Çok tipli devinimli stok içeren havayolları bakım onarım servislerinde entegre üretim çizelgeleme ve kapasite planlama : Sabitleme ve optimize et sezgisel yaklaşımı

Abstract

Maintenance, repair, and overhaul (MRO) activities for the airline sector are generally subject to some regulations to ensure the safety and the continuity of flights. The critical equipment on aircraft must go through MRO at regulated intervals for the continuing permission of use. Thus, the strict deadlines constraint overhaul activities. Several systems on aircrafts are of so-called rotable module type. These expensive rotable modules are overhauled by MRO companies and used repeatedly. MRO companies usually perform exchange programs with customer airlines regarding the expensive rotable modules. When an airplane comes for an MRO service involving rotable module, a ready-to-use module from the inventory of MRO company is exchanged with the rotable module extracted from the airplane so that the service time for the aircraft is minimized. The extracted module is overhauled in the MRO shop with a limited workforce capacity and the overhauled module is rotated back to the inventory for a future exchange. We tackle the overhaul and exchange scheduling problem together with the workforce planning for MROcompanies with an expedited overhaul option. We propose a mixed integer programming formulation of the problem as a finite planning horizon model where we assume that there are multiple types of rotables handled by the MRO company, and we minimize the sum of inventory holding and workforce-related costs. The salient features of the model are that we allow exchanges to be carried out earlier than their due dates, if it makes sense cost wise, up to a certain earliness limit, and we assume that there is an expedited overhaul option. The model uses two types of time buckets, small (days) and big (quarter-year), for overhaul scheduling and workforce planning, respectively. Both the problem and its model are new in the literature. We show that this planning problem is NP-Hard. We provide extensive numerical tests on a set of randomly generated problems and propose some managerial insights based on the results obtained. We introduced a mixed-integer programming model of this problem for the first time in the literature, and suggested a fix and optimize type heuristic solution procedure. We showed the performance of the suggested heuristic on a set of random problem.

Havayolu sektörü için bakım onarım (BO) faaliyetleri uçuşların güvenliğini ve sürekliliğini sağlamak için genel düzenlemelere tabidir. Uçak üzerindeki kritik ekipmanlar, kullanım izninin sürmesi için düzenli aralıklarla bakım onarımdan geçmelidir. Katı son teslim tarihleri revizyon (overhaul) aktivitelerinin planlanmasında önemli kısıtlardan biridir. BO sistemlerini klasik üretim sistemlerinden ayıran önemli bir faktör pahalı modüllerin devinimli (rotable) envanter şeklinde kullanılmasıdır. Bu pahalı devinimli modüller BO şirketleri tarafından revizyon edilir ve tekrar kullanılır. BO şirketleri genellikle pahalı devinimli modüller için ilgili müşteri havayolları ile takas programları gerçekleştirir. Bir uçak, devinimli modülü için bir BO servisine geldiğinde, BO şirketinin envanterinden kullanıma hazır bir modül, uçaktan çıkarılan devinimli modül ile değiştirilir ve böylece uçak için BO hizmet süresi en aza indirilir. Çıkarılan modül, sınırlı işgücü kapasitesi ile revizyon sürecinden geçirilip gelecekteki talepler için envantere eklenir. Bu çalışmada, BO şirketlerinin revizyon ve takas planlaması sorunu işgücü kapasitesi planlaması da ele alınarak, hızlandırılmış ve normal revizyon opsiyonlarıyla birlikte çözülmektedir. Bu bağlamda, sonlu planlama ufkunda, çok tipli devinimli envanter içeren havayolu BO firması için envanterde tutma ve işgücü ile ilgili maliyetlerin toplamını en küçükleyen karma tamsayılı programlama modeli geliştirilmiştir. Modelin göze çarpan bir özelliği de maliyet açısından mantıklı olduğu taktirde belirli bir erken teslim edebilme limitine kadar, takasların teslim tarihinden önce gerçekleştirilmesine izin vermesidir. Model, BO çizelgeleme ve işgücü planlaması için küçük (gün) ve büyük (çeyrek yıl) olmak üzere iki tip zaman kümesi kullanmaktadır. Literatürde yeni olan problem ve modelinin NP-Zor olduğu gösterilmiştir. Kapsamlı sayısal testler rastgele oluşturulmuş problemler setleri üzerinde gerçekleştirilmiştir ve elde edilen sonuçlara göre bazı yönetimsel analizler yapılmıştır. Problemin çözümü için literatürdeki sabitle ve optimize et sezgisel metodu uyarlanarak kullanılmıştır. Sezgisel metodun matematiksel modele göre performansı rassal olarak üretilen problem setleri üzerinde farklı parametrelerle değerlendirilmiştir.