基于Arena仿真軟件的航空旅客登機安排與優(yōu)化策略研究

葛晨冉 王 亮

（銅陵學(xué)院 ，安徽 銅陵 244000）

一、問題的提出

在高鐵的沖擊下，我國航空業(yè)在快速發(fā)展的同時也面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，如何利用現(xiàn)有的航空管理資源在不降低旅客乘機體驗的前提下來減少運營成本是每家航空公司都必須積極探討的一個問題。航空公司降低成本的一個重要的環(huán)節(jié)就是減少客機的周轉(zhuǎn)時間，而客機周轉(zhuǎn)時間中最重要的組成部分也是最有優(yōu)化空間的部分就是旅客的登機時間，因此，如何降低旅客的登機時間便是航空公司首要解決的問題。我們不難發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化旅客登機時間來降低航空公司運營成本的同時，也提高了機場的運作效率，更加提高了旅客乘機的滿意度，是一個多贏的優(yōu)化方案[1]。本文利用Arena這一軟件向大家直觀展示了旅客登機時間與登機方式間的關(guān)系，最終目標是利用Arena軟件分別在單門和雙門的情況下生成四種登機策略的模型，并將其登機時間進行比較，幫助航空公司找出最有效的登機方式。

本文首先介紹了Arena軟件的功能和應(yīng)用，然后說明了本實驗建立的依據(jù)和假設(shè)條件，選擇當下較為普遍運用的737-700機型和具有創(chuàng)新意義的雙門登機方式是本實驗的重點；接下來，本文給出了登機實驗的流程圖，幫助大家直觀了解實驗的整個過程；本文也花一定篇幅詳細介紹了四種登機策略，最后得出實驗結(jié)果，列表記錄不同登機方式下所耗費的時間。

二、背景概述

（一）Arena軟件介紹

Arena是一款由系統(tǒng)建模公司開發(fā)的計算機模擬軟件，可以模擬離散連續(xù)混合系統(tǒng)，具有可視化交互功能，用戶可以根據(jù)事先制定好的流程圖設(shè)定參數(shù)，建立仿真模型，每建立起一個完整的模型都可以進行動畫演示，并輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。Arena軟件具有建模層次感強，模板和庫資源豐富等優(yōu)點，并且能夠做到與Microsoft Office無縫整合，進行數(shù)據(jù)交換，因此廣泛運用于制造業(yè)、物流及供應(yīng)鏈、服務(wù)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。在模型建成之后，我們可以生成視頻文件保存到本地，在進行演講展示時無需打開軟件便可進行展示，從而帶來極大的便利性。

（二）模型建立的條件

1.關(guān)于登機方式的選擇；我們所熟知的也是現(xiàn)在普遍運用的登機方式是旅客排隊從飛機的前部機門有序登機，這也是導(dǎo)致登機時間過長的原因，機艙過道狹窄，座位較為密集，加上旅客放置行李需要耗費大量時間，從而大大降低了旅客登機的效率。為此，本篇文章重點研究雙門登機方式，即讓旅客同時從兩個門進行登機，并且將利用Arena軟件測算出的登機耗時與單門登機情況下進行對比，從而讓航空公司在安排值機任務(wù)時做到有據(jù)可依。

2.關(guān)于飛機機型的選擇；為了便于實驗的順利進行和模型的建立，我們選擇了AirTran 737-700作為我們的飛機模型。這個機型有137個座位，其中12個是商務(wù)艙的。由于我們的項目是針對雙門登機策略設(shè)計的，所以我們將137個座位分為兩部分進行研究，第一部分是前10排，有54個座位，第二部分是第11排到第24排的83個座位。所以，坐在第一部分的乘客從前門登機，坐在第二部分的乘客從后門登機。我們知道雖然飛機有三個門，分別位于前部、中部和后部，但是位于中部的門是緊急門，所以對于雙門登機的研究，我們選擇了前部和后部兩個門。

（三）旅客登機過程的影響因素

縮短登機時間，可以有效提高航空公司旅客登機效率，了解登機過程中的影響因素，并對這些影響因素進行深入分析，能夠有望花更短的時間來完成旅客登機過程。分析旅客登機過程的影響因素，要從完整的登機過程入手，細分登機區(qū)域，有針對性地進行優(yōu)化。旅客在進入機艙坐上自己的座位之前，經(jīng)過的主要區(qū)域有登機口、廊橋、登機艙門和機艙[2]。

首先，旅客聽到登機通知后會集聚登機口，雖說人們一般會按照次序排成縱列，但對于人數(shù)較多的情況，旅客往往容易處于混亂狀態(tài)，從而造成登機區(qū)域的擁堵。另外，登機口的放行速度要與廊橋中的放行速度相協(xié)調(diào)，勢必也會延長旅客在登機口的等待時間[3]。其次，旅客從登機口至登機艙門之間的耗時主要受到廊橋長度、登機艙門的開放數(shù)量以及登機口的放行速度的影響。最后，旅客從登機口至自己的座位上也是一段耗時較多的過程，因此導(dǎo)致旅客進入機艙的順序成為影響登機時間的最大因素。旅客進入機艙后，由于前面的乘客擺放行李，經(jīng)常會被堵于機艙過道中。若坐在靠窗的旅客先于坐在過道的旅客坐下，則起身讓座的過程也會耽誤一段時間，甚至也會造成后面旅客的擁堵。

總結(jié)來說，航空公司旅客登機過程的影響因素如表1所示。

三、基于Arena軟件的模型建立

（一）基本假設(shè)

在我們的日常生活中，航空公司對于旅客登機過程并未做太多的研究和約束，加之每一次登機發(fā)生時都會出現(xiàn)各種特殊狀況，這便導(dǎo)致每一次的登機過程都不盡相同。因此，我們在進行模型建立的時候，必須排除個別因素，將整個登機事件歸于一個統(tǒng)一的流程，于是我們總結(jié)出了以下幾個假設(shè)條件。

表1 航空公司旅客登機過程的影響因素

1.根據(jù)航空公司定位和機型的不同，機艙布局也會有較大的差異，在本模型的建立上，為了使實驗便于操作，本文只考慮商務(wù)艙加經(jīng)濟艙的布局情況，且商務(wù)艙乘客始終優(yōu)先登機。

2.其次，在本實驗中，所有的艙位均被占滿，無剩余空座，乘客均按登機牌號碼入座，并且80%的乘客攜帶手提行李，這里方便計算，我們假設(shè)乘客將行李放置行李架的時間相同。

3.另外，假設(shè)所有乘客的行李具有相同特征，即每位乘客放置行李所需時間相同，并且每位乘客都會選擇在就坐前放置行李。

4.最后，本實驗忽略所有突發(fā)狀況，例如有乘客登機遲到、坐到錯誤的位置上、和他人交換座位等。

（二）干擾參數(shù)的設(shè)定

登機過程中的干擾指的是一名乘客阻礙另一名乘客進入其座位的情況，航空公司想要縮短乘客登機時間，一個不容忽視的重要因素就是飛機內(nèi)乘客之間的干擾次數(shù)[4]。我們把登機過程中的干擾分為兩個方面，一個是過道干擾，另一個是同排干擾。過道干擾指的是飛機過道中由于前面乘客放置行李占用過道而阻礙后面乘客繼續(xù)前進的情況，如圖1所示，座位分配在A5的乘客2被座位分配在F3的乘客1阻擋，乘客1正在將手提行李放置到行李架上。同排干擾指的是座位遠離窗戶的乘客若先于座位靠窗的乘客坐下，那么等座位靠窗乘客過來時，他必須有一個起身讓座的動作，如圖2所示，乘客2必須等待乘客1起身空出座位才能到達自己的座位。

圖1 過道干擾示意圖

圖2 同排干擾示意圖

（三）流程圖

通過上述假設(shè)條件我們已清楚地知道旅客登機的過程和具體事項，在我們的前提條件下，旅客將按事先規(guī)定的順序統(tǒng)一完成登機步驟，無特殊情況發(fā)生，下列圖3為登機流程圖，較為直觀地呈現(xiàn)出這一過程。

圖3 旅客登機流程圖

（四）四種登機策略介紹

1.從后至前

在從后至前的登機策略中，我們將經(jīng)濟艙劃分為五個區(qū)域，在旅客登機過程中，我們讓座位排在靠近飛機后部區(qū)域內(nèi)的旅客先登機，依次向前遞推，座位排在同一區(qū)域內(nèi)的旅客無先后順序，即先到者先登機。對于商務(wù)艙的旅客，我們?nèi)匀谎赜煤娇展粳F(xiàn)有規(guī)則，采用優(yōu)先登機。對于航空公司和機場來說，還有一個較為關(guān)注的方面是可操作性，這一方法在實施的時候較為方便，只需在登機牌上注明group1、group2等字樣，將旅客事先劃分好組別，機場值機柜臺的工作人員在安排旅客登機的時候按照組別順序檢票即可，當然也需提前通知旅客按機票上的組別順序排隊。從后至前的登機策略簡單易懂，圖4是表明組別字樣的機艙布局圖，能夠更好地幫助我們來解讀這一登機策略。

圖4 從后至前登機策略示意圖

2．從窗至過道

和從后至前登機策略不同，當商務(wù)艙的旅客完成登機動作后，我們讓座位靠近窗戶的乘客先登機，即座位靠窗的兩排乘客先登機，座位排在中間位置的兩排乘客次之，座位靠近過道的兩排乘客最后登機，圖5的座位編號圖便很好地向我們展示了這一登機策略。在實際乘機過程中，我們常常會遇到此類情況，即座位靠近過道的乘客先登機找到自己的座位，等到同排靠近窗戶的乘客過來后，需要起身讓座，從窗至過道這一登機策略目的是減少同一排乘客之間的座位沖突。這一方法確實能減少很多等待時間，大大提高登機效率，但是在實際操作中存在一定的問題，因為它沒有考慮乘客之間的關(guān)系，很多相鄰座位的乘客是結(jié)伴而行，他們習(xí)慣了一起排隊一起登機，但是由于座位號位于不同的列數(shù)而被迫在不同的時間里登機，這會給乘客帶來不滿的情緒，導(dǎo)致客戶滿意度降低。

圖5 從窗至過道登機策略示意圖

3.倒金字塔

我們可以認為倒金字塔策略是從后至前策略、分塊策略和從窗至過道策略的組合，使飛機的機艙區(qū)域得到充分利用[5]。從后至前登機策略和從窗至過道登機策略雖然方法不同，登機效率也不同，但它們有一個共同的缺點，便是沒有最大程度地利用機艙區(qū)域。我們知道飛機過道狹窄，同排或相鄰排乘客之間會由于讓座和擺放行李而形成相互干擾，但飛機具有一定的長度，前部區(qū)域的乘客不會影響到后部區(qū)域，能夠認識到這一點，便能進一步提高登機效率。倒金字塔登機策略的登機過程是飛機后部區(qū)域的座位靠窗和中間座位的乘客先上，接著是飛機前部區(qū)域的座位靠窗和中間座位的乘客，再到后部區(qū)域的座位靠過道的乘客，最后是飛機前部區(qū)域的座位靠過道乘客。相比從后至前策略和從窗至過道策略來說，倒金字塔策略在登機效率上有所提高，但是在可操作性方面面臨較高難度，實施起來較為繁瑣，這也是航空公司在選擇登機方式時需要考慮的重要因素。

4.無規(guī)律登機

無規(guī)律登機是當下最為普遍和最容易實施的一種登機方式，在這一登機策略中，我們不做任何安排，也不設(shè)立任何規(guī)則，完全發(fā)揮乘客的自主選擇性，由此來作為實驗的對照組。

（五）實驗結(jié)果分析

本文通過對四種登機策略分別在單門和雙門的登機方式下進行建模，得出登機時間結(jié)果表2所示：從實驗結(jié)果來看，無論是單門登機還是雙門登機，效率最高的還是倒金字塔登機策略，這種登機策略雖然有時間上的優(yōu)勢，但優(yōu)勢并不明顯，單門登機情況下，采用倒金字塔方式登機所用時長與從窗至過道的方式所差甚微，僅僅快了24秒，而這一差距在雙門登機的情況下更小。在現(xiàn)在普遍運用的單門登機方式下，無規(guī)律登機策略耗時反而短于從后至前策略，我們由此可以猜想，這正是目前大多數(shù)航空公司沒有實施其他登機策略而仍然采用無規(guī)律登機方式的原因，航空公司需要綜合評估各個方面的因素，計算綜合成本。

表2 實驗結(jié)果分析表

四、登機策略研究意義與展望

（一）探索合理登機策略，降低航空運營成本

航空公司的成本結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且高額的成本給航空公司盈利能力構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)，各航空公司都在積極探尋有效的成本控制策略。例如我們熟悉的美西南航空公司，能在行業(yè)利潤率不足5%的美國航空運輸業(yè)保持多年持續(xù)盈利的局勢，成為立足行業(yè)市場的神話，不得不說它是得益于其低成本運營戰(zhàn)略。研究表明，美國2007年航空業(yè)因航班延誤產(chǎn)生的成本高達290億美元[6]，由于流量控制等原因造成的航班延誤是航空公司無法控制的，而快速登機、減少旅客排隊登機時間，能夠更好保證航空準點率，因此如何減少登機時間變得意義重大。另外，除了高額的延誤成本，飛機正常停放在機場也會給航空公司帶來一筆叫作靠橋費的費用，且這筆費用也相當高，所以，即使在不造成延誤的前提下，航空公司也希望本公司的飛機在機場的停留時間越短越好。由此可見，有效提高登機效率給航空公司帶來的降低成本的空間是巨大的。

（二）有效優(yōu)化登機方式，提升旅客乘機體驗

波音公司有一項調(diào)查結(jié)果顯示，旅客登機過程中所耗費的時間，在過去十年間，增長了一倍。以140人的國內(nèi)航班為例，登機時間從上個世紀70年代的15分鐘增長為現(xiàn)在的30分鐘，有些時候甚至長達40分鐘[7]。這一數(shù)據(jù)的增長，除了給航空公司帶來更高的運營成本，也給旅客的乘機體驗帶來了一定程度的負面影響。航空出行一直以速度著稱，快速便捷的旅行體驗是旅客選擇航空出行的主要原因。在機票價格和高鐵票價格差別不大的情況下，旅客更愿意選擇乘坐高鐵，主要原因也是出自這里，相對于乘坐高鐵來說，乘飛機花費的時間甚至更長，并且大部分時間是花在等待的過程中。旅客出行選擇飛機這一交通工具，是期待能帶來不一樣的出行體驗，如果因為登機效率的問題導(dǎo)致旅客在機場停留的時間過長，必將影響旅客的出行感受。民航是一個注重服務(wù)和旅客飛行體驗的行業(yè)，較低的旅客滿意度是每一家航空公司都不愿看到的。所以，以優(yōu)化登機方式為著手點，減少旅客的登機時間，從而提升旅客的乘機體驗，對航空公司來說意義重大。

五、結(jié)語

近年來，航空公司寬體客機的運用數(shù)量不斷增加，飛機搭載的旅客數(shù)量也在不斷上升，隨著登機旅客數(shù)量的增加，登機口擁堵、秩序混亂的情況也會隨之而來，給航空公司帶來的直接結(jié)果則是運營成本增加和旅客滿意度降低。如果能夠運用一定策略，合理規(guī)劃旅客登機方式，一定程度上可以緩解登機壓力，尤其是對于一些中大型客機來說。旅客在從候機區(qū)到機艙座位的登機過程中[8]，會受到很多干擾因素的影響，從登機門到機艙門再到機艙通道最后到座位前的過道等等諸多不確定性的因素都會使登機時間大大延長，尤其是在一些交通繁忙的樞紐機場，減少飛機等待時間，提高登機效率顯得格外重要。從經(jīng)濟因素和可操作性方面考慮，縮短旅客登機時間對于航空公司來說是一個很好的著力點。本文通過Arena軟件向大家直觀系統(tǒng)地展示了旅客登機的過程，幫助大家更好地理解四種登機策略，并且以統(tǒng)計數(shù)據(jù)的形式將結(jié)果直觀的展現(xiàn)在人們面前，將登機效率量化有利于進行各登機策略之間的比較，對于航空公司在實際操作過程中具有重要的參考意義[9]。從Arena軟件生成的仿真結(jié)果來看，在單門登機情況下，采用一定登機策略時的登機時間相對于無規(guī)律登機來說并沒有明顯的優(yōu)勢。在雙門登機情況下，從后至前的登機策略相對于單門登機時改善較大。