蒙特利尔国际机场:早到行李存储系统实施的仿真

蒙特利尔国际机场:早到行李存储系统实施的仿真

概述

GSS Inc.是一家加拿大工程公司,提供战略和技术咨询服务,重点关注大型基础设施和改造项目中的仿真和优化。GSS帮助的客户遍及各行各业,包括医疗、机场、交通、物流和制造业。其全球客户名单有强生(Johnson & Johnson)、庞巴迪(Bombardier)、ABB、尼康(Nikon)以及加拿大政府机构等。

蒙特利尔国际机场(Montreal International Airport)是加拿大第三大繁忙的机场,也是北美最重要的机场之一。机场为34家航空公司服务,提供直飞148个目的地的航班,大部分航线都是国际航线。蒙特利尔国际机场作为GSS的客户已超过12年了,为应对近来的客运量的显著增长,机场向GSS咨询协助设计一个早到行李存储(EBS)系统。

问题

机场行李处理系统的系统视图

在过去五年中,蒙特利尔机场的客运量增长了32%,预计将以年均4%以上的速度进一步增长。为此机场启动了许多基础设施建设项目,以扩展其在所有支持服务方面的能力,也包括行李处理系统(BHS)。

行李处理系统包含从乘客手中到飞机上的整个过程中行李流的几个阶段,首先,乘客在办理登机手续或下车时托运行李。然后,行李通过传送带运送到爆炸物探测系统(EDS),然后被送到行李处理厅,该处理厅基本上是由一系列的行李隔口滑槽和行李转盘组成,行李存储在这里直到航班起飞。在最后阶段,由专门的行李拖车(ULD)将行李转移到飞机上。

行李处理系统是一个有限的系统,它是由特定的机械设备组成,因此也就决定了蒙特利尔机场的BHS容量不是无限的。但行李吞吐量需求是有一定的波动性的,高峰期时甚至超过了机场BHS所能应付的水平。在高峰期间,每天会有大量的飞机起飞,且日程无法更改,行李处理能力需求剧增,当然,这是由很多因素导致的,其中一些因素并不取决于机场。

想要解决该问题,可以通过建造更多的输送机、滑槽和转盘来增加BHS的容量。但是,显然,这不是短期内能做到的,而此时就需要一个有效的解决方案。对此,机场管理层决定实施早到行李存储系统(EBS),并计划进行大量投资。 EBS是集中式自动化仓库,可以存放那些提早到达机场的乘客的行李,直到航班开放。因此,管理层与GSS顾问合作得出的想法是,通过 EBS可以帮助削峰并减少分拣口,以便在高峰期容纳更多的航班。

仿真的目的是确定最佳的EBS配置和航班清单,以符合以下运行原则的运行需求:

解决方案

在此项目背景下,模型帮助机场规划负责人制定了所有行李处理的时间表:每次航班应分配什么离港滑槽或转盘和分配多少时间,根据出发时间表将哪些行李存储在EBS中, 行李的数量以及行李处理系统的操作限制。由于这是一个具有数千个智能体(agent)和因素的多准则优化问题,因此工程师决定创建一个数字孪生。

首先,GSS专家组织了与相关机场部门、航空公司和其他有关方面的协作,以了解他们的需求并提供基于精益设计的适用解决方案。并且,拟定在自动化基础设施建设的最初两年,实施手动EBS(员工处理行李),之后再进行全自动存储。

模型开发分为三个阶段:

  1. 分析每次航班的历史行李到达情况,并在此基础上,开发了一个用来估算BHS的预期行李流量的仿真模型。并用模型获得航班分配的最佳组合,选择用于消减峰值的候选航班。鉴于容量和技术限制,将生成不同的航班清单场景,并通过EBS进行测试,以选择最佳配置。
  2. 由于自动化基础设施解决方案的构建大约需要2年,因此实施了一个临时解决方案,即手动EBS(机场工作人员管理行李并将其放入推车)。第二个建模阶段是对该手动操作方案进行仿真,将早到行李存储在临时推车中,而非自动化立体仓库,并对其中物流和操作约束进行模拟。该模型使用相同的航班清单作为输入数据,允许机场经理定义最佳人员配置,并且在必要时向航班清单添加一定程度的限制。
  3. 现在正在开发全自动EBS与其现有自动化BHS集成的仿真。通过建模,工程师将构建完整的行李处理系统的数字孪生模型。

AnyLogic可简化复杂的建模过程,因此GSS选择AnyLogic作为模拟多准则优化的仿真平台。工程师同时使用AnyLogic的流程建模库和物料处理库,使对所有输送机、行李隔口滑槽和转盘进行的建模变得更加容易。AnyLogic的灵活性使其能够在一个模型中对高层决策和底层决策进行组合。该软件允许工程师集成数据库、Excel文件和外部库,特别是一些用R编写的脚本,可以轻松地将行李到达配置文件整合到模型中。通过AnyLogic可以进行流程自动化,迅速的在具有多个影响因素和关键绩效指标(KPI)的优化方案中运行多种假设情景。

结果

蒙特利尔国际机场配备了决策支持仿真工具,使该机场可以做出更好的决策并为其主要利益相关者提供舒适的解决方案,这对于此类基础设施项目至关重要。采用这种多阶段实施方法,机场在维持其服务水平的同时满足了不断增长的需求。

说到节省成本,建造一个额外的带有10个分拣口的分拣机会更加昂贵。与项目有关的节余现在可以投资于蒙特利尔机场因需求增加而启动的其他重要基础设施项目。

此外,借助该模型制定的EBS决策使机场避免了许多效果欠佳的措施的费用消耗。更具体地说,可以:

观看Alvaro Gil在AnyLogic会议上介绍此案例研究的视频,或下载演示文稿

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