分院飞行训练排班系统研究.pdf

0 分类号 U D C 注1 密级j SC 9 o ，_ 为整数 i = 1 ，2 ，3 ．···m { = 1 ，2 ，3 ，⋯，n 其经典模型可表示如下[ 3 0 】[ 3 l 】[ 3 2 】： ( 4 ．1 ) ( 4 ．2 ) 其中： m 表示整个排班周期可分为聊个时段； 7 “ ／表示一共有n 种值勤方式； x表示被指派到第，种值勤方式的人数；_i c j 表示一名工作人员被指派到第．，i - 呻值勤方式的成本； 厂f 表示第i 时段所需要的工作人员总人数； f 1 ，表示某员工被指派在第，种值勤方式的第f 时段上班 “驴一10 ，表示某员工未被指派在第，种值勤方式的第i 时8 2 上班 该模型的目标函数( 4 ．1 ) 表示以人力成本最小化为目标限制式( 4 ．2 ) 要求 指派的人数必须达到所要求的最少人数 2 7 电子科技大学硕士学位论文 对于该模型的求解，一般被转化为集合覆盖问题( S e tC o v e rP r o b l e m ，S C P ) 或 集合化分问题( S e tP a r t i t i o nP r o b l e m ，S P P ) 求解。

其求解算法可以划分为两类，一 类为最优化算法( O p t i m a lS o l u t i o nA l g o r i t h m ) ，另一类为启发式算法( H e u r i s t i c A l g o r i t h m ) 最优化算法是在满足各项求解条件和限制条件前下，在可行解空间内 寻找最佳的一个解；在人员排班问题上，最优化算法主要有分枝界定法 ( B r a n c h ．a n d ．B o u n dM e t h o d ) 和变数产生法( c o l u m ng e n e r a t i o n ) 等对于人员排 班问题，由于限制条件太多，规模过大，有时很难求解，甚至就没有最优解启 发式算法是为了克服最优化算法计算时间让人难以忍受的缺点而提出的一类算 法，它在可以接受的计算费用内去寻找最好的解，但不能保证所得解的可行性和 最优性人员排班常用的启发式算法有禁忌搜索算法( T a b uS e a r e h ) 、模拟退火算 法( S i m u l a t e d A n n e a l i n g ) ‘和遗传算法( G e n e t i c A l g o r i t h m s ) 等。

4 ．1 ．2 航空公司的排班数学基本模型 航空公司飞机排班必须满足一系列的约束条件，例如：飞机调度指令要求、 飞机使用均衡要求、最小使用飞机数要求等等在飞机排班问题的解决方案中， 本文首先根据飞机排班的特征和建模口的，对飞机排班问题进行必要的、合理的 简化，用精确的数学语言做出定义【2 6 】： 待排飞机集合，{ & ，f = 1 ，2 ⋯，m ) ，m 为待排飞机总数； 待排航班集合，{ 局．J = 1 ，2 ⋯，万) ，n 为航班节总数； 机型为k 的飞机飞航班f 的基本运行成本； 决策变量，w = 1 表示用机型k 的飞机飞航班f ．否则w = 0 机场集合，{ A k ．k = l ，2 ⋯，口) ； 航线网络中某个时刻的点集合，用{ 尼，a ，n 表示： 机型为k 的飞机的数量； t 时刻之前在机场a 的机型为k 的飞机数量； t 时刻之后在机场a 的机型为k 的飞机数量； t 时刻在机场a 进港的机型为k 的飞机所执飞的航班的集合； t 时刻在机场a 离港的机型为k 的飞机所执飞的航班的集合 则，飞机排班数学模型可以用下列公式来表达： 目标函数： 力力 K F 甜w彳Ⅳ一～肼帆咖 第四章飞行训练排班数学模型 约束条件： y w = 1v f ∈F Z _ 一 。

七E 石 ( 4 ．3 ) ( 4 ．4 ) y 柳+ y M ．口．， ‘w 一．d ，r + 一 工矿=( ．) f 0 忑“)f 鑫蕉“) 从该模型可以看出，飞机排班是一个具有非线性约束的整型规划问题，目标 就是使航空公司的运营成本最小化 此模型的目标函数为公式( 4 ．3 ) ，公式( 4 ．4 ) 、( 4 ．5 ) 和( 4 ．6 ) 为约束条件 其中公式( 4 ．4 ) 是满足所有航班都被覆盖，且只被一架飞机执飞；公式( 4 ．5 ) 是 满足正在执行航班的某种机型的飞机和在机场的该机型的飞机的数量总和不超过 公司所有的该机型的飞机数量：公式( 4 ．6 ) 是保持所有机场飞机进出流量的平衡， 降落在该机场的飞机之后从该机场离港 考虑乘客因素的飞机排班模型是在排班的过程中要考虑到乘客量对航空公司 利润的影响差的航班也可能因为使用载客量大的机型从而增加了飞机的飞行成 本好的航班可能因为使用的机型载客量过小而损失一批乘客，因此该模型即是 要在飞机排班中使得乘客与机型之间有最好的匹配，以实现航空公司的利润最大 化数学模型设置如下【2 7 】： R ：包含航段1 的航班集合： “，：航段i 上的乘客需求量； f a r e i ：航段i 上的费用，根据历史数据和经验确定的平均值； C a p i ：航段i 的预计乘客量； ∥：乘客由航段i 转向航段J 的概率； f ；，：由航段i 转向航段．j 的乘客的数量； t , - ：从航段i 转移出来但未进入其他航段的乘客的数量； 数学模型如下： 广] r a i n ( ∑ZC y X 矿+ ∑If a r e , t f ．+ ∑( f a r e ，- b ／f a r e y ) t ／I ) ( 4 ．7 ) 女e K ／E 尸 i e FL j e F ；j * 6 i J Z C a p x j , + ∑( t ；+ ∑t ／) - Z ∑W ≥∑t z ，V ，∈￡ ( 4 ．8 ) 电子科技大学硕士学位论文 彳+ ∑t ／‘≤∥f 、V i ∈F j e F ；j ≠i 巧+ ∑∥≤∥f V i ∈F j e F ；j ≠i ∑x 矿= 1 f E F ∑w ≤1 七E K A u ．d t i m e + T ≤A t ( j + 1 ) ．s t i m e ( 4 ．9 ) ( 4 ．1 0 ) ( 4 ．1 1 ) ( 4 ．1 2 ) ( 4 ．1 3 ) 在上面的排班数学模型中，除了基本模型中的耗费∑∑c 嗍外，其他的费用 ^ e 足f E F 由两部分组成：∑( f a r e ，彳“ 4 - ∑f a r e j ( ) 是代表由于机型载客量不够乘客改乘其他 i E F ，∈f ’；／耐 航班说带来了损失；∑∑b { f a r e j ( 代表从别的航班改乘次航班所获得的利润。

f E ，j e F ；j ≠i 在限制条件公式( 4 ．8 ) 里面∑( 彳+ ∑t ／) 代表已经预定了航班i 但是由于载客 i ∈F | j e F ；j { 迁 量不足所损失的乘客数量；∑∑彰∥代表从其他航班改乘此航班的乘客数量 I E Fj e F ；j ≠i 公式( 4 ．9 ) 是需求限制，确保了预定该航班但是后来改乘其他航班的乘客数量不 会超过这个航班的乘客需求量 4 ．2 飞行训练排班计划的限制条件 民用航空局对飞行教学安排的限制条件很多，大体可以分为3 类：飞行时间 的限制、飞行资格的限制和其它限制等 4 ．2 ．1 飞行时间的限制 飞行时间的限制条件很多，根据C C A R 9 1 部和C C A R l 2 1 部主要包括以下条 石生【3 4 】3 5 ] ． 1 ● 1 、单教员机组的限制 当飞行机组配备1 名飞行教员时，飞行教员值勤期不允许超过1 4 小时；如果 第四章飞行训练排班数学模型 训练过程中发生训练延误时，值勤期可延长，但不得超过1 6 小时，但必须保证值 勤期后1 0 小时的休息期在执飞期间，为了避免飞行教员长时间飞行引起飞行疲 劳带来的安全隐患，其飞行时间必须在8 小时以内；出现不多于2 个航段的飞行 任务时，其飞行时间可适当增加，但必须在9 小时以内；值勤期后的飞行教员的 连续休息时间应在1 0 个小时以上，休息时间指两次值勤期之间的时间；发生飞行 教员实际值勤时间在1 4 小时以内的飞行训练延误时，飞行教员的连续休息时间减 少到9 小时。

表4 —1一名飞行教员机组的飞行时间限制 正常训练飞行发生延误后 飞行前休息时间≥l O 小时≥1 0 小时 值勤时间≤1 4 小时≤1 6 小时 ≤8 小时≤8 小时 飞行时间 ( 不多于两个航段飞行，( 不多于两个航段飞 ≤9 小时)行，≤9 小时) ≥1 0 小时 飞行后休息时间≥1 0 小时( 值勤时间≤1 4 小时 时， ／9 小时) 飞行前休息时间是指飞行教员执行飞行训练任务前的休息时间飞行时间指 飞机起飞时刻和落地时刻之间空中飞行的时间值勤时间是指飞行教员执行飞行 分院安排的飞行和地面教学任务所花费的时间，包括飞行时间和地面时间；飞行 教员的地面工作主要包括飞行前地面准备( 航行资料的准备、领航计划的计算等) ， 飞行后的讲评，在转场航线中的过站时间等飞行教员飞行后休息时间是指飞行 教员完成飞行教学任务后的休息时间 2 、双教员机组的限制 当飞行机组配备2 名飞行教员( 不含飞行机械员) ，飞行教员的执行飞行和地 面教学任务的总时间应在1 6 小时以内，其中飞行教学时间在1 0 小时以内；如果 出现飞行时间超过1 0 小时的情况( 中间无经停) 行，可延长飞行时间，可延长至 1 2 小时。

飞行教员完成飞行和地面教学任务后，在下一次领受教学任务前，至少 应连续休息1 4 小时在发生延误时，值勤时间可适当延长，具体数值如表4 —2 所示 3 1 电子科技大学硕士学位论文 表4 —2 两名飞行教员机组的飞行时间限制 正常训练飞行发生延误后 飞行前休息时间≥1 4 小时 ≥1 4 小时 值勤时间 ≤1 6 小时≤1 8 小时 ≤1 0 小时≤1 0 小时 飞行时间 ( 航线无经停，≤1 2 小时)( 航线无经停，≤1 2 小时) ≥1 4 小时 飞行后休息时间≥1 4 小时( 值勤时间≤1 6 小时时，≥ 1 2 小时) 3 、飞行总时间的限制 飞行教师在任何连续2 4 小时内，包括飞机、模拟机、训练器的飞行教学时间 不得超过8 小时，每日飞行时间不得超过8 小时；对飞行教员日历年、日历月、 连续7 个日历日的飞行总时间也有规定，具体数值如表4 —3 表4 —3 飞行总时间的限制 周期飞行时间 连续2 4 小时内≤8 小时 每日≤8 小时 7 个连续的日历日≤3 5 小时 日历月≤1 1 5 小时 日历年 ≤1 3 0 0 小时 4 、飞行学员飞行时间的限制 学生每日最多允许的理论训练时间为6 小时，学生每周最多允许的理论训练 时间为3 0 小时，学生每月最多允许的理论训练时间为1 2 0 小时；学生每日最多允 许的模拟机( 训练器) 训练时间为4 小时，学生每周最多允许的模拟机( 训练器) 训练时间为2 5 小时，学生每月最多允许的模拟机( 训练器) 训练时间为1 0 0 小时。

学生每日最多允许的飞行训练时间为4 小时，其中夜间不超过3 小时；学生每7 个日历日内最多允许的昼间飞行训练时间为2 0 小时，夜间为1 5 小时；学生每月 最多允许的昼间飞行训练时间为6 0 小时，夜间为3 0 小时 表4 —4 飞行学员飞行总时间的限制 飞行训练时间 理论训练时间模拟机 昼间夜间 3 2 第四章飞行训练排班数学模型 每日 ≤6 小时≤4 小时≤4 小时≤3 小时 每7 个日历日≤3 0 小时≤2 5 小时≤2 0 小时≤1 5 小时 每月 ≤1 2 0 小时≤1 0 0 小时≤6 0 小时≤3 0 小时 5 、其它时间的限制 飞行教员在休息期内只能休息，不能接受任何工作任务不得在飞行教员规 定的休息期内的安排任何工作任务，该飞行教员也不得接受任何工作任务；在任 何连续的7 个日历日内，对被安排了一次或一次以上值勤期的飞。