基于IAHP的生产系统作业疲劳模糊综合评价

李姗姗

(天津大学管理与经济学部，天津300072)

随着技术发展与业界需要，对于劳动生产率影响因素的研究越来越多地考虑到人因工程问题。人因工程的研究领域［1］不断更新，其中工程负荷与职业健康、产品与工具的设计评价、作业方法及场所改善等问题被国内外学术界广泛讨论。疲劳对基础管理与生产效率的影响成为新的研究热点，特别是现代作业疲劳［2］，在传统疲劳的定义之上增加了所处环境和精神物质条件的因素影响。迄今为止还没有直接测定各行业作业人员疲劳程度的方法，大多数实验工作都是测量某些与疲劳相关的指标。目前常用的几种作业疲劳测量方法［3］，包括主观感觉询问评价法、生理参数测试法、生物化学测试法、心理学测试方法，以及几种方法相结合的综合评价方法。评定疲劳等级大多选取生理学指标，如国外常用的克里斯坦森标准以能耗量和氧耗量作为分级标准来划分不同劳动强度，我国于1983年制定的《体力劳动强度分级》是以劳动时间率和工作日平均能量代谢率为标准反映作业负荷。

国内外学者将作业疲劳分析与临床医学［4］、心理学［5］等领域联系紧密，大多通过临床实验获得的生理指标探究导致疲劳的影响因素。然而大多测量方法仅能由专业人员在实验室中应用特定仪器完成，在制造业生产过程中很难实际操作，因此对作业者的疲劳程度测定难以实施。而综合评价方法通过更为简便、实际、全面的疲劳评价模型，能够避免由于单一作业疲劳测量方法导致的研究结果失真或出现偏差的情况。丁立［6］、王晨［7］、舒红宇［8］等应用综合评价方法分别对手部作业、VDT作业、汽车驾驶作业等进行了疲劳分析与综合评价，但往往局限于特定行业、特定动作和特定环境，并不具普适性。景国勋等［9］从作业者疲劳的表现形式方面建立了较为全面的评价指标，然而并未深入挖掘导致疲劳现象的各项因素，对于改善作业疲劳现状无法给出相应策略。

针对以往研究的不足，笔者提出从疲劳影响因素方面建立作业疲劳综合评价指标体系，适用于评价一般生产劳动的疲劳等级，从而探寻导致某项作业疲劳的关键原因并提出改善方法。

1 区间层次分析法

对指标权重的设定方法中以层次分析法的应用最为经典［10］，然而有时专家难以给出一个准确的数字进行描述，或多个专家对于某项指标的判定存在范围允许的差异，而更倾向于提供一个区间。因此笔者运用一种支持专家模糊判断的区间层次分析法(interval analytic hierarchy process，IAHP)，将AHP(analytic hierarchy process)法与区间数学相结合，用区间替代点值构成判断矩阵，解决专家对于因素重要程度无法精确统一的困难。目前计算方法有区间数梯度特征向量法、最优传递矩阵法和区间数特征根法(IEM)等［11］。IEM法简单实用，能充分利用评判矩阵的全部信息，计算精度较高，对专家构造的判断矩阵的一致性依赖相对较小［12］。

权重的具体计算方法［13］如下:

(2)由A－i、A+i分别计算得出:

(3)计算区间权重向量为:

(4)根据求得的权重区间wi，取其平均值，即，则相应各评价指标的权重向量为再对权重向量做归一化处理得到

(5)按照传统AHP计算规则，从下至上得到各级指标的权重。

2 基于IAHP的模糊综合评价模型

2.1 评价指标体系建立

根据构建评价指标体系的科学性、系统性、全面性原则，作业疲劳评价指标体系的建立从工作研究、人因工程、组织管理等多角度进行挖掘，同时结合制造业生产现场的实际情况，通过在生产线上对作业者进行观察与访谈，深入了解导致作业疲劳的原因，最终归纳总结出作业者基础条件、工作特点、心理因素、环境条件和人机系统5个方面影响因素作为指标体系的一级指标，并分别列出尽可能全面、细化、独立的二级评价指标，对疲劳强度进行有效衡量，建立的指标体系如表1所示。

表1 生产系统作业疲劳综合评价指标体系

2.2 作业疲劳模糊综合评价模型的建立

模糊综合评价是目前应用广泛的评价方法之一［14］，考虑到对生产系统作业疲劳的判定过程中存在诸多主观因素和不确定、不显著信息，因而采用模糊综合评价方法。基于IAHP的基础理论，建立作业疲劳模糊综合评价模型，步骤如下:

(1)按照确定的作业疲劳综合评价指标体系，组织相关专家为各指标的重要程度打分，专家在打分过程中应考虑行业、企业和作业的特点，通过适当的调研充分获得信息，使打分结果尽量贴合实际，客观判断造成作业疲劳的影响因素，重视行业特性，而不局限于行业特性，应用区间层次分析法计算指标权重。

(2)确定抉择评语集。参考我国《体力劳动强度分级》国家标准(GB3869－83)中的级别和实际作业过程中的疲劳程度状况，将作业疲劳的等级按程度确定为评语集V={重强度疲劳，强度疲劳，中等疲劳，轻度疲劳，不疲劳}。

(3)进行单因素评价，构造评价矩阵。确定评价对象为某岗位或某工位的指定作业，组织一定数量的该项作业者针对每个指标按照评语集给予相应选择，获得作业者对各单项指标的评分。

式中:rijk为作业者在指标Cij上隶属于等级Vk的程度，最后以rij为行，构成单因素评价矩阵R=(rijk)n×m。

(4)基于模糊合成规则，对二级指标层进行作业疲劳强度评价，即计算模糊合成，公式如下:

合成采用(+，·)，相当于普通矩阵乘法，合成结果为 S=(S1，S2，…，Sn)。

(5)获得最终的综合评价结果。设一级指标Ci的权重向量为W'，一级指标评价矩阵为S，计算得出评价向量为:

按隶属度最大原则得出最终综合评价结果，即可判断该项作业的疲劳等级。

3 算例

选取某大型机械装备制造公司A生产线的主轴装配工位作为研究对象，由相关专家和管理人员对指标的重要性程度进行打分，应用区间层次分析法确定该项作业的疲劳指标权重。组织从事该项作业的20名作业者对各个指标引起疲劳的程度进行判定，从而得出评价矩阵，通过计算最终得出该项作业的疲劳等级及重要影响因素。

(1)通过专家的重要性打分结果建立判断矩阵，应用IEM法求得权重。以作业者基础条件指标C1为例，其判断矩阵为:

求得归一化特征向量为:

根据式(1)计算得出 k1=0.919 5，m1=1.019 5。代入式(2)求得权重，并归一化处理后

同理可求得所有从属指标的权重，如表1所示。

(2)组织作业者给出疲劳状况评价，获得评价矩阵。以作业者基础条件指标C1为例，问卷调查统计结果显示:被调查的20名作业者对于身体素质C11对疲劳程度的影响给予明确态度，认为其自身的身体素质基础导致重强度疲劳、强度疲劳、中度疲劳、轻度疲劳、不疲劳的人数分别为1、2、3、12、2，按程度对应的评价得分分别为 0.05，0.10，0.25，0.50，0.10。即 r11=(0.05 0.10 0.25 0.50 0.10)。同理可得 C12、C13、C14评价值，因此可得作业者基础条件指标C1的模糊评价矩阵为:

同理可计算出其他二级指标的模糊评价矩阵。

(3)计算各项二级指标模糊合成，得出各指标值隶属于各个疲劳等级的程度。仍以作业者基础条件指标C1为例，已知其权重向量和评价矩阵，按照式(4)有:

同理可求得 C2、C3、C4、C5的模糊合成结果。

(4)计算得出该项作业的疲劳程度综合评价结果。

由上述计算结果汇总，依照式(5)得出:

依据隶属度最大原则，因此判定该项作业导致的疲劳等级为“中度疲劳”。评价过程与计算结果表明:①作业者基础条件、工作特点、环境条件和人机系统4项指标的评语均隶属于“中度疲劳”，说明该项作业会导致一定程度的疲劳现象，企业需要关注员工的作业安全与职业健康，并有必要优化作业设计;②心理因素指标的评语隶属于“强度疲劳”，说明该项作业在心理因素方面引起显著的疲劳现象，需要关注员工心理健康，并通过作业设计与改善活动来缓解作业疲劳;③分析二级指标的计算结果，找出导致中度和强度疲劳的显著指标:作业技能、体力劳动强度、注意力集中程度、重复和枯燥、工作台尺寸和布局、工装夹具的工效学设计等，这些应成为生产系统改善的关键点。

4 结论

笔者建立的综合评价指标从引发疲劳的根源之处探究改善疲劳现状的关键点，从而提出针对性的改进策略，科学缓解生产系统中的作业疲劳。应用区间层次分析法确定权重，充分考虑各专家对重要程度打分结果的差异性，有利于提高准确度。引发作业疲劳的因素众多，且受主观因素和不确定性因素影响较大，因此应用模糊综合评价方法，是对作业疲劳评价方法的创新，也是对生产系统基础管理改善途径的探索。

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