專利名稱：一種機組排班方法及實現(xiàn)該機組排班方法的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及民航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機組排班方法，還涉及實現(xiàn)該機組排班方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近二十年來，隨著航空市場規(guī)模地持續(xù)增長和航空公司規(guī)模地不斷擴大，以組合爆炸為本質(zhì)特征的機組排班問題已經(jīng)成為大型航空公司運營管理所面臨的重要挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式已經(jīng)無法在規(guī)定時間內(nèi)給出可行性方案。目前，國內(nèi)航空公司主要通過引進國外決策支持系統(tǒng)自動安排技術(shù)與手工修改調(diào)整來完成機組排班工作，這種方式有效地緩解了航空企業(yè)運營管理的燃眉之急，但是從長遠來看仍存在以下不足之處(I)機組排班是一個調(diào)度人力資源的系統(tǒng)，同調(diào)度機器的系統(tǒng)相比，它與社會的其他子系統(tǒng)有著極為復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，因此以歐美為主要市場的國外技術(shù)并不十分適合我國國內(nèi)航空公司所面臨的實際環(huán)境。(2)十年的實踐經(jīng)驗表明，國外相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用效果比較差，手工調(diào)整復(fù)雜程度高且工作量大，耗費了大量的人力，另外，調(diào)度的不合理性造成或加重了機組排班調(diào)度管理部門和機組人員、以及機組人員之間的矛盾，這樣最終損害了企業(yè)的整體競爭力。另外，兩項中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00810167327. 2、申請?zhí)?00610170019. 6) 分別公開了排班系統(tǒng)和方法，雖然采用了不同的技術(shù)方案，但是二者均是對網(wǎng)絡(luò)呼叫中心話務(wù)員進行排班，不但具有較強的業(yè)務(wù)針對性，而且在排班過程中需要反復(fù)修正預(yù)測結(jié)果， 并不適用于數(shù)據(jù)龐大或者特性波動較小的數(shù)學(xué)模型。機組排班技術(shù)是一種針對型航空公司的專業(yè)系統(tǒng)，因為該項技術(shù)的復(fù)雜性，使其在國內(nèi)尚無應(yīng)用，仍處于空白狀態(tài)。因此，自主研發(fā)面向國內(nèi)大型航空公司的機組排班技術(shù)是我國在民航技術(shù)領(lǐng)域所面臨的一項緊迫任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種機組排班方法，可有效解決大型航空公司日常運營管理工作中的空勤人員排班問題，并在完成航班計劃的同時為空勤人員做出公平合理的任務(wù)分配方案。本發(fā)明的第一個目的可以通過以下措施來實現(xiàn)，一種機組排班方法，其特征在于包括以下步驟(I)從用戶接口和數(shù)據(jù)庫獲取符合用戶要求的原始數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進行解析、轉(zhuǎn)換、整理，以得到符合要求形式的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行約束控制，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即為每個機組人員生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，再對任務(wù)串LoW進行評價校正；(3)將校正后的全部任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣。
(4)采用將整數(shù)規(guī)劃問題形成的大規(guī)模問題分解為子問題的算法，對約束矩陣求解；(5)輸出計算結(jié)果。本發(fā)明通過約束控制和評價校正，建立了符合國內(nèi)實際應(yīng)用環(huán)境的約束矩陣，并提出將整數(shù)規(guī)劃問題形成的大規(guī)模問題分解為子問題的算法，實現(xiàn)了改善機組排班結(jié)果、 提高系統(tǒng)運行速度的目的，能夠很好地處理國內(nèi)大型航空公司繁多的航空數(shù)據(jù)量，有效地解決了大型航空公司日常運營管理工作中的空勤人員排班問題，并在完成航班計劃的同時為空勤人員做出公平合理的任務(wù)分配方案。以上步驟⑵中的排班規(guī)則包括飛行與休息規(guī)則、證照資格規(guī)則、質(zhì)量規(guī)則等，這些規(guī)則按照相關(guān)的法律法規(guī)及排班質(zhì)量得到。作為本發(fā)明的一種實施方式，在所述步驟(2)中，對每個任務(wù)串LoW進行評價校正是采用計算目標系數(shù)的方式，計算公式為，s > IVk_第k項組成要素的理想值Xk-第k項組成要素的實際值本發(fā)明以上計算目標系數(shù)公式是由以下機組排班整數(shù)規(guī)劃模型得出的
權(quán)利要求
1.一種機組排班方法，其特征在于包括以下步驟(1)從用戶接口和數(shù)據(jù)庫獲取符合用戶要求的原始數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進行解析、轉(zhuǎn)換、 整理，以得到符合要求形式的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行約束控制，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即為每個機組人員生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，再對任務(wù)串LoW進行評價校正；(3)將校正后的全部任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣；(4)采用將整數(shù)規(guī)劃問題形成的大規(guī)模問題分解為子問題的算法，對約束矩陣求解；(5)輸出計算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機組排班方法，其特征在于在所述步驟(2)中，對每個任務(wù)串LoW進行評價校正采用計算目標系數(shù)的方式，計算公式為> Ik￥k-第k項組成要素的理想值 Xk-第k項組成要素的實際值計算目標系數(shù)公式是由以下機組排班整數(shù)規(guī)劃模型得出(1)min Yj crxi+M'Y^ykk(2)s.t. ^ljaij 'xj + 少f + 少嚴=Sj for /tf E T(3)Yjbkj = I for /k eC(4) X,-Pt xi D bi for ytiY^^y-Xj+yf <Sf for Vti e T(7)Xj G {0,1}, yintegerT表示全部待分配的任務(wù)集合，C表示空勤人員構(gòu)成的集合，\表示第i個任務(wù)，Cj表示第j條LoW的目標系數(shù),M表示剩余變量的目標系數(shù)yk表示決策變量,任務(wù)&的缺員數(shù), Bij表示第j條LoW是否包含第i個任務(wù)，表示第i個任務(wù)的男性缺員數(shù)，f表示第i個任務(wù)的女性缺員數(shù)，5 ,表示第i個任務(wù)的定員，bw表示如果第j條LoW屬于人員k，則bkj 等于1，否則為0 ;Pk表示具有某種屬性的任務(wù)構(gòu)成的集合，Pk G T ;pu表示若第j條LoW包括任務(wù)\，并且\屬于集合Pk，并且其對應(yīng)的人員具有某種特定資格，則pu等于1，否則為0；qiJ表示若第j條LoW包括任務(wù)并且其對應(yīng)的人員按照本級別完成該任務(wù)，則qu等于 I，否則為0 表示任務(wù)\上當前排班級別的定員，表示任務(wù)\上可以降級執(zhí)行的定員。表示決策變量,任務(wù)h上當前排班級別空余崗位數(shù)表示決策變量,任務(wù)h上降級的空余崗位數(shù)表示第j條LoW包含任務(wù)i，并且其所屬人員為男性；Q表示全部或部分包含過夜的任務(wù)構(gòu)成的集合。0 i表示在預(yù)排中已經(jīng)為第i個任務(wù)分配的男性數(shù)量。^f1，sf2表示松弛變量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機組排班方法，其特征在于組成要素的理想值的計算公式A=IX/;;=1nkjJ表示第k個人第j組的放飛天數(shù)L表示第j組的目標比值；具體計算步驟如下①根據(jù)資格、資歷因素，對人員集合進行劃分，同一組內(nèi)人員在放飛天數(shù)相等時，分配相同的待均衡任務(wù)量；②統(tǒng)計待均衡任務(wù)量即扣除手工預(yù)排人員在整個均衡區(qū)間安排的待均衡任務(wù)量統(tǒng)計待排航班在排班區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的待均衡任務(wù)量，該統(tǒng)計值根據(jù)任務(wù)級別進行統(tǒng)計，統(tǒng)計均衡區(qū)間開始至排班區(qū)間開始，可排人員的已排待均衡任務(wù)量，如果因個人原因放棄待均衡任務(wù)量，則記為該人已排任務(wù)中，該統(tǒng)計值將執(zhí)行人員的級別作為任務(wù)級別進行統(tǒng)計；均衡區(qū)間所有任務(wù)按級別進行求和；③統(tǒng)計所有可排人員屬于各公平組的放飛天數(shù)；④計算目標比值；⑤計算理想值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機組排班方法，其特征在于根據(jù)各組任務(wù)之間的關(guān)系來分別計算目標比值，其中，I1.....Ih分別表示第I至第H組人員只安排本級別航班任務(wù)時，可執(zhí)行的國際過夜天數(shù)；H1.....nH分別表示第I至第H組人員的放飛天數(shù)總和；計算目標比值的具體步驟如下a.各組的國際過夜任務(wù)相同，假設(shè)要求在放飛天數(shù)相同的情況下，第i組的國際過夜天數(shù)權(quán)重為Xi,則其中，A表示第i組的目標比值，I = I1 = ... = I H ；b.各組的國際過夜任務(wù)不相交，但某些組人員可以執(zhí)行其它某些組的國際過夜任務(wù)， 反之，則不可，具體步驟如下b. I、找到所有符合要求的組對里面包含兩個組，其中一組人員可以安排另一組的任務(wù)，假設(shè)有h個組對，在第k個組對里，第Ic1組人員可以安排第k2組任務(wù)，在放飛天數(shù)相同的情況下，兩組的國際過夜天數(shù)權(quán)重為人\ ；4 /% \b. 2、檢查是否所有組對滿足,&2 ~Y~ k = I, . . . , h ；E.a)若滿足，則，k=1，...，H，轉(zhuǎn)入步驟b. 3、；V1b)若不滿足，找到任一不滿足的組對假設(shè)1，重復(fù)本步驟；b.3、計算結(jié)束；C.各組的國際過夜任務(wù)不相交，但某些組人員可以且必須執(zhí)行其它組的部分國際過夜任務(wù)，則其中，A〖，表示第i組國際過夜天數(shù)變化量；d.某些組過夜任務(wù)相交但不相同，具體計算過程如下d.I、對于所有相交的兩組i，j，假設(shè)表示兩組都可以飛的國際過夜任務(wù)天數(shù)，
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4任一項所述的機組排班方法，其特征在于在所述步驟(3)中建立約束矩陣包括以下步驟(3) a.設(shè)置N值；(3)b.計算當前松弛問題的解x ;⑶c.根據(jù)當前的松弛解X，選擇一個員工i，只保留i的第j個LoW和空LoW ；a)如果沒有員工被鎖定且N> 0，N = N-I，轉(zhuǎn)入步驟(3)b.；b)若N = 0，s = max Jxi； : Xlj < l}轉(zhuǎn)入步驟⑶ d.；(3)d.若e <MINEPS，則轉(zhuǎn)步驟(3) e.;否則，轉(zhuǎn)入步驟(3)a.；(3)e.計算當前問題的整數(shù)解(3)f.根據(jù)當前解，選擇一個員工i，將i的無效LoW重新設(shè)為有效，轉(zhuǎn)入步驟(3) e.； 若不存在這樣的員工，轉(zhuǎn)入步驟(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機組排班方法，其特征在于所述的步驟(3)b.計算當前松弛問題的解I采用如下步驟，記當前原始問題為(P)，其對偶問題為(D)(3)b. I、若無初始解，為每個員工選擇只包含一個任務(wù)的LoW和不包含任何任務(wù)的Loff,加上全部松弛變量和剩余變量構(gòu)成初始問題,求解該初始問題,得到初始可行解；(3)b. 2、若無初始對偶解，設(shè)初始對偶解Ji = 0 ;(3)b. 3、用具有最小縮減成本的列和初始解中的列，構(gòu)造初始子問題(SP)；(3)b. 4、用單純形法求解當前子問題(SP)，獲得最優(yōu)解i和對偶解P ；(3)b.5、若P相對于(D)是可行的，則i和P分別是原始和對偶最優(yōu)解，否則，轉(zhuǎn)入步驟(3)b. 6
7.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述機組排班方法的系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)輸入模塊，用于獲取滿足用戶要求的原始數(shù)據(jù)并對該原始數(shù)據(jù)進行解析、轉(zhuǎn)換和整理成符合要求形式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；模型生成模塊，根據(jù)機組排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行約束控制，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即為每個機組人員生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，再對任務(wù)串LoW進行評價校正，將校正后的所有任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣；求解模塊，用于采用將整數(shù)規(guī)劃問題形成的大規(guī)模問題分解為子問題的算法對約束矩陣求解，并輸出計算結(jié)果；控制模塊，用于控制數(shù)據(jù)輸入模塊、模型生成模塊及求解模塊的運行；基礎(chǔ)模塊，用于提供模型生成模塊、求解模塊運行時所需的參數(shù)、求解器、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；所述控制模塊分別與所述數(shù)據(jù)輸入模塊、模型生成模塊及求解模塊連接，所述基礎(chǔ)模塊分別與模型生成模塊、求解模塊連接，所述控制模塊控制各模塊的運行，所述數(shù)據(jù)輸入模塊獲取滿足用戶要求的原始數(shù)據(jù)并對該原始數(shù)據(jù)進行解析、轉(zhuǎn)換和整理成符合要求形式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所述模型生成模塊獲取該基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，根據(jù)機組排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行約束控制，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，再對任務(wù)串LoW進行評價校正，將校正后的所有任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣，所述求解模塊取得約束矩陣后求解并將計算結(jié)果輸出；所述數(shù)據(jù)輸入模塊與求解模塊運行時調(diào)用所述基礎(chǔ)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)輸入模塊包括為用戶提供具有不同選擇的窗口的用戶接口模塊和提供原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫模塊，用戶通過用戶接口模塊進行選擇，所述控制模塊根據(jù)用戶的要求調(diào)用數(shù)據(jù)庫模塊以提供滿足用戶要求的原始數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述模型生成模塊包括LoW生成模塊、規(guī)則檢查模塊、目標系數(shù)計算模塊及模型轉(zhuǎn)換模塊，所述LoW生成模塊分別與所述規(guī)則檢查模塊、目標系數(shù)計算模塊及基礎(chǔ)模塊連接，所述規(guī)則檢查模塊還與基礎(chǔ)模塊連接，目標系數(shù)計算模塊還與基礎(chǔ)模塊連接，模型轉(zhuǎn)換模塊還分別與求解模塊、基礎(chǔ)模塊連接；所述LoW生成模塊獲取該基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，根據(jù)規(guī)則檢查模塊提供的機組排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的約束，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即為每個機組人員生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，所述目標系數(shù)計算模塊對任務(wù)串LoW進行評價校正，所述模型轉(zhuǎn)換模塊將校正后的所有任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述基礎(chǔ)模塊包括用于為各模塊提供運行參數(shù)的系統(tǒng)參數(shù)模塊、用于將數(shù)據(jù)庫中原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合要求形式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、用于為原始數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)處理的基礎(chǔ)工具庫模塊、用于提供求解器接口的虛擬求解器模塊、用于提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的虛擬數(shù)據(jù)層模塊及用于記錄和反饋整個系統(tǒng)運行情況的外圍模塊，所述系統(tǒng)參數(shù)模塊與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、目標系數(shù)計算模塊、模型轉(zhuǎn)換模塊及求解模塊連接，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊還分別與基礎(chǔ)工具庫模塊、虛擬數(shù)據(jù)層模塊連接，所述基礎(chǔ)工具庫模塊還與虛擬數(shù)據(jù)層模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊連接，所述虛擬求解器模塊與求解模塊連接；所述外圍模塊分別與控制模塊、Loff生成模塊及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機組排班方法，包括以下步驟(1)從用戶接口和數(shù)據(jù)庫獲取符合用戶要求的原始數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進行解析、轉(zhuǎn)換、整理，以得到符合要求形式的全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)排班規(guī)則對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行約束控制，為每個機組人員生成可能安排的所有任務(wù)組合，即為每個機組人員生成相應(yīng)的任務(wù)串LoW，再對任務(wù)串LoW進行評價校正；(3)將校正后的全部任務(wù)串LoW轉(zhuǎn)化為任務(wù)列并建立約束矩陣；(4)采用將整數(shù)規(guī)劃問題形成的大規(guī)模問題分解為子問題的算法，對約束矩陣求解；(5)輸出計算結(jié)果。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述機組排班方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入模塊、模型生成模塊、求解模塊、控制模塊和基礎(chǔ)模塊等。本發(fā)明通過各模塊之間協(xié)作，實現(xiàn)了滿足航班計劃，機組排班，飛行任務(wù)的公平分配的需求。
文檔編號G06Q50/00GK102542404SQ20111040967
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者于貴桃, 劉揚帆, 常先英, 張志堯, 趙明宇, 陳林 申請人:中國南方航空股份有限公司