T12
Resolução de problemas operacionais numa Companhia Aérea
Objectivo
Criar um Sistema Multi-Agente (SMA) que permita monitorizar e resolver os problemas relacionados com os aviões, tripulações e passageiros de uma companhia aérea. Executar o SMA de forma distribuída (em mais do que um computador)
Com este trabalho os alunos aprenderão:
A utilizar o JADE para definir agentes e um SMA.
Tirar partido das características distribuídas do JADE.
A conhecer como funciona um Centro de Controlo Operacional de uma companhia aérea e como se resolve os problemas diários.
A utilizar dados reais de um problema real.
Descrição do Trabalho a Efectuar
As companhias aéreas têm um Centro de Controlo Operacional (CCO), com o objectivo de acompanhar e garantir que a sua operação (isto é, os seus voos) seja realizada de acordo com os horários previstos. Infelizmente, a operação nem sempre corre como previsto pelo que é necessário que o CCO tenha equipas de pessoas especializadas na resolução dos vários problemas que possam surgir.
O CCO é normalmente composto por especialistas que realizam as seguintes tarefas:
Monitorizar a operação detectando eventos que possam gerar problemas.
Procurar solução para os problemas que forem detectados, normalmente relacionados com uma das dimensões acima.
Das possíveis soluções encontradas, escolher a melhor (normalmente, a que implica menos custos).
Aplicar a solução encontrada.
O SMA a desenvolver, que representa o CCO, é composto pelos seguintes agentes:
o Supervisor do CCO (SupCco): Autoridade máxima no CCO (SMA). Escolhe a melhor solução de entre aquelas que são propostas pelas equipas de especialistas.
o Controladores da operação (MonOp): Monitorizam a operação, detectando se existem voos atrasados e pedindo uma resolução para os problemas aos agentes especialistas.
o Aicraft Manager (AircManager): Lidera a equipa dos especialistas em resolução de problemas com aviões. Recebe informações dos problemas detectados e pede à sua equipa possíveis soluções para os problemas. Responsável pela escolha das melhores soluções de entre aquelas que foram enviadas pela sua equipa.
Especialistas resolução problema avião (EspAvião): Cada especialista implementa um algoritmo diferente que permita resolver os
problemas relacionados com o avião. Respondem ao pedido recebido do AircManager propondo uma ou mais soluções para o problema. o Crew Manager (CrewManager): Lidera a equipa dos especialistas em resolução
de problemas com tripulações. Recebe informações dos problemas detectados e pede à sua equipa possíveis soluções para os problemas. Responsável pela escolha das melhores soluções de entre aquelas que foram enviadas pela sua equipa.
Especialistas resolução problema tripulação (EspTrip): Cada
especialista implementa um algoritmo diferente que permita resolver os problemas relacionados com a tripulação. Respondem ao pedido recebido do CrewManager propondo uma ou mais soluções para o problema.
o Pax Manager (PaxManager): Lidera a equipa dos especialistas em resolução de problemas com os passageiros. Recebe informações dos problemas
detectados e pede à sua equipa possíveis soluções para os problemas. Responsável pela escolha das melhores soluções de entre aquelas que foram enviadas pela sua equipa.
Especialistas resolução problema passageiros (ServPax): Cada
especialista implementa um algoritmo diferente que permita resolver os problemas relacionados com os passageiros. Respondem ao pedido recebido do PaxManager propondo uma ou mais soluções para o problema.
Exemplo do funcionamento do SMA numa situação típica, usando uma abordagem sequencial: O MonOp detecta que o voo FEUP80 está atrasado na saída do aeroporto OPO devido a uma avaria e que o tempo estimado para a sua resolução é de 2 horas. O MonOp após receber esta informação divulga-a pelo AircManager para que seja encontrada uma solução. O
AircManager emite uma CFP (Call for Proposal) a toda a sua equipa (composta por, pelo
menos, três agentes do tipo EspAvião que implementam algoritmos diferentes). Assim que cada agente EspAvião encontrar uma solução, deverá enviá-la para o respectivo líder. O
AircManager escolhe as duas melhores soluções de entre as que foram propostas e,
juntamente com o problema, pede ao CrewManager para a analisar e enviar as duas melhores soluções para os possíveis problemas que possam existir com a tripulação. Ao mesmo tempo, o AircManager comunica ao SupCco as soluções encontradas para o avião. O CrewManager tem uma acção semelhante à do AircManager aplicada à sua equipa. O CrewManager, após ter escolhido as duas melhores soluções, envia todos os dados para o PaxManager no sentido de ser encontrada as duas melhores soluções para os potenciais problemas com os passageiros. Ao mesmo tempo, o PaxManager comunica ao SupCco as soluções encontradas para a
tripulação. O PaxManager actua em conformidade. Após encontrar as duas melhores soluções para os problemas com passageiros, o PaxManager comunica ao SupCco as soluções
encontradas para os passageiros. o SupCco analisa as soluções recebidas e escolhe aquela que tiver um melhor impacto global, ou seja, aquela que tiver menos custos nas três dimensões do
problema (avião, tripulação e passageiros). O problema considera-se encerrado, após a escolha do SupCco.
Possíveis algoritmos a serem implementados pelos agentes especialistas:
Simulated Annealing (SA)
Tabu Search (TS)
Hill Climbing (HC)
Genetic Algorithm (GA)
Particle Swarm Optimization (PSO)
Ant Colony Optimization (ACO)
Outros que achem adequados.
Possível distribuição dos agentes por computadores diferentes:
Cenário com dois computadores diferentes:
o Agentes Supervisor e Controlador da operação no computador A. o Agentes Aircraft, Crew and Pax Manager no computador B.
Cenário com três computadores diferentes:
o Agentes Supervisor e Controlador da operação no computador A. o Agente Aircraft Manager no computador B
o Agente Crew Manager e Agente Pax Manager no computador C.
Material
JADE
Slides aulas teóricas e ficheiros com dados (xls).
“Disruption Management in Airline Operations Control – An Intelligent Agent-Based Approach”, António J.M. Castro, Eugénio Oliveira. Podem obter o artigo a partir deste link
http://sciyo.com/articles/show/title/disruption-management-in-airline-operations-control-an-intelligent-agent-based-approach.
Notas Importantes
1. Os ficheiros com os dados não têm informação sobre as tripulações. Considerar a seguinte informação para efeitos de composição de tripulação por voo:
a. Cada voo tem uma tripulação técnica constituída por dois pilotos.
b. Os voos efectuados em aviões de NB (Narrow Body) A319, A320 e A321 têm uma tripulação de cabine constituída por 4 elementos.
c. Os voos efectuados em aviões de WB (Wide Body) A330 e A340 têm uma tripulação de cabine constituída por 10 elementos.
2. Restrições para a alocação de tripulantes aos voos:
a. Pilotos de NB só podem ser alocados a aviões de NB (qualquer um deles). b. Pilotos de WB só podem ser alocados a aviões de WB (qualquer um deles). c. Pessoal de cabine podem ser alocados a aviões NB e WB.
d. Nenhum tripulante pode estar em mais do que um voo ao mesmo tempo. 3. Limites de tempo de trabalho das tripulações:
b. Semanal: 50 horas c. Mensal: 180 horas
4. Geração (alocação) da escala de tripulantes:
a. Iniciar os acumuladores de horas de cada tripulante com um valor aleatório e que corresponda a uma distribuição normal.
b. Em termos de número de tripulantes necessários, considerar a seguinte regra: para cada avião (e não para cada tipo de avião) considerar que são necessárias 4 tripulações técnicas (de 2 pilotos cada tripulação) e 4 de cabine (4 elementos para aviões NB e 10 para aviões WB). Exemplo, se tenho 10 aviões vou precisar de 10*4*2 = 80 pilotos e 10*4*10 = 400 de cabine.
c. Considerar que só existe uma base e que todos os tripulantes pertencem a essa base.
5. Os salários dos tripulantes devem ser gerados aleatóriamente mas convêm ter em atenção algumas regras:
a. Para os pilotos, gerar valores consideram como limite min 3000 máx 7000. b. Para o pessoal de cabine, gerar valores considerando min 1000 máx 3000. 6. Custos da tripulação estão referidos no artigo acima. De uma forma geral:
a. Cada tripulante recebe: salário_base + horas_extra*venc_horario + ajudas_custo (por cada dia de trabalho).
b. As horas extras são mensais, ou seja, se no espaço de um mês excederem o limite, então têm horas extra a receber.
7. Relativamente aos passageiros, o ficheiros de dados inclui o número de passageiros dos voos em cada classe. Considerar:
a. Havendo atraso num voo à chegada, considerar um número aleatório de passageiros em cada classe, que perdem as ligações.
b. Atribuir um custo fixo para cada passageiro que perde as ligações (custo diferente para cada classe) e, desta forma pode-se obter o custo da componente passageiros.
8. Definições sobre eventos e geração de problemas:
a. Um problema só é classificado como Problem se der origem ao atraso de um voo. Se não é considerado um Warning. Exemplo: Avião CS-TNA tem uma avaria e demora 90 min a reparar. Como vai fazer um voo daqui a 30 minutos, isto provoca um atraso de 60 minutos no voo. Portanto é um Problem. Supondo que o voo só se iria realizar passado 120 minutos, então seria um Warning pois não provoca atraso no voo.
b. Os eventos classificados como Warning só são visualizados na consola de monitorização não requerendo acção dos agentes resolvedores.
c. Os eventos classificados como Problem, para além de serem visualizados, requer uma resolução.
d. Tipos de eventos/problemas possíveis: avarias/atrasos de aviões, atrasos/não comparência de tripulantes.
