Challenge ROADEF 2009 : gestion de perturbations dans .2018-01-10 · gestion de perturbations dans

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  • Challenge ROADEF 2009 :

    gestion de perturbations dans le domaine arien

    M. Palpant, M. Boudia, C.-A. Robelin, S. Gabteni, F. Laburthe

    Amadeus S.A.S., Operations Research Division,485 route du pin montard 06902 Sophia Antipolis Cedex

    mireille.palpant@amadeus.com, mourad.boudia@amadeus.com,

    charles-antoine.robelin@amadeus.com, semi.gabteni@amadeus.com,

    francois.laburthe@amadeus.com

    1 Introduction

    Les compagnies ariennes commerciales oprent leurs vols selon un programme de vols publi,optimis du point de vue des revenus gnrs. Cependant, il est frquent que des vnementsextrieurs, tels des pannes mcaniques, une grve du personnel, ou des conditions mtorologiquesdfavorables, viennent en perturber le bon droulement. Dans de tels cas, il sagit de trouver dessolutions performantes permettant dabsorber la perturbation en un temps minimum et, de fait,den minimiser limpact.

    De faon traditionnelle, les ressources sont raffectes au cours dun processus squentiel selonlordre hirarchique naturel : flotte dappareils, quipages, passagers. Cependant, cette mthodo-logie prsente de srieuses lacunes. En effet, la prise de dcision au niveau local, concernant uneressource, peut avoir une rpercussion globale, sur lensemble des ressources. Ainsi, une modifica-tion du programme de vols, impactant potentiellement les appareils de la flotte, peut galementconduire une impossibilit de correspondance pour un quipage ou un ensemble de passagers. Enconsquence, un nombre croissant de travaux se consacrent lintgration des diffrents niveauxde dcision. Le sujet propos dans le cadre de ce challenge sinscrit dans ce contexte en cherchant,en cas de perturbations, raffecter de faon simultane la flotte dappareils et les passagers.

    2 Le programme de vols

    Un programme de vols reprsente lensemble des vols raliss par une compagnie arienne surune priode donne. Chaque vol est dfini par :

    un numro de vol ; des aroports dorigine et de destination, lesquels dterminent la longueur et le type du vol

    (domestique, continental ou international). Dans le cadre de ce challenge, nous ramneronsla longueur dun vol sa dure, laquelle est considre comme constante ;

    des dates et heures de dpart et darrive.La squence des vols successifs allous un appareil est appele rotation. Une rotation vrifietrivialement la continuit des oprations : laroport dorigine dun vol correspond laroportde destination du vol prcdent et sa date de dpart est postrieure la date darrive de cedernier augmente du temps de rengagement de lappareil, i.e. le temps minimum de prparationde lappareil pour le nouveau vol : dsembarquement/embarquement des passagers, nettoyage delappareil, changement ventuel dquipage. La Figure 1 reprsente un exemple de rotation.

    Fig. 1. Une rotation

    Sur cet exemple, nous constatons deux vols possdant le mme numro. Il sagit en fait dunvol multi-tronon qui doit tre opr par un appareil unique, moins dune dfaillance mcanique

  • laroport descale. Cette configuration possde lavantage de potentiellement rduire le tempsde prparation ncessaire la ralisation du vol suivant, qui est alors appel temps de transit.

    Dans un souci de clarification, chaque vol sera associ un numro de vol unique, le cas duvol escale tant ramen ltablissement dune liaison entre vols : ainsi, le vol multi-tronon261 ci-dessus correspondra deux vols distincts, par exemple 2611 et 2612, et une informationadditionnelle indiquera la prsence dune liaison entre ces deux vols.

    Afin de prendre en compte toute la complexit du problme, des vols additionnels (de typeproximit), correspondant des acheminements par transport public hors arien, seront ajouts auprogramme de vols classique. Ces "vols" supplmentaires seront oprs par des appareils ddis etil ne sera pas possible de les modifier.

    3 Les diffrents acteurs du problme

    3.1 Les aroports

    Lensemble des destinations couvertes par une compagnie dfinit le rseau de cette dernire.Chaque destination correspond un aroport possdant des caractristiques bien dfinies, notam-ment des limitations sur le nombre darrives et de dparts pouvant tre pris en charge simultan-ment, ainsi que sur le nombre maximal dappareils au sol (capacits aroportuaires). Cependant,afin de limiter la complexit du problme propos, le paramtre de capacit au sol est ignor.Chaque aroport est ainsi uniquement associ des capacits horaires de dcollages et atterris-sages, sans considrer de fentres glissantes. Pour chaque intervalle [H,H+1[, le nombre de dpartset darrives devra respecter les capacits aroportuaires. La Figure 2 illustre ce concept pour unaroport pouvant prendre en charge trois dcollages par heure.

    H H+2H+1

    4 dparts entre H et H+1

    H H+2H+1

    4 dparts en moins d'une heure sur des intervalles disjoints

    Fig. 2. Cas de figures violant (haut) et respectant (bas) la capacit aroportuaire

    3.2 La flotte

    Une flotte est constitue par lensemble des appareils quune compagnie arienne opre. Chaqueappareil est dfini par :

    un numro de srie unique ; un modle (Boeing 747, A320, . . .) ; une configuration de siges, cest--dire la rpartition des siges dans chaque cabine (first,

    business, co). La configuration peut dans certains cas tre modifie ; cependant, dans lecadre de ce challenge, nous considrerons quelle est fixe pour un appareil donn.

    Un modle donn est associ des caractristiques oprationnelles qui sont communes lensembledes appareils de ce modle : temps de rengagement et de transit, distance maximale franchissable,ensemble de configurations possibles.

    Des sous-ensembles dappareils possdant des caractristiques communes sont regroups au seinde familles (par exemple les modles A318, A319, A320 et A321 de la famille AirbusSmall). Lintrt

    2

  • principal de ces familles rside dans le fait que leurs quipages sont aisment inter-changeables(commandes de pilotage identiques).

    En dehors de son utilisation normale, un appareil peut tre galement amen subir unemaintenance. Ces oprations dassez grande envergure ncessitent des moyens humains et matrielsconsquents et peuvent induire une indisponibilit prolonge de lappareil (stationnement danslaroport prvu pour la maintenance pendant toute la dure des oprations). De plus, un avionne peut galement pas excder plus dun certain nombre dheures de vol avant la date de samaintenance (potentiel de vol).

    3.3 Cas des aroports desservant une mme ville

    Afin dassurer la liaison entre aroports dune mme ville, un service de transport public ter-restre (bus, train, etc.) est propos. Ce transport est modlis par des vols fictifs, dfinis et oprspar une flotte spciale dappareils (TranspCom). Cette dernire est compose dappareils de capa-cit illimite dans chacune des cabines, et dont le cot horaire est nul.

    3.4 Les quipages

    Les quipages sont rpartis en deux catgories : les personnels navigants techniques (piloteset co-pilotes) et commerciaux (htesses et stewards). Chaque appareil ncessite laffectation duncertain nombre de personnels des deux types en vue doprer un vol. Le nombre varie en fonctiondu modle et de la configuration de lappareil considr.

    La gestion des quipages dans le traitement des perturbations est une tche importante. Ce-pendant, et pour mieux cerner le sujet, elle nest pas intgre au problme propos ici.

    3.5 Les passagers

    Les passagers effectuent des rservations sur les vols proposs par la compagnie arienne. Unerservation est dfinie par les lments suivants :

    un numro de rservation unique ; le nombre de personnes concernes par la rservation ; le prix moyen pay par passager ; la description de litinraire, compos dun ou plusieurs vols, associ chacun une cabine ; le caractre aller ou retour du trajet. Dans le cadre du challenge, un "aller" correspond un

    aller simple ou la portion aller dun aller/retour dont le retour sera effectu aprs lhorizonde plannification, et un "retour" correspond la portion retour dun aller/retour dont lallera t effectu une date antrieure.

    4 Formalisation du problme

    Le problme tudi vise rtablir lordre normal des oprations en cas de perturbation ayantune incidence sur le programme de vols dfini, et ce, dans les dlais les plus brefs possibles. Ilest primordial que le programme de vols initial soit rtabli lissue dune priode bien dtermineappele fentre de recouvrement (ou priode de recouvrement). Ainsi, il sagit de gnrer un nouveauprogramme de vols pour la priode dfinie par la fentre de recouvrement et, par consquent,dterminer la rotation de chacun des appareils de la flotte. Le programme de vols propos doitminimiser les cots induits et les impacts ventuels sur les passagers.

    La nature des incidents variant selon la perturbation rencontre, les cas suivants doivent tregrs :

    retard de vol. Les facteurs dclenchants peuvent tre un temps dembarquement allong, unegrve des personnels au sol, un temps de prparation de lappareil augment, lattente dunquipage ou dun passager en correspondance ;

    annulation de vol ; indisponibilit dun appareil pour une priode dtermine. Aucun vol ne peut lui tre affect

    pendant toute la dure de son indisponibilit ;

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  • rduction du nombre de vols oprs sur un intervalle de temps donn. Ce cas de figure apparatlors de conditions mtorologiques dfavorables (rduction du nombre de dparts/arrivesaux aroports) ou lors dune grve du personnel (rduction du nombre de vols pour cause desous-effectif).

    Le nouveau programme de vols rsulte de la prise dun certain nombre de dcisions quant aux volsdu programme initial : annulations et retards intentionnels, changements dappareil au sein de lamme famille et crations ventuelle de nouveaux vols.

    Les critres de dcision concernent essentiellement la minimisation des cots pour la compagnie,aussi les modifications du programme de vols peuvent-elles tre effectues aux