基于Banzhaf權(quán)力指數(shù)的民機制造過程人為因素決策研究

喻 慧， 陳 昆， 耿秀麗

(1.上海航空工業(yè)(集團)有限公司， 上海 200232； 2.上海飛機制造有限公司， 上海 200436; 3.上海理工大學(xué) 管理學(xué)院， 上海 200093)

近年來，國外大型民用飛機的裝配技術(shù)迅猛提升。以波音B787、空客A350等為例，它們采用了基于數(shù)字量傳遞、輔助以對接平板及機器人技術(shù)，實現(xiàn)了尺寸鏈數(shù)字化傳遞，并通過虛擬裝配技術(shù)優(yōu)化了一部分裝配過程，這一自動化裝配技術(shù)極大地減少了人工成本。然而，對于零件數(shù)量以百萬計的大型民用飛機來說，自動化技術(shù)僅能解決規(guī)律曲面上的標準件安裝、大型部件間對接等裝配安裝工作，而對于運輸類飛機內(nèi)部的零部件定位、制孔、線纜敷設(shè)等工作還需依賴人來完成。國內(nèi)大型民用飛機制造商更是如此，沒有采用先進的自動化裝配技術(shù)，大部分工作仍需人工來完成。人本身就是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，在與他人、軟件、硬件和環(huán)境的交互過程中，不可避免地會受到影響。據(jù)統(tǒng)計，傳統(tǒng)民機制造過程中人為因素問題占整個質(zhì)量問題總數(shù)40%以上[1]，人為因素的研究也日益受到航空工業(yè)的重視。與此同時，國際航空航天質(zhì)量組織(IAQG)發(fā)布的AS9100D中，明確將質(zhì)量問題人為因素分析納入質(zhì)量體系審核內(nèi)容[2]。然而，從現(xiàn)場人為因素調(diào)研結(jié)果可以看出，目前人為因素分析通常是車間主任依據(jù)經(jīng)驗來判斷引發(fā)質(zhì)量問題的有害人為因素，未對其開展標準化模型分析，并且車間主任有絕對的權(quán)力系數(shù)可以一票決定一線操作人員問題，結(jié)果不夠客觀、公正。為了避免這種情況發(fā)生，本文以提升國內(nèi)大型民機制造過程人為因素問題決策方法為背景，通過研究國際民航組織(ICAO)給出的航空業(yè)12個人為因素通病，編制了針對民機制造過程的人為因素檢查單，以準確找出有害人為因素為最終目的，采用Banzhaf權(quán)力指數(shù)法進行團隊決策，并根據(jù)決策結(jié)果提出相應(yīng)的糾正措施，防止此類問題再次發(fā)生。

1 人為因素概述

1.1 人為因素的定義

國際民航組織(ICAO)將人為因素定義為：人為因素是關(guān)于人的學(xué)科；關(guān)于在工作和生活環(huán)境中的人，關(guān)于人與設(shè)備、過程及環(huán)境的關(guān)系，關(guān)于人與其他人的關(guān)系；人為因素包括航空系統(tǒng)中人的所有特征；它經(jīng)常利用系統(tǒng)工程學(xué)框架，通過對人體科學(xué)的應(yīng)用，以尋求人的最佳表現(xiàn)。其相互關(guān)系的目標為安全與效率。

民機制造過程中的人為因素主要研究制造人員、制造人員所使用的設(shè)備與所遵從的程序規(guī)章及環(huán)境條件之間的相互關(guān)系。它適用于人員能力、限制，以及與工具設(shè)計、機器、工藝、系統(tǒng)、任務(wù)、工作和環(huán)境相關(guān)的行為，目的在于提高人員績效表現(xiàn)、人為工作意識和組織意識，避免差錯的發(fā)生，以降低可能存在的由于人為錯誤產(chǎn)生的安全、效率和高成本運營的風險，從而提高民機主制造商的航空安全水平。

1.2 人為因素的分類

ICAO規(guī)定的航空業(yè)12個人為因素通病有：疲勞、缺乏交流、驕傲自滿、缺乏知識、注意力分散、缺乏團隊精神、缺乏資源、緊張、缺乏果斷、壓力、缺乏意識以及有害的慣例[3]。

2 人為因素分析方法

2.1 SHEL模型

SHEL模型是眾所周知的，用于說明不同的系統(tǒng)組成部分對人的影響和相互作用，并強調(diào)需要考慮人的因素作為安全風險管理的組成部分。圖 1說明了人(在模型的中心)與工作場所各組成部分之間的關(guān)系。SHELL 模型包含4個組成部分：①S——軟件(software)，如規(guī)章、程序、手冊、檢查單和出版物等；②H——硬件(hardware)，如工裝/工具、測試設(shè)備、飛機結(jié)構(gòu)、駕駛艙設(shè)計、操縱系統(tǒng)和儀表的配置和使用特性等；③E——環(huán)境(environment)，如天氣、機庫條件、溫度、周圍光線、噪音、振動和空氣質(zhì)量等；④L——生命(lifeware)，如干活的工人、車間主任、工藝和質(zhì)量人員等。

圖1 SHEL模型

現(xiàn)場問題發(fā)生后，首先運用SHEL模型應(yīng)判斷該問題屬于什么性質(zhì)的問題首先判定一線操作人員問題是否為人為因素問題，再進行具體分析，提出相應(yīng)糾正措施。

2.2 班扎夫(Banzhaf)權(quán)力指數(shù)

班扎夫(Banzhaf)權(quán)力指數(shù)是指一投票者的權(quán)力大小就是其作為獲勝聯(lián)盟中的關(guān)鍵投票者的個數(shù)。往往對其進行“標準化”，即用權(quán)力指數(shù)比來刻畫班扎夫權(quán)力指數(shù)。權(quán)力指數(shù)比是指每一個投票者作為獲勝聯(lián)盟中的關(guān)鍵投票者的個數(shù)占整個投票博弈中各個投票者的關(guān)鍵投票者的個數(shù)之和的比值[4]。

假設(shè)組織中有n個成員，設(shè)在所有投票組合中投票者i成為“關(guān)鍵投票者”的次數(shù)記為αi，則投票者i的Banzhaf指數(shù)為

(1)

(2)

式中：c=1,2,…，2n-1表示除投票者i以外的其他所有投票者所能形成的投票選擇組合；Ki(c)={0,1}表示第i個投票者在第c種投票組合下是否是“關(guān)鍵投票者”，值為1或0分別代表是或否。

將Banzhaf指數(shù)進行標準化處理(使各投票者的權(quán)力指數(shù)之和為1)，即可得到Banzhaf指數(shù)比：

(3)

領(lǐng)導(dǎo)者的不恰當決策會直接影響不安全的監(jiān)督，同時也影響操作者的狀態(tài)和行為。所以說，關(guān)鍵投票者很大程度上干擾著找出的客觀原因，如何合理地分配投票者的權(quán)力、找出人為因素問題的根本原因，是人為因素問題決策的關(guān)鍵。本文以國內(nèi)某航空器制造商為例，使用Banzhaf權(quán)力指數(shù)方法對制造過程人為因素投票者的權(quán)力進行合理分配。

目前，該方法在國內(nèi)廣泛用于股權(quán)制企業(yè)管理、合作博弈等經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域運用較少。

2.3 人為因素檢查單

結(jié)合民機制造過程實際，根據(jù)ICAO的12類人為因素通病以及HAFCS模型描述的失效模式，制作了民機產(chǎn)品制造過程人為因素檢查單(圖2)，用于準確定位造成現(xiàn)場問題發(fā)生的人為因素原因。

圖2 人為因素檢查單

3 人為因素決策

民機制造過程人為因素決策步驟：①現(xiàn)場問題發(fā)生后，找出問題原因；②運用SHEL模型判斷此問題是否為人為因素問題；③確定投票者，運用Banzhaf權(quán)力指數(shù)法分配投票者的權(quán)利指數(shù)；④投票人填寫人為因素檢查單，判斷存在的有害人為因素；⑤根據(jù)檢查單打分結(jié)果，判定一線操作人員現(xiàn)場問題的主要人為因素、次要人為因素；⑥提出相應(yīng)的糾正措施。

4 案例推演

4.1 問題描述

在檢查某型飛機架前氣密隔板與支撐件連接孔時，發(fā)現(xiàn)所有28個連接孔垂直度均出現(xiàn)超差，理論垂直度公差為±0.5°，現(xiàn)孔實際軸線與理論軸線夾角從3°到8°不等，如圖3所示。

圖3 孔垂直度超差

4.2 問題定位

經(jīng)初步調(diào)查造成此問題原因為操作人員為了便捷操作沒有按工藝規(guī)范要求使用垂直導(dǎo)套(可保證制孔垂直的輔助工具)，結(jié)果制孔時未能保證垂直度，造成超差。

工藝文件引用了制孔工藝規(guī)范，但未將使用垂直導(dǎo)套的要求明文寫入工藝文件，故工人判斷為工藝文件的問題，車間質(zhì)量人員也認為工藝文件對于易超差的孔沒有進行警示提醒，故認為屬于文件問題，但公司質(zhì)量人員、車間工藝人員、車間主任判斷認為此處屬于常見制孔工序，工藝文件編制并不存在明顯問題，認為是操作人員個人制孔不當導(dǎo)致。

4.3 人為因素判斷

通過SHEL模型分析如下：

1)人-軟件。工藝文件未明確垂直導(dǎo)套的要求，導(dǎo)致操作人員按習(xí)慣便捷操作。

2)人-環(huán)境。夜班導(dǎo)致操作人員疲勞、注意力分散。

通過上述分析得知，此問題是人為因素問題。

4.4 分配權(quán)力指數(shù)

假設(shè)投票者包括公司質(zhì)量人員、車間主任、車間質(zhì)量人員、車間工人以及車間工藝這5類人，共20人參與投票。若每類人員手中的票均為1票，則權(quán)力指數(shù)比均為20%，決策結(jié)果較為離散，加之車間往往會顧慮自身利益，特別是車間領(lǐng)導(dǎo)會提出強勢的傾向性意見，導(dǎo)致結(jié)果嚴重失真，而質(zhì)量人員為獨立第三方，且更為專業(yè)，應(yīng)根據(jù)工作實際給予不同人員不同的權(quán)利指數(shù)。綜上所述，如何準確判斷民機制造過程中的人為因素，并提出有效的糾正措施是本文研究的關(guān)鍵。因此，在不考慮其他因素的情況下，將公司質(zhì)量人員設(shè)置為2票，車間主任、車間質(zhì)量設(shè)置為1票，車間工人、工藝人員設(shè)置為0.9票。根據(jù)Banzhaf權(quán)力指數(shù)公式，得出權(quán)利指數(shù)見表1。

表1 Banzhaf權(quán)力指數(shù)

根據(jù)Banzhaf權(quán)力指數(shù)方法得出的每類投票者權(quán)力指數(shù)，能確保公司質(zhì)量人員的作為獨立第三方擁有絕對投票權(quán)，又能使投票結(jié)果相對公正、合理。

4.5 確定人為因素

向投票者發(fā)出20份人為因素檢查單后，首先，分別計算公司質(zhì)量人員、車間主任、車間質(zhì)量人員、車間工人以及車間工藝這5類人對12項人為因素打的平均分，匯總出5張人為因素檢查單；其次，根據(jù)表1中各類人員占比，將5張檢查單上的12項人為因素積分加權(quán)求和，匯總出1張人為因素檢查單；最后，對積分超過10分的人為因素，認定為主要原因，對積分不超過10分的人為因素，認定為次要原因。通過人為因素檢查單發(fā)放，發(fā)現(xiàn)該操作人員存在的有害人為因素有：

1)驕傲自滿。操作員工經(jīng)驗主義，自認為技術(shù)純熟不會出錯，也沒有采取相應(yīng)預(yù)防措施，也沒有及時檢查阻止批量錯誤產(chǎn)生。

2)有害的慣例。操作人員為了方便，沒有嚴格按照規(guī)范要求使用相應(yīng)的輔助工具，平時養(yǎng)成的不良習(xí)慣最終造成出錯。

同時缺乏意識、疲勞、注意力分散也是造成該問題的次要原因，夜班操作導(dǎo)致疲勞，且注意力集中度下降，無法保證足夠的警覺性，經(jīng)驗主義和僥幸心理也同時導(dǎo)致該員工沒有對可能造成的不良后果產(chǎn)生足夠的警覺。

4.6 提出改進措施

該案例共存在5類有害人為因素，可以采取以下糾正措施：

1)針對驕傲自滿。①要求員工必須嚴格按章操作；②培訓(xùn)員工對執(zhí)行的工作進行自檢，告知其批量性問題的嚴重后果；③培訓(xùn)員工牢記墨菲定律，杜絕僥幸心理；④考慮要求員工進行崗位輪換。

2)針對有害的慣例。①向員工解釋不使用垂直導(dǎo)套可能產(chǎn)生的有害后果，必須采用被認可的流程和工作指導(dǎo)書；②培訓(xùn)員工當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有標準流程存在問題，或不能很好地提供指導(dǎo)作用時向上級匯報，例如，該員工認為某些場合不需要使用垂直導(dǎo)套時，應(yīng)向上級匯報；③主管人員進行評估，如果在某些場合沒有必要使用垂直導(dǎo)套，可以完善規(guī)范要求，使對現(xiàn)場生產(chǎn)更為有益。

3)針對缺乏意識。該項為次要因素，根據(jù)分析評估認為針對上述兩條采取有效措施后，該員工的質(zhì)量意識、風險意識也將得到一定程度提升，故不在針對此項因素單獨采取措施。

4)針對疲勞、注意力分散。該兩項為次要因素，主要是夜班操作引起，鑒于此兩項因素計分較低，故此次案例中暫不針對該因素采取措施，但可以對此案例進行積累，例如，當發(fā)現(xiàn)多項問題均存在此項因素時，可以采取相應(yīng)措施，如對操作人員進行疲勞預(yù)防培訓(xùn)、合適的安排加班等。

5 結(jié)論

民機制造過程中的質(zhì)量問題大多可歸咎于人的因素，找出根本原因并提出針對性的改進措施是減少質(zhì)量問題關(guān)鍵。本文利用Banzhaf權(quán)力指數(shù)方法對人為因素投票者的權(quán)力進行了合理分配，解決了投票過程中一票決定一線操作人員問題，避免了投票結(jié)果不夠客觀、公正。