基于学习效应的行为生产调度新模式研究
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[摘要]针对制造企业的调度问题，以中国情景下劳动力资源为背景，首先，通过对调度系统中所形成的各种学习效应特征进行分类和表征，提出从企业背景、中国情景下操作者行为与状态、学习效应形态等角度的调度形态分类框架其次，通过对操作者学习与遗忘时间进行行为实验研究，分析不同学习效应模式下对生产调度产生影响的演化路径，厘清学习效应与任务绩效关联特征，建立个人学习能力测量模型、个人禀赋要素对个人学习能力影响模型、个人禀赋要素对学习能力影响的结构方程模型等。这些研究，为发展行为调度管理理论和方法体系提供了可行思路[关键词]学习效应；行为；生产调度；模式
[中图分类号]F224；F273[文献标识码]A[文章编号]1006-5024（2015）04-0005-06[DOL]10.13529/j.cnki.enterprise.economy.2015.04.001[基金项目]国家自然科学基金项目“行为驱动、学习效应嵌入的TFT-LCD调度建模及智能优化研究——基于有限理性及中国情景的视角”（批准号：71271138）；上海市一流学科建设项目“管理科学与工程”（批准号：S1205YLXK）；上海理工大学人文社科攀登计划项目“基于行为效应的生产调度研究”（批准号：14XPB01）[作者简介]叶春明，上海理工大学管理学院教授，博士生导师，研究方向为管理科学与工程、行为运作管理（上海200093）
Abstract：AsCotheschedulingproblemsformanufacturingcompaniesandlaborresourcesinChinascenario，thispaperfirstproposesamophologicalclassificationframeworkfromacorporatebackground，behaviorandstateoftheoperatorintheChinese.context，learningeffectonthebasisofclassificationandcharacterizationbyvariouslearningeffectsofschedulingsystem.Followedbytheexperimentalstudyonoperatorlearningandtime-forgettingbehaviors，theevolutionpathofimpactondifferentlearningeffectmodesinproductionschedulinghasbeenanalyzed.Thelearningeffectassociatedwiththetaskperformancehasbeenclarified.Themeasurementmodelofindividuallearningcapacity，themodelofpersonalendowmentelements"influenceonindividuallearningability，andthestructuralequationmodelofthepersonallearningabilities"impactonlearningabilityhavebeensetup.Thispaperalsoprovidesaviableideaforthedevelopmentofbehaviormanagementtheoryandmethodology.
KeywordS：klrningeffect；hehavior；productionscheduling；model
一、引言
行为调度体现了企业、员工、顾客、环境、社会价值的多重统一，对提高企业效益、员工价值、顾客价值、资源利用率和社会效益具有重要的意义。
（一）行为调度模式拓展了企业的运营视野，增强企业竞争能力在行为管理制造模式下，企业通过关注人的学习行为等实现价值增值，脱离了传统制造把人看作操作机器的弊端；通过考察员工在制造过程中的情感投入，可以增强员工对企业的满意度和忠诚度，提高企业的生产效率，从而降低企业的竞争风险；对于劳动密集型企业，可以通过对学习遗忘曲线的研究，克服短期聘用对企业造成的效率减低和成本上升等不利影响。将该模型扩展到多周期的基础上，考虑发生停产的情况下，对学习遗忘曲线的分析还可以探讨劳动技能培训与巩固、短期雇佣与长期雇佣等对员工生产率的影响。总之，对操作员工的学习效率和学习行为考察，能更好地建立激励制度，降低核心一线操作工的流失率，从而降低企业的制造成本。
（二）行为调度模式使员工的价值最大化
行为运作管理制造使员工能够专注于自己的发展潜能和核心竞争力，使他们更喜欢做前沿性、挑战性的工作，学习效率高并富于创新精神，能更好地体现其价值。
（三）行为调度模式有利于促进中国制造业从低端成本竞争向价值高端转移，变中国制造为中国创造
行为运作管理促进制造和人力资源乃至行为科学融合，拓展价值空间，促使更高程度的劳动分工，增加就业岗位，加速产业升级。中国目前已面临刘易斯拐点（即劳动力过剩向短缺的转折点）和“人口红利”终结，剩余劳动力无限供给时代即将结束，未来将面临劳动力短缺的严重挑战（近期鼓励二胎就是证明）。行为运作管理及行为调度模式可以做到未雨绸缪，提升核心员工在企业的重要地位，并且使企业一旦明确感知核心员工即将流失时，及时采取事后控制措施，达到亡羊补牢为时未晚的目的。
本文以TFT-LCD（液晶）制造企业为研究样本，通过实地测量、调查等大量行为学实验以及理论基础E的实证研究，为构建行为调度管理理论方法体系提供重要的基础和实际案例标本，为发展行为运作管理提供理论基础和方法指导，并推广到其他制造行业。
1.学习效应在生产调度中应用的研究现状。经典的调度问题中，在机器上加工各个工件的时间一般是不变的。在实际生产过程中，由于操作者各种心理和行为影响，例如学习效应（参见[1][2]）的存在，加工时间一般是可变的，即由于机器或工人不断重复加工相同或相似的工件，以及不断积累知识和经验，他们的操作会越来越熟练，加工位置靠后的工件实际加工所用的时间会变短，这种带有学习性质的现象，被称为学习效应（learningeffect）。也就是说，学习效应会缩短工件的实际加工时间。20世纪30年代，美国康奈尔大学的Wright博士在研究飞机制造业的生产效率时发现，单位生产成本随着产量的增加而降低，进而提出80%假设，即产量增长l倍，单位成本会降低20%。有关生产时间或者成本的学习效应理论，在提出后不久就得到了实际应用，但直到1999年，学习效应在调度领域重要的实际意义才引起了大量学者对此研究的关注。）Jaber和Bonney[3]给出了相关综述。Biskup[4]、Cheng和Wang[5]、Wright[6]把学习效应概念推广到生产调度和管理科学领域。BikupI7认为学习效应更多地体现在操作者从生产现场所获得的经验。企业管理者如果能够考虑生产中存在的学习效应，就不仅能更准确地把握产品成本，还能在需求快速变化的市场环境下，精准地调节生产进度和产品交货期等，同时提升企业的成本优势和时间优势。以往研究结果，主要是理论研究成果居多，特别是在不同学习效应条件下，考虑一些特殊情况下和一些特别约束条件，把调度问题转化为多项式时间算法，结合企业生产实际的学习效应模型成果还不多见。
2.个人学习概念的研究现状。个人学习概念的严格定义及其相关研究，主要是基于心理学、教育学和组织行为学领域。如杨锡山（1986）和维斯（Weiss，1990）认为，学习是人们经过练习而获得的永久性行为改变和经验作用下相对持久的行为改变。罗宾斯（2005）定义学习是积极或消极的一种相对持久变化的行为，且包含某种直接或间接经验。Kolb（1984）认为个人学习思维将其转化为一种知识并在实际中将其加以运用。Kaufman（1992）在Kolb的基础上构建了OADI个人学习循环模式（cycleofindividuallearning），强调经验和所在组织的紧密联系。Kim（1993）将Kaufman的OADI个人学习循环模式与阿吉里斯的心智模式相结合，构建了OADI个人心智模式循环模型（OADIIndividualMentalModelCycle），等等。[8-13]
以上研究总体说明，作为心理科学、组织行为学和教育科学的交叉学科，个人学习理论仍然在不断发展中，而运用到生产调度领域的成果较少，限于心理范畴的研究成果较多，特别是心智科学领域，因而研究的空间有待于拓展。
二、基于学习效应下TFT-LCD制造系统行为调度模式
传统的面向制造的生产调度很少考虑操作者的参与和体验，或者说人的影响因素，即便考虑，也多数将人作为能够按照一定规则运作的完全理性人，忽略了人的素质禀赋、知识经验、认知状态、心理因素甚至社会环境的影响，这已经带来部分调度系统运作结果与客观实际的显著差异。而基于学习效应的制造系统中，操作角色广泛参与到制造过程中，展示出丰富的主观能动性、挑战性和主动学习、不断创新的精神，成为系统中最活跃的资源。运作管理研究内容十分宽泛，而生产调度是其最基本、最核心以及最关键内容，研究操作者参与和体验下基于学习效应的制造系统行为调度模型与算法，将构建制造系统行为调度理论的新内核。图1表示基于学习效应的TFT-LCD制造行为调度模式，图2表示学习遗忘曲线的特征。
研究一般学习效应下的调度问题，对于Array（流水机特征）、Cell（可重人特征）和Module（多品种加工车间特征）作业情形进行研究。分别考虑了四种调度问题模型：一般学习效应模型、指数学习效应模型、对数学习效应模型、多因素学习效应模型。对于学习效应仅>0的情形，分析在最大完工时间、总完工时间、总误工问题和最大延迟问题等性质。再研究学习退化效应和学习遗忘效应下的机器调度问题。如对于一般学习效应的问题，构建其最大或总完工时间的多项式算法和其他启发式算法，而对于总完工时间问题、最大延迟问题、总折扣完工时间问题和总误工个数问题，可构建智能算法和其他启发式算法。
三、基于学习效果的心理测量建模与分析
（一）考虑操作者学习与遗忘的操作时间的行为实验研究
根据传统的工业工程工作研究原理进行现场操作者操作时间测量，选取300个左右样本进行测量。以往的仿真研究显示，操作者之间的差异会影响生产系统的产量，差异性表现为不同员工具有小同的经验背景、不同的学习遗忘特性（即学习速度和遗忘速度的快慢不同）。依据激励、频度和操作时问等有效及弹性没汁，可以有效引导操作者的行为，降低“帕金森定律”等拖延行为的发生，保障产品的及时完工。
由于操作者的特征多样性，拟设计四种操作类型：
H1：同质员工相同学习率和相同遗忘率；
H2：异质员工不同学习率和相同遗忘率；
H3：偏幼稚性操作者；
H4：偏老练型操作者。
并作出如下假设：
Sl：偏幼稚型操作者与偏老练型操作者在工资水平上存在明显差异；
S2：偏幼稚型操作者与偏老练型操作者在从业年限上存在明显差异；
S3：男女性别特征对操作者的时间偏好存在明显差异
行为观测应选择在尽可能真实情景下的操作状态，以保持实验的有效性。
（二）个人禀赋要素的导入对个人学习能力影响的概念模型
嵌入行为特征的产品制造是将参与者角色与制造融合，由于产品与人的行为要素组合、学习效应的无形性与不可存储等特征，以及中国情景下操作者的参与与体验，导致其影响机制、价值内涵和成本形成机理既不同于传统的产品制造，也区别于传统管理者和操作者的角色行为特征。因此，需要从新的视角研究不同学习形态行为的特征、中国情景下操作者参与和体验下的学习效应对于生产调度的作刚路径、机理以及学习效应制造价值传递与增值机理如操作者不同的操作经验、教育水平、收入水平下学习效应与任务绩效关联特征，同质操作者和异质操作者学习遗忘情境下的行为调度规律，偏幼稚型操作者、偏老练型操作者学习遗忘情境下的行为调度规律，不同学习效应下对调度过程成本节约规律通过这些问题的研究，从制造与行为、主观与客观、有形与无形的角度准确把握学习效应作用机制、影响路径和价值内涵，是行为运作管理研究的基础。
（三）个人学习能力浏量模型
主要研究在企业复杂变化环境下个人的持续学习能力及其对其绩效的影响。本文开发了测量个人学习能力（包括7种分能力）的21个条目，形成测量问卷模型（ILCQ），并依据文献[14]的个人学习能力测量一阶、二阶及简化模型。采用SPSS13.0软件进行信度检验，计算各因子Cronbach系数。依据主成分分析方法，计算P值，说明各因子的判别效度。以任务绩效及情景绩效为因变量、7个因子得分为自变量，完成回归计算通过标准化回归系数显著性证明7种个人学习分能力与个人绩效的正相关关系。
另外，本文采用演绎和归纳法，深入探讨个人学习能力与各种复杂变量之间的关系。
（四）面向学习效应个人禀赋要素的导入对个人学习能力影响的结构方程建模
结构方程建模法（简称SEM）是一种综合运用多元回归分析、路径分析和确认型因子分析方法而形成的一种统计数据分析工具。由于常用的相关分析和回归分析不能完全刻画个人禀赋要素的导入对个人学习能力影响，本文拟采用SEM来分析，将面向学习效应的个人禀赋要素的导入模型的属性作为SEM的外生变量，把个人学习能力提升作为SEM的内生变量；将反映面向学习效应的个人禀赋要素导入模型的属性指标定义为SEM的外生观测变量，将反映面向学习效应的个人学习能力的评测指标定义为SEM的内生观测变；量；导入外在潜变量及内生潜变量。这样就可以构建面向学习效应的个人禀赋要素的导入对个人学习能力影响的结构模型（如图3所示），通过结构模型进行以下几个方面的分析。
1.面向学习效应的个人学习能力提升因素的结构分析
依据外生潜变量结构特征，调整初始模型中的潜变量数量及其路径依赖，得到最后路径依赖图形，探索内在潜变量之间、潜变量与外生变量之间的关联关系和系数、外生变量作用于潜变量上的因子载荷矩阵等统计量，完成模型的因子分析及关联分析，厘清变量之间的关系和影响，以及面向学习效应的个人学习能力提升因素的程度。
2.面向学习效应的个人禀赋要素的属性指标的结构分析
依据内生潜变量结构特征，调整初始模型中的潜变量数量及其路径依赖，得到最后路径依赖图形，探索内在潜变量之问、潜变量与内生变量之间的关联关系和系数、内生变量作用于潜变量上的因子载荷矩阵等统计量，完成模型的因子分析及关联分析，厘清变量之间的关系。
3.潜变量之间的关联分析
通过建立外生观测变量和内生观测变量的潜变量结构模型，分析潜变量之间的关联性，进而对面向学习效应的个人禀赋要素对个人学习能力的影响进行更深层次的分析（见图4）。
（五）面向学习效应的行为调度方案决策的概念模型
在上述概念模型设计基础上，系统研究面向学习效应的企业管理者行为调度方案决策不同模式的基本内涵、应用范围与条件等问题，为进行实际决策模型的选择奠定基础。在此基础上，根据不同决策方案的特点和企业应用需求，设计旨在提高企业管理者行为调度方案决策状态选择匹配关联模式，系统研究模型要素对不同决策状态适宜性的匹配关系（如图5所示）。
（六）仿真实验研究
采用Witness或ProModel建立不同学习效应模式下各种调度模型，进行仿真实验研究，内容包括：不同工段学习型制造调度流的评价，包含运行效率、调度目标、评价标准、时效性、人机交互效应等指标体系；操作者不同状态下参与和体验与学习效应耦合效应；管理者参与和体验下的调度模型选择决策效果的情景效应（见图6）。
总之，探讨不同学习效应形态模式以及特征规律对调度效果的影响，研究操作者不同察赋、知识背景、情境特征下对调度作用路径、影响机制和价值内涵；构建基于不同学习效应下Array、Cell和Module工段调度模型，并在中国情境下探讨管理者有限理性决策机制，初步勾勒出行为调度模式这一制造业未来发展的新型管理形态的轮廓；打通生产调度与人力资源管理、行为经济学、心理科学等的界线，力求为调度乃至行为运作管理提供新的理论和方法。
四、研究方法
由于研究涉及心理科学、行为科学、统计学、（序贯）决策理论、运筹学和智能优化理论与算法、人力资源管理、工业工程、计算机应用和实验经济学等多学科理论和方法，所以拟采用归纳和演绎、理论和实证相结合的研究方法。
（一）基于学习效应的企业生产调度深入调查
通过企业调查、典型案例分析和专题研讨会等形式，对基于学习效应的企业生产调度件进行大样本调查，进行关联性频度分析、概率分析，建立不同学习效应的特征及分类体系。
（二）研究流程
研究流程包括以下几个步骤：第一，通过文献调研和余业实践及研究范畴界定、面向学习效应模型及其特点等理论问题进行系统研究，在此基础上设计面向学习效应和行为的调度方法的理论框架与内涵；第二，运用逻辑实证研究方法，把握企业劳动力资源的现状与要求、经验与教训、成效与不足，掌握企业劳动力雇佣的特点和员工行为特征，在此基础上，设计操作者禀赋要素和个人学习能力相关测量模型，以及各类基于学习效应的生产调度模型；第三，根据理论模型，进行行为经济学试验，进行数据汇总、统计和分析；第四，运用头脑风暴法，分析是否达到预先设定的目标，并进行反馈和修改（见图7）。
（三）系统观测与数据收集
首先，根据研究假设，设计调查问卷，对定性问题，采用LiketScale量表；其次，进行抽样设计，对企业操作者进行抽样调查，共选取500左右样本进行调查；再次，实施调查，主要实施面谈问卷调查；最后，对回收问卷进行整理、汇总，保留有效问卷，并对数据进行初步统计。
（四）数据分析
首先，进行结构方程建模，明确内生变量、外生变量、显变量和潜变量，运用加权综合方法计算各个潜变量的数值；其次，进行模型辨识和模型估计，对于模型中的各个参数，运用sPss统计分析软件，进行描述统计、推理统计和检验；最后，进行模型评价，计算检验的拟合优度（包括拟合优度指数、增值拟合优度指数、简约拟合优度指数、离中拟合优度指数等指标），进行模型的信度和效度检验，根据检验结果进行模型修正。
（五）假设检验与证实
根据以上计算结果，对模型各个层次的假设进行榆验，分析各变量的关联性。
（六）结果分析
对上述假设检验的结论进行讨论，分析这些结论产生的原因并进行理论总结，据此提出建议。
五、结论
综上所述，行为调度模式是制造业将来发展的必然趋势。然而，作为一种新型管理形态，其运作与传统制造业相比，具有不同的特性和机制。因此，需要从学习效应对调度的影响机制、学习动机与学习效果的关系、调度方案的有限理性决策、整个产品制造如TFT-LCD制造系统链下操作者角色学习机制及特性等角度进行有针对性的深入研究。进一步研究将建立新的行为运作管理优化模型和决策方法，有效指导制造企业的运作管理实践，同时为其他行业向行为运作模式转变、促进产业升级和发展提供理论方法及实践指导。
对于新型的企业生产新模式，在理论和实践上还需要进一步深入研究。主要建议：
第一，行为效应如学习效应在生产调度中客观和普遍存在，对企业产品完工时间有显著影响。因此，企业在制定战略和生产计划时需考虑学习效应，使得企业生产更符合实际生产情况。
第二，传统的面向制造的生产调度很少考虑操作者的参与和体验，或者说人的影响因素，即便考虑，也多数将人作为能够按照一定规则运作的完全理性人。而基于学习效应的制造系统中操作角色将广泛参与到制造过程中，展示出丰富的主观能动性、挑战性和主动学习、不断创新的精神，将成为系统中最活跃的资源。这些因素决定了基于传统运筹学的制造系统调度运作管理方法不再适应行为凋度的新形态和新范式，需要新的理论方法。虽然运作管理研究内容十分宽泛，但生产调度是其最基本、最核心以及最关键内容。研究操作者参与和体验下基于学习效应的制造系统行为调度模型与算法这一关键科学问题，将构建制造系统行为调度理论的新内核，在此基础上可以进一步拓展为行为运作管理理论方法的研究。
第三，其他行为效应如有限理性行为、遗忘效应、反生产行为等也对企业的生产经营和生产调度产生较大的影响。进一步深入研究应将拓展行为研究的种类和特点涵盖其中，以适应不同行为模式下的生产运营特征。
第四，研究范式的规范。如归纳法和演绎法如何有效结合？行为学实验如何保证其重现性和科学性？针对不同人群的行为学实验如何保证其实验结果的一致性和规范性？这些问题的解决将会真正推动本领域研究的深化。
第五，在刘易斯拐点到来的大背景下，企业将会大量导人机器人。如何将人的行为和所操作的机器特征结合起来，将成为行为运作的新的研究方向。在企业转型、人口红利消失等复杂严峻的形势下，行为运作管理和行为调度研究如何真正为企业解决实际问题，将成为研究者面临的严峻挑战。
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