Robust Efficiency of Resource Schedules in the Airline Industry
Traffic and Transport Systems, Intelligent and Automated Traffic
Final Report Abstract
Das Projekt beschäftigte sich mit der Identifikation von Einflussfaktoren und Wirkzusammenhängen im Bereich der robusten Ressourcen-Einsatzplanung im Airline-Bereich. Als Ausgangspunkt dienten dabei die Planungsschritte des Crew Pairing (Dienstplanung) und Aircraft Routing (Flugzeugeinsatzplanung). Im Projekt wurde dazu ein vielseitig kalibrierbares Optimierungs- und Datenanalyse-Framework konzipiert und implementiert, mit dessen Hilfe sich Planungsstrategien und Verspätungsvorhersagemodelle evaluieren lassen. Im operativen Betrieb sind Verspätungen aufgrund von exogenen Effekten wie Wetterbedingungen oder technischen Defekten oft unvermeidbar. In der Folge können sich Verspätungen in Ressourcen-Netzwerken fortpflanzen (sog. Propagation) und die Pünktlichkeit der angebotenen Flüge beeinflussen. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann die Robuste Effizienz von Einsatzplänen erhöht werden, indem seine Stabilitäts- und Flexibilitätseigenschaften beeinflusst werden. Da eine Austauschbeziehung zwischen Nominalkosten für den Ressourceneinsatz und Pünktlichkeit besteht, sind pareto-optimale Lösungen die Folge. Stabilität und Flexibilität bedienen sich des identischen Mechanismus der Absorption von Verspätungen durch Pufferzeiten, unterscheiden sich jedoch im Zeitpunkt des Eintritts der endgültigen Entscheidung für zu implementierende (Teil-)Einsatzpläne. Ein flexibel gestalteter Einsatzplan beinhaltet bereits möglichst kostenneutrale Änderungsmöglichkeiten, die erst im Falle eines Verspätungsauftretens im Betriebsablauf greifen müssen. Dies führt im Regelfall aber zu einer Verringerung der Wiederherstellungskosten im Falle unvorhersehbarer Ereignisse. Zusätzlich erfolgt gleichzeitig eine implizite Erhöhung der Stabilität. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis der stabilitätsorientierten Einsatzplanung hat sich insgesamt als effizienter erwiesen. Ein wichtiger Einflussfaktor für die Praxisrelevanz im Kontext der Robusten Effizienz ist die realitätsnahe Modellierung exogener Verspätungen. Auf Grundlage einer Analyse historischer Daten wurden statistische Vorhersagemodelle entwickelt. Eine verbesserte Vorhersage spiegelt sich allerdings nicht vollständig in den Pünktlichkeitswerten eines Einsatzplanes wider, da Plan-Teilstrukturen durch das Flugnetzwerk und den Flugplan vordeterminiert sind. In einer vergleichenden Studie wurden die domainspezifischen Unterschiede zwischen ÖPNV- und Flug-Transportnetzwerken verdeutlicht. Die bisherigen Erkenntnisse eröffnen Themenfelder für zukünftige Arbeiten, welche ein zusätzliches Potenzial für die Robuste Effizienz eröffnen. Es drängt sich die Analyse der Integrationsmöglichkeit weiterer Planungsschritte auf. Kandidaten sind die Flottenplanung (Fleet Assignment) und die Flugplanerstellung (Schedule Design). Durch die resultierenden zusätzlichen Freiheitsgrade können sowohl kostengünstigere als auch robustere Einsatzpläne generiert werden können. Derartige Integrationen implizieren eine hohe Problemkomplexität und erfordern heuristische Modellierungs- und Lösungsmethoden. Zusätzlich kann das Augenmerk auf die Verfeinerung von Vorhersagemodellen für exogene Verspätungen gelegt werden. Während die bisherigen Arbeiten eine makroskopische Sicht auf Abfertigungs- und Flugprozesse einnehmen, kann nun erörtert werden, ob eine mikroskopische Einzelprozessanalyse einen Mehrwert bezüglich der Vorhersagekraft bewirken kann.
Publications
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Model-based Decision Support in Manufacturing and Service Networks. Business & Information Systems Engineering, 6(1): 17-24, 2014
Fink A., Kliewer, N., Mattfeld D., Mönch L., Rothlauf F., Schryen G., Suhl, L., Voss S.
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Modellbasierte Entscheidungsunterstützung in Produktions- und Dienstleistungsnetzwerken. Wirtschaftsinformatik 56(1): 21-29, 2014
Fink A., Kliewer, N., Mattfeld D., Mönch L., Rothlauf F., Schryen G., Suhl, L., Voss S.
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Optimierung in der Planungspraxis für Bus, Bahn und Flug. Buchkapitel in: Zukunftsperspektiven des Operations Research: Springer, S. 147- 163, 2014
Suhl, L., Kliewer, N., Mellouli T.
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Strategic Decision Support for Airside Operations at Commercial Airports. Computational Logistics, p. 132-150, 2014
Smith L.D., Ehmke J.F., Mattfeld D.C., Waning R., Hellmann L.
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Stability and Flexibility of Airline Resource Schedules. Proceedings of the 7th Multidisciplinary International Conference on Scheduling: Theory and Applications, 2015
Ionescu L., Kliewer N.
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Data Analysis of Delays in Airline Networks. Business & Information Systems Engineering 58(2): 119-133, 2016
Ionescu L., Gwiggner C., Kliewer N.
