基于SECI的绞吸船挖泥操作标准化研究

1基于SECI的绞吸船挖泥操作标准化研究李德元，高伟，李晓宇，杜红摘要：疏浚行业中，由于施工作业环境经常变动以及水下完成作业，绞吸船挖泥操作长期凭经验，人与人操作方法差异大，由此导致的产量波动较大。操作标准化是管理改善的基础工作，本文讨论了的某绞吸船挖泥操作标准化知识库及其构建过程的实例。研究过程中结合绞吸船挖泥操作特点，介绍了挖泥操作标准化知识库框架以及挖泥操作标准化中个人知识向组织知识放大扩散，形成挖泥操作标准的ＳＥＣＩ过程，研究过程中应用工业工程展开了挖泥操作标准化研究。本研究拓展了工业工程的应用领域，构建了个人知识向组织知识转化的知识平台，通过SECI过程，员工不断更新挖泥操作方法，将有助于提高产能。关键词：挖泥操作；SECI；标准化1．背景提高产能是疏浚企业亟待解决的问题，挖泥操作规范性与产能较强相关性，改善挖泥操作成为疏浚企业关注的焦点。但长期以来业内观点多认为，挖泥过程中，水底土质复杂多样，挖泥操作经常需要根据外部工况变化调整操作，挖泥操作无法标准化。在该观点主导下，目前挖泥操作主要以经验为主导，挖泥操作知识的传承靠“师傅带徒弟”模式。研究发现，该模式下，不同操作者之间以及同一操作者不同时段的操作过程中，挖泥操作差异大，产能波动大；另外，对于疏浚企业而言，伴随着经验丰富的驾驶员离开企业，丰富的挖泥知识也随之外流，企业无法积累相关知识。本文认为挖泥操作可以通过SECI过程，建立基础框架，不断完善、补充土质、操作等参数资料，逐渐形成相对标准的挖泥操作标准化体系，实现个人知识与组织知识间的转化。2．挖泥操作相关研究目前针对挖泥操作改善的研究主要集中于以下三个领域：（1）现场操作指导:采用集成控制技术，将驾驶台上诸如导航、疏浚、测量等系统通过网络连接，实现数据的及时获取，指导驾驶员的挖泥操作,让驾驶员能直观观察到如挖泥深度、挖泥位置等这些原来凭经验判断的参数。（2）应用拟合函数与神经网络方法探求参数优化范围。（3）应用仿真系统进行培训。上述研究中，由于无法根据土质变化更新数据，仿真系统也很难模拟出多变的水下作业环境，因此在实际应用过程中仅提供了基础的指导作用。比如培训中培训过程仅是操作基本规范的培训，与土质结合的变动的经验与挖泥过程中的隐性知识学员很难习得。因此，充分结合挖泥操作特点的，考虑外界工况变化的标准化挖泥操作程序有助于挖掘个人知识，实现个人知识向组织知识的转化，有助于围绕改善员工操作，提高产能，整合目前的决策系统、仿真系统的知识以及员工个人的知识。由于挖泥作业环境多变，水下进行挖泥作业，挖泥操作知识大多散布在有经验的驾驶员处，因此在研究过程中结合应用SECI、工业工程以及借助辅助决策系统提供的数据，构建挖泥操作标准化知识库。Ｓｕｃｈｍａｎ认为知识是有目的的行动的结果，人在与环境的交互过程中不断地反思问题，思考解决问题的方案，不断地改变环境。认识知识与新知识产生离不开“场”。在“场”的作用下，在人与人之间的交互过程中知识不断经历着形式上的改变--隐性知识与显性知识，由个人向组织不断放大。SECI模型是知识转化的四个过程[1]，包括社会化模式、表出化模式、结合化模式、内在化模式，这种转化模式可以用来指导挖泥操作标准化知识库的建立与实践。基础工业工程在方法研究、动作研究与时间研究的基础上，给定标准作业与标准时间。应2用工业工程建立标准作业有助于培训员工、建立持续改善的基准、整理经验和技术等方面的作用[2]。标准作业与标准时间的设定目前工业工程研究的要素已从效率、质量、成本转向资源、人因与知识方面等要素[3]。伴随着外界环境的变化，工业工程也将和工程技术、计算机与知识领域相结合，其所研究的领域也逐渐由制造业向服务业等行业渗透[4]。目前，工业工程技术已经在向医院管理领域、港口作业领域、行政管理领域里展开应用，但在挖泥作业方面还未见到相关研究。本文试图针对挖泥操作特点，尝试应用工业工程方法，探索建立挖泥操作标准化知识库。３．研究思路由于挖泥操作可以分为两种类型，一种类型是与土质变化等这种不可预测的突然变化因素相关的挖泥操作；另一种类型是操作过程中例行性的操作。两种操作所需解决的问题有所差异，前一种操作，比如横移操作、换向操作与外部工况比如风流情况、土质情况变化有直接相关关系，挖泥过程中需要的指导知识主要是范围性、原则性的知识，挖泥过程中需要根据实际情况进行判断，选择合适的挖泥操作，因此在建立这一类的标准化知识库时，知识库内的内容以及研究方法是基于知识挖掘基础上的方法。而对于第二种类型的操作，在理解了挖泥操作过程的基本程序与基本方法后，可以利用工业工程的方法，建立作业标准。本研究属于探索性的研究，缺少相关经验可以借鉴，因此研究过程是新知识产生的过程，也是个人的知识向组织知识转化的过程，整体研究过程的组织，也就是标准化知识库建立与更新的机制是建立在SECI基础上的。本研究的整体思路如图1所示。本文以“天虎号”绞吸挖泥船挖泥操作为研究对象，展开相关研究。图1基本研究思路图4．构建挖泥操作标准知识库的SECI过程4.1“场”的建立物理场所或者是虚拟的场所给人们提供了交往的空间，在相互交往的过程中，大家可以形成意识空间，能够共享情感、认识以及语意。在此基础上，通过交互，不同人之间的背景知识、隐性知识能够相互交互，进而形成新的知识[1]。标准化项目组包括三方面的成员：工业工程和知识挖掘专家；经验丰富的挖泥船老船长、相关工序移锚工序特点规律性强的挖泥操作，频度不高，受工况影响小倒桩横移换向受工况影响显著的操作，频度高研究方法工业工程方法（录像、方法研究、动作分析）数据分析专家经验标准化知识库内容标准步骤标准时间异常情况处理操作原则参数范围异常情况处理参考时间SECI过程3老轮机长项目管理资深经理；“天虎号”船长和挖泥操作者。由于大家来自于不同领域，而且是临时成立的项目小组，以往很少有深入沟通，并未达成一致认可的合作方式与研究思路。研究的起步阶段需要建立相互信任、充分沟通的知识交流平台。为了促进更广泛的沟通，让大家在交流过程中能够完成知识新知识产生的过程，项目的研究过程中建立了多样化的“场”。正式的场主要在办公室，进行系统地整理挖泥操作知识沟通、系统化地表出知识，以及项目组与其他部门的合作知识整合；自由交流的场包括饭馆、咖啡厅、休息室这样的场所，在联络感情、沟通经历、建立信任的同时进行较深层的个人间顺畅沟通；身临其境的场主要在挖泥船疏浚现场，在感受现场的挖泥环境、挖泥动作中，体会和交流成员的暗默知识；成员也在挖泥模拟器上进行实际操作，体会动作之间的关联性、根据外部信号变化进行预判断的难度等等；电子网络的场包括公共信箱与QQ群，进行更为实时和高效率的不同领域知识交流，并实现及时整理，提高知识交流与整合效率。多样的“场”，使分享彼此的经历、喜好、对一些事物的看法等等，以促进各方的相互理解，形成一致的精神空间，并在冲突、认可过程中逐渐扩大，让大家能够在一些问题上展开深入沟通实现了较为充分的沟通。这种共享精神空间的范围。4.2.S：社会化过程及其成果挖泥操作知识散布在各驾驶员处，需要采取多种方式让项目组的人员体会到这些散布的知识，包括收集操作数据，以及项目组成员共同对数据的分析（属性描述、整理、分析和结果分析等）。挖泥操作过程中，操作动作种类、数量相对较少，挖泥操作过程中，单个驾驶员即可完成横移、换向、倒桩、移锚四个基础工序。挖泥过程中，土质、风流等变化，挖泥操作经常变化，挖泥过程中需要根据实际情况进行决策，有经验的驾驶员，能够在操作参数发生变化时进行预判断，根据参数变化的情况与范围及时调整动作，另外有经验的驾驶员在驾驶的过程中，通过经验积累，能够灵活处理各种异常情况，比如在调研过程中就发现，驾驶员认为横移过程中不同驾驶水平的差异主要体现在异常情况的处理上，就横移而言，影响产能的关键因素为土层不平以及土质突然变化(如图4所示)。建立挖泥操作标准化的知识库体系时，横移与换向操作的挖泥操作标准知识库需要将这些隐性知识系统化地表述出来，感受到挖泥过程中外界变化的场景，体会到驾驶员在具体场景中的思考方式。在研究中主要通过观察、模仿和联系来获得相关知识的。研究开始时，指导船长带领我们在挖泥船上观察驾驶员的操作，驾驶员操作时，指导船长及时提醒我们根据仪表变化观察驾驶员的动作，在这个过程中，感受到了外界的变化，预判断能力与操作间的关系。在此基础上，我们驾驶模拟器，亲自体会仪表变化、操作变化间的关联关系。通过上述过程，我们发现挖泥操作看起来简单，但其实很复杂。由于外界工况经常变化，驾驶员挖泥过程中需要高度集中注意力，提前根据信号的变化给出后续策略。挖泥操作过程中，还需要熟知设备特点，以便在挖泥过程中能够自如地驾驭设备。这些感受，让我们理解在后续研究过程中，需要重视信号的变化、设备的特性以及重点注意信号与操作关联性。横移换向倒桩移锚开始结束图3挖泥操作程序图横移过程中影响产能的因素统计图0%0%0%83%17%0%20%40%60%80%100%土层不平土质突然变化设备塌方风流横移过程中影响产能的因素图444.3挖泥操作知识表出化通过深入访谈、共同研讨，挖掘项目组成员和组外成员对数据所反映的操作特性（属性描述）共同进行判断，共同讨论和归纳数据所反映的操作共同特征、较好或较差操作特征等（统计整理），共同研讨数据整理结果的客观性和普适性（分析）。随后将第一步结果予以整理，对结果进行多轮次的进一步探讨。从而在多次讨论中积累和整理项目组成员、优秀驾驶员的丰富经验，形成得到较为广泛接受的优化操作方法及异常情况处理方法等，分享体验和创造项目组与优秀驾驶员共有的标准化作业标准知识。其中，应用辅助决策系统内的数据，考虑到某绞吸船目前的设备条件，选取与操作直接相关的参数，分析挖泥操作的特点，得以解决挖泥操作不易观测的问题。应用企业内、外部调研数据，得到公司内以及兄弟公司绞吸挖泥船项目安排、设备情况、人员培训情况、辅助决策系统使用情况以及驾驶员操作状况的调研资料分析成果。对于受外界工况影响小的挖泥操作，采用工业工程分析方法，用录像记录动作细节，通过操作分析，应用ECRS方法，优化挖泥操作动作，形成共同认可的作业标准知识。在研究过程中，研究团队应用决策系统提供的数据，初步量化分析了产能与挖泥操作间关系以及挖泥操作中存在的问题。4.4联结化4.4.1绞吸船挖泥操作标准化知识库结构绞吸船挖泥操看起来很简单，但其实很复杂，其原因就是外界工况不断变化。现场观测驾驶员的操作，其操作控制的参数主要就是横移速度、横移背压、台车行程、绞刀深度这几个参数。现场操作时动作非常快，很多动作就在2秒之内切换完毕。除了移锚与倒桩过程中有程序化的操作，横移与换向过程中，主要根据眼睛观测到的参数的变化情况与外界变化进行预判断及时调整动作。考虑到操作的特点以及标准化知识库的可拓展性，因此将挖泥操作知识分为挖泥程序知识、挖泥参数知识、决策知识三类知识。图5挖泥操作知识库结构图挖泥程序知识主要包括能适用于各类绞吸船的通用程序框架，包括挖泥操作单元划分知识、挖泥操作程序知识。对于受外界工况影响大的横移操作，仅描述了基本通用操作方法，与外界工况变动相关的判断与调整知识放在了决策知识内进行描述。这种程序性的知识挖掘首先是通过访谈列出框架，进而应用工业工程分析、现场观测进行记录与改进。比如对于倒桩操作，通过对挖泥操作的摄像记录，应用工业工程方进行分析，形成了新的作业程序知识，优化了倒桩操作。挖泥操作知识库挖泥程序知识挖泥参数知识决策知识挖泥操作单元划分知识挖泥操作程序知识土质类型知识操作参数类型及范围土质类型、操作参数匹配知识案例库基本原则异常情况5表1：倒桩改善效果表挖泥参数知识主要包括某绞吸船不同土质下关键参数的范围，比如绞刀下放深度、台车进尺、横移速度、吸入真空等。这里面所涉及的知识内容与船舶特性有直接关系。这些数据来源主要是通过数据分析与船长的访谈获取。决策知识里包括决策的基本原则，比如横移过程中的“上层取平、中层取量、下层保质”，异常情况处理基本方法以及辅助决策的案例。这里面的基本原则适合于绞吸船。