基于TOPSIS的客舱布局选项评估要素分析方法

基于TOPSIS的客舱布局选项评估要素分析方法

王艳,周航,丁松滨

(南京航空航天大学 民航学院,江苏 南京211106)

摘要客舱布局的选择是机队规划过程中的重要部分。文中针对客舱布局方案评估问题,建立了以经济性、舒适性、通用性、维修性、适航性5个一级指标客舱布局的评价指标体系。通过对指标的合理量化以及相应指标的无量纲化,采用TOPSIS理论建立模型,通过计算接近度实现客舱布局备选方案的定量评价,并进行比较排序。最终,通过B787的5个客舱布局的方案实例分析结果表明,该方法的正确性和有效性。

关键词客舱布局;TOPSIS;选项评估;方案优选

收稿日期:2015-03-12

作者简介:王艳(1981—),女,本科。研究方向:安全科学与工程。E-mail:nuaawyan@nuaa.edu.cn

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.006

中图分类号TP301.6;V221+.4

Assessment of Cabin Layout Options Based on TOPSIS

WANG Yan,ZHOU Hang,DING Songbin

(Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211106,China)

AbstractSelection of the cabin layout is an important part of the fleet planning.A set of indicators for cabin layout assessment is proposed covering economy,comfort,versatility,maintainability and airworthiness.The quantitative evaluation of cabin layout options is realized by reasonable quantification of targets and corresponding indicators dimensionless using TOPSIS theoretical model to calculate the proximity for sorting and comparison.Study of five cases in the program B787 cabin layout verifies the accuracy and validity of the method.

Keywordscabin layout;TOPSIS;options assessment;schemes

飞机是航空公司实现差异化服务最强有力的武器,飞机客舱的内饰和布局选择已成为航空公司在激烈市场竞争中制胜的重要法宝,因此,亟待在飞机客舱设备布局和选型方面探寻新的方法。飞机客舱的布局选型是飞机选型工作中至关重要的一步,选型第一步,就是确定飞机的系列化选项,包括飞机重量、座位数和航程。航空公司根据航线和机队等情况,从制造商给出的几种备选方案中选出最符合自身需求的布局方案。

针对飞机选型大众是围绕层次分析法及其引申方法开展的机型综合评价,主要考虑的因素是航线情况和机队规划,但是其数据的主观性较大,专家打分、个人意志都可能使最终结果偏离实际。也有针对经济性进行的建模研究,但都只是单一考虑了经济收益与成本问题,未考虑其他因素。近年,针对民机客舱环境、舒适性也有相关研究,但仅限于定性的描述分析。本文运用TOPSIS方法来评价各种备选方案的综合,进而实现客舱布局的方案优选,可综合考虑多个属性而不是单一目标,同时基于量化指标进行评价,而不是采用专家打分等主观性较强的方式,使选型过程更加客观。

1客舱布局概述

1.1　客舱布局研究现状

国外早在上世纪70年代就针对航空公司机队规划开展了关于飞机座位数的研究,后期的研究集中在考虑提高航班客座率和航班频率的条件下选择运营机型,近年越来越多的研究提出了对机型选择产生影响的各个因素。国内于上世纪90年代开展了飞机选型的学术研究,围绕层次分析法及其引申方法开展了机型的综合评价。随着我国大飞机研制的不断进行,关于飞机选型方面的研究也越来越多,但是关于客舱布局选项的专题研究目前还处于空白阶段。

文献[1]根据座位数与航程间的关系给出一种快速设计客舱布局的方法。文献[2]则从航线经济性的角度给出一种客舱布局的选型方法。文献[3]分别使用模糊数学、灰色理论以及数据包络分析等方法对飞机的选型进行了研究。文献[4]通过层次分析法,对飞机选型的综合评价指标体系进行了研究。文献[5]分析了影响客舱布局的主要因素,基于收入值最大理论对客舱布局的合理性进行了论述。文献[6]主要探讨了飞机选型过程中有关BFE设备选型的流程和方法。文献[7]通过问卷调查、统计分析、流程分析等方法对某家航空公司的客舱布局与公司收益的关系进行了论述。文献[8]分析了飞机方案选型及关键设备选装的工作内容及流程,研究了飞机选型方案可靠性评估方法。文献[9]运用灰色层次分析法,对航空公司飞机机型评价过程中的几个相关因数进行了系统分析,建立了一种定量的机型综合评价模型。这些评价方法分别从性能与经济性等指标方面对飞机选型进行了评价,但是针对客舱布局选项缺少单独的评价体系与评估模型。

1.2　客舱布局选项评估模型

客舱布局是指飞机客舱内舱位类型的选择以及每种舱位的具体设置,主要是数量和位置的设定。客舱设备主要包含座椅、娱乐系统、应急设备、厨房、洗手间等。制造商是在航空公司明确客舱布局的方案后,按照具体要求投入生产。一般来说,舱位的类型分为头等舱、经济舱、公务舱;小型飞机(100座以下)只设经济舱;中型飞机(100座以上,200座以下)设有头等舱和经济舱;大型飞机(200座以上)除了设有头等舱和经济舱之外,一般还设有公务舱。舱位的设置主要是根据不同的市场定位,满足高端客户、大众客户,以及中间客户等不同层次客户的需求,从而达到利益最大化的目标。

飞机客舱是乘客与飞机最直接、最主要的交互界面和实现飞机运营的主要功能区域。客舱布局的选择不仅仅是以收益最大化为单一目标的,其还涉及到多方面的目标,因此包含的主要因素可以分为以下5方面:(1)满足适航要求。(2)考虑营销战略定位。(3)航线距离。(4)结合市场的竞争状况。(5)结合公司的服务标准。

2TOPSIS基本原理

2.1　TOPSIS 法的含义及优点

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution),即逼近于理想解的技术,其是一种多目标决策方法,是系统工程中常用方法。其的基本原理是对原始数据进行归一化得出相关矩阵,找出有限方案中的最优方案和最劣方案,然后分别计算诸评价对象与最优方案和最劣方案的距离,获得各评价对象与最优方案的相对接近程度,以此作为评价优劣的依据。TOPSIS法对原始数据的信息利用最充分,其结果能精确地反映各评价方案之间的差距,TOPSIS对数据分布及样本含量,指标无严格的限制,数据计算亦简单易行。利用TOPSIS法进行综合评价,可得出良好的可比性评价排序结果。

2.2　距离的测度概念

(1)

(2)

则某一可行解对于理想解的相对接近度定义为

(3)

于是,若Zi是理想解,则相应的Ci=1;若Zi是负理想解,则相应的Ci=0。Zi越靠近理想解,Ci越接近1;反之,越接近负理想解,Ci越接近0。则可对Ci进行排队,以求出满意解。

2.3　TOPSIS法计算步骤

(4)

式中,fij由决策矩阵给出。

(5)

(6)

其中,Wi为第i个目标的权。

步骤2确定理想解和负理想解。若决策矩阵Z中元素Zij值越大表示方案越好,则

(7)

(8)

步骤4按式(3)计算Ci,并按每个方案相对接近度Ci的大小排序,找出满意解。

3客舱布局指标体系分析

在飞机客舱布局的影响因素分析的基础上,给出了客舱布局进行分析,总结归纳出客舱布局选型由客舱布局、盥洗间、厨房、客舱娱乐设备等4部分组成,每块选项的评估要素与安全性、通用性、舒适性、经济性、维修性指标的关系如表1所示。

表1　客舱布局选项

为了对客舱布局进行客观评价,文中列出了以客舱布局的5个基本属性为核心评价指标的一级指标及其对应的二级指标。评价模型包括5个一级指标:经济性A1、舒适性A2、通用性A3、维修性A4和安全性A5。这里的一级指标又可细分为若干个可定量计算的二级指标,如下:

(1)经济性。包括收益A11、成本A12、重量A13和油耗A14等要素。其中,收益的计算公式为

A11=T×TP×TOD×TPD+G×GP×GOD×GPD+J×JP×JOD×JPD

(9)

客舱投入的成本的计算公式为

A12=A121+A122+A123

(10)

增加设备产生的油耗为

A13=A12×GS

(11)

其中,T为头等舱座位数;G为公务舱座位数;J为经济舱座位数;TP为头等舱票价;GP为公务舱票价;JP为经济舱票价;TOD为头等舱客座率;GOD为公务舱客座率;JOD为经济舱客座率;TPD为头等舱折扣率;GPD为公务舱折扣率;JPD为经济舱折扣率;A121为客舱设备总成本;A122为客舱安装总成本;A123为客舱维护总成本;GS为单位公斤油耗。

(2)舒适性。包括客座间距A21;座椅宽度A22;飞行时间A23;过道宽度A24;卫生间A25;娱乐设备A26;厨房设备A27及舱门A28等要素。

客座间距计算公式为

(12)

其中,A211为头等舱客座间距;A212为公务舱客座间距;A213为经济舱客座间距。

飞行时间如式(13)所示。其中,S为飞行距离;V为平均速度

A23=S/V

(13)

卫生间的计算公式为

A25=A251×A252

(14)

其中,A251为卫生间数量;A252为卫生间面积

娱乐设备的计算公式如式(15)所示。A262i表示各种娱乐设备的总数

(15)

厨房设备的计算公式如式(16)所示。A272i表示各种厨房设备的总数

(16)

舱门计算公式如式(17)所示。其中,tpn表示总的舱门数;ts表示总的座位数

A28=tpn×ts

(17)

(3)通过性包括两个指标,分别是设备通用性和布局通用性。设备通用性的计算公式如下所示。新购买设备可互换的设备占总设备的比率公式如下

A31=(A311+A312+A313)/(ET+A313)

(18)

其中,A311为兼容设备;A312为已有设备;A313为加装数量;ET为已有设备总数。

布局通用性的计算公式如下式所示。其中PL为相似布局的飞机数量,PT为机队的总数量

A32=PL/PT

(19)

(4)维修性有两个指标评价维修间隔、维修时间。维修成本在经济性中已做考虑。

(5)安全性主要包括安全裕度和适航取证风险两个指标。适航性是安全性的最低标准,飞机制造商给出的选型手册中一般都会给出4～5种客舱布局方案,这些方案均满足FAA和CAAR适航规章的要求,但是每种方案的存在安全裕度的差异,应急出口配置不同、通道宽度不同,适航取证风险的也不同。

4算例分析

国内某航空公司要引入B787,波音给出的选型手册中提供了5种客舱布局方案,运用效用理论建立选型模型来确定哪种方案最合适,具体参数如表2所示。

表2　5种方案具体参数表

根据式(9),可算出每个航班总的收益

方案1收益A11=30×70%×1 800+244×80%×1 000=233 000,根据式(12),则可计算出客座平均间距。

方案2客座间距值A21=(52+32)/2=42,计算出相应平均指标的值,如表3所示。

表3　5种方案平均指标表

根据表2数据,利用式(4)进行归一化处理,得归一化矩阵值,如表4所示。

表4　归一化矩阵值

由式(7)和式(8)得最优方案和最劣方案

由式(1)和式(2)计算各个S+和S-。例如某个方案S+和S-为

其余各方案依此类推。由式(3)计算各方案Ci,如表5所示。

表5　不同方案指标值与最优值的相对接近程度及排序结果

由表5的排序结果可知,方案1的布局最佳。

5结束语

本文对客舱布局的影响因素分析进行了分析,然后构建了可准确度量计算的客舱布局评价指标体系,综合考虑5种指标,将适航性作为安全性的最低标准,将经济性、舒适性、通用性、维修性进一步量化,避免定性描述的指标而采用有实际数学意义的指标,建模处理实际的数据时可以进一步提高结果的客观性,同时用量化的客观指标值来作为评价的依据,避免了人为打分等其余的定量评价方法存在的不确定性和模糊性。同时,给出了相应指标的计算公式。接着,由于目前的方案可评价样本较少,无法使用神经网络等方法进行综合评价,本文采用综合评价TOPSIS理论建立模型,通过计算接近度实现价客舱布局的备选方案定量评价,并能够进行比较排序。最后,通过B787五个客舱布局的方案评价,证明了方法的正确性和有效性。该方法不仅适合小样本资料,也适用于多评价对象、多指标的大样本资料。同时可以结合权重分析方法,进一步提高评价方法正确性。

参考文献

[1]蒙文巩,马东立,崔飞.民用飞机系列商载航程匹配设计[J].北京航空航天大学学报,2013(2):210-214.

[2]何浩松,丁松滨.民用客机客舱布局对油耗以及经济性的影响分析[C].南京:南京航空航天大学第十六届学术会议,2014.

[3]何肇熙.飞机选型的模糊评判[J].中国民航大学学报,1992(3):6-17.

[4]官建成,夏云禄.飞机选型的综合评价与优先权灵敏度分析[J].航空学报,1993,14(11):618-624.

[5]吴棣华.航空公司飞机客舱布局选型的探讨[J].民用飞机设计与研究,2007(4):45-47.

[6]周洪典.飞机BFE项目选型初探[J].中国民用航空,2007(10):37-38.

[7]陆颖.收益管理下东方航空公司客舱设备布局及选型的优化策略研究[D].兰州:兰州大学,2013.

[8]宋海靖.飞机系统设备选型方案评估的研究[D].南京:南京航空航天大学,2010.

[9]演克武,朱金福,刘锋.基于灰色层次分析法的航空公司机型适应性综合评价研究[J].数学的实践与认识,2009,39(14):19-24.