An agent-based approach for aircraft assignment problem

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Ivo Paixão de Medeiros
Orientador(a): Rafael Duarte Coelho dos Santos
Banca de defesa: Marcos Gonçalves Quiles, Guilherme Conceição Rocha, Leonardo Ramos Rodrigues
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Computação Aplicada
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/05.07.17.11
Resumo: This thesis introduces agent-based modeling to solve aircraft assignment problem taking into consideration vehicle efficiency in terms of fuel consumption, aircraft health condition, and flight importance. The solution proposed in this thesis assigns aircraft to routes (set of flights), this thesis assumption is that an aircraft performance monitoring system provides information on fuel consumption efficiency and a prognostics and health monitoring system provides information on aircraft components health condition. Aircraft components health condition are aggregated at vehicle level employing a fault tree representation, which represents systems architecture and components interaction that could lead to aircraft unavailability. Such information is used to determine if a vehicle demands no maintenance, opportunistic or mandatory maintenance. In the proposed model, mandatory maintenance demands are hard constraints, and opportunistic maintenance demands are soft constraints. There are two types of agents in our multi-agent system framework, one representing aircraft assignment task and other representing aircraft itself and they interact by following an ascending biding auction procedure in order to perform a competitive equilibrium approach. Three different fleets and flight schedules were considered to simulate six scenarios aiming to validate our approach.
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Esta tese apresenta uma modelagem baseada em sistema multi-agentes para resolver o problema de alocação de aeronaves; levando em consideração o consumo de combustível da aeronave, a condição de saúde do veículo e a importância dos voos a serem executados. A solução proposta nessa tese atribui aeronaves a rotas (conjunto de voos); além disso, esse trabalho assumiu como premissa a existência de um sistema de monitoramento de desempenho da aeronave que estima a eficiência da aeronave em termos de consumo de combustível e que também existe um sistema de prognóstico e monitoramento de saúde que provê estimativa da condição de saúde dos equipamentos do veículo. A informação de saúde dos equipamentos da aeronave é agregada a nível de veículo através do uso de uma árvore de falha para representar arquitetura do sistema e a interação dos componentes que pode levar a indisponibilidade da aeronave. Essa informação sumarizada é utilizada para determinar se o veículo necessita de manutenção mandatória, preventiva ou não precisa de manutenção. As demandas de manutenção mandatórias são modeladas como restrições mandatórias e as de manutenção preventiva como restrições flexíveis. Na solução proposta, há dois tipos de agentes, um representando a atividade de alocação de aeronaves e outro representando as próprias aeronaves. Esses agentes interagem seguindo um protocolo baseado na abordagem de leilão com lances incrementais a fim de alcançar uma condição de equilíbrio competitivo. Três frotas e programações de voo são utilizadas para simular seis cenários para validar a solução proposta.
description This thesis introduces agent-based modeling to solve aircraft assignment problem taking into consideration vehicle efficiency in terms of fuel consumption, aircraft health condition, and flight importance. The solution proposed in this thesis assigns aircraft to routes (set of flights), this thesis assumption is that an aircraft performance monitoring system provides information on fuel consumption efficiency and a prognostics and health monitoring system provides information on aircraft components health condition. Aircraft components health condition are aggregated at vehicle level employing a fault tree representation, which represents systems architecture and components interaction that could lead to aircraft unavailability. Such information is used to determine if a vehicle demands no maintenance, opportunistic or mandatory maintenance. In the proposed model, mandatory maintenance demands are hard constraints, and opportunistic maintenance demands are soft constraints. There are two types of agents in our multi-agent system framework, one representing aircraft assignment task and other representing aircraft itself and they interact by following an ascending biding auction procedure in order to perform a competitive equilibrium approach. Three different fleets and flight schedules were considered to simulate six scenarios aiming to validate our approach.
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