OPs-TIMAL
Projektinformation
- Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
- Konsortialpartner: Jeppesen Inc., DLR, INFORM GmbH, Fraunhofer FKIE, FAU Erlangen-Nürnberg, TU Braunschweig, DIEHL Aerospace, Rolls-Royce GER, SAP AG, Lufthansa Group, u.a.
- Projektlaufzeit: 60 Monate, Januar 2018 – Dezember 2022
- Offizielle Projektwebseite: www.opstimal.de
Projektziele
Turnaround-Prozesse dienen der Vorbereitung von Luftfahrzeugen auf nachfolgende Flüge und sind ein integraler Bestandteil des Flottenumlaufs. Sie unterliegen komplexen Prozessstrukturen mit einer Vielzahl von stochastischen Einflussparametern und schwer zu beherrschenden Abhängigkeiten in der Ressourcennutzung. Neben der optimalen Auslastung vorhandener Ressourcen sind die Servicequalität sowie die Planungsstabilität sowohl für den Flughafen, die Flugsicherung als auch die Fluggesellschaften von elementarem Interesse.
Fehlende Prozessbeherrschung und Verzögerungen im Turnaround sind dabei eine der wesentlichen Ursachen für Ineffizienzen im Luftverkehrssystem. Verspätungen aufgrund spezieller Ereignisse, wie Inbound-Delays, ad-hoc Wartungserfordernisse (MRO) im Umlauf und/oder fehlende Ressourcen haben direkte negative Auswirkungen auf den Flottenumlauf und die Passagierströme.
Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung und Implementierung eines Systems zur Überwachung und Zeitablaufsteuerung von Turnaround-Prozessen unter Beachtung stochastischer Einflüsse und aktueller Entscheidungssituationen im Netz (Weiterentwicklung des Ground Managers GMAN). Das Vorhaben ordnet sich in die Zielsetzung des Verbundvorhabens OPs-TIMAL, der Etablierung eines digitalisierten, leistungsfähigen und effizienten Bodenprozessmanagements mit positiven Folgen sowohl für die Beteiligten, als auch für das Gesamtsystem des Luftverkehrs, ein.
Einordnung der Turnaround-Steuerung in die Projektinhalte des Verbundvorhabens OPs-TIMAL
Die Entwicklung, Implementierung und Integration des Überwachungs- und Steuerungssystems für Turnaround-Prozesse umfasst vier Arbeitspakete:
- Definition von Anwendungsfällen, Bereitstellung und Filterung realer Betriebsdaten sowie Extrahierung relevanter Störungsszenarien
- Mikroskopische Modellierung der Einzelprozesse des Turnarounds und zugehöriger Handlungs-optionen für den Prozessmanager, Entwicklung von Optimierungsalgorithmen und prototypische Umsetzung der Steuerungsverfahren
- Entwicklung netzweiter Bewertungsfunktionen, Definition und Implementierung von Schnitt-stellen zu beteiligten Systemen
- Entwicklung und Implementierung der Interaktion zu einem holistischen Optimierungstool für die integrative, robuste Flottenumlaufsteuerung
Der wissenschaftliche Ansatz basiert auf einem Prozessfolgegraphen für parallel stattfindende Turnaroundvorgänge (vgl. Abbildung unten), auf dem ein Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) definiert wird. So können sowohl die Möglichkeiten der Prozessbeschleunigung als auch notwendige ressourcenbedingte Abhängigkeiten modelliert und einer optimalen Lösung zugeführt werden. Der Lösungsansatz wird in ein prozessübergreifend vernetztes „holistisches“ Steuerungssystem integriert.
Prozessfolgegraph inkl. Beschleunigungsalternativen und Ressourcenabhängigkeiten
Evler, J., Schultz, M., Fricke, H. (2022b): Stochastic Delay Cost Functions to Estimate Delay Propagation under Uncertainty – IEEE Access 10
Evler, J., Lindner, M., Fricke, H., Schultz, M. (2022): Integration of Turnaround and Aircraft Recovery to Mitigate Delay Propagation in Airline Networks - Computers & Operations Research 138
Evler, J., Schultz, M., Fricke, H. (2021): Flight Prioritization and Turnaround Recovery, 14th ATM R&D Seminar 2021, online
Asadi, E., Schultz, M., Fricke, H. (2021): Optimal Schedule Recovery for the Aircraft Gate Assignment with Constrained Resources, Computer & Industrial Engineering 162
Evler J., Asadi E., Preis H., Fricke H. (2021) - "Airline ground operations: Schedule recovery optimization approach with constrained resources - Transportation Research Part C: Emerging Technologies 128
Evler J., Asadi E., Preis H., Fricke H. (2021) - "Airline ground operations: Optimal schedule recovery with uncertain arrival times" - Journal of Air Transport Management 92, Best Paper Award auf der International Conference on Research in Air Transportation (ICRAT 2020) als "Integrated Operations Control at Hub-Airports with Uncertain Arrival Times"
Evler J., Schultz M., Fricke H., Cook A. (2020) - "Development of Stochastic Delay Cost Functions"- SESAR Innovation Days 2020, online
Schultz M., Evler J., Asadi E., Preis H., Fricke H., Wu C.-L. (2020) - "Future aircraft turnaround operations considering post-pandemic requirements" - Journal of Air Transport Management 89
Asadi E., Evler J., Preis, H., Fricke H. (2020) - "Coping with Uncertainties in Predicting the Aircraft Turnaround Target at Airports" - Proceedings of the Operations Research Conference 2019, Dresden, Germany
Evler J., Asadi E., Preis H., Fricke H. (2018) - "Stochastic Control of Turnarounds at HUB-Airports - A Microscopic Optimization Modell Supporting Recovery Decisions in Day-to-Day Airline Ground Operations" - SESAR Innovation Days 2018, Salzburg, Austria
Masterarbeit Guhr (2022) - "ATFM Slot Handel zwischen Airlines in Kapazitätsengpässen"
Masterarbeit Hannemann (2022) - "Einfluss der Netzwerkstrategie einer Airline auf ihre Verspätungskosten"
Masterarbeit Labitzke (2022) - "Untersuchung von Abhängigkeiten in der ressourcengestützten Turnaround Steuerung zweier Airlines und eines Ground Handlers"
Studienarbeit Höfer (2021) - "Analyse des Einflusses von Dynamic Cost Indexing auf die Turnaround Steuerung"
Diplomarbeit Zhang (2021) - "Stabilität der Turnaround Steuerung unter dem Einfluss von Unsicherheiten"
Masterarbeit Chen (2021) - "Bestimmung der Estimated Aircraft Turnaround Time (ETTT) mit unsicheren Prozesszeiten unter Nutzung der Fuzzy Critical Path Method"
Masterarbeit Stiller (2021) - "Integration von Mechanismen zur An- und Abflug Priorisierung in ein Turnaround Steuerungsmodell"
Diplomarbeit Werner (2020) - "Netzwerksteuerung einer Airline mit flugspezifischen Verspätungskosten"
Diplomarbeit Matschewsky (2020) - "Prozessoptimierungen im Spannungsfeld von Fehlerhäufigkeiten und Folgekosten durch Flugzeugschäden während des Turnaround"
Studienarbeit Berger(2019) - "Analyse und Bewertung von Modellierungsansätzen in der Creweinsatzplanung"
Studienarbeit Werner (2019) - "Prozessanalyse der Passagierabfertigung am Gate zur Entwicklung eines Prozesssteuerungsmodells unter Beachtung von Airline Service-Level-Agreements"
Diplomarbeit Brauer (2018) - "Simulation von Turnaround-Prozessen mit ARENA"
Bachelorarbeit Bräutigam (2018) - "Potenzialanalyse von Quick-Turnarounds von Luftfahrzeugen an hochfrequentierten Flughäfen zur Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems"
Diplomarbeit Link (2017) - "Bewertung von Steuerungsmaßnahmen zur Reduktion der Auswirkungen von Eingangsverspätungen an Luftverkehrsdrehkreuzen am Beispiel des Lufthansa Hub Control Centers in Frankfurt"