企业人力资源优化配置方法研究

多装配线生产车间人力资源优化配置方法研究1

刘从虎，尹超，鄢萍，蒲骥

重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆（400044）

摘 要：针对多任务驱动下多装配线生产车间人力资源优化配置和管理的需求，提出了一种能实现全局优化匹配的多装配线生产车间人力资源优化配置方法，并对车间员工实时技能矩阵、生产工位实时技能需求矩阵和车间人力资源配置矩阵模型的建立，以及根据关键工位、工位适宜人员紧缺程度等约束条件对该模型进行优化求解等关键环节进行了研究。该方法已成功应用于重庆市一车用空调制造企业，取得了良好应用效果。 关键字：装配车间；生产任务；人力资源；优化配置

中图分类号：C931;TP391; 文献标识码：A

1. 引言

人力资源逐渐成为企业发展的“第一资源”。如何对企业的人力资源进行有效的配置从而促进企业更高效的运行，己成为企业关注的重要问题之一[1]。对于企业装配车间来说，为了适应客户日益个性化和多样化的需求，装配线数量逐渐增多，多生产任务驱动下人员、工位和设备调整也更为频繁。这些特点要求装配车间人力资源优化配置应具有更高的有效性、灵活性和柔性[2-3]。

目前大多数企业生产车间人力资源的配置主要依靠车间班组长等底层管理人员凭经验完成。由于车间底层管理人员不能完全清楚各生产任务对员工技能的需求，也难以把握生产员工的实时技能，常出现操作工人与岗位不匹配的情况，进而影响了企业的生产效率和产品质量。因此，企业装配车间迫切需要对车间人力资源进行合理、高效的配置，以提高组织效率和生产能力。

企业人力资源配置的现有研究主要集中在针对企业的中上层管理人员方面，例如华中科技大学胡斌博士等综合集成多种定性模拟、数学方法和博弈论纳什均衡的思想，设计了企业关键岗位管理人员甄选定性模拟方法[4]； 西安交通大学汪应洛、谢奇志等对虚拟人力资源的成本进行了分析，探讨了公司治理环境对配置虚拟人力资源的交易费用的影响，进而对企业采用虚拟人力资源管理方式进行了研究[5]，等等。但针对车间人力资源优化配置方面的研究还较少。武汉理工大学罗荣桂教授提出了一种利用员工技能矩阵来描述作业车间中人力资源的柔性，并通过仿真证明了柔性人力资源能够显著提高作业车间系统绩效[6]，为车间人力资源的柔性配置提供了一种解决思路。本论文借鉴以上研究成果，针对多生产任务驱动下的多装配线车间对人力资源优化配置的特点和需求，提出和研究了一种基于车间员工实时技能矩阵和车间工位实时技能需求矩阵的面向多任务的多装配线生产车间人力资源优化配置方法，并将其应用到一具体企业，验证了其可行性和有效性。

2. 面向多任务的多装配线生产车间人力资源配置方法

面向多任务的多装配线生产车间人力资源优化配置方法主要实现从多生产任务下达到生产任务完成整个生产过程的人力资源全局优化匹配，其运行流程如图1所示：

1

本课题得到国家863计划资助项目（2007AA040701）和国家科技支撑计划资助项目（2006BAF01A27）的资助。

图1 面向多任务的多装配线生产车间人力资源优化配置运行流程图

本方法首先需建立一个能描述员工在各具体生产工位操作能力的车间员工实时技能矩阵，该矩阵能根据员工的技能培训和实际完成的生产任务情况等进行动态更新；其次，在生产任务下达时，需建立一个能描述所有任务生产工位最低技能需求的工位实时技能需求矩阵；然后，将以上两个矩阵作求差运算，便可得到一个当前生产任务条件下的车间人力资源配置矩阵模型；最后，再根据关键工位、工位适宜人员紧缺程度等约束条件对以上模型进行优化求解，便可得到当前生产任务条件下整个车间较优化的人力资源配置方案。其主要步骤如下：

（1）车间员工实时技能矩阵的建立

用车间员工实时技能矩阵（Skill Matrix，简称SM）表示工人在对应工位的操作能力。SM建立的方法为：

①．定义车间所有操作工人集为W={1,2,...,i,...w}，车间全部工位集为

M={1,2,...,j,...,l,...w}；

②．工人i具备操作工位j的能力为aij，aij∈[0,1]； ③．生产员工实时技能矩阵SM表示为：

⎡a11a12a13a14......a1w⎤

⎢a21a22a23a24......a2w⎥

⎥SM=⎢

⎢......⎥ （1） ⎢⎥⎣am1am2am1am4......amw⎦

（2）生产工位实时技能需求矩阵的建立

用生产工位实时技能需求矩阵表示各生产任务对各个工位技能的最低需求，其建立的方法为：

①．定义车间装配线集为X={1,2,...,k,...,x}； ②．用工位组成来定义车间第k条装配线为

Xk={Mj,...,Ml}，k∈[l,x]，j,l∈[l,m]；l≥j；

③．将生产任务分解到车间各装配线，再将生产任务下发到确定的生产工位，将有生产任务的各装配线工位组合为M={M1,M2,...Mj,...Mm}。根据实际生产任务的要求（即每个生产工位Mj都有对应的最低员工技能需求gj），可构建出多装配线各工位实时需求的最低工人技能矩阵：

G=[g1

g2

g3......gm]T，gi∈[0,1] （2）

（3）车间人力资源配置矩阵模型的建立

将以上两个矩阵作求差运算，得到一个当前生产任务条件下的车间人力资源配置矩阵模型。

①．定义多生产任务下达到的生产车间装配线数量为x，工人数为w； ②．定义x条装配线总工位数为m； ③．令hij

=aij−gi，hij∈[−1,1]；

hij表示生产员工i的实时技能与工位j需求的最低工人技能之差。由hij组成的车间人

力资源配置矩阵H为：

⎡h11h12h13h14......h1w⎤

⎢h21h22h23h24......h2w⎥

⎥H=⎢

⎢......⎥ （3） ⎢⎥⎣hm1hm2hm3hm4......hmw⎦

（4）车间人力资源配置矩阵模型的优化运算

人力资源的配置模型在优化运算过程中，不仅要考虑匹配结果的优化性，还要注重其实用性和可行性。因此本方法考虑了生产中的实际情况，增加了一些生产约束条件。具体如下：

①．装配线中的工位顺序和数量一定，工人数量满足工位需求；

m≤w （4）

②．每个工人同时只能操作一个工位，一个工位同时只能被一个人操作（如果其中某个工位需要多个工人操作，则分散为多个工位；如果其中多个工位需要一个工人操作，则合并为一个工位）；

表现资源约束为：∀wi≠wj，i

tm,w,s+tm,w≤tm,wj,s （5）

式中p(w)表示工位w上的操作工人；

tm,w,s表示操作工人m在工位w上的开始操作时间；

tm,w表示操作工人m在工位w上的操作时间。

③．设员工培训后默认技能值为a0，岗位需求默认技能值为g0，关键工位默认技能值为g∗（其中a0、g0和g1的大小可根据企业的具体情况设定，例如可设：a0=0.4，g0=0.5，

g∗=0.6）；

④．车间人力资源配置矩阵中的数值代表某一员工对应于某一工位的工作适宜程度，数值越大表明该工人越适宜该工位，其中0表示基本适宜；

⑤．车间人力资源配置矩阵中各列大于等于0的数值个数表示工位适宜人员的紧缺程度，个数越少代表能够胜任该工位工作的人员越少；

⑥．如果有某个生产任务对某些工位技能有特殊需求时，需要将工位技能实时需求矩阵予以及时更新。

基于以上生产约束条件，车间人力资源配置矩阵模型优化求解过程描述如下： 首先确定关键工位Mx，…My，并将其在车间人力资源配置矩阵H中对应的值组成关键工位人力资源配置矩阵H1。

⎡h1x......h1y⎤

⎢h2x......h2y⎥

⎥H1=⎢

⎢......⎥ （6） ⎢⎥hmx......hmy⎣⎦

令S为任一矩阵不同行不同列所有数值的和，MaxS为其中和的最大值。

+h2q+...+hmr,p≠q...≠r} （7） MaxS=Max{h1p

求出H1中的MaxS1的数值组合，该数值组合对应的就是关键工位要求的最合适操作人 员。去掉已经确定的关键工位及其对应的操作人员，组成新的人力资源配置矩阵H(w−x)(m−y)：

H(w−x)(m−y)

⎡h11h12h13h14......h1(w−y)⎤⎢h21h22h23h24......h2(w−y)⎥

⎥=⎢

⎢......⎥ （8） ⎢⎥h(m−x)1h(m−x)2......h(m−x)(w−y)⎣⎦

然后根据新矩阵H(w−x)(m−y)中各行大于等于0的数值个数，按照由少到多的顺序排列，将数值个数最少的行组成矩阵H2，在H2中求出的MaxS2对应数值组合，就是矩阵

H(w−x)(m−y)中人员最紧缺工位的最合适操作人员配置。

去掉已经求出的MaxS2数值组合对应的操作工人和工位，再组成新的车间人力资源配置矩阵并排序，取出大于等于0的数值个数最少行组成的矩阵H3，再求出H3中MaxS3的对应数值组合。

以此类推，逐步确定各工位适宜的操作人员，求解出：

MaxS=MaxS1+MaxS2+……+MaxSn （9）

公式9确定的MAXS对应的数值组合，就是当前所有生产任务下各装配线各生产工位

的最合适人员配置方案。

（5）管理修正和人力资源配置方案输出

在车间人力资源配置矩阵模型优化运算后，车间管理人员可以根据实际生产需求对求解

出的车间人力资源配置方案进行适当调整，使得人力资源配置更符合车间的生产实际。确定后的各个生产任务人力资源配置方案，可以通过浏览器、制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）终端、看板、手机等多种方式提供给相关工作人员。

（6）车间员工实时技能矩阵SM的实时更新

车间员工实时技能矩阵SM需要根据实际生产情况进行更新。例如员工wi在工位mj连续生产1个月过程中，生产任务完成良好，质量符合要求，无异常生产事故发生，则对应的员工技能矩阵中的aij值增加0.1，若没有符合公司相关规定，则aij值减去0.1。实时更新后的车间员工实时技能矩阵，能够有效掌控车间生产员工技能状况，进而动态优化后续各生产任务的人力资源配置。

3. 应用案例

本文的研究成果已在重庆南方英特空调有限公司得到成功应用。该企业主要从事车用空调系统、车用发动机冷却系统等系列产品的设计、开发、制造和销售；主要加工冷凝器核心关键件，外购其它部件进行组装生产。其装配车间共有9条装配线，装配生产包括长安、福特、马自达、沃尔沃和铃木等主机厂的40余种不同规格型号的车用空调产品。随着企业市场定单变换越来越快，在传统手工管理的车间人力资源配置模式下，车间操作人员和工位经常出现不匹配现象，从而影响了企业的生产效率和产品质量，以及企业应对市场变化快速响应能力。

经调研分析，在企业实际生产中，各装配线的部分重点工位人力资源配置是影响其生产效率和产品质量的关键所在。为此，企业运用本论文提出的方法实现了装配车间各装配线的重点工位人力资源优化配置，有效提高了企业装配车间的组织管理能力和生产效率。下面以该企业某天的三个生产任务（TC蒸发器、PTC-1和PC-2）在前置蒸发器总成、PTC总成和水室总成三条装配线上重点工位人力资源的配置为例对本方法的应用进行说明。

（1）建立车间员工实时技能矩阵

生产员工在前置蒸发器总成、PTC总成和水室总成三条装配线的重点工位操作技能如表1所示：

表1 生产员工在三条装配线的重点工位操作技能表

装配线 重点工位 装边框

秦小东

王家玲

袁小平

刘福勇

刘静胡然王莉 陈华

曹志娟

前置蒸发器总成

装流入管 装干燥瓶 装风扇 总成装配 打扭力总成 水室扣合 装水箱

PTC总成 水室总成

由上表可得，车间工位实时技能需求矩阵SM为：

000.500⎤⎡0.500.81

⎢0.60.500.80⎥0000⎢⎥⎢00.70.60.400000⎥⎢⎥0010.700.200.60.3⎥ SM=⎢⎢000000.90.500.4⎥⎢⎥000000.6100⎢⎥⎢00000.5000.90.6⎥⎢⎥000000.500.70.8⎢⎥⎣⎦

（2）建立车间工位实时技能需求矩阵

三个生产任务（TC蒸发器、PTC-1和PTC-2）对装配线重点工位技能的需求如表2所示：

表2 各生产任务对装配线重点工位技能的需求表

装配线 生产任务重点工位 装边框 （关键工位）

工位技能需求 0.6 0.5 0.5 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5

前置蒸发

TC蒸发器

装流入管 装干燥瓶 装风扇 （关键工位）

总成装配 打扭力总成 水室扣合 水箱检漏

PTC总成 水室总成

PTC-1 PTC-2

由上表可得，车间工位实时技能需求矩阵为：

T

G=⎢⎣0.60.50.50.60.50.50.50.5⎥⎦

（3）构建车间人力资源配置矩阵

根据以上构建的车间员工实时技能矩阵和车间工位实时技能需求矩阵，由公式（2）可得以上三个生产任务的人力资源配置矩阵H98如下：

⎡−0.1⎢0.1⎢⎢−0.5⎢−0.6H98=⎢

⎢−0.5⎢⎢−0.5⎢−0.5⎢⎢⎣−0.5

−0.600.2−0.6

0.2−0.50.10.4

0.40.3−0.10.1

−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5

−0.5−0.5−0.5

−0.6−0.6−0.1−0.6−0.6⎤−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5⎥⎥−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5⎥

⎥

−0.6−0.4−0.60−0.3⎥−0.50.40−0.5−0.1⎥

⎥

−0.50.1−0.50.5−0.5⎥

00.1⎥−0.5−0.50.4

⎥

00.3⎥−0.5−0.50.2⎦

（4）车间生产约束条件管理

①.工序“装边框”、“装风扇”为关键工序，g∗=0.6；

②.各工位需求技能差必须大于等于-0.1。 （5）模型优化运算

首先优化关键工序 “装边框”和“装风扇”的人力资源配置，从由车间人力资源配置矩阵

H98，将关键工序对应的两行组成矩阵H1：

⎡−0.1−0.60.20.4−0.6−0.6−0.1−0.6−0.6⎤H1=⎢⎥

0.60.60.40.10.60.40.600.3−−−−−−⎣⎦

由H1可知：MaxS1=0.4+0.4=0.8；

然后去掉关键工序后的车间人力资源配置矩阵H76为：

⎡0.1⎢−0.5⎢⎢−0.5H76=⎢

⎢−0.5⎢−0.5⎢⎣−0.5

00.2−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.50.40−0.50.10.5−0.5−0.50−0.50−0.5−0.5

−0.5−0.5−0.50.40.2

−0.5⎤−0.5⎥⎥−0.5⎥

⎥ −0.5⎥0.1⎥

⎥0.3⎦

由上面矩阵H76可知，矩阵各行（Ranks）大于等于0的个数（即人员紧缺程度）如下：

R1* R2* R3* R4* R5* R6*

由上表可知，第二行大于等于0的数值个数为最少（1个），矩阵H2为：

H2=[−0.50.2−0.5−0.5−0.5−0.5]

MaxS2=0.2；

去掉第二行后，剩下的组成新的人力资源配置矩阵H65为：

⎡0.1

⎢−0.5⎢H65=⎢−0.5

⎢⎢−0.5⎢⎣−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5−0.5⎤

−0.50.40−0.5−0.5⎥⎥−0.50.10.5−0.5−0.5⎥

⎥

−0.50−0.50.40.1⎥−0.50−0.50.20.3⎥⎦

矩阵H65各行大于等于0的个数如下表：

R1* R2* R3* R4* R5*

同理可得：

H3=[0.1−0.5−0.5−0.5−0.5]

MaxS3=0.1；

剩下的数列再组成新的人力资源配置矩阵H54为：

−0.5−0.5⎤0⎡−0.50.4

⎢−0.50.10.5−0.5−0.5⎥

⎥ H54=⎢

⎢−0.50−0.50.40.1⎥⎢⎥⎣−0.50−0.50.20.3⎦

再确定矩阵H54各行大于等于0的个数如下表：

R1* R2 R3* R4*

由第一行和第二行组成H4可得：

⎡−0.50.40−0.5−0.5⎤H4=⎢ ⎥

⎣−0.50.10.5−0.5−0.5⎦

MaxS4=0.4+0.5；

依次类推，剩下的两行再组成矩阵H32，求出MaxS5=0.4+0.3；

最后，通过以上运算，三个生产任务（TC蒸发器、PTC-1和PTC-2）驱动下车间三条装配线的重点工位人力资源配置矩阵H98的MaxS具体表述为：

MaxS=MaxS1+MaxS2+MaxS3+MaxS4+MaxS5=0.4+0.4+0.1+0.2+0.4+0.5+0.4+0.3=

2.7。

（6）人力资源配置输出

完成车间人力资源配置矩阵优化运算后，根据MaxS的数值组合，确定三个生产任务三条装配线重点工位人力资源优化具体配置方案如表3所示：

表3 人力资源具体优化配置表

装配线 生产任务TC蒸发器

重点工位 装边框 装流入管 装干燥瓶 装风扇 总成装配 打扭力总成 水室扣合 水箱检漏

人员配置 刘福勇 秦小东 王家玲 袁小平 胡然 王莉 陈华 曹志娟

前置蒸发

PTC总成 水室总成

PTC-1 PTC-2

4. 结论

针对多任务驱动下多装配线生产车间人力资源优化配置和管理的需求，提出了一种能实现从车间多生产任务下达到生产任务完成整个车间生产过程的人力资源全局优化匹配的人力资源配置方法。该方法首先建立一个能描述员工在各具体生产工位操作能力的车间员工实时技能矩阵；再在生产任务下达时建立一个能描述所有任务生产工位最低技能需求的工位实时技能需求矩阵；然后将以上两个矩阵作求差得到一个当前生产任务条件下的车间人力资源配置矩阵模型；最后根据关键工位、工位适宜人员紧缺程度等约束条件对以上模型进行优化求解，便可得到当前生产任务条件下整个车间较优化的人力资源配置方案。该方法可以辅助生产管理人员为生产工位分配恰当的生产员工，减少生产员工和生产工位的不匹配现象的发生，进而提高企业车间生产组织能力和生产管理水平。

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Optimal Allocation Method for Human Resource in

Multi-assembly Line Shop

Liu Conghu, Yin Chao, Yan Ping, Pu Ji

The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing,

China (400044)

Abstract

To meet the demands of human resource allocation and management in multi-assembly line shop driven by multi- production tasks, a kind of global optimal allocation method for human resource in multi-assembly line shop was proposed. Then some key technologies were studied, such as the establishment of the real-time skill matrix of employees, the real-time demanding skill matrix of work stations, and the human resource allocation matrix model, the optimized solution of the model according to the constraints of the key work stations and the lacking degree of proper personnel, etc. This method was successfully applied in an automotive air-conditioning manufacturer in Chongqing, and good results were obtained.

Keywords: assembly shop；production task.；human resource；optimal allocation

作者简介：尹超(1974—)，男，四川资中人，重庆大学副教授、博士，主要从事制造系统工程、网络化制造的教学和研究工作。