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基于动态结果影响的轨道维修工评价方法
郏东耀, 邹胜雄    
北京交通大学 先进控制系统研究所, 北京 100044
摘要:由于轨道维修工的工作特点具有实时性和连续性,目前国内外文献对于人员素质评价指标过于单一,提出了基于多因素动 态影响的轨道维修工评价方法,该方法在双激励控制线方法基础上引入各评价指标的权重,并确定正、负方向改进点和改 进量,进而对轨道维修工各时刻的评价值进行动态改进, 该方法克服了评价过程中指标权值一成不变的缺点, 解决了评价过程中定性指标难以精确度量和描述的问题.实验结果表明, 该方法对轨道维修工的评价精度达到90%以上, 相比于其他方法有效提高了检测精度,实现维修人员的科学管理.
关键词双激励控制线     动态影响     评价值改进    
Railway maintainer evaluation method based on the dynamic result data
JIA Dong-yao, ZOU Sheng-xiong     
Advanced Control Systems Laboratory, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
Abstract:Because the railway maintainer's work has the characteristics of real-time and continuity and the personnel evaluation at home and abroad with a single evaluation index, this paper proposes the evaluation method based on multi-factor dynamic effects, the weight of index based on the double inspiriting control line is introduced, and the improved point and value of the positive and negative direction are identified, finally the dynamic improvements of the evaluation values at each time are completed, this method overcomes the shortcomings of invariableness of the evaluation indexes weights, and solving the problem that the qualitative indicators in the evaluation process are difficult to accurately measure and describe. The experimental results show that, the evaluation accuracy of the method for railway maintainer is more than 90%, this method effectively improves the detection accuracy compared to other methods and manages railway maintainer scientifically.
Key words: double inspiriting control lines     dynamic effect     evaluation value improvements    

0 引言

人员素质的评价方法及评价系统的研究是一个具有理论和实践意义的课题,对企业的人力资源开发与管理具有根本的指导意义[1, 2]. Karsak提出模糊多准则决策(MCDM)的框架对人员个体胜任力进行分析[3],应用三角模糊函数评价人员素质, 但是只能对人员在某一个时间点进行评价, 无法对其在一段连续时间内进行跟踪评价; Azadeh等运用层次分析法, 将评价管理指标质的形式转化为定量的形式[4], 对人员排名和效率的进行评估,并优化数据包络得出了各指标的权重, 但是由于层次分析法指标过多时数据统计量大,且权重难以确定; 李存斌等通过行为事件访谈、问卷调查等方法[5],构建了维修工能力素质模型, 在此基础上建立了两级能力评价模型,形成了两级评价办法, 但是由于人的行为受环境影响的不确定性,评价体系的准确性比较低.

本文利用动态评价方法对轨道维修工在连续时刻内的维修情况进行评价, 首先结合轨道维修工的实际,引入相关因素变化量$\Delta $来确定各评价指标的权重,不同维修时期相关因素的变化量不同, 避免了传统评价中指标权值一成不变的不足.其次, 研究基于评价结果变化影响的评价值改进,利用双激励控制线方法, 分别确定正、负方向改进点和改进量,最后, 引入正负改进因子对轨道维修工各时刻的评价值进行动态改进, 体现了动态评价的特点,提高了评价精度. 1 基于动态影响的评价过程

图 1所示,动态评价步骤可以分为以下四个步骤:

1.对原始数据进行预处理.包括评价指标的一致化处理和无量纲化处理[6].

图 1 动态评价步骤

2.确定$\!t_k\!$时刻被评轨道维修工各动态评价指标的权重$\!w_i$, 利用线性综合评价方法得到动态评价值$y_i(t_k)$.

3.引入一种基于动态评价结果的改进方法,对 $t_k$时刻轨道维修工各动态评价值 $y_i(t_k)$ 进行改进,得到改 进后的动态评价值矩阵.

4.根据改进的动态矩阵,并对其改进后的评价值进行集合, 得到一段时期的总的动态评价结果.

在实际评价过程中, 动态权重系数[7, 8]的确定以及动态评价矩阵对维修工评价结果影响较大, 因此本文主要分析权重系数以及改进矩阵的确立. 2 动态评价权重系数的确定

对于同一个轨道维修工的职业技能进行评价, 随着时间的持续发展与数据的不断积累, 会产生大量的按时间顺序排列的平面数据表序列, 称为``时序立体数据表''[9, 10]. 设有$n$个被评轨道维修工, $m$个评价指标的时序立体数据表,其中, $c_{ij}(t_k)$为第$i$个被评轨道维修工在第$t_k(k=1,2,\cdots,T)$时刻关于指标$c_j$ 的观测值,一般可表示为:

\begin{equation} y_i(t_k)=f(c_{i1},c_{i2},\cdots,c_{im})=\sum_{i=1}^m w_ic_{ij}\quad (k=1,2,\cdots,T;m=1,2,\cdots,M) \end{equation}(1)
式(1)中,$c_{ij}$ 为第$i$个被评轨道维修工对应于第$j$个评价指标的值, 称$y_i$为动态评价值.

在轨道维修工日常维修任务中, 主要考虑维修任务的等级、维修成本和维修效果三个因素, 动态评价的四个指标与三个因素对应关系如图 2所示.

图 2 动态评价指标与各因素关系图

维修成本主要考察轨道维修工维修中的费用、耗材等使用情况.本文将维修成本使用的评价分为两种情况, 第一种就是维修资金相对充足条件下对维修工维修费用使用的考核; 第二种情况是维修资金比较紧张情况下的费用使用情况考核.第二种情况属于特殊情况, 在动态评价过程中需要加大维修费用比评价指标的权重, 以突出节约成本的重要性.即维修工在正常完成任务的情况下, 成本节约越多则越优秀,越应该在评价结果中体现出来.

维修任务的等级不同对轨道维修工的维修效率要求也不同.本文将维修任务分成三个等级, 即$A$级、$B$级、$C$级, 严重等级依次降低.将动态评价中维修费用比、维修效率、维修合格率、维修稳定性四个评价指标的权 重分别定为$\mu_1$,$\mu_2$,$\mu_3$,$\mu_4$,

\begin{equation} \mu_1+\mu_2+\mu_3+\mu_4=1 \end{equation}(2)
$\mu_1$表示在维修成本资金相对充足情况下的维修费用比的权重值, 属于第一种情况,$\mu_2$ 表示维修任务属于日常的维修任务, 对应于$C$级任务,$\mu_3$,$\mu_4$ 表示维修合格率和维修稳定性的权重值,令$\mu_a$,$\mu_b$,$\mu_c$ 为考虑维修任务的成本、维修任务的等级和维修效果的权重三个因素的改进权重, 其中$\mu_c=\mu_3+\mu_4$, 表示维修效果统一考虑维修合格率和维修稳定性. 我们给出基于各评价因素不同情况下的权重,如表 1所示.
表 1 不同情况权重确定表

表 1中,第一、二纵列表示,维修任务处于$A$、$B$、$C$三个等级时, 维修费用比指标的权重值$\mu_a$; 第三、四纵列表示维修资金处于第一、二种情况时, 维修效率指标的权重值$\mu_b$; 第五纵列表示维修合格率和维修稳定性的权重之和$\mu_c$,随着$\mu_a$、$\mu_b$的变化而变化, $\mu_a+\mu_b+\mu_c=1$. $\Delta$为因素变化量,对于$\Delta$有:

\begin{equation} \begin{cases} \mu_1+2\Delta+\mu_2+\Delta+\mu_{1c}=1 \\ \mu_1+\Delta+\mu_2+\Delta+\mu_{2c}=1 \end{cases} \end{equation}(3)

得到

\begin{equation} \begin{cases} \mu_{1c}=\mu_3+\mu_4-3\Delta\\ \mu_{2c}=\mu_3+\mu_4-2\Delta \end{cases} \end{equation}(4)
又知各权重$\mu_{ij}>0$,可知$0<\Delta<(\mu_3+\mu_4)/3$, 由于$\mu_c=\mu_3+\mu_4$, 且$\mu_c$随着$\mu_a$、$\mu_b$的变化而变化, 设$\Delta\mu_c$为变化量值,则相应的$\mu_3$,$\mu_4$为:
\begin{equation} \begin{cases} \mu_3'=(\Delta\mu_c/2)+\mu_3\\ \mu_4'=(\Delta\mu_c/2)+\mu_4 \end{cases} \end{equation}(5)
所以各权重系数为$w_1=\mu_1,w_2=\mu_2,w_3=\mu_3',w_4=\mu_4'$.

因此第$i$个轨道维修工$t_k$时刻动态评价值为:

\begin{equation} y_i(t_k)=f(c_{i1},c_{i2},\cdots,c_{im})=\sum_{j=1}^4 w_jc_{ij} \end{equation}(6)
3 基于动态结果的评价方法

对于轨道维修工在$t_k$时刻的动态评价结果, 引入一种基于维修结果的动态评价值改进方法.首先, 分别将轨道维修工各时刻的动态评价值进行比较,引入变量$\delta$ 来表示轨道维修工维修任务完成的优劣情况,令

\begin{equation} \delta_{i+1}=y_{i+1}(t_{i+1})-y_i(t_i) \end{equation}(7)

本文引入轨道维修工维修结果平均最大变化量$\delta^{\max}$、平均最小变化量$\delta^{\min}$ 及平均变化量$\bar{\delta}$,其计算公式为:

\begin{equation} \begin{cases} \delta^{\max}=\max\left(\frac{1}{T-1}(y_i(t_T)-y_i(t_1))\right)\\ \delta^{\min}=\min\left(\frac{1}{T-1}(y_i(t_T)-y_i(t_1))\right)\\ \bar{\delta}=\frac{1}{n(T-1)}\sum_{i=1}^n\sum_{k=1}^{T-1}(y_i(t_{k+1})-y_i(t_k)) \end{cases} \end{equation}(8)

文献[]提出的双激励控制线方法, 引入维修工动态维修结果正向、负向改进量和正负改进点,其计算公式为:

\begin{equation} \begin{cases} \delta^+=y_i^+(t_k)-y_i(t_{k-1})\\ \delta^-=y_i^-(t_k)-y_i(t_{k-1}) \end{cases} \end{equation}(9)
其中,$y_i^+(t_k)$,$y_i^-(t_k)$分别为轨道维修工的正负改进点, 对处于正向改进点以上的部分给予适当``奖励", 处于负向改进点以下的部分给予适当的``惩罚". 其获得的``奖励"或``惩罚"的改进量$v_i^+(t_k)$, $v_i^-(t_k)$可表示为:
\begin{equation} v_i^+(t_k)=\begin{cases} y_i(t_k)-y_i^+(t_k)&y_i(t_k)>y_i^+(t_k)\\ 0&\mbox{other} \end{cases} \end{equation}(10)
\begin{equation} v_i^-(t_k)=\begin{cases} y_i^-(t_k)-y_i(t_k)&y_i^-(t_k)>y_i(t_k)\\ 0&\mbox{other} \end{cases} \end{equation}(11)

设在初始$t_1$时刻不获得任何改进,即有$v_i^+(t_1)=v_i^-(t_1)=0$. $\delta^+,\delta^-$分别为维修工动态维修结果正负改进情况, 其计算公式为:

\begin{equation} \begin{cases} \delta^+=k^+\delta^{\max}+(1-k^+)\bar{\delta}\\ \delta^-=k^-\delta^{\min}+(1-k^-)\bar{\delta} \end{cases} \end{equation}(12)
其中$k^+,k^-$为相应的浮动系数,$k^+,k^-\in(0,1)$.

一般情况下, 评价决策者(多为该领域专家)对于被评价轨道维修工整体技能水平的发展情况有一定的心理预期, 这种心理预期表示着在最佳、正常或者最差的情形下, 专家对轨道维修工的成长(发展)情况的预计, 这种心理预期可以通过对浮动系数$k^+,k^-$ 的设定来实现.假定各改进量的改进因子为$\eta^+,\eta^-$,它们的确定根据以下两个条件:

条件1:适当改进规则,要求正、负改进因子$\eta^+,\eta^-$的和为1,即

\begin{equation} \eta^++\eta^-=1 \end{equation}(3)

当$r$给定时,联立上式即可求得$\eta^+,\eta^-$的值.

条件2:改进总量比例性规则,对于$m$个被评轨道维修工总体来说, 要求正、负改进总量是成比例性,即

\begin{equation} \eta^-\sum_{i=1}^m\sum_{k=1}^Tv_i^-(t_k)\ast r=\eta^+\sum_{i=1}^m\sum_{k=1}^Tv_i^+(t_k) \end{equation}(14)
其中$r\left(r\in R^+\right)$表示正向改进总量和负向改进总量的比例关系, 它所反映的是评价专家对于正、负改进量的决策意见.当$r>1$ 时, 认为正向改进总量大于负向改进总量; 当$r<1$时, 认为正向改进总量小于负向改进总量; 当$r=1$ 时, 认为正、负改进总量相等.

设$G_i(t_k)$为第 $i$个被评轨道维修工在 $t_k$时刻的改进动态评价值,有

\begin{equation} G_i(t_k)=\eta^+v_i^+(t_k)+y_i(t_k)-\eta^-v_i^-(t_k) \end{equation}(15)

$\eta^+v_i^+(t_k),\eta^-v_i^-(t_k)$分别为轨道维修工维修技能评价值获得的正向改进与负向改进的部分.最后得到 $m$个轨道维修工改进的综合动态评价值矩阵(不满足量值改进条件的对应矩阵元素为0):

\begin{equation} G=\left( \begin{array}{c} G_1(t_k)\\ G_2(t_k) \\ \vdots\\ G_m(t_k) \end{array} \right)=\left( \begin{array}{c} y_1(t_k)\\ y_2(t_k) \\ \vdots\\ 0\\ G_m(t_k) \end{array} \right)+\eta^+V^+-\eta^-V^- \end{equation}(16)
4 仿真实验

4.1 动态结果分析法

实验对6个被评轨道维修工一段时间内6次维修记录进行评价, 对评价指标进行预处理得到动态时序表,$M1\sim M6$表示6个轨道评价维修工,$D1\sim D4$表示维修费用比、维修效率、维修合格率、维修稳定性四个评价指标, 表 2为动态评价时序表.

表 2 动态评价时序表

根据现场调研情况, 大部分维修时间内影响权重的评价因素变化情况比较正常, 由动态时序表 2中评价值,根据式 $y_i(t_k)=f(c_{i1},c_{i2},\cdots,c_{im})=\sum_{j=1}^4w_jc_{ij}$得到 $t_k$时刻动态评价值,如表 3所示.

表 3 各时刻动态评价值

表 3所述的动态评价值$y_i(t_k)$以及改进的量值矩阵$V^+,V^-$,根据式$G_i(t_k)=\eta^+v_i^+(t_k)+y_i(t_k)-\eta^-v_i^-(t_k)$ 得到改进的评价矩阵$G_i(t_k)$,如表 4所示.

表 4 动态评价值改进表

根据表 4改进动态评价矩阵,我们得到$t_1\sim t_6$时刻各轨道维修工的动态评价改进结果如图 3所示.

图 3 改进动态评价值曲线

根据图 3知,轨道维修工$M4$ 的得分最高而且比较稳定, 属于维修工作的业务骨干.其他维修工的评价得分波动变化,但维修工$M5$ 始终处于最低分,应该加强考核和培训. 4.2 层次分析法

层次分析法各评价指标体系把各级别采用分值来表示, 轨道维修工各评价指标等级与分值对应标准如表 5.

表 5 各级别对应分值表

各轨道维修工单项评价打分如表格6.

表 6 单项指标打分表

采用线性评价模型$I=\sum_{i=1}^nW_i Y_i$,层次分析法评价结果: $$\tilde{G}=[81.194\quad76.206\quad74.1795\quad90.0960\quad68.8015\quad70.5360].$$ 4.3 动态评价与层次分析法比较

由以上实验数据进行分析,对比结果如表 7所示.

表 7 动态评价法与层次分析法对比表

层次分析法评价结果: $M4>MI>M2>M3>M6>M5$.

动态评价值结果: $M4>MI>M2>M3>M6>M5$.

层次分析法是人员技能评价中应用比较普遍的方法,通过实验结果知, 动态评价结果与层次分析法的结果对于轨道维修工职业技能水平排序结果是一致的, 从而可以看出动态评价方法是切实可行的.

但是层次分析法只给出一种评价结果排序,对于结果分析也比较局限, 动态评价可以通过对各指标的权重进行调节来观察评价结果的敏感性, 可以通过一段时间评价结果进行分析和预测维修工的综合素质, 体现实时动态的评价, 动态权值的变化和动态结果的确定比层次分析法得出的结论也更加科学. 5 总结

本文提出了基于动态结果影响的轨道维修工评价方法, 重点研究了基于不同时期变化量影响的权重和改进矩阵的确定, 该方法可以有效地对维修工的维修能力进行评价.首先, 讨论了基于轨道维修工职业特点的动态评价方法, 制定了动态评价步骤.其次,详细讨论了线性评价模型中权重的确定, 提出了基于不同时期变化量影响的权重确定方法.同时, 根据轨道维修工的评价值的变化提出了基于双激励控制线方法的评价值改进方法.最后, 通过对武汉地铁6个轨道维修工的评价, 得出的评价结果与事实相符.根据评价结果, 评价者可以很好地掌握轨道维修工个体的技能水平, 实现维修人员的科学管理; 维修工自身结合评价结果找到自己的优缺点, 使其不断向更好的水平发展.

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郏东耀, 邹胜雄
JIA Dong-yao, ZOU Sheng-xiong
基于动态结果影响的轨道维修工评价方法
Railway maintainer evaluation method based on the dynamic result data
系统工程理论与实践, 2015, 35(4): 1005-1010
Systems Engineering - Theory & practice, 2015, 35(4): 1005-1010.

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收稿日期:2013-09-23

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