基于岗位人因满意度的多技能员工优化配置研究

蔡 敏, 刘 黎, 雒兴刚, 吴仁杰

(杭州电子科技大学 管理学院,浙江 杭州 310000)

0 引言

智能制造已成为不少国家振兴其工业发展的重要策略。《中国制造2025》提出以新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向;完善多层次多类型人才培养体系,推进产业转型升级。智能制造将给人类社会带来革命性变化。一方面,制造企业面临以不同产品种类和波动量为特征的生产需求,生产系统的柔性变得越来越重要;智能生产背景下,企业需要提高传统专业分工无法做到的柔性生产能力,因而员工需要具备多项技能,以满足柔性生产要求。另一方面,对员工福祉的追求是未来企业的使命。考虑生产柔性的同时要将以人为本的理念融入整个生产体系,即需要考虑员工的身心健康及安全,而不是仅仅考虑企业效益。

多技能员工[1]也称为交叉培训员工,是指具备在多个工作岗位上执行技术操作能力的员工。多技能员工在高度不确定和竞争激烈的环境中,可以充当缓解各种需求的潜在能力缓冲区。为充分发挥多技能员工生产灵活性的优势,对企业中多技能员工进行合理配置就显得格外重要。关于多技能员工的优化配置问题,近年来在学术界得到广泛关注。员工优化配置是指在生产中,为了提高工作效率、实现人力资源的最优化而实行的将员工与岗位合理匹配[2]。文献[3]以供给与需求达到数量与质量的平衡为目的,从员工数量结构与质量结构上实现员工优化配置;文献[4]以薪酬公平为前提,构建符合企业实际情况的薪酬体系,完成员工优化配置;文献[5]根据员工的工作动机和组织文化对绩效的影响,以促进人与岗位的相互匹配为目标进行优化配置;文献[6]采用时间最短的衡量法来优化员工配置问题;文献[7]针对单元制造系统中生产优化配置问题,以最小化总加工时间和各员工之间的负荷差异为目标进行优化配置;文献[8]针对流水车间,提出成本最优和时间最短情况下的配置方案。

在实际生产中进行员工配置,需要充分考虑员工个体差异,即考虑员工技能水平的不同。因此多技能员工的每项技能如何进行准确评价也是研究的重点。文献[9]以最小化项目总工期对员工技能水平进行分级来进行员工优化配置;文献[10]提出改进组织结构、激励机制、企业文化等措施进行员工优化配置;文献[11]提出了基于“员工技能库”的配置方法。针对当前研究中存在多技能员工技能水平界定不清和没有清晰评价的问题,本文首先从产品质量表现、生产交付表现和生产成本表现3个角度评价员工的技能水平，然后将多技能员工的每一项技能分别量化成4个等级,从而更加清晰合理地评价多技能员工的每一项技能。

当前员工优化配置的研究目标主要是缩短工作时间以及节约生产成本,然而良好的员工配置不仅需要考虑经济利益,还需要考虑使工人以安全和健康的方式完成工作。也就是说,员工优化配置问题除了考虑工作效率,还应考虑人因因素,即对员工福祉的追求。员工福祉是工作系统可持续的内部状态,由员工在其工作期间对生理和认知需求的满意度形成,可以提高员工在其工作生命期的质量[12]。

结合人因工程学的员工优化配置问题的研究主要考虑工作环境及工作任务对于员工身体和心理健康的影响。文献[13-14]综合考虑员工数量、员工满意度和噪音等人因因素进行研究;文献[15]以避免员工在工作环境中受到伤害为目标,开发出自动分析机制,分析每个员工潜在的人因工程学风险;文献[16]对工作站设计进行改进,以预防工作相关的肌肉骨骼疾病;文献[17]将安全标准纳入员工优化配置方案中,评估员工可能受到潜在伤害的等级;文献[18]提出多目标整数规划模型,其主要目标是避免员工受到工作环境中职业噪声的伤害以及减少员工腰背部受伤;文献[19]在优化配置中,以员工的疲劳度来计算工作完成时间,其优化目标为最小完成时间;文献[20]运用职业重复行动分数方法进行人因工程学评估进行优化配置研究;文献[21]以保证生产活动安全为目标,进行员工的优化配置。

提高企业经济效益也是考虑一部分人因工程学员工优化配置问题研究的出发点。文献[22]考虑了生产效率和人因风险;文献[23]将人因工程学与员工配置过程相结合,提出模糊质量函数展开的优化配置模型;文献[24]综合考虑员工的技能水平、个人意愿及人因工程学评价结果,实现生产效率及员工满意度最大的优化配置方案。

关于考虑人因因素的员工优化配置,部分研究只考虑人因工程学对于生产的影响,忽视了员工技能水平的影响,另外一些研究中综合考虑人因工程学及技能水平,然而所考虑的人因因素不够全面。为了优化配置时更全面地考虑人因因素,本文提出岗位人因满意度的概念，将员工的人因因素需求与岗位实际人因因素供给进行比较,评价每一位员工的岗位人因满意度。

本文通过员工优化配置研究,以期既可以保证企业获得更多的经济效益,又可以帮助员工追求福祉,因此通过综合考虑多技能员工的每一项技能水平以及员工岗位人因满意度进行员工的优化配置,以同时满足企业利益与员工福祉的目标。

1 研究设计及建模

本文首先进行多技能员工的技能水平评价;然后进行多技能员工的岗位人因满意度评价;最后综合考虑以上2种评价结果,构建优化配置模型。

1.1 多技能员工的技能水平评价

本文分别从产品质量表现、生产交付表现和生产成本表现3个方面来评价多技能员工每一项技能的技能水平,评价体系如图1所示。

图1 多技能员工技能水平评价体系

在评价体系确立之后,开始技能水平评价,具体评价的计算过程如下:

Sij=a1Qij+b1Dij+c1Cij

(1)

a1+b1+c1=3,a1,b1,c1≥0

(2)

当

(3)

其中:Sij为员工i在岗位j的技能水平;Qij为员工i在使用技能j时的产品质量表现;Dij为生产交付表现;Cij为生产成本表现;a1、b1、c1为技能水平的因子权重。(3)式表示将多技能员工的每项技能水平等级划分为4个等级:当Sij=1时,员工可以在他人帮助下运用该技能进行生产工作;当Sij=2时,员工可以独立完成工作;当Sij=3时,员工生产产品质量较高,花费时间物料成本较低,技能水平较高;当Sij=0时,员工不具备该技能。

对员工i在使用技能j时的产品质量表现的评价公式为：

(4)

αq+βq=1,αq,βq>0

(5)

对员工i在使用技能j时的生产交付表现的评价公式为:

Dij=αdrij+βdfij

(6)

αd+βd=1,αd,βd>0

(7)

其中:Dij为员工i在岗位j的生产交付表现;rij为员工i在使用技能j时所生产产品的标准节拍与员工实际生产节拍的比率,既节拍比率;fij为交付期内的订单完成率;αd、βd为生产交付表现的因子权重。另外，当Dij≥1时,Dij=1。

对员工i在使用技能j时的生产成本表现的评价公式为：

Cij=αcmij+βctij

(8)

αc+βc=1,αc,βc>0

(9)

其中：Cij为员工i在岗位j的生产成本表现;mij为员工i在使用技能j时,生产一件合格产品的标准所需物料与员工生产时实际所需物料之比,既物料成本比率;tij为生产一件合格产品的标准所需时间与员工实际生产所需时间之比,既时间成本比率;αc、βc为生产成本表现的因子权重。另外，当Cij≥1时,Cij=1。

根据员工使用不同技能时的表现,最终得出每一位员工每一项技能的具体评价，用技能水平矩阵SI×J来表示。

1.2 多技能员工的岗位人因满意度评价

人因工程学的核心思想就是以人为本,使工作与人的需求、能力和限制相兼容。在衡量人的需求时需要关注员工在客观环境中的主观意愿。

1.2.1 岗位人因满意度的评价体系

岗位人因满意度是指运用人因工程学评价员工对于其岗位的各类人因因素的满意程度。因为个体的差异使得员工对同一岗位的人因因素存在不同的需求,所以同一岗位上,不同员工存在不同的人因满意度。本文从体力负荷、脑力负荷和环境负荷3个方面进行员工岗位人因满意度的评价。

从体力负荷的角度看,因为员工的体力在一定时间内是有上限的,同时员工在进行操作时不良的姿势会增加员工的工作负担,容易产生肌肉骨骼的损伤或疾病,所以从人因工程学的角度进行多技能员工配置时,应该在保证生产效率的同时,避免员工体力负荷过大以及员工不良的作业姿势。本文采用快速上肢评价(rapid upper limb assessmend,RULA)方法对员工工作时的姿势负荷进行评价,以及推荐子段举重量(recommended weight limit,RWL)指数来评价员工的重量负荷。

脑力负荷是指员工在进行工作中需要面对大量的信息处理任务时,高度集中注意力来保证快速反应能力和精准的操作,从而增加心理压力和疲劳。长期处于高脑力负荷工作状态对员工身体健康会产生不良的影响,因此在优化配置中需要避免此类情况发生。本文采用改进后的Cooper-Harper评价法测量脑力负荷。

环境负荷主要是工作环境中不符合人因工程学的噪声、照明和微气候等对员工的影响。不合理的工作环境会导致作业者体内生理和心理平衡的紊乱，因此需要设计满足人因工程学要求的工作环境。本文在环境负荷测量中主要关注噪音、照明和微气候这3个环境因素。

基于以上3个方面的考虑,岗位人因满意度中的人因要素评价体系如图2所示,其中各个人因因素所代表的具体含义以及评价方法见表1所列。

图2 岗位人因满意度评价体系

表1 人因因素及评价方法

1.2.2 岗位人因满意度的评价步骤

岗位人因满意度评价首先需要得到员工对于各类人因因素的主观需求。通过上一节的分析和评价可最终形成员工人因因素需求矩阵,其中Rei代表员工i对于人因要素e的主观需求。

根据以上所选取的人因因素,需要在岗位上测量其人因因素的实际供给数据。对于体力负荷,根据员工的人体尺寸和岗位的实际尺寸,运用软件建立三维的员工和岗位模型,模拟员工在岗位上的作业姿势,计算员工在该岗位上的RULA得分。由于员工存在体重等因素差异,建立三维模型时根据NIOSH1991方法计算出推荐重量极限(RWL)。对于脑力负荷的评价,在结合岗位操作要求的前提下,运用改进后的Cooper-Harper评价法进行评价。

对环境负荷的评价,会根据环境因素不同,采用不同的测量方法。最终得到岗位人因因素供给矩阵,其中Geij代表岗位j对于员工i针对人因要素e的实际供给情况。

根据以上所得到的员工人因因素需求矩阵及岗位供给矩阵,可以计算出人因因素差异矩阵。对于RULA,RWL、Cooper-Harper得分、噪音水平直接进行差值运算,用员工对于各类人因因素的需求值(即员工人因因素需求矩阵的每一列)减去岗位人因因素的实际值(即岗位人因因素供给矩阵的每一列);而光照水平和微气候水平计算绝对值之差,并加上负号,表示员工主观需求与客观实际之差,这样得到各个员工对于单个岗位的人因因素差异矩阵,其中Veij代表在岗位j上人因要素e的实际供给情况和员工i对于人因因素e的主观需求的差异。

鉴于各个人因要素的量纲不同,需要对人因要素RULA、RWL、Cooper-Harper得分、噪音水平,采用(10)式进行归一化，即

(10)

对于以上人因因素,将员工对其人因因素的差异值除以该人因因素的差异值中的最大绝对值。对光照水平和微气候水平,进行归一化，即

(11)

最终得到人因因素差异归一化矩阵,其中Eeij代表岗位j上人因因素e的实际供给情况和员工i对于人因因素e的主观需求的差异值的归一化值。

因为作业及生产环境的不同,最后岗位人因满意度的形成所受到的各个人因因素的影响程度不同,所以在计算岗位人因满意度之前,先确定各人因因素的因子权重。

本文采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP),确定各人因因素因子权重we,岗位人因满意度的计算公式为:

(12)

根据以上计算可以得到所有员工对于所有岗位的人因满意度,形成员工的岗位人因满意度矩阵,即

1.3 构建模型

本文的生产条件中,工序相异则岗位相异,岗位相异则技能相异。假设生产过程存在j道工序,即j个岗位;需要为这j个岗位安排最合适的员工,而现在具有的员工数量是i,本文假设员工数量大于岗位数。另外不同岗位要求的技能不同,且岗位本身提供的人因因素存在差别。根据员工具备的技能配置其能够胜任的岗位,员工的技能水平存在差异,同时假定每个员工具有不同人因因素需求。本文员工优化配置的目标是,其配置的全部员工在所胜任的岗位上技能水平和岗位人因满意度的总和最大，从而难得这些员工可以满足生产的需求并保证员工自身对其岗位的人因因素需求。

考虑岗位人因满意度的多技能员工优化配置的建模中有以下假设:

(1) 假设一项技能即为一个岗位。

(2) 员工可以胜任多项岗位,但不同岗位上的技能水平可能不同。

(3) 一次只配置员工在一个岗位。

(4) 一个岗位只配置一名员工。

(5) 只有当员工具备该岗位技能,才能被分配到该岗位。

(6) 存在未配置员工,即员工数多于等于岗位数。

(7) 岗位必须全部配置员工,不能空闲。

(8) 配置完成后,员工不能转换岗位。

建模中的符号说明见表2所列。

表2 数学模型中符号说明

多技能员工配置具体的表达式如下。

(13)

(14)

(15)

Sij>0,Eij>0,xij=1

(16)

xij={0,1}, ∀i,j

(17)

α+β=1,α,β>0

(18)

(14)式表示员工只能配置到一个岗位;(15)式表示每个岗位必须配置且只配置一名员工;(16)式保证员工对于某个岗位所需技能的技能水平大于0且员工的岗位人因满意度大于0;(17)式为0-1变量;(18)式为技能水平和人因满意度优化目标权重。

2 案例与结果分析

本文结合作者在M公司的工作经历,针对M公司其中一个生产部门的G班组进行多技能员工优化配置研究。G班组一共25名员工,且都为多技能员工,即能胜任多个岗位。该班组生产的X产品需要17个岗位。本次的研究是将25名员工配置到17个岗位上,进行X产品的生产。收集G班组所有员工关于技能与人因工程学方面的数据，得到该25名员工在17个岗位上的技能水平和岗位人因满意度,并基于此进行优化配置研究。

首先评价出每一位员工的各项技能水平,形成多技能员工的技能水平矩阵,见表3所列。

表3 多技能员工技能水平矩阵

然后进行岗位人因满意度评价。评价步骤如下：

(1) 进行员工基础数据的收集。

(2) 收集生产线的基础数据。例如设备尺寸、生产环境等。

(3) 将员工对于人因因素的主观需求与岗位实际供给情况进行差值分析。

(4) 对各类人因因素差异值进行归一化处理。对RULA、RWL、脑力负荷、噪音采用(10)式进行处理,主要考虑岗位实际情况是否达到员工需求;照明和微气候采用(11)式进行处理,主要考虑员工的主观需求和岗位实际供给之间存在的差异。

(5) 确定所有人因因素的权重,根据归一化后的人因因素差值计算每个员工的岗位人因满意度。

从而得到员工的岗位人因满意度矩阵,见表4所列。

表4 岗位人因满意度矩阵

根据以上员工技能水平评价结果,可以得到只考虑技能的员工优化配置方案,也可以根据岗位人因满意度评价结果得到只考虑人因工程学的优化配置方案。本文综合考虑员工技能水平和岗位人因满意度的情况,得到一个更加合理的优化配置方案。将以上计算所得到的3种配置方案以及G班组原来的配置方案的进行汇总,最终得到方案汇总表,见表5所列。

表5 4种配置方案汇总表

参考员工技能水平表现和岗位人因满意度对这4种优化配置方案的效果进行评价。参考技能水平表现得到的评价结果见表6所列;参考岗位人因满意度得到评价结果见表7所列;4种方案的最终评价结果汇总见表8所列。表6～表8中方框圈出部分表示所配置的员工技能水平不满足岗位要求，黑体部分表示所配置员工的岗位人因满意度不满足要求。

表6 参考技能水平的评价结果

表7 参考岗位人因满意度的评价结果

表8 最终评价结果汇总

从表8可以看出,综合考虑多技能员工的技能水平与岗位人因满意度得到配置方案，相比其他3种方案更科学合理。

3 结论

本文从提高企业效益与追求员工福祉角度出发,首先提出多技能员工技能的评价体系,解决了当前研究中多技能员工的各项技能评价不合理的问题。为关注员工福祉的追求,提出岗位人因满意度的概念。本文综合考虑员工技能水平和岗位人因满意度,使所得优化配置方案可以同时满足经济效益和员工福祉的追求，为制造业在配置多技能员工时提供现实可行的参考方案。

本文考虑员工优化配置的前提是员工多于岗位,可是现实中经常存在员工短缺的现象，未来可以进一步充分考虑不同企业面临的人力资源情况,使本文中的优化配置可适应各种资源不同的企业。此外可设计更加新颖的算法,进一步丰富算法对员采优化配置问题的支持。