Đặc điểm kinh doanh hàng không - ứng dụng vận trù học

Vận trù học (Operations Research) có tác động to lớn đến việc quản lý vận tải hàng không ngày nay. Nhằm đạt được lợi thế cạnh tranh trên thị trường, các hãng hàng không đang chuyển sang sử dụng các kỹ thuật tối ưu hóa tiên tiến để phát triển các hệ thống hỗ trợ ra quyết định quan trọng đối với việc quản trị và tổ chức khai thác hàng không.

Ngành kinh doanh hàng không rất độc đáo. Sản phẩm của hãng hàng không được thể hiện bằng các chuyến bay chở hành khách hoặc hàng hóa từ nhiều điểm xuất phát khác nhau đến các điểm đến mục tiêu khác nhau. Nhìn chung, khả năng tiếp thị của sản phẩm được đánh giá bằng tính kịp thời, chính xác, có trách nhiệm, chất lượng và giá cả của dịch vụ. Theo cảm nhận của khách hàng đi hàng không, các tiêu chí này được chuyển dịch là sự linh hoạt lịch bay, chuyến bay đúng giờ, an toàn, dịch vụ trên chuyến bay thỏa đáng, xử lý hành lý phù hợp và mua vé thuận tiện. Các nguồn lực trực tiếp cần thiết để xây dựng sản phẩm bao gồm máy bay, phi hành đoàn và cơ sở vật chất ở sân bay (đường băng và cổng). Các nguồn lực hỗ trợ bổ sung như căn cứ bảo dưỡng, dịch vụ cung cấp nhiên liệu, dịch vụ suất ăn trung tâm huấn luyện phi hành đoàn.

Thị trường vận tải hàng không rất cạnh tranh. Sự cạnh tranh này không chỉ đến từ các hãng hàng không ngang hàng, mà còn từ các công ty vận tải như xe buýt, xe lửa, tàu thủy và xe cho thuê. Sự gia tăng của các phương tiện thuộc sở hữu cá nhân cũng gây ra một số mối đe dọa. Cạnh tranh mang lại lợi ích đáng kể cho khách hàng; ngược lại, cũng đặt ra nhiều thách thức hơn cho các hãng hàng không bằng cách yêu cầu dịch vụ tốt hơn và giá vé thấp hơn.

Để đáp ứng những thách thức này, các hãng hàng không dành rất nhiều nguồn lực và cố gắng để đưa ra các hạng vé sao cho hiệu quả về chi phí và có lãi, xây dựng lịch bay, kế hoạch đội bay, lập lộ trình máy bay, lịch trình phi hành đoàn, phân công cổng đến, lập lịch bảo dưỡng, kế hoạch dịch vụ suất ăn, lịch trình đào tạo và quy trình xử lý hành lý.

Tuy nhiên, kinh doanh hàng không phức tạp hơn nhiều so với tưởng tượng. Sự phức tạp đến từ bản chất hoạt động kinh doanh của các hãng hàng không và có thể được minh họa qua các dữ kiện sau:

• Tính kinh tế trong việc hoạch định và lập lịch cần kết hợp chặt chẽ và khai thác hiệu quả các nguồn lực. Vì vậy hãng hàng không không thể lơi lỏng trong việc phản hồi với những thay đổi.

• Môi trường mà các hãng hàng không đang làm việc vô cùng năng động và không chắc chắn. Nhiều nguyên nhân có thể dẫn đến phá vỡ kế hoạch ban đầu, dẫn đến việc xử lý các bất thường. Nguyên nhân chính có thể là thời tiết, sự cố kỹ thuật máy bay, thiếu hụt phi hành đoàn, gián đoạn cung cấp nhiên liệu. Một sự gián đoạn nhỏ ở một nơi làm đổ vỡ toàn hệ thống. Khó khăn là không đủ thời gian để khôi phục

• Các qui định của cơ quan quản lý hàng không đối với việc bảo trì máy bay, thời gian làm việc của phi hành đoàn, cấp phát slot, an ninh an toàn, v.v. đặt ra thêm nhiều ràng buộc tăng mức độ phức tạp của công tác hoạch định và tổ chức khai thác.

• Quy mô hoạt động lớn cần nhiều nguồn lực và các thành phần liên quan, phạm vi hoạt động theo khu vực địa lý, quy mô thị trường và sự đa dạng khiến việc giải quyết các vấn đề về lập kế hoạch và tổ chức khai thác của các hãng hàng không trở thành một nhiệm vụ đáng lo ngại.

Làm thế nào để đạt được và giữ lợi thế dẫn đầu trong thị trường vận tải hàng không rất cạnh tranh và làm thế nào để điều hành các hãng hàng không một cách hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của khách hàng là những vấn đề mà nhà quản trị mọi hãng hàng không phải đối mặt. Chìa khóa để đạt được các mục tiêu này là việc ứng dụng công nghệ máy tính và tối ưu hóa hiện đại dưới dạng hệ thống hỗ trợ ra quyết định và đã đến lúc áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không. Khẳng định này dựa vào các quan điểm sau:

Từ góc độ công nghệ, tốc độ tính toán hiện nay đủ nhanh để giải quyết các vấn đề phức tạp, quy mô lớn, theo thời gian thực; bộ nhớ máy tính hiện nay đủ lớn để chứa dữ liệu; kết nối mạng đủ tin cậy để lưu trữ các ứng dụngtập trung; giao diện người dùng đồ họa (GUI) đủ thân thiện để tạo điều kiện phát triển ứng dụng nhanh chóng và học tập của người dùng; và hơn nữa, chi phí đủ thấp để chứng minh lợi tức đầu tư.

Từ khía cạnh phương pháp luận, thập kỷ qua đã có những tiến bộ đáng kể trong việc phát triển các thuật toán và giải pháp kỹ thuật. Các mô hình tối ưu hóa thực tế hơn nhưng vẫn dễ giải quyết hơn. Các bài toán lớn hơn và phức tạp hơn đã được khắc phục với thời gian tính toán ngắn hơn nhiều. Nghiên cứu liên quan đến các ứng dụng hàng không tích cực hơn nhiều, với hàng trăm ấn phẩm dành riêng cho vận tải hàng không mỗi năm.

Thông tin thu được từ khảo sát tại các hãng hàng không lớn và khu vực với hàng trăm giám đốc điều hành, quản lý khai thác, điều phối viên phi hành đoàn, điều phối tàu bay, người lập kế hoạch đội bay, lập lộ trình tàu bay, người quản lý kế hoạch lịch phi hành đoàn, người quản lý dịch vụ khách hàng, nhà khí tượng học, phi công và các nhân viên khai thác khác, các nhà nghiên cứu và các nhà thực hành sẽ tự tin hơn bao giờ hết trong việc áp dụng các kỹ thuật phù hợp, mô hình hóa các vấn đề đúng và có được câu trả lời đúng. Điều này đã dẫn đến sự phát triển thành công của các hệ thống hỗ trợ quyết định giúp tiết kiệm cho các công ty hàng triệu đô la. Với sự cạnh tranh trong lĩnh vực vận chuyển hàng không ngày càng tăng, khách hàng mong đợi sự đa dạng về tuyến bay hơn, cũng như chất lượng dịch vụ tốt hơn về hiệu suất đúng giờ, xử lý hành lý…, với chi phí thấp hơn. Chìa khóa quan trọng là tối ưu hóa.

Các tiêu chí cơ bản tạo nên một hệ thống hỗ trợ quyết định cho ngành hàng không

• Một hệ thống hỗ trợ quyết định tốt phải đưa ra các quyết định hiệu quả kịp thời. Chất lượng của các quyết định được tạo ra rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến doanh thu, chi phí, hiệu quả hoạt động của công ty và sự hài lòng của khách hàng. Tuy nhiên, nếu các quyết định không được cung cấp kịp thời, môi trường sẽ thay đổi, và các cơ hội và nguồn lực có thể không còn nữa. Quá trình tìm ra giải pháp bị kéo dài, sự xuất hiện của các vấn đề mới làm phức tạp thêm tình hình.

• Một hệ thống hỗ trợ quyết định tốt không nên là một hộp đen. Nó không phải được thiết kế để thay thế những người ra quyết định, mà để giúp họ đưa ra quyết định tốt hơn. Nó nên cung cấp nhiều lựa chọn thay thế để người ra quyết định có thể đưa ra lựa chọn dựa trên kiến ​​thức và nhiều năm kinh nghiệm của họ. Nó giải phóng những người ra quyết định khỏi quá trình tẻ nhạt tốn thời gian trong quá trình tạo lập giải pháp mà nó cần cho phép họ sử dụng hiệu quả thời gian quý báu của mình trong việc đánh giá các lựa chọn, định khung các vấn đề cũng như dự đoán và ngăn ngừa các vấn đề trong tương lai.

• Một hệ thống hỗ trợ quyết định tốt cần kết hợp kiến ​​thức của người ra quyết định vào hệ thống. Nó nên sử dụng đúng cách những trực giác tốt của những người ra quyết định và quy tắc ngón tay cái mà đã được chứng minh là có hiệu quả. Điều này sẽ không chỉ thúc đẩy quá trình tạo ra các giải pháp tốt mà còn cho phép xử lý hiệu quả nhiều bài toán mà khó để đưa vào mô hình tối ưu hóa.

• Một hệ thống hỗ trợ quyết định tốt phải tính đến tất cả các tình huống và tất cả các lựa chọn. Có thể không tồn tại một giải pháp. Trong những tình huống này, hệ thống phải cung cấp giải pháp từng phần giải quyết vấn đề càng nhiều càng tốt hoặc giải quyết vấn đề cấp bách nhất và để lại những vấn đề ít quan trọng hơn cho lần sau. Chiến lược "câu giờ" (buy-time) này đã được các nhà quản lý hàng không thực hiện rộng rãi.

• Một hệ thống hỗ trợ ra quyết định tốt cần tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác giữa những người ra quyết định. Điều này yêu cầu một phiên bản (instance) dữ liệu duy nhất, giao diện người dùng đồ họa, trao đổi điện văn (message-oriented), lập trình hướng sự kiện (event-driven) và kiến ​​trúc thành phần phân tán (distributed component architecture). Điều này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực, giao diện giống nhau cho tất cả người dùng hệ thống và tích hợp dễ dàng với các hệ thống hiện có. Các tương tác có thể đạt được bằng cách phân tích các tình huống "what-if". Do đó, trước khi đưa ra quyết định cuối cùng, nó cho phép tất cả những người ra quyết định có liên quan xem xét các tùy chọn, kiểm tra tính khả dụng của nguồn lực và tính khả thi của việc triển khai, đồng thời chuyển phản hồi của họ qua giao diện chung cho việc hợp tác và phối hợp ra quyết định.

Điều này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực, giao diện giống nhau cho tất cả người dùng hệ thống và tích hợp dễ dàng với các hệ thống hiện có.

• Một hệ thống hỗ trợ quyết định tốt phải cho phép người dùng thiết lập các tham số để giới hạn phạm vi tác động. Nó cần được nhúng vào các chức năng để sửa chữa hoặc bảo vệ các giải pháp từng phần và cục bộ. Điều này rất quan trọng để bảo vệ một số thị trường nhất định, các lộ trình bảo dưỡng máy bay và các ghép nối (pair) phi hành đoàn cụ thể được phân công cho các chuyến bay có mức độ ưu tiên cao.

Các lĩnh vực trong hàng không ứng dụng vận trù học

Các kỹ thuật tối ưu hóa và các ứng dụng hệ thống hỗ trợ quyết định trong vận tải hàng không gồm nhiều chủ đề:

Thiết kế mạng đường bay

Lập kế hoạch cho tuyến bay

Lập kế hoạch đội tàu bay

Phát triển lịch bay hãng hàng không

Dự báo cầu và phân tích cạnh tranh

Quản trị doanh thu

Lịch bay phi hành đoàn

Xử lý nhằm khôi phục các hoạt động bất thường

Các hoạt động khai thác hàng không khác

Việc áp dụng vận trù học vào quy trình lập kế hoạch hàng không mang lại những lợi ích đáng kể như giảm chi phí, cải thiện doanh thu, hiệu quả hoạt động và các công cụ tự động. Sự kết hợp của những tiến bộ trong công nghệ phần cứng và phần mềm máy tính với các thuật toán toán học thông minh và phép suy nghiệm đã làm thay đổi đáng kể khả năng của các nhà nghiên cứu hoạt động trong việc giải quyết các vấn đề tối ưu hóa hàng không quy mô lớn và phức tạp trong hơn 60 năm qua. Xu hướng này sẽ tiếp tục trong tương lai; Các vấn đề về lập kế hoạch hàng không rất phong phú với sự phức tạp có thể dẫn đến những đột phá về phương pháp và công cụ hỗ trợ ra quyết định.

Các xu hướng ứng dụng vận trù học

Nhiều lĩnh vực đầy hứa hẹn cho các nghiên cứu trong tương lai tồn tại trong ngành hàng không. Một số ví dụ bao gồm:

1. Kết hợp các kỹ thuật dự báo mới, chiến lược đặt trước quá mức và chiến lược định giá vào các quyết định quản lý doanh thu để giải quyết vấn đề tăng tính minh bạch của thị trường đối với giá vé và loại giá vé trên Web.

2. Phát triển các mô hình phản ứng của người tiêu dùng chính xác có tính đến nhiều kênh bán hàng có sẵn cho khách hàng (ví dụ: đại lý du lịch, điện thoại, đại lý trực tuyến, trang web của hãng hàng không trực tuyến) và khả năng so sánh giá vé của họ.

3. Tích hợp phát triển lịch trình để đưa vào các quyết định lập kế hoạch máy bay và phi hành đoàn; ví dụ, xem xét đồng thời việc định tuyến máy bay, phân công đội bay và ghép nối phi hành đoàn.

4. Chủ động phân bổ lại năng lực máy bay cho mạng bay khi có dự báo nhu cầu hành khách được cải thiện để tối đa hóa tổng doanh thu. Dòng nghiên cứu về nhu cầu tái định cư / điều động theo nhu cầu đã được khám phá gần đây trong Sherali et al. [162] và Wang và Regan [163].

5. Khai thác tính sẵn có của dữ liệu thời gian thực để cho phép ra quyết định theo thời gian thực; ví dụ, trong lĩnh vực phục hồi từ các hoạt động không thường xuyên.

6. Xây dựng chính sách thời gian thực để chỉ định địa điểm và quyết định số lượng đặt hàng phụ tùng thay thế. Việc xây dựng bài toán phải tính đến việc tiết kiệm được từ việc chia sẻ cùng một kho hàng cho nhiều trung tâm dịch vụ và các yêu cầu về thời gian phục vụ. Các hệ thống tương tự đã được triển khai trong môi trường quân sự và sản xuất công nghiệp.

7. Phát triển các chương trình khách hàng thân thiết và các chương trình liên lạc với khách hàng có tính đến giá trị tài chính liên quan đến khách hàng, cũng như sự phát triển tiềm năng trong tương lai của họ. Dòng nghiên cứu này, theo truyền thống gắn liền với lĩnh vực tiếp thị mối quan hệ, gần đây đã được khám phá trong bối cảnh quản lý chiến dịch hàng không

8. Phát triển các công cụ hỗ trợ quyết định cho các dịch vụ đội tàu phân đoạn, đang ngày càng phổ biến, để giải quyết bản chất ngẫu nhiên của nhu cầu.

9. Phát triển các thuật toán mới để tối ưu hóa hoạt động nhiên liệu máy bay và bảo hiểm rủi ro nhiên liệu vì chi phí nhiên liệu lớn thứ hai trong hoạt động của một hãng hàng không.