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Integration der Unsicherheitsaspekte in die Schedule-Optimierung

Empirische Modellierung unter Anwendung der Fuzzy-Theorie am Beispiel des Luftverkehrs

AutorLeonid Jasvoin
VerlagDUV Deutscher Universitäts-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl269 Seiten
ISBN9783835057098
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis54,99 EUR
Leonid Jasvoin entwickelt ein Modell, um die Unsicherheitsaspekte umfassend, realitätsnah und theoretisch fundiert in das Scheduling bzw. in die Flugplanoptimierung zu integrieren. Dabei können sowohl Vergangenheitsinformationen als auch subjektive Vorstellungen, Erfahrungen und Bewertungen der Experten bei der Herleitung der Aussagen über die zu erwartenden Unsicherheiten berücksichtigt werden.

Dr. Leonid Jasvoin promovierte bei Prof. Dr. Heinrich Rommelfanger an der Professur für Wirtschaftsmathematik der Universität Frankfurt am Main. Er ist Berater bei Roland Berger Strategy Consultants.

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Leseprobe

Kapitel 4: Irregulärer Flugbetrieb (S. 79-81)

4.1 Einführung
Im Kapitel 3 wurden deterministische Modelle zur Flugplanoptimierung präsentiert, die von einem stabilen und pünktlichen Flugbetrieb ausgehen. Diese Modelle unterstellen Konstanz und Unveränderlichkeit der Planungsprämissen bezüglich der Länge der Flug-, Boden- und Verbindungszeiten der Flüge über die gesamte Flugplanperiode und suchen nach einer optimalen Flugplanlösung für sichere und störungsfreie Umfeldzustände. Die Realität zeigt jedoch, dass solch ein stabiler und ausnahmslos pünktlicher und zuverlässiger Flugbetrieb in der Luftverkehrsindustrie nicht existiert. Wettereinwirkungen, Eingriffe der Luftverkehrssteuerungszentralen sowie fehlerhafte Aktionen der Fluggesellschaften oder Flughäfen verhindern oft die reguläre und planmäßige Ausführung der Flugplanaktivitäten. Somit eignen sich die im Kapitel 3 dargestellten deterministischen Modelle nur im eingeschränkten Maße zur realitätsnahen und somit für die Airlines nützlichen Optimierung der Flugpläne.

In diesem Kapitel werden die Ursachen für Entstehung von Flugverspätungen untersucht und die Entwicklung der Verspätungsstatistiken im Luftverkehr der letzten zehn Jahre präsentiert. Anhand der in der modernen Literatur dargestellten Analysen von Verspätungskosten für Airlines und Passagiere werden die gravierenden Folgen der Flugverspätungen für die Allgemeinheit skizziert und die Notwendigkeit der expliziten Berücksichtigung der Unsicherheitsaspekte zur Minimierung dieser Folgen in der Planungs- und Optimierungsphase des Airline-Betriebs begründet. Ferner werden die möglichen Reaktionsmaßnahmen der Airlines auf Flugverspätungen aufgezeigt und der Stand der Forschung auf dem Gebiet der Berücksichtigung irregulärer Flugereignisse in der Flugplanoptimierung präsentiert.

4.2 Entstehung, Entwicklung und Auswirkung von Flugverspätungen

4.2.1 Irreguläre Ereignisse als Ursache von Flugverspätungen

Ein Flugereignis im weiteren Sinne setzt sich aus vielen Komponenten, an denen sich mehrere Akteure beteiligen, zusammen: so werden vor einem Flug die Passagiere und das Gepäck vom Flughafen- oder Airline-Personal registriert und abgefertigt. Das Flugzeug wird gereinigt, betankt und in die startbereite Position gebracht. Während des Fluges wird das Flugzeug von einer oder mehreren Flugsicherungszentralen geleitet. Nach der Landung werden die Passagiere und die Crews empfangen und gegebenenfalls durch die Grenz- und Zollkontrollen geführt usw. Es werden also sehr viele Prozesse angestoßen und von verschiedenen Organisationseinheiten ausgeführt. Im Laufe der Ausführung dieser Prozesse, die zudem noch eines enormen Koordinationsaufwands bedürfen, können – bedingt durch menschliche oder technische Fehler – Abweichungen vom planmäßigen Betrieb auftreten.

Darüber hinaus werden die einzelnen Prozesskomponenten von Wetterbedingungen beeinflusst, was ebenfalls zu einer Störung der erwarteten Abläufe führen kann. In vielen Fällen verursachen die so genannten unerwarteten irregulären Ereignisse Abweichungen vom geplanten Flugbetrieb einer Fluggesellschaft und wirken sich somit auch auf Einnahmen und Kosten aus. Eine der gravierenden Folgen der oben beschriebenen Irregularitäten sind die Flugverspätungen. Sie definieren sich als Abweichung der tatsächlichen von der im Flugplan publizierten Flugzeit. Man unterscheidet unabhängige und induzierte Abweichungen:

Die unabhängigen Verspätungen entstehen unmittelbar auf einem Flugsegment, wohingegen die induzierten Verspätungen von den Flugzeugrotationen abhängen und durch die Abweichungen der vorgelagerten Flüge einer Rotation vom planmäßigen Betrieb verursacht werden. Je nachdem in welcher Phase des Flugereignisses die Verspätung aufgetreten ist, spricht man von Abflugs-, Ankunfts-, Taxi- und En-Route-Verspätungen. Die Abflugs- und Ankunftsverspätungen sind auf die Verzögerungen der Start- oder Landevorgänge zurückzuführen. Eine Taxi-Verspätung entsteht während das Flugzeug vom oder zum Flugsteig gefahren wird.

Die En-Route- Verspätung kommt während des eigentlichen Fluges zustande. Die genauen Gründe für die Entstehung von Verspätungen sind vielfältig und häufig auf die Verkettung verschiedener Faktoren zurückzuführen. Nach dem offiziellen IATA-Kriterienkatalog können Flugverspätungen 78 potenzielle Ursachen haben, die sich in elf verschiedene Kategorien gliedern.

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis12
Geleitwort8
Vorwort10
Tabellenverzeichnis22
Symbolverzeichnis24
Abkürzungsverzeichnis32
Kapitel 1: Einleitung35
1.1 Problemstellung35
1.2 Flugplanoptimierung als ein Scheduling-Problem36
1.3 Zielsetzung37
1.4 Gang der Untersuchung38
Kapitel 2: Grundzüge der Luftverkehrswirtschaft und des Netzwerkmanagements40
2.1 Einführung40
2.2 Grundlagen der Luftverkehrswirtschaft40
2.2.1 Definition und Abgrenzung des Luftverkehrs40
2.2.2 Eigenschaften der Produktion von Verkehrsleistungen41
2.2.3 Charakteristika des Angebots42
2.2.4 Charakteristika der Nachfrage43
2.2.5 Entwicklung des Luftverkehrs45
2.3 Entwicklung der wichtigsten politischen Rahmenbedingungen im Luftverkehr46
2.3.1 Regulierung des Luftverkehrs in den USA und in Europa46
2.3.2 Deregulierungs- und Liberalisierungsprozess im Luftverkehr47
2.3.3 Auswirkungen der Deregulierung und Liberalisierung auf die Luftverkehrsmärkte49
2.4 Grundzüge des Airline-Netzwerkmanagements57
2.4.1 Aufgaben und Funktionen des Airline-Netzwerkmanagements58
2.4.2 Grundgedanke der Netzwerkoptimierung62
2.4.3 Airline-Netzwerke64
2.4.4 Prozess der Flugplanung69
Kapitel 3: Quantitative Modelle zur Flugplanoptimierung82
3.1 Einführung82
3.2 Quantitative Flugplanoptimierung82
3.2.1 Überblick über die wichtigsten Kategorien der quantitativen Optimierungsmodelle in der Luftfahrtindustrie82
3.2.2 Reihenfolge der Initialisierung der quantitativen Modelle zur Festlegung der optimalen Zeitenlagen der Flüge83
3.2.3 Modelle zur Flugplanoptimierung84
3.3 Lösungsverfahren der Flugplanoptimierungsmodelle98
3.3.1 Überblick über die potenziellen Lösungsverfahren98
3.3.2 Exakte Lösungsverfahren100
3.3.3 Heuristische Lösungsverfahren103
Kapitel 4: Irregulärer Flugbetrieb113
4.1 Einführung113
4.2 Entstehung, Entwicklung und Auswirkung von Flugverspätungen113
4.2.1 Irreguläre Ereignisse als Ursache von Flugverspätungen113
4.2.2 Entwicklung der Flugverspätungen119
4.2.3 Alternative Reaktionsmöglichkeiten der Fluggesellschaften auf Flugverspätungen121
4.2.4 Auswirkungen der Flugverspätungen aus Sicht der unterschiedlichen Beteiligten126
4.3 Berücksichtigung der Unsicherheitsaspekte in der modernen Flugplanung141
4.3.1 Modelle zur Flugplanwiederherstellung (Schedule Recovery Models)141
4.3.2 Messung und Optimierung der Robustheit und Zuverlässigkeit der Airline-Planung144
Kapitel 5: Darstellung der Unsicherheitsaspekte mit Hilfe der Theorie der Fuzzy-Mengen150
5.1 Einführung150
5.2 Grundlagen der Theorie der Fuzzy-Mengen150
5.2.1 Grundgedanke und Definition von Fuzzy-Mengen150
5.2.2 Basisdefinitionen der Theorie der Fuzzy-Mengen152
5.3 Modellierung der Unsicherheit mit Hilfe der Theorie der Fuzzy-Mengen153
5.3.1 Gestalt und Interpretation der Zugehörigkeitsfunktionen153
5.3.2 Rangordnung und Vergleich der als Fuzzy-Mengen dargestellten Abflugs- und Ankunftszeiten der Flüge158
5.3.3 Herleitung der Zugehörigkeitsfunktionen für Fuzzy-Abflugs- und Ankunftszeiten161
5.4 Vor- und Nachteile der Abbildung von Unsicherheiten mit Hilfe der Theorie der Fuzzy-Mengen in der Flugplanoptimierung168
Kapitel 6: Einsatz der Modelle diskreter Entscheidungen zur Passagiernachfrageschätzung auf Luftverkehrsmärkten172
6.1 Einführung172
6.2 Überblick über die wichtigsten relevanten Modelle diskreter Entscheidungen172
6.2.1 Anforderungen an ein in einem Flugplanoptimierungsmodell zur Passagiernachfrageschätzung eingesetztes Modell173
6.2.2 Verhaltensannahmen der Individuen in Modellen diskreter Entscheidungen174
6.2.3 Struktur der Modelle diskreter Entscheidungen176
6.2.4 Multinominale Logit-Modelle178
6.2.5 Multinominale Probit-Modelle183
6.3 Parameterschätzung und Teststatistik für Modelle diskreter Entscheidungen187
6.3.1 Parameterschätzung mit der Maximum-Likelihood- und der Simulated-Maximum-Likelihood-Methode187
6.3.2 Teststatistik188
Kapitel 7: Entwicklung eines Fuzzy- und Marktmodell-basierten Flugplanoptimierungsmodells192
7.1 Einführung192
7.2 Modellformulierung und -implementierung195
7.2.1 Allgemeine Modellformulierung195
7.2.2 Modellimplementierung198
7.3 Empirische Bewertungs- und Optimierungsläufe233
7.3.1 Bewertung und Optimierung der Flugpläne von American Airlines in Chicago O'Hare235
7.3.2 Bewertung und Optimierung der Flugpläne von American Airlines in Dallas/Fort Worth241
7.3.3 Bewertung und Optimierung der Flugpläne von Lufthansa in Frankfurt246
7.3.4 Zusammenfassung der empirischen Ergebnisse250
Kapitel 8: Möglichkeiten des Modelleinsatzes in anderen Industrien253
8.1 Einführung253
8.2 Modelleinsatz im Transportwesen254
8.2.1 Auswirkungen auf das Master-Problem und Restriktionen255
8.2.2 Auswirkungen auf das Sub-Problem 1257
8.2.3 Auswirkungen auf das Sub-Problem 2258
8.3 Modelleinsatz im Supply Chain Management und in der Logistik260
8.3.1 Auswirkungen auf das Master-Problem und Restriktionen261
8.3.2 Auswirkungen auf das Sub-Problem 1263
8.3.3 Auswirkungen auf das Sub-Problem 2263
Kapitel 9: Fazit und Ausblick265
Anhang269
Literaturverzeichnis276

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