基于系统模拟的船舶引航人力资源配置

夏海波, 胡甚平, 席永涛, 方泉根

(上海海事大学 商船学院，上海 201306)

0 引 言

船舶引航是航运物流中的关键环节，对保证船舶航行安全、提高港口作业效率、维护航行秩序以及保护水域环境等有重要意义.近年来，随着我国航运经济的迅速发展，港口建设规模不断扩大，引航水域的通航密度增加，通航条件日趋复杂，加之船舶的大型化、高速化、专业化，给船舶引航安全带来巨大压力.

作为船舶引航的核心人力资源，引航员的合理配置与使用是实现安全引航、提高引航服务能力的重要保障，尤其对一些引航里程较长、靠离港口众多、泊位分散的引航机构而言，引航作业还可能涉及到分段引领、在航交接、多人引领等问题，其引航员人力资源的配置显得更为复杂，也具有更加重要的现实意义.

国内外学者很早就认识到人力资源对于组织生存和发展的重大意义，并从人力资源配置的机理[1-2]、静态和动态模型[3-4]、绩效和评价[5-6]、管理策略[7-8]等多个角度进行理论研究，形成相对完善的理论体系.但是这些研究主要以定性分析为主，定量化的研究相对较少，而且针对船舶引航领域的人力资源研究尚不多见.

本文针对船舶引航系统中的引航人力资源配置问题，基于计算机系统模拟理论建立引航员配置的模拟模型，并利用计算机模拟分析船舶引航系统的行为特征，确定与引航需求相匹配的人力资源配置.

1 系统模拟原理

图1 计算机系统模拟过程

模拟就是一种模仿行为，系统模拟是利用某种手段对现实系统的模仿，它并不直接研究现实系统的行为，而是先建立一个在各主要方面能反映现实系统特征的模型，通过对该模型的运行试验研究现实系统的行为.这种间接研究的模拟方法是通过模型试验重现现实系统在不同情况下的行为，所以当某些复杂系统难以用直接研究方法进行研究或者不能采用解析求解时，系统模拟能提供一种可行的方法.[9]

随着计算机技术的迅速发展，利用计算机进行模拟成为系统模拟的一个重要研究方向，它不仅可以大大缩短研究周期、节约经费，而且能对社会经济生活中的众多领域提供一种预见未来的统计试验以及对试验结果的估计方法.近年来，计算机模拟技术在管理决策中得到广泛的应用，并取得良好的效果.[10-12]

系统模拟一般需要经历建立模型和模拟运行与分析两大阶段.其中，建立模型不仅包括对所研究系统进行抽象，还包括对模拟模型的确认；模拟运行与分析包括模拟试验和结果分析等主要内容.其基本过程一般从系统分析开始，先后经过系统建模、数据采集和数据分析环节直到决策实施，见图1.

2 船舶引航员人力资源配置的模拟模型

引航员人力资源的配置涉及到被引船舶、引航员、引航水域的地理条件、自然环境等多种因素，其中许多因素存在随机性，如到港船舶的种类、尺度、目的港等，而且这些因素之间还存在复杂的动态联系.对于这样一个复杂、动态的随机系统，通过常规的解析理论所建立的数学模型进行求解比较困难，而利用计算机系统模拟技术能很好地模拟系统的随机性和动态性，也易于求解.

船舶引航实际上是为进出港以及港内移泊船舶提供的一种技术服务，其服务能力应与港口船舶的服务需求相平衡.因此，引航员人力资源的配置取决于船舶引航所面临的动态需求.从系统模拟角度看，引航需求的变化通过需求变量描述；引航员人力资源的配置是需要决策的量，可通过决策变量描述.需求变量的动态变化直接影响到决策变量的变化，二者之间存在明确的因果关系，这种因果关系通过决策准则描述.模拟模型中引入随机数以体现船舶引航系统中的动态性和随机性，并通过多次抽样模拟描述系统的宏观特征.船舶引航员人力资源配置的模拟模型见图2.

图2 船舶引航员人力资源配置的模拟模型

模拟开始时，由系统先给出一个随机数，继而产生符合需求变量概率分布的随机变量，再根据设定的决策准则确定决策变量的分布.通过多次模拟循环，最终可模拟出系统的宏观行为，据此，制定决策方案，完成系统模拟.

2.1 需求变量

需求变量分布是系统模拟的输入条件或初始条件，这些数据的正确与否对模拟模型的有效性和模拟结果有重要影响.就引航员配置而言，其需求变量主要包括被引船舶的种类、尺度、引航作业方式以及航线等4个变量：(1)船舶种类，一般包括散货船、集装箱船、杂货船、油船、危险品船、客船等，其分布特点与具体港口的作业能力、自然条件等相关.(2)船舶尺度，主要指船长和吃水，其分布特点取决于被引船舶的种类、船型、载态等.(3)引航作业方式，描述进口引航、出口引航、移泊和区段引航等4种工作模式.其中，区段引航是指引航辖区内部各港之间的引航作业.(4)航线，通过始发港和目的港描述引航作业的航程以及由此而产生的交接方式.

需求变量的随机性可用概率分布描述，通过统计分析需求变量的历史观测数据，利用数学方法可以拟合出与其客观分布相接近的概率分布形式.基于此概率分布可产生相应的随机数，用于计算机模拟.

正态分布在系统模拟中有广泛的应用.以船长为例，如果被引船舶的船长x服从正态分布，则其概率密度函数为

(1)

式中:μ为分布的数学期望值，决定分布位置；σ为标准差,决定分布形状，记作x～N(μ,σ2).

此外，模拟中常见的概率分布包括指数分布、三角分布、Weibull分布、泊松分布等.

2.2 决策准则

能岗匹配是人力资源配置中的一个重要原则，它要求人的能力应与其所从事的工作岗位合理匹配：一方面要按能配岗，把合适的人放在合适的岗位上；另一方面要因岗选人，根据相应的岗位找到相应的人.良好的能岗匹配可实现人尽其才、岗尽其能，保障系统稳定、高效地运转.

在船舶引航员的配置中同样应遵循因人排船以及因船、航线、作业方式等排人的能岗匹配原则，其具体配置准则体现在相关法规中，主要包括与被引船舶的种类、尺度、作业方式和航线等相匹配的引航员调派准则、级别和数量配置准则以及引航员在航交接准则等.

2.3 决策变量

决策变量主要包括引航员配置的地点、数量和等级等3个变量.计算机模拟的最终结论应该明确在一定的引航需求下各引航机构应配置的引航员数量以及不同级别引航员所占的比例.此外，为进一步分析引航员的工作负荷等情况，还可以设定引领工作时间等变量.

3 实证分析

长江引航中心在长江海事局的领导下，统一管理长江的引航工作.从云南水富至上海的长江开放港口设有多个引航站和引航交接基地，引航管辖距离超过2 800 km.在长江江苏段，该引航机构统一负责长江沿线12个港口(即P1，P2，…,P12)的船舶引领工作.由于引航距离长、引航环境复杂，引航机构下设8个引航站(即PS-1，PS-2，…,PS-8)和一个交接基地，具体负责各港的船舶引领以及引航员的在航交接工作，见图3.

利用上文中的模拟模型，分析在满足一定的引航需求量的情况下该引航机构及其下属 8个引航站需要配置的引航员的总数量和级别比例.

图3 船舶引航机构布局

3.1 需求变量的确定

通过对该引航机构2006—2011年船舶引航数据的统计分析，获取各需求变量的基本分布特征，建立用于模拟运行的随机模型.

由于各个变量的概率分布类型、参数不同，需要根据实际统计数据进行具体分析.以进出长江比较多的散货船的尺度变量x为例，被引船舶的船长统计数据的直方图表明其概率f(x)服从正态分布，见图4.图中显示散货船的船长服从均差μ为158.02，标准差σ为55.77的正态分布.基于μ和σ，利用EXCEL命令函数NORMINV即可获得符合上述正态分布的船长随机变量.

图4 散货船船长分布的频率直方图

图5 散货船船长与吃水的拟合曲线

通过进一步分析可以发现散货船的吃水y与船长x之间具有一定的规律，二者之间的拟合曲线见图5.因此，吃水变量的随机模型可在船长随机模型的基础上得出.同理，可以得到其他船型的尺度、船舶种类、作业方式和航线等变量的分布形式及其随机模型.

3.2 决策准则的确定

根据该引航机构的《引航员调派管理程序》中的规定，主要的引航员调派和匹配准则:(1)以交接基地为界，实施分段引航、跨交接基地的远距离引航作业在交接基地进行引航员交接.(2)进口引航由目的港所属引航站指派，出口引航由始发港所属引航站指派，区段引航由始发港所属引航站指派；分段引航时，接班引航员由引航基地指派.(3)引航员的级别应与船舶种类和尺度相匹配，具体规定见表1.表中：载运有《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL 73/78)所定义的一级危险品的船舶称为一级危险品船；载运有公约定义的X类和Y类有毒液体物质的船舶称为X,Y类危险品船；载运有公约定义的除上述以外危险品的船舶称为其他危险品船.(4)引航员级别低配优先，即虽然一级引航员可以引领，如果三级引航员也可引领，则安排三级引航员引领.(5)当船长超过175 m(含175 m)时配备2名引航员实施双人引领，主班引航员的级别必须与船舶种类和尺度相匹配，副班引航员的级别为助理引航员以上级别.

表1 引航员指派级别准则

3.3 模拟结果与分析

按照上述需求变量的定义及决策准则，基于上文所建立的模拟模型，共独立模拟10 000次引航作业.模拟结果显示：(1)在现行港口运营条件下，平均单艘次作业时间为8.05 h；单人在船引航作业时间为6.46 h.(2)以2010年为例，该引航机构的年外贸引航量为40 827艘次，如果假定一个引航员月均在船引航时间为176 h，即每月工作22 d，每天在船引航时间为8 h，需配备引航员145人；如果工作负荷降低至月均工作时间120 h，则该引航机构应配备的引航员总数为213人，各引航站所需配备的引航员人数与级别见图6.

图6 各引航站的引航员配置数量

3.3.1 模型验证

图7 引航员配置数量对比

图8 引航员配置级别对比

为验证模拟结果的可靠性，根据2006—2010年的实际年引航量，将计算机模拟结果与实际统计分析结果进行对比分析.从引航员配置的总数看，模拟结果略低于实际统计值，平均降低2.2%，见图7.考虑到实际工作中应保持一定的余量，模拟结果总体上与实际统计结果一致.从引航员级别结构看，模拟得出的一级、二级引航员的比例略低于实际比例，而三级引航员的比例高于实际比例，见图8.这主要是由计算机模拟中的低配原则造成的，实际工作中三级引航员的工作可由较高级别的引航员完成.

总体上，计算机模拟结果与实际统计值具有较好的一致性，利用此模拟模型对引航员人力资源模拟是可靠的.

3.3.2 模型应用

计算机模拟的最大优势在于能快捷地体现出输入条件(即需求变量)的变化对输出结果(即决策变量)的影响，因此，在系统评价、预测及优化等方面得到广泛应用.就船舶引航员的人力资源配置而言，利用该模型可以分析当各港船舶引航量、被引船舶的尺度以及引航作业模式等发生变化时对引航员配置所带来的影响.

图9显示当被引领船舶的船长增加5%时，一级引航员的比例将相应增加，而三级引航员的比例将相应下降.图10显示在其他条件不变，而增加两个交接基地时，即引航作业模式由2段引航改变为4段引航时，所需配备的引航员总数及其在各站和各基地的配员和结构.

图9 船长变化前后的引航员配置对比

图10 改变引航模式后的引航员配置情况

4 结束语

引航员的有效配置不仅能加强引航机构自身的人才队伍建设，而且对保障港口航运安全、提高港口竞争力有重要意义.本文利用计算机模拟技术，建立船舶引航员人力资源配置的模拟模型，并以长江引航中心为例，模拟长江沿线各引航站的引航员数量与结构的配置，结果表明该模型能较好地反映船舶引航需求的变化对引航员人力资源配置的影响，为引航管理决策提供科学依据.

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