基于人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定的生產(chǎn)線員工崗位輪轉(zhuǎn)研究

唐　娟，龔本剛，費(fèi)志敏

基于人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定的生產(chǎn)線員工崗位輪轉(zhuǎn)研究

唐娟，龔本剛，費(fèi)志敏

（安徽工程大學(xué)管理工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

在生產(chǎn)線上實(shí)行員工崗位輪轉(zhuǎn)是預(yù)防職業(yè)疾病和損傷的一種重要手段．針對(duì)生產(chǎn)線員工崗位輪轉(zhuǎn)問(wèn)題，采用在歐洲自動(dòng)化工業(yè)中廣泛使用的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定方法EWAS，模糊測(cè)定相應(yīng)崗位的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值；其次，以生產(chǎn)線所有員工最大風(fēng)險(xiǎn)值中的最小值為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度模型和求解方法，并運(yùn)用啟發(fā)式算法對(duì)模型求解進(jìn)行優(yōu)化，最終得出崗位輪轉(zhuǎn)的最佳方案．

崗位輪轉(zhuǎn)；汽車生產(chǎn)線；人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)；EWAS

崗位輪轉(zhuǎn)是在保證組織工作正常開(kāi)展的情況下，讓員工從一個(gè)崗位流動(dòng)到另外一個(gè)崗位上工作，以改進(jìn)人力資源管理的活動(dòng)［1-2］．崗位輪轉(zhuǎn)是一個(gè)組織策略，有益于組織內(nèi)管理工作的展開(kāi)和生產(chǎn)線員工的工作，在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用．崗位輪轉(zhuǎn)可避免因在某崗位上工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)個(gè)人資源壟斷對(duì)企業(yè)發(fā)展造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，工業(yè)裝配線高靈活性的特點(diǎn)也要求每個(gè)操作者能夠勝任任何一個(gè)崗位，即員工不能只滿足于掌握單項(xiàng)專長(zhǎng)，必須是多面手、全能復(fù)合人才［3］；通過(guò)崗位輪轉(zhuǎn)可以提高員工的全面操作能力、激活組織活力、促進(jìn)人力資源的優(yōu)化配置、提升企業(yè)業(yè)績(jī)．

崗位輪轉(zhuǎn)對(duì)生產(chǎn)線操作工也尤為重要．長(zhǎng)期工作在同一崗位，易使得操作工面臨較大的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)．人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)是指不合理的工作環(huán)境、工作方式、工具和物料，使得作業(yè)者身體和心理出現(xiàn)不好結(jié)果（如壓力、煩躁、職業(yè)疾病和損傷等）的可能性．在生產(chǎn)線上，較高的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)不僅會(huì)傷害操作工的身體、降低其生活質(zhì)量，還會(huì)使得其工作效率低下，不合格產(chǎn)品數(shù)量增加，進(jìn)而損害企業(yè)和消費(fèi)者的利益，因此，應(yīng)盡可能降低操作工所面臨的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)．人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)不僅取決于工作崗位的設(shè)計(jì)和條件，還受到工作內(nèi)容、特定任務(wù)的重復(fù)性和工作姿態(tài)的影響［1，4］，而崗位輪轉(zhuǎn)可以通過(guò)不斷調(diào)整工作內(nèi)容和工作姿態(tài)，減少工作重復(fù)次數(shù)，有效地減小或避免可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，使得一線員工處于健康的工作狀態(tài)［5］．

國(guó)外企業(yè)實(shí)踐崗位輪轉(zhuǎn)起步較早，國(guó)內(nèi)也逐漸意識(shí)到崗位輪轉(zhuǎn)帶來(lái)的改變．馬勇［6］從崗位輪換目的出發(fā)，結(jié)合管理實(shí)踐，將崗位輪換分為培訓(xùn)新人、晉升提拔、認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)防范和工作豐富化4種類型．楊從杰［7］針對(duì)崗位輪換中出現(xiàn)的問(wèn)題，引入工作崗位分享制，并分析了具體的實(shí)施模式與步驟．Viteles［8］通過(guò)工作設(shè)計(jì)研究提出了崗位輪換制度，即在不改變工作流程和工作崗位職責(zé)的情況下，讓員工在性質(zhì)類似、要求相近的不同崗位間相互輪換，以減少員工長(zhǎng)期從事單一工作的厭煩與不滿，抑制由工作專業(yè)化衍生出來(lái)的工作勞損率、疲倦感的上升和工作動(dòng)力及生產(chǎn)效率的下降．Costa和Miralles［9］具體將崗位輪轉(zhuǎn)計(jì)劃集成于裝配線平衡問(wèn)題．Keir［10］通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明崗位輪轉(zhuǎn)可以減少員工面臨的風(fēng)險(xiǎn)，且提出目前觀察到的崗位輪轉(zhuǎn)效果取決于工作所涉及的肌肉群．

現(xiàn)有研究以崗位輪轉(zhuǎn)方法為主，但卻未從降低人機(jī)工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的角度研究崗位輪轉(zhuǎn)方法，且缺乏對(duì)生產(chǎn)線操作工崗位輪轉(zhuǎn)的深入研究．運(yùn)用歐洲議會(huì)工作表方法（European Assembly Worksheet，EWAS）測(cè)定崗位的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，在體現(xiàn)生產(chǎn)線崗位輪轉(zhuǎn)安排計(jì)劃的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度模型，并運(yùn)用啟發(fā)式算法求解模型以得出最佳方案．

1　人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定方法

在歐洲，測(cè)量工作場(chǎng)所的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于制造企業(yè)來(lái)說(shuō)不僅是一種常規(guī)工作，也是法律要求．EAWS［9，11］是一種非常廣泛的評(píng)估人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的方法，該方法假設(shè)在一次轉(zhuǎn)變中，同樣的工人從事另一個(gè)工種的條件下該崗位的工效學(xué)分值．作為歐洲廣泛應(yīng)用的方法，EWAS是大眾和菲亞特等汽車制造商以人體工程學(xué)為工具產(chǎn)生的一種有效的風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定方法，且與其他制造業(yè)評(píng)估方法有相似的結(jié)構(gòu)．EAWS的測(cè)量結(jié)果有兩個(gè)總風(fēng)險(xiǎn)值：整個(gè)身體的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和上肢的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)．風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)越高，操作者患上肌肉群疾病的風(fēng)險(xiǎn)也越高．EWAS方法建議使用3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域來(lái)解釋：0～25為低風(fēng)險(xiǎn)綠色區(qū)域；26～50為可行黃色區(qū)域；高于50則為高風(fēng)險(xiǎn)紅色區(qū)域．整個(gè)身體風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)（RP）由4個(gè)部分組成：RP=PI+MM HI+FI+EP．式中，PI表示姿勢(shì)指數(shù)、特殊姿勢(shì)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的總和；MM HI表示人工物料搬運(yùn)指數(shù)；FI表示動(dòng)作力量指數(shù)；EP表示其他未考慮的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)．

2　基于人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的崗位輪轉(zhuǎn)模型

崗位輪轉(zhuǎn)方案為：生產(chǎn)線上的員工依據(jù)崗位設(shè)置以合適的時(shí)間間隔依次輪轉(zhuǎn)，測(cè)定出員工在每個(gè)崗位可能面臨的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值，綜合某個(gè)工人在3次輪轉(zhuǎn)中面臨的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值所在的范圍判定此時(shí)的崗位安排是否合適．同時(shí)，適宜的崗位輪轉(zhuǎn)方案應(yīng)使3次輪轉(zhuǎn)中每個(gè)工人的綜合人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值在可行域內(nèi)且較為平均．要得到可行且均衡的方案，需要不斷調(diào)整每個(gè)工人所在的崗位，使得每個(gè)工人最終都處于身心最佳狀態(tài)，減少員工患上各種生理、心理疾病的可能．如何在短時(shí)間內(nèi)找出綜合風(fēng)險(xiǎn)值最小、且使所有員工人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)均衡的輪轉(zhuǎn)方案是所要討論的問(wèn)題．

假設(shè)J（aj∈J，j=1，…，n）為工作崗位集合，aπt（i）表示在第t階段工人i從事的工作崗位，t=1，…，T．在階段t的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值εjt=et（aπt（i）），則工人在崗所能面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)值

模型中，崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度計(jì)劃用二元決策變量xijt來(lái)表示．當(dāng)xijt=1時(shí)，表示第t階段工人i被分配到崗位j；當(dāng)xijt=0時(shí)，則表示工人i沒(méi)有被分到崗位j．約束條件式（1）、式（2）保證在每個(gè)輪轉(zhuǎn)階段t內(nèi)，每個(gè)工人都只會(huì)被分配到一個(gè)崗位上．約束條件式（3）表示每個(gè)工人面臨最高人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)低于目標(biāo)E．生產(chǎn)線的總?cè)梭w工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)是確定的，因此，只有當(dāng)其他工人面臨的風(fēng)險(xiǎn)增加時(shí)，目標(biāo)函數(shù)值才會(huì)變小，即目標(biāo)函數(shù)可平衡在輪轉(zhuǎn)計(jì)劃中所有工人的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)．

3　基于案例的模型求解及分析

對(duì)蕪湖奇瑞汽車生產(chǎn)線安裝尾燈和天窗的工作崗位輪轉(zhuǎn)情況進(jìn)行跟蹤分析，采用EWAS方法對(duì)員工的實(shí)際人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行測(cè)定，構(gòu)建崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度模型并求解，以獲得最佳崗位輪轉(zhuǎn)方案．

3．1現(xiàn)有崗位安排方式及人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定

汽車生產(chǎn)線上有3個(gè)崗位可安排輪崗，分別為a1、a2、a3，將8小時(shí)的工作時(shí)間分為3個(gè)區(qū)間，在每個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，每個(gè)工人被安排從事一項(xiàng)工作，具體如表1所示．同時(shí)根據(jù)EWAS方法，測(cè)得各崗位的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)及每次崗位輪轉(zhuǎn)的總風(fēng)險(xiǎn)值如表2～表5所示．

表1　崗位安排（方案S0）

表2　崗位a1的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值

表3　崗位a2的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值

表4　崗位a3的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值

表5　3個(gè)崗位的總?cè)梭w工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值

表6　現(xiàn)有崗位安排（方案S0）的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)

3．2啟發(fā)式解決方案程序

基于人體工程學(xué)的崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度問(wèn)題復(fù)雜，而啟發(fā)式算法則可以很好地求解此類復(fù)雜的調(diào)度問(wèn)題［12］．啟發(fā)式算法解決問(wèn)題分為兩個(gè)部分，即改進(jìn)算法和平滑啟發(fā)式，改進(jìn)算法是平滑啟發(fā)式的前提，其得到的方案作為平滑啟發(fā)式的初始解．在改進(jìn)算法的基礎(chǔ)上對(duì)輪轉(zhuǎn)方案進(jìn)一步優(yōu)化，直至達(dá)到最優(yōu)解．

（1）改進(jìn)算法．假設(shè)每個(gè)工人依據(jù)崗位依次輪轉(zhuǎn)，即可得到最簡(jiǎn)單的輪轉(zhuǎn)方案：如果某個(gè)工人在上個(gè)階段內(nèi)從事最高人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的崗位，那么在接下來(lái)的期間內(nèi)該工人就會(huì)被分配到人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值最低的崗位．同時(shí)，如果在8h內(nèi)崗位a1測(cè)得的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值為16，那么在第一個(gè)輪轉(zhuǎn)階段的2h內(nèi)崗位a1的EP值為2．具體形式如下：

在階段1中，可以任意分配工人的工作，例如工人i分配到崗位i，即πt（i）=i，根據(jù)以上原則再次分配工人到各崗位．

本例中，在階段1時(shí)，將工人1分配到崗位1，工人2分配到崗位2，工人3分配到崗位3；在階段2時(shí)，將最簡(jiǎn)單的工作1分配給目前人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)值最高的工人3，工作3分配給工人2，工作2則分配給工人1．目前的EP值分別為20、36、28，因此，在階段3時(shí)，工作1分配給工人2，工作2分配給工人1，工作3則分配給工人3．工人的分配安排可表示為｛a1，a2，a3｝，｛a2，a3，a1｝，｛a3，a1，a3｝，相應(yīng)的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)總值為40、40和53，初始優(yōu)化方案如表7所示．由表7可知，工人在崗所面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)值為E=53，因此，輪轉(zhuǎn)方案S1明顯優(yōu)于初始安排．

（2）平滑啟發(fā)式．在改進(jìn)算法中得到了初始可行解，將初始可行解作為當(dāng)前解，循環(huán)運(yùn)用改進(jìn)算法中平衡風(fēng)險(xiǎn)的方法以尋求改進(jìn)．如果目標(biāo)函數(shù)值變小，則當(dāng)前的輪轉(zhuǎn)方案記為新的當(dāng)前解．重復(fù)以上步驟直至滿足停止的條件，最后的當(dāng)前方案則為最佳方案，停止的條件為：①如果在改進(jìn)操作時(shí)輪轉(zhuǎn)方案沒(méi)有任何的改變，則終止程序，因?yàn)榻酉聛?lái)的優(yōu)化改進(jìn)也不會(huì)改變結(jié)果；②為了避免發(fā)生重復(fù)循環(huán)，設(shè)定在目標(biāo)函數(shù)值沒(méi)有改變時(shí)最多進(jìn)行連續(xù)10次的改進(jìn)步驟．

在本例中，初始解即為在第一個(gè)程序中得到的方案S1．在不考慮階段1的情況下，工人所面臨的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)總值分別為35、24、33．采用第一步中平衡的方法在階段1分配工作，將工作1分配給工人1，工作2分配給工人3，工作3分配給工人2，這樣即可得到新的輪轉(zhuǎn)方案S2，具體工作分配為｛a1，a2，a2｝，｛a3，a3，a1｝，｛a2，a1，a3｝，其優(yōu)化方案如表8所示．由表8可知，此時(shí)的最大風(fēng)險(xiǎn)值E=49，因此，輪轉(zhuǎn)方案S2可行且優(yōu)于方案S1．

表7　初始優(yōu)化方案

表8　優(yōu)化方案

4　結(jié)論

以安裝汽車尾燈和天窗的生產(chǎn)線為對(duì)象，詳細(xì)分析了汽車生產(chǎn)線員工在各自崗位上不斷重復(fù)操作時(shí)可能面臨的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)．利用EWAS對(duì)人體工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)所有員工人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)最大值最小的目標(biāo)，構(gòu)建了員工崗位輪轉(zhuǎn)調(diào)度模型，并采用平滑啟發(fā)式算法優(yōu)化了員工的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)最大值，以解決不同階段員工與崗位的組合優(yōu)化問(wèn)題．研究表明，崗位輪轉(zhuǎn)可以作為一種有效的工具來(lái)降低操作工的人體工程學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，減緩員工的職業(yè)損失；崗位輪轉(zhuǎn)問(wèn)題的求解難度隨員工數(shù)量的增多而大幅增加，啟發(fā)式算法能夠有效解決該問(wèn)題．

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The Research of Job Rotation for Automobile Assembly Line Employees Based on Ergonomics Risk Assessment Method EWAS

TANG Juan，GONG Ben-gang，F(xiàn)EI Zhi-min
（College of Management Engineering，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

Implementing job rotation in the enterprise has become an important means for effective management．Aiming at the job rotation problem of the production line staff，the European Assembly Worksheet method was used in this paper，which has been widely used in the European automation industry，for fuzzy determination of the Ergonomic risk of the corresponding post．With all the employees，the biggest risk value＇s minimum as the objective function，the job rotation scheduling model based on ergonomics was established，and a heuristic algorithm is used for optimization．Finally the optimal scheme of job rotation was obtained．

job rotation；automobile assembly line；ergonomic risk；EWAS

C961

A

1672-2477（2016）03-0032-04

2015-08-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（71171002）

唐娟（1985-），女，安徽合肥人，講師，碩士．