A flight planning model and a case study in an airline company - Temuçin, Tolga (My University, 2019)
Havacılık endüstrisindeki gelişmeler, ülke refah seviyesini arttırmaktadır. Diğer ulaştırma modlarına kıyasla hava taşımacılığının ekonomik ve sosyal etkilerinin tahmin edilemeyecek kadar büyük olması konu üzerinde çalışmayı cazip hale getirmektedir. Bunun nedeni, maliyet, uçuş yükünün uçaklar arası düzgün dağılımı, yaşanan gecikmeler veya herhangi bir konudaki küçük iyileştirmelerin havacılık endüstrisinde büyük kazanımlara neden olmasıdır.Havacılık, ayrı ayrı veya bir arada ele alınması gereken çok sayıdaki birbiriyle ilişkili operasyonu içeren karmaşık bir endüstridir. Bir problemin çıktısı, bir diğerinin girdisidir. Bu nedenle, bir problemde başarılı olabilmek için önceki problemler dikkatlice incelenmeli ve çözülmelidir. Uçak Bakım Rotalama, Uçuş Çizelgeleme, Filo Atama, Mürettebat Çizelgeleme ve Bozulma Giderme gibi bu sektördeki önemli havayolu operasyonları arasında büyüleyici zorluklara sahip problemlerden biridir. Bu problemde, çizelgelenen uçuşlar belli bir filoda yer alan uçaklara atanır. Diğer kısıtların yanı sıra, havayolu firmaları bu süreçte uçakların bakım gereksinimlerini de karşılamalıdır. Bu, uçakların düzenli aralıklarla bakım görmesi gerektiği anlamına gelir. Unutulmamalıdır ki, fazla sayıda planlı bakım gereğinden fazla masrafa, az sayıda planlı bakım ise gereksinimlerin ihlaline neden olur.Bu tezde, birbiriyle çelişen aşağıdaki iki amacı optimize ederek en iyi rotalama seçeneklerinin belirlendiği Günlük Uçak Bakım Rotalama Problemi incelenmiştir: (1) Her bir uçuşa ait müşteri talebi ile söz konusu uçuşun atandığı uçağın kapasitesini dengelemek, (2) her bir uçağın yasal uçuş süresini mümkün olduğunca kullanmak. Bu nedenle, bakım periyodu (sadece geceleyin veya herhangi bir zamanda) göz önüne alınarak, iki farklı modelleme yaklaşımı (biri diğerinin özel bir halidir) önerilmiştir. Bu matematiksel modeller küçük ve orta ölçekli problemler için en uygun rota seçeneklerini bulabilmelerine rağmen, gerçek hayat problemleri için makul bir sürede sonuç üretememektedirler. Bu zorlukla başa çıkmak için Elitist Non-Dominated Sorting Genetic Algoritmasını (NSGA-II) temel alan bir meta-sezgisel geliştirilmiştir. Sunulan matematiksel modellerin yetersiz kaldığı durumları ve önerilen çözüm yaklaşımının etkililiğini göstermek için kapsamlı sayısal analizler yapılmıştır.

Developments in aviation industry improves the prosperity level in a country. Compared to other modes of transport, air transport’s economic and social impacts are unpredictably large which makes it an attractive subject to work on. This is because, small improvements in costs, robustness, flight load smoothness, flight delays or any issue, may cause big gains in aviation industry.Aviation is a complex industry including lots of interrelated airline operations which must be handled separately or together. Output of one problem is input of another’s. Hence, to have success in one problem, previous problems should be carefully examined and solved. Among the numerous leading airline operations in this industry such as Flight Scheduling, Fleet Assignment, Crew Scheduling and Disruption Recovery, the Aircraft Maintenance Routing is one of the fascinating challenges. In this problem, flights that must be scheduled are assigned to aircrafts within a specific fleet. Among other constraints, airlines must fulfill maintenance requirements during this routing process, which means that aircrafts must receive maintenance at regular intervals. Too much planned maintenance is costly and too little may violate requirements.In this thesis, daily Aircraft Maintenance Routing Problem is studied to determine the best routing choices that optimize the following conflicting objectives: (1) To balance each flight’s customer demand with the capacity of the aircraft to which the flight in question is assigned, (2) to use each aircraft’s legal flight time as much as possible. For this reason, considering the maintenance period (only at night or at any time), two different modelling approaches (one of which is a special case of the other) are proposed. Although, these mathematical models are capable of finding optimal routes for small and moderate scale problems, they fail to give results for real life problems in a reasonable time. Hence, a meta-heuristic approach which is based on Elitist Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II), is developed to handle this difficulty. Comprehensive numerical analyses have been carried out to show the situations where the mathematical models are insufficient and the effectiveness of the proposed approach.
Keywords: Çok Amaçlı Optimizasyon; Endüstri mühendisliği; Industrial engineering; Multi-objective Optimization; NSGA-II; Pareto Optimal; Pareto Optimal Aircraft Maintenance Routing Problem; Uçak Bakım Rotalama Problemi