機械学習のインサイトで従業員のパフォーマンスを評価する
労働者の生産性を評価して向上させるための機械学習アプローチ。
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目次
新しい技術、特に機械学習の分野は、産業がワークフローを評価したり、労働者の生産性を追跡したりするのを手助けする能力を持ってるんだ。でも、労働者がどれだけ仕事をうまくこなしているかを測るのは、機械がどう動いているかを測るよりも複雑なんだよ。これから数年で熟練労働者が不足すると予想されているから、労働者のパフォーマンスを効果的に評価する方法を見つけることが絶対必要なんだ。
この記事では、機械と労働者のパフォーマンスからデータを組み合わせて意味のある洞察を生み出す機械学習のアプローチについて話すよ。これらの洞察は、労働者がどんなところで優れているか、またはそうでないかを特定するのに役立つし、スキルや生産性を改善するためのガイダンスを提供してくれるんだ。
労働者の生産性測定の課題
多くの産業では、機械の効率を測るための明確なシステムがあって、それを総合設備効率(OEE)って呼ぶんだ。この基準は、設備がどれだけ機能しているかを総合的に見ることができるんだ。でも、労働者の生産性を測るための同様の基準は存在しないんだ。この欠如は、大して熟練労働者が不足している産業にとって大きな課題を生む。
2030年までにアメリカでは200万以上の仕事が埋まらないと予想されているから、労働者のスキルを向上させる方法を見つけることが今まで以上に重要なんだ。企業は労働者のパフォーマンスを評価し、向上させるための効率的でコスト効果の高い方法を模索する必要があるんだ。
労働者パフォーマンスデータの重要性
最近、企業は自社の労働力に関する大量のデータを集め始めていて、動きや仕事中の行動が含まれてるんだ。この情報は、センサーやモバイルデバイス、工場の機械など、さまざまなソースから得られる。労働者が環境とどう関わっているかを理解することで、産業は生産性を高めるための貴重な洞察を引き出せるんだ。
AIや機械学習のような新しい技術は、このデータを効果的に分析できるから、職場での理解と改善に繋がるんだ。例えば、モバイルアシスタントを使うことで、労働者はタスクを通じて指導を受けられ、必要な情報やサポートにアクセスできるようになるんだ。
労働者評価における説明可能な機械学習
機械学習において大きな焦点は、説明可能なツールの開発なんだ。これらのツールは、自動予測の背後にある意思決定プロセスを明確にできるから、労働者がこれらのシステムを信頼するのが容易になるんだ。自分たちの選択を説明できることで、機械学習ソリューションは技術と労働者の関係を良好にすることができるんだ。
この記事では、熟練労働者と未熟労働者を区別するために説明可能な機械学習を適用する提案をしている。実際の作業環境からデータを分析することで、熟練労働者が自分の知識を未熟な労働者と共有するのに役立つ有用な情報が得られるんだ。
システムの仕組み
提案されたシステムは、製造機械を通じてデータを集めて、それを非関係データベースに保存するんだ。情報は、労働者の行動を分類するのに役立つ特徴をエンジニアリングするために処理される。これらの行動は分析されて、専門知識のレベルを測るための重要業績評価指標(KPI)が作成されるんだ。
特徴が準備できたら、機械学習モデルを使って労働者をパフォーマンスに基づいて分類するんだ。分類の結果は自然言語を使って説明されて、ユーザーが機械によって下された判断の理由を理解できるようになるんだ。
労働者データから得られる洞察
主な目標の一つは、労働者のパフォーマンスに関する自動的な洞察を提供することなんだ。これらの洞察は、さまざまな労働者がどうやって仕事で素晴らしい結果を出しているかの理解を深めるのに役立つから、より良いトレーニングや開発の機会に繋がるんだ。
機械学習システムは、専門的なパフォーマンスパターンと未熟なパフォーマンスパターンの両方を特定できる説明を提供するんだ。たとえば、専門的な労働者が示した成功した行動を再現する方法や、未熟な労働者が苦しんでいる領域に対処する方法についてのガイダンスを提供できるんだ。
研究の方法論
方法論は、作業環境からのデータ収集から始まるんだ。労働者の行動、製造プロセス、さまざまな機械の仕様に関する情報が集められる。この収集された情報は、柔軟なデータ管理を可能にする非関係データベースに保存されるんだ。
データが整ったら、特徴エンジニアリングが行われて、製造される部品と労働者の行動の両方を理解することに焦点が当てられる。この段階で、タスクの全体像がより明確になり、労働者の生産性にとって重要な要素が特定されるんだ。
データ処理には、異なる特徴間の関係を分析して、パフォーマンスを予測するのに最も関連性の高いものを特定することが含まれる。この分析から、労働者の効率とタスクにおける全体的な成功を評価するためのKPIが設定されるんだ。
機械学習の分類
研究の核心は、熟練労働者と未熟労働者を区別するために機械学習の分類技術を適用することだ。方法論は、モデルがラベル付きデータを使ってトレーニングされる監視学習のアプローチに依存してて、これにより二つのグループの違いを学習できるんだ。
さまざまな機械学習アルゴリズムが探求されていて、サポートベクター分類器(SVC)、ランダムフォレスト、アダブーストなどが含まれる。それぞれの方法には強みがあって、最適なモデルの選択は精度やスピードなどの要因に依存するんだ。
分類結果は、全体的に見て有望な精度を示しているんだ。ピースレベルの区別がより複雑であることを認識しつつ、セッションレベルの分析は熟練労働者と未熟労働者の間にもっと明確な違いを生む傾向があるんだ。
労働者パフォーマンスの重要業績評価指標(KPI)
KPIの概念は、労働者の効率を評価するために重要なんだ。従来の方法では労働者のパフォーマンスのニュアンスを捉えるのが難しかったけど、この研究は産業環境に合わせたKPIを確立するためのフレームワークを提供してるんだ。
KPIは、個々の労働者のパフォーマンス(過去のパフォーマンスに対する比較)と労働者間のパフォーマンス(さまざまな労働者のパフォーマンスの相対比較)を考慮している。この二重のアプローチにより、職場内のパフォーマンスのダイナミクスを包括的に理解できるんだ。
日々や週ごとのパフォーマンスデータを分析することで、企業は改善が必要な領域を示すトレンドやパターンを特定できるんだ。これらの洞察は、再教育の努力や未熟な労働者へのメンタリングに役立つんだ。
予測の説明可能性
機械学習モデルの説明可能性は、その信頼性を高める画期的な特徴なんだ。分類決定に対する理解できる説明を提供することで、労働者やマネージャーはデータから生成された洞察を信頼できるようになるんだ。
説明は、予測に影響を与える最も関連性の高い特徴に焦点を当てていて、ユーザーがなぜある労働者が専門家として分類されたのか、他の労働者がそうでなかったのかを理解できるようにするんだ。この透明性のレベルは、自動システムに対して警戒心を抱く可能性のある従業員の支持を得るために重要なんだ。
洞察の実用的な応用
提案されたシステムから得られる洞察は、組織にとって非常に有益なものになるんだ。これらは、従業員の間でのベストプラクティスや行動を特定できるから、効果的なトレーニングプログラムの開発に繋がるんだ。この洞察を活用することで、企業はより熟練した労働力を育成しながら、生産性を向上させることができるんだ。
また、労働者のパフォーマンスのダイナミクスを理解することで、組織は高い離職率などの問題に対処できるし、技術導入に対する不安を和らげることができるんだ。役立つフィードバックや開発機会を提供することで、従業員はより力を感じて、仕事に対する関与が高まるかもしれないんだ。
研究の今後の方向性
この分野には、さらに研究の余地がたくさんあるんだ。将来の研究では、このアプローチをさまざまな製造環境やワークフローに拡大することができるんだ。他のソースからのデータ、例えばボディセンサーやリアルタイムの位置情報システムを取り入れることで、労働者の行動についてのより深い理解が得られるんだ。
さらに、スーパーバイザーからのフィードバックや追加の特徴をシステムに統合することで、労働者のパフォーマンスを評価するより堅牢な方法論が作れるんだ。この統合は、労働者の健康や幸福感についての洞察を提供することもできるから、労働力全体の成功に繋がるんだ。
結論
機械学習を使って労働者のパフォーマンスを評価することは、熟練労働者の不足に直面している産業にとって貴重な機会を提供するんだ。この技術を活用して労働者の行動を評価し、説明することで、組織はより生産的で熟練した労働力を育むことができるんだ。
提案された方法論は、労働者のパフォーマンスの評価を行い、チームメンバー間で共有できる洞察を開発するための有望な道を提供しているんだ。産業が進化し続ける中、こうした技術的進歩を受け入れることが、次世代の熟練労働者を育成するのに重要になるんだ。
タイトル: Automatic generation of insights from workers' actions in industrial workflows with explainable Machine Learning
概要: New technologies such as Machine Learning (ML) gave great potential for evaluating industry workflows and automatically generating key performance indicators (KPIs). However, despite established standards for measuring the efficiency of industrial machinery, there is no precise equivalent for workers' productivity, which would be highly desirable given the lack of a skilled workforce for the next generation of industry workflows. Therefore, an ML solution combining data from manufacturing processes and workers' performance for that goal is required. Additionally, in recent times intense effort has been devoted to explainable ML approaches that can automatically explain their decisions to a human operator, thus increasing their trustworthiness. We propose to apply explainable ML solutions to differentiate between expert and inexpert workers in industrial workflows, which we validate at a quality assessment industrial workstation. Regarding the methodology used, input data are captured by a manufacturing machine and stored in a NoSQL database. Data are processed to engineer features used in automatic classification and to compute workers' KPIs to predict their level of expertise (with all classification metrics exceeding 90 %). These KPIs, and the relevant features in the decisions are textually explained by natural language expansion on an explainability dashboard. These automatic explanations made it possible to infer knowledge from expert workers for inexpert workers. The latter illustrates the interest of research in self-explainable ML for automatically generating insights to improve productivity in industrial workflows.
著者: Francisco de Arriba-Pérez, Silvia García-Méndez, Javier Otero-Mosquera, Francisco J. González-Castaño, Felipe Gil-Castiñeira
最終更新: 2024-06-18 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://arxiv.org/abs/2406.12732
ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2406.12732
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた arxiv に感謝します。
参照リンク
- https://orcid.org/#1
- https://doi.org/10.1109/MIE.2023.3284203
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