基于人体工程学风险测定的生产线员工岗位轮转研究

唐　娟，龚本刚，费志敏

基于人体工程学风险测定的生产线员工岗位轮转研究

唐娟，龚本刚，费志敏

（安徽工程大学管理工程学院，安徽芜湖241000）

在生产线上实行员工岗位轮转是预防职业疾病和损伤的一种重要手段．针对生产线员工岗位轮转问题，采用在欧洲自动化工业中广泛使用的人体工程学风险测定方法EWAS，模糊测定相应岗位的人体工程学风险值；其次，以生产线所有员工最大风险值中的最小值为目标函数，构建了岗位轮转调度模型和求解方法，并运用启发式算法对模型求解进行优化，最终得出岗位轮转的最佳方案．

岗位轮转；汽车生产线；人体工程学风险；EWAS

岗位轮转是在保证组织工作正常开展的情况下，让员工从一个岗位流动到另外一个岗位上工作，以改进人力资源管理的活动［1-2］．岗位轮转是一个组织策略，有益于组织内管理工作的展开和生产线员工的工作，在生产制造系统中得到越来越广泛地应用．岗位轮转可避免因在某岗位上工作时间过长而出现个人资源垄断对企业发展造成的潜在风险；同时，工业装配线高灵活性的特点也要求每个操作者能够胜任任何一个岗位，即员工不能只满足于掌握单项专长，必须是多面手、全能复合人才［3］；通过岗位轮转可以提高员工的全面操作能力、激活组织活力、促进人力资源的优化配置、提升企业业绩．

岗位轮转对生产线操作工也尤为重要．长期工作在同一岗位，易使得操作工面临较大的人体工程学风险．人体工程学风险是指不合理的工作环境、工作方式、工具和物料，使得作业者身体和心理出现不好结果（如压力、烦躁、职业疾病和损伤等）的可能性．在生产线上，较高的人体工程学风险不仅会伤害操作工的身体、降低其生活质量，还会使得其工作效率低下，不合格产品数量增加，进而损害企业和消费者的利益，因此，应尽可能降低操作工所面临的人体工程学风险．人体工程学风险不仅取决于工作岗位的设计和条件，还受到工作内容、特定任务的重复性和工作姿态的影响［1，4］，而岗位轮转可以通过不断调整工作内容和工作姿态，减少工作重复次数，有效地减小或避免可能产生的风险，使得一线员工处于健康的工作状态［5］．

国外企业实践岗位轮转起步较早，国内也逐渐意识到岗位轮转带来的改变．马勇［6］从岗位轮换目的出发，结合管理实践，将岗位轮换分为培训新人、晋升提拔、认识风险防范和工作丰富化4种类型．杨从杰［7］针对岗位轮换中出现的问题，引入工作岗位分享制，并分析了具体的实施模式与步骤．Viteles［8］通过工作设计研究提出了岗位轮换制度，即在不改变工作流程和工作岗位职责的情况下，让员工在性质类似、要求相近的不同岗位间相互轮换，以减少员工长期从事单一工作的厌烦与不满，抑制由工作专业化衍生出来的工作劳损率、疲倦感的上升和工作动力及生产效率的下降．Costa和Miralles［9］具体将岗位轮转计划集成于装配线平衡问题．Keir［10］通过大量的实验证明岗位轮转可以减少员工面临的风险，且提出目前观察到的岗位轮转效果取决于工作所涉及的肌肉群．

现有研究以岗位轮转方法为主，但却未从降低人机工程学风险的角度研究岗位轮转方法，且缺乏对生产线操作工岗位轮转的深入研究．运用欧洲议会工作表方法（European Assembly Worksheet，EWAS）测定岗位的人体工程学风险，在体现生产线岗位轮转安排计划的基础上，构建了基于人体工程学风险的岗位轮转调度模型，并运用启发式算法求解模型以得出最佳方案．

1　人体工程学风险测定方法

在欧洲，测量工作场所的人体工程学风险对于制造企业来说不仅是一种常规工作，也是法律要求．EAWS［9，11］是一种非常广泛的评估人体工程学风险的方法，该方法假设在一次转变中，同样的工人从事另一个工种的条件下该岗位的工效学分值．作为欧洲广泛应用的方法，EWAS是大众和菲亚特等汽车制造商以人体工程学为工具产生的一种有效的风险测定方法，且与其他制造业评估方法有相似的结构．EAWS的测量结果有两个总风险值：整个身体的风险点和上肢的风险点．风险点越高，操作者患上肌肉群疾病的风险也越高．EWAS方法建议使用3个风险区域来解释：0～25为低风险绿色区域；26～50为可行黄色区域；高于50则为高风险红色区域．整个身体风险点（RP）由4个部分组成：RP=PI+MM HI+FI+EP．式中，PI表示姿势指数、特殊姿势的风险点的总和；MM HI表示人工物料搬运指数；FI表示动作力量指数；EP表示其他未考虑的风险点．

2　基于人体工程学风险的岗位轮转模型

岗位轮转方案为：生产线上的员工依据岗位设置以合适的时间间隔依次轮转，测定出员工在每个岗位可能面临的人体工程学风险值，综合某个工人在3次轮转中面临的人体工程学风险值所在的范围判定此时的岗位安排是否合适．同时，适宜的岗位轮转方案应使3次轮转中每个工人的综合人体工程学风险值在可行域内且较为平均．要得到可行且均衡的方案，需要不断调整每个工人所在的岗位，使得每个工人最终都处于身心最佳状态，减少员工患上各种生理、心理疾病的可能．如何在短时间内找出综合风险值最小、且使所有员工人体工程学风险均衡的轮转方案是所要讨论的问题．

假设J（aj∈J，j=1，…，n）为工作岗位集合，aπt（i）表示在第t阶段工人i从事的工作岗位，t=1，…，T．在阶段t的人体工程学风险值εjt=et（aπt（i）），则工人在岗所能面临的最大风险值

模型中，岗位轮转调度计划用二元决策变量xijt来表示．当xijt=1时，表示第t阶段工人i被分配到岗位j；当xijt=0时，则表示工人i没有被分到岗位j．约束条件式（1）、式（2）保证在每个轮转阶段t内，每个工人都只会被分配到一个岗位上．约束条件式（3）表示每个工人面临最高人体工程学风险应低于目标E．生产线的总人体工程学风险是确定的，因此，只有当其他工人面临的风险增加时，目标函数值才会变小，即目标函数可平衡在轮转计划中所有工人的人体工程学风险．

3　基于案例的模型求解及分析

对芜湖奇瑞汽车生产线安装尾灯和天窗的工作岗位轮转情况进行跟踪分析，采用EWAS方法对员工的实际人体工程学风险进行测定，构建岗位轮转调度模型并求解，以获得最佳岗位轮转方案．

3．1现有岗位安排方式及人体工程学风险测定

汽车生产线上有3个岗位可安排轮岗，分别为a1、a2、a3，将8小时的工作时间分为3个区间，在每个时间区间内，每个工人被安排从事一项工作，具体如表1所示．同时根据EWAS方法，测得各岗位的人体工程学风险及每次岗位轮转的总风险值如表2～表5所示．

表1　岗位安排（方案S0）

表2　岗位a1的人体工程学风险值

表3　岗位a2的人体工程学风险值

表4　岗位a3的人体工程学风险值

表5　3个岗位的总人体工程学风险值

表6　现有岗位安排（方案S0）的人体工程学风险

3．2启发式解决方案程序

基于人体工程学的岗位轮转调度问题复杂，而启发式算法则可以很好地求解此类复杂的调度问题［12］．启发式算法解决问题分为两个部分，即改进算法和平滑启发式，改进算法是平滑启发式的前提，其得到的方案作为平滑启发式的初始解．在改进算法的基础上对轮转方案进一步优化，直至达到最优解．

（1）改进算法．假设每个工人依据岗位依次轮转，即可得到最简单的轮转方案：如果某个工人在上个阶段内从事最高人体工程学风险的岗位，那么在接下来的期间内该工人就会被分配到人体工程学风险值最低的岗位．同时，如果在8h内岗位a1测得的人体工程学风险值为16，那么在第一个轮转阶段的2h内岗位a1的EP值为2．具体形式如下：

在阶段1中，可以任意分配工人的工作，例如工人i分配到岗位i，即πt（i）=i，根据以上原则再次分配工人到各岗位．

本例中，在阶段1时，将工人1分配到岗位1，工人2分配到岗位2，工人3分配到岗位3；在阶段2时，将最简单的工作1分配给目前人体工程学风险值最高的工人3，工作3分配给工人2，工作2则分配给工人1．目前的EP值分别为20、36、28，因此，在阶段3时，工作1分配给工人2，工作2分配给工人1，工作3则分配给工人3．工人的分配安排可表示为｛a1，a2，a3｝，｛a2，a3，a1｝，｛a3，a1，a3｝，相应的人体工程学风险总值为40、40和53，初始优化方案如表7所示．由表7可知，工人在岗所面临的最大风险值为E=53，因此，轮转方案S1明显优于初始安排．

（2）平滑启发式．在改进算法中得到了初始可行解，将初始可行解作为当前解，循环运用改进算法中平衡风险的方法以寻求改进．如果目标函数值变小，则当前的轮转方案记为新的当前解．重复以上步骤直至满足停止的条件，最后的当前方案则为最佳方案，停止的条件为：①如果在改进操作时轮转方案没有任何的改变，则终止程序，因为接下来的优化改进也不会改变结果；②为了避免发生重复循环，设定在目标函数值没有改变时最多进行连续10次的改进步骤．

在本例中，初始解即为在第一个程序中得到的方案S1．在不考虑阶段1的情况下，工人所面临的人体工程学风险总值分别为35、24、33．采用第一步中平衡的方法在阶段1分配工作，将工作1分配给工人1，工作2分配给工人3，工作3分配给工人2，这样即可得到新的轮转方案S2，具体工作分配为｛a1，a2，a2｝，｛a3，a3，a1｝，｛a2，a1，a3｝，其优化方案如表8所示．由表8可知，此时的最大风险值E=49，因此，轮转方案S2可行且优于方案S1．

表7　初始优化方案

表8　优化方案

4　结论

以安装汽车尾灯和天窗的生产线为对象，详细分析了汽车生产线员工在各自岗位上不断重复操作时可能面临的人体工程学风险．利用EWAS对人体工程风险进行测定；依据所有员工人体工程学风险最大值最小的目标，构建了员工岗位轮转调度模型，并采用平滑启发式算法优化了员工的人体工程学风险最大值，以解决不同阶段员工与岗位的组合优化问题．研究表明，岗位轮转可以作为一种有效的工具来降低操作工的人体工程学风险，减缓员工的职业损失；岗位轮转问题的求解难度随员工数量的增多而大幅增加，启发式算法能够有效解决该问题．

［1］肖鸣政，萧志颖．当前管理人员岗位轮换的问题与改进［J］．中国行政管理，2009（4）：16-20．

［2］魏争光．以岗位轮换的方式培养具有多种能力的图书馆员［J］．农业图书情报学刊，2005（1）：89-91．

［3］张军，王佳佳．如何成功实施岗位轮换［J］．中国人力资源开发，2010（8）：42-44．

［4］A Otto，A Scholl．Reducing Ergonomic Risks by Job Rotation Scheduling［J］．OR Spectrum，2013，35（3）：711-733．

［5］高小洁．岗位轮转的“人挪活效应”［J］．企业改革与管理，2005（9）：56-57．

［6］马勇．岗位轮换的分类与成功实施——基于目的的岗位轮换管理技术［J］．中国人力资源开发，2006（4）：85-88．

［7］杨从杰，刘冲．工作岗位分享制在岗位轮换中的应用［J］．中国人力资源开发，2012（8）：40-44．

［8］A T Hsieh，H Y Chao．A Reassessment of the Relationship Between Job Specialization，Job Rotation and Job Burnout：Example of Taiwan＇s High-technology Industry［J］．The International Journal of Human Resource Management，2004，15（6）：1 108-1 123．

［9］A M Costa，C Miralles．Job Rotation in Assembly Lines Employing Disabled Workers［J］．International Journal of Production Economics，2009，120（2）：625-632．

［10］P J Keir，K Sanei，M W R Holmes．Task Rotation Effects on Upper Extremity and Back Muscle Activity［J］．Applied Ergonomics，2011，42（6）：814-819．

［11］K Schaub，G Caragnano，B Britzke，et al．The European Assembly Worksheet［J］．Theoretical Issues in Ergonomics Science，2013，14（6）：616-639．

［12］A Otto，A Scholl．Incorporating Ergonomic Risks into Assembly Line Balancing［J］．European Journal of Operational Research，2011，212（2）：277-286．

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

TANG Juan，GONG Ben-gang，FEI 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

国家自然科学基金资助项目（71171002）

唐娟（1985-），女，安徽合肥人，讲师，硕士．