤人员引入标量参数PI：航班任务分组的参数PI为飞行时间、起降数、地面值勤时间、早晚班情况等因素的多项式组合；空勤人员的参数PI为其执飞航班任务分组的PI、搭机执行异地任务情况、降级执飞、职务影响等因素的多项式组合。

S7：航班任务分组循环；

S8：航班任务分组岗位循环；

S9：空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤；

S10：记录计算日志；

S11：排班结果输出；

S12：结束。

计算结果：

耗时18分钟，任务覆盖度100％(即所有任务均成功指派)。飞行员平均飞行时间68.32小时，最短6.33小时，最长92小时，符合规范要求。

实施例二：

使用本发明对某航空公司近一个月(四个星期)航班进行乘务员排班，航段总数：9160，可用乘务员人数：920。

计算过程：

S1：从数据库读入航班计划、空勤资质和飞行经历数据，对空勤信息作如下校验：检查工号、姓名等信息是否缺失，预排人员是否超出空勤人员清单等；对航班计划信息作如下校验：航班号长度是否合规，起落时间是否存在逻辑矛盾等。

S2：将校验后的数据输入计算引擎：通过Web Service调用排班方法，该方法生成排班器对象，后者进一步执行排班操作。

S3：构造空勤人员资质稀缺性控制表。根据不同资质人员稀缺情况，生成优先级不同的共8条资质控制项。

S4：航班任务分组，生成岗位要求，分配空勤人数定额：根据航班机号、机型、衔接时间、值勤期限制等条件对航班任务进行分组，生成高级任务组2858个，对各任务组按机组编制要求自动生成岗位人数定额，任务组的人数定额分配到任务组的不同岗位。本轮排班定额总数：11868。

S5：检索与指定资质要求一致的航班任务分组及岗位：指定资质的顺序为资质优先级控制表的顺序。

S6：对航班任务分组和空勤人员引入标量参数PI：航班任务分组的参数PI为飞行时间、起降数、地面值勤时间、早晚班情况等因素的多项式组合；空勤人员的参数PI为其执飞航班任务分组的PI、搭机执行异地任务情况、降级执飞、职务影响等因素的多项式组合。

S7：航班任务分组循环；

S8：航班任务分组岗位循环；

S9：空勤人员循环，以空勤人员PI和资质双维度搜索指定航班岗位的最佳空勤；

S10：记录计算日志；

S11：排班结果输出；

S12：结束。

计算结果：

耗时39分钟，任务覆盖度100％(即所有任务均成功指派)。乘务员平均飞行时间82.5小时，最短18小时，最长109.83小时，符合规范要求。