基于TOPSIS的客艙布局選項評估要素分析方法

王艷,周航,丁松濱

(南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院,江蘇 南京211106)

摘要客艙布局的選擇是機隊規(guī)劃過程中的重要部分。文中針對客艙布局方案評估問題,建立了以經(jīng)濟性、舒適性、通用性、維修性、適航性5個一級指標(biāo)客艙布局的評價指標(biāo)體系。通過對指標(biāo)的合理量化以及相應(yīng)指標(biāo)的無量綱化,采用TOPSIS理論建立模型,通過計算接近度實現(xiàn)客艙布局備選方案的定量評價,并進(jìn)行比較排序。最終,通過B787的5個客艙布局的方案實例分析結(jié)果表明,該方法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞客艙布局;TOPSIS;選項評估;方案優(yōu)選

收稿日期:2015-03-12

作者簡介:王艷(1981—),女,本科。研究方向:安全科學(xué)與工程。E-mail:nuaawyan@nuaa.edu.cn

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.006

中圖分類號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

飛機是航空公司實現(xiàn)差異化服務(wù)最強有力的武器,飛機客艙的內(nèi)飾和布局選擇已成為航空公司在激烈市場競爭中制勝的重要法寶,因此,亟待在飛機客艙設(shè)備布局和選型方面探尋新的方法。飛機客艙的布局選型是飛機選型工作中至關(guān)重要的一步,選型第一步,就是確定飛機的系列化選項,包括飛機重量、座位數(shù)和航程。航空公司根據(jù)航線和機隊等情況,從制造商給出的幾種備選方案中選出最符合自身需求的布局方案。

針對飛機選型大眾是圍繞層次分析法及其引申方法開展的機型綜合評價,主要考慮的因素是航線情況和機隊規(guī)劃,但是其數(shù)據(jù)的主觀性較大,專家打分、個人意志都可能使最終結(jié)果偏離實際。也有針對經(jīng)濟性進(jìn)行的建模研究,但都只是單一考慮了經(jīng)濟收益與成本問題,未考慮其他因素。近年,針對民機客艙環(huán)境、舒適性也有相關(guān)研究,但僅限于定性的描述分析。本文運用TOPSIS方法來評價各種備選方案的綜合,進(jìn)而實現(xiàn)客艙布局的方案優(yōu)選,可綜合考慮多個屬性而不是單一目標(biāo),同時基于量化指標(biāo)進(jìn)行評價,而不是采用專家打分等主觀性較強的方式,使選型過程更加客觀。

1客艙布局概述

1.1　客艙布局研究現(xiàn)狀

國外早在上世紀(jì)70年代就針對航空公司機隊規(guī)劃開展了關(guān)于飛機座位數(shù)的研究,后期的研究集中在考慮提高航班客座率和航班頻率的條件下選擇運營機型,近年越來越多的研究提出了對機型選擇產(chǎn)生影響的各個因素。國內(nèi)于上世紀(jì)90年代開展了飛機選型的學(xué)術(shù)研究,圍繞層次分析法及其引申方法開展了機型的綜合評價。隨著我國大飛機研制的不斷進(jìn)行,關(guān)于飛機選型方面的研究也越來越多,但是關(guān)于客艙布局選項的專題研究目前還處于空白階段。

文獻(xiàn)[1]根據(jù)座位數(shù)與航程間的關(guān)系給出一種快速設(shè)計客艙布局的方法。文獻(xiàn)[2]則從航線經(jīng)濟性的角度給出一種客艙布局的選型方法。文獻(xiàn)[3]分別使用模糊數(shù)學(xué)、灰色理論以及數(shù)據(jù)包絡(luò)分析等方法對飛機的選型進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]通過層次分析法,對飛機選型的綜合評價指標(biāo)體系進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[5]分析了影響客艙布局的主要因素,基于收入值最大理論對客艙布局的合理性進(jìn)行了論述。文獻(xiàn)[6]主要探討了飛機選型過程中有關(guān)BFE設(shè)備選型的流程和方法。文獻(xiàn)[7]通過問卷調(diào)查、統(tǒng)計分析、流程分析等方法對某家航空公司的客艙布局與公司收益的關(guān)系進(jìn)行了論述。文獻(xiàn)[8]分析了飛機方案選型及關(guān)鍵設(shè)備選裝的工作內(nèi)容及流程,研究了飛機選型方案可靠性評估方法。文獻(xiàn)[9]運用灰色層次分析法,對航空公司飛機機型評價過程中的幾個相關(guān)因數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,建立了一種定量的機型綜合評價模型。這些評價方法分別從性能與經(jīng)濟性等指標(biāo)方面對飛機選型進(jìn)行了評價,但是針對客艙布局選項缺少單獨的評價體系與評估模型。

1.2　客艙布局選項評估模型

客艙布局是指飛機客艙內(nèi)艙位類型的選擇以及每種艙位的具體設(shè)置,主要是數(shù)量和位置的設(shè)定?？团撛O(shè)備主要包含座椅、娛樂系統(tǒng)、應(yīng)急設(shè)備、廚房、洗手間等。制造商是在航空公司明確客艙布局的方案后,按照具體要求投入生產(chǎn)。一般來說,艙位的類型分為頭等艙、經(jīng)濟艙、公務(wù)艙;小型飛機(100座以下)只設(shè)經(jīng)濟艙;中型飛機(100座以上,200座以下)設(shè)有頭等艙和經(jīng)濟艙;大型飛機(200座以上)除了設(shè)有頭等艙和經(jīng)濟艙之外,一般還設(shè)有公務(wù)艙。艙位的設(shè)置主要是根據(jù)不同的市場定位,滿足高端客戶、大眾客戶,以及中間客戶等不同層次客戶的需求,從而達(dá)到利益最大化的目標(biāo)。

飛機客艙是乘客與飛機最直接、最主要的交互界面和實現(xiàn)飛機運營的主要功能區(qū)域。客艙布局的選擇不僅僅是以收益最大化為單一目標(biāo)的,其還涉及到多方面的目標(biāo),因此包含的主要因素可以分為以下5方面:(1)滿足適航要求。(2)考慮營銷戰(zhàn)略定位。(3)航線距離。(4)結(jié)合市場的競爭狀況。(5)結(jié)合公司的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。

2TOPSIS基本原理

2.1　TOPSIS 法的含義及優(yōu)點

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution),即逼近于理想解的技術(shù),其是一種多目標(biāo)決策方法,是系統(tǒng)工程中常用方法。其的基本原理是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化得出相關(guān)矩陣,找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案,然后分別計算諸評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案的距離,獲得各評價對象與最優(yōu)方案的相對接近程度,以此作為評價優(yōu)劣的依據(jù)。TOPSIS法對原始數(shù)據(jù)的信息利用最充分,其結(jié)果能精確地反映各評價方案之間的差距,TOPSIS對數(shù)據(jù)分布及樣本含量,指標(biāo)無嚴(yán)格的限制,數(shù)據(jù)計算亦簡單易行。利用TOPSIS法進(jìn)行綜合評價,可得出良好的可比性評價排序結(jié)果。

2.2　距離的測度概念

(1)

(2)

則某一可行解對于理想解的相對接近度定義為

(3)

于是,若Zi是理想解,則相應(yīng)的Ci=1;若Zi是負(fù)理想解,則相應(yīng)的Ci=0。Zi越靠近理想解,Ci越接近1;反之,越接近負(fù)理想解,Ci越接近0。則可對Ci進(jìn)行排隊,以求出滿意解。

2.3　TOPSIS法計算步驟

(4)

式中,fij由決策矩陣給出。

(5)

(6)

其中,Wi為第i個目標(biāo)的權(quán)。

步驟2確定理想解和負(fù)理想解。若決策矩陣Z中元素Zij值越大表示方案越好,則

(7)

(8)

步驟4按式(3)計算Ci,并按每個方案相對接近度Ci的大小排序,找出滿意解。

3客艙布局指標(biāo)體系分析

在飛機客艙布局的影響因素分析的基礎(chǔ)上,給出了客艙布局進(jìn)行分析,總結(jié)歸納出客艙布局選型由客艙布局、盥洗間、廚房、客艙娛樂設(shè)備等4部分組成,每塊選項的評估要素與安全性、通用性、舒適性、經(jīng)濟性、維修性指標(biāo)的關(guān)系如表1所示。

表1　客艙布局選項

為了對客艙布局進(jìn)行客觀評價,文中列出了以客艙布局的5個基本屬性為核心評價指標(biāo)的一級指標(biāo)及其對應(yīng)的二級指標(biāo)。評價模型包括5個一級指標(biāo):經(jīng)濟性A1、舒適性A2、通用性A3、維修性A4和安全性A5。這里的一級指標(biāo)又可細(xì)分為若干個可定量計算的二級指標(biāo),如下:

(1)經(jīng)濟性。包括收益A11、成本A12、重量A13和油耗A14等要素。其中,收益的計算公式為

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

(9)

客艙投入的成本的計算公式為

A12=A121+A122+A123

(10)

增加設(shè)備產(chǎn)生的油耗為

A13=A12×GS

(11)

其中,T為頭等艙座位數(shù);G為公務(wù)艙座位數(shù);J為經(jīng)濟艙座位數(shù);TP為頭等艙票價;GP為公務(wù)艙票價;JP為經(jīng)濟艙票價;TOD為頭等艙客座率;GOD為公務(wù)艙客座率;JOD為經(jīng)濟艙客座率;TPD為頭等艙折扣率;GPD為公務(wù)艙折扣率;JPD為經(jīng)濟艙折扣率;A121為客艙設(shè)備總成本;A122為客艙安裝總成本;A123為客艙維護(hù)總成本;GS為單位公斤油耗。

(2)舒適性。包括客座間距A21;座椅寬度A22;飛行時間A23;過道寬度A24;衛(wèi)生間A25;娛樂設(shè)備A26;廚房設(shè)備A27及艙門A28等要素。

客座間距計算公式為

(12)

其中,A211為頭等艙客座間距;A212為公務(wù)艙客座間距;A213為經(jīng)濟艙客座間距。

飛行時間如式(13)所示。其中,S為飛行距離;V為平均速度

A23=S/V

(13)

衛(wèi)生間的計算公式為

A25=A251×A252

(14)

其中,A251為衛(wèi)生間數(shù)量;A252為衛(wèi)生間面積

娛樂設(shè)備的計算公式如式(15)所示。A262i表示各種娛樂設(shè)備的總數(shù)

(15)

廚房設(shè)備的計算公式如式(16)所示。A272i表示各種廚房設(shè)備的總數(shù)

(16)

艙門計算公式如式(17)所示。其中,tpn表示總的艙門數(shù);ts表示總的座位數(shù)

A28=tpn×ts

(17)

(3)通過性包括兩個指標(biāo),分別是設(shè)備通用性和布局通用性。設(shè)備通用性的計算公式如下所示。新購買設(shè)備可互換的設(shè)備占總設(shè)備的比率公式如下

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

(18)

其中,A311為兼容設(shè)備;A312為已有設(shè)備;A313為加裝數(shù)量;ET為已有設(shè)備總數(shù)。

布局通用性的計算公式如下式所示。其中PL為相似布局的飛機數(shù)量,PT為機隊的總數(shù)量

A32=PL/PT

(19)

(4)維修性有兩個指標(biāo)評價維修間隔、維修時間。維修成本在經(jīng)濟性中已做考慮。

(5)安全性主要包括安全裕度和適航取證風(fēng)險兩個指標(biāo)。適航性是安全性的最低標(biāo)準(zhǔn),飛機制造商給出的選型手冊中一般都會給出4～5種客艙布局方案,這些方案均滿足FAA和CAAR適航規(guī)章的要求,但是每種方案的存在安全裕度的差異,應(yīng)急出口配置不同、通道寬度不同,適航取證風(fēng)險的也不同。

4算例分析

國內(nèi)某航空公司要引入B787,波音給出的選型手冊中提供了5種客艙布局方案,運用效用理論建立選型模型來確定哪種方案最合適,具體參數(shù)如表2所示。

表2　5種方案具體參數(shù)表

根據(jù)式(9),可算出每個航班總的收益

方案1收益A11=30×70%×1 800+244×80%×1 000=233 000,根據(jù)式(12),則可計算出客座平均間距。

方案2客座間距值A(chǔ)21=(52+32)/2=42,計算出相應(yīng)平均指標(biāo)的值,如表3所示。

表3　5種方案平均指標(biāo)表

根據(jù)表2數(shù)據(jù),利用式(4)進(jìn)行歸一化處理,得歸一化矩陣值,如表4所示。

表4　歸一化矩陣值

由式(7)和式(8)得最優(yōu)方案和最劣方案

由式(1)和式(2)計算各個S+和S-。例如某個方案S+和S-為

其余各方案依此類推。由式(3)計算各方案Ci,如表5所示。

表5　不同方案指標(biāo)值與最優(yōu)值的相對接近程度及排序結(jié)果

由表5的排序結(jié)果可知,方案1的布局最佳。

5結(jié)束語

本文對客艙布局的影響因素分析進(jìn)行了分析,然后構(gòu)建了可準(zhǔn)確度量計算的客艙布局評價指標(biāo)體系,綜合考慮5種指標(biāo),將適航性作為安全性的最低標(biāo)準(zhǔn),將經(jīng)濟性、舒適性、通用性、維修性進(jìn)一步量化,避免定性描述的指標(biāo)而采用有實際數(shù)學(xué)意義的指標(biāo),建模處理實際的數(shù)據(jù)時可以進(jìn)一步提高結(jié)果的客觀性,同時用量化的客觀指標(biāo)值來作為評價的依據(jù),避免了人為打分等其余的定量評價方法存在的不確定性和模糊性。同時,給出了相應(yīng)指標(biāo)的計算公式。接著,由于目前的方案可評價樣本較少,無法使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行綜合評價,本文采用綜合評價TOPSIS理論建立模型,通過計算接近度實現(xiàn)價客艙布局的備選方案定量評價,并能夠進(jìn)行比較排序。最后,通過B787五個客艙布局的方案評價,證明了方法的正確性和有效性。該方法不僅適合小樣本資料,也適用于多評價對象、多指標(biāo)的大樣本資料。同時可以結(jié)合權(quán)重分析方法,進(jìn)一步提高評價方法正確性。

參考文獻(xiàn)

[1]蒙文鞏,馬東立,崔飛.民用飛機系列商載航程匹配設(shè)計[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2013(2):210-214.

[2]何浩松,丁松濱.民用客機客艙布局對油耗以及經(jīng)濟性的影響分析[C].南京:南京航空航天大學(xué)第十六屆學(xué)術(shù)會議,2014.

[3]何肇熙.飛機選型的模糊評判[J].中國民航大學(xué)學(xué)報,1992(3):6-17.

[4]官建成,夏云祿.飛機選型的綜合評價與優(yōu)先權(quán)靈敏度分析[J].航空學(xué)報,1993,14(11):618-624.

[5]吳棣華.航空公司飛機客艙布局選型的探討[J].民用飛機設(shè)計與研究,2007(4):45-47.

[6]周洪典.飛機BFE項目選型初探[J].中國民用航空,2007(10):37-38.

[7]陸穎.收益管理下東方航空公司客艙設(shè)備布局及選型的優(yōu)化策略研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2013.

[8]宋海靖.飛機系統(tǒng)設(shè)備選型方案評估的研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2010.

[9]演克武,朱金福,劉鋒.基于灰色層次分析法的航空公司機型適應(yīng)性綜合評價研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識,2009,39(14):19-24.