汽車車身零件翻包作業(yè)工效學(xué)分析及改善研究

焦菲凡

摘要：目前在汽車車身零件翻包作業(yè)中，頻繁的彎腰作業(yè)是造成疲勞的主要因素。本文采用ABA-Tech軟件根據(jù)工位作業(yè)時(shí)間，分析了各種作業(yè)過(guò)程中體力負(fù)荷、環(huán)境及腦力負(fù)荷等工效學(xué)指標(biāo)，得出各指標(biāo)的人因評(píng)價(jià)指數(shù)；接下來(lái)對(duì)工位器具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此改善存在的彎腰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、肩肘負(fù)荷過(guò)大等問(wèn)題；再利用JACK軟件對(duì)改善前后的手工搬舉作業(yè)進(jìn)行仿真及下背部受力分析，并對(duì)優(yōu)化后的作業(yè)情況進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)分析，所有分析結(jié)果都表明優(yōu)化后的平臺(tái)可以有效改善作業(yè)疲勞。

Abstract： Now the frequent bending is the main cause of fatigue. In this paper， the ergonomics indexes such as physical load， environment and mental load are analyzed by using ABA-Tech software according to the working time， and the human factor evaluation index of each index is obtained. In order to improve the existing problems， such as excessive bending time and excessive shoulder and elbow load， the manual lifting work before and after improvement is simulated and the lower back force is analyzed by using JACK software， and the optimized operation situation is predicted and analyzed in detail. All the analysis results show that the optimized platform can effectively improve the work fatigue.

關(guān)鍵詞：翻包作業(yè)；ABA-Tech；工效學(xué)評(píng)價(jià)；器具結(jié)構(gòu)優(yōu)化；JACK仿真

Key words： repacking operation；ABA-Tech；ergonomics evaluation；container optimization；JACK virtual simulation

中圖分類號(hào)：U468.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0270-03

0 引言

如今隨著工業(yè)4.0，中國(guó)制造2025的不斷深化，以人為本的理念越來(lái)越深入人心，同時(shí)工效學(xué)問(wèn)題也越來(lái)越受到制造型企業(yè)的關(guān)注。目前汽車生產(chǎn)企業(yè)中生產(chǎn)物流作業(yè)仍主要以手工作業(yè)為主，所以在物流作業(yè)中工人的各項(xiàng)工效學(xué)因素將對(duì)作業(yè)造成較大的影響，需要被重點(diǎn)關(guān)注。例如不合理的作業(yè)姿勢(shì)，不合理的工位器具都有可能直接導(dǎo)致工人產(chǎn)生作業(yè)疲勞，甚至造成身體肌肉及骨骼損傷[1]。

生產(chǎn)物流作業(yè)中存在著大量的手工搬舉作業(yè)，關(guān)于手工搬舉作業(yè)的人因工程分析及工效學(xué)設(shè)計(jì)方面，大量的國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的研究。Sue A通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了健康作業(yè)者和下背部有損傷的作業(yè)者的工作場(chǎng)所，研究制定出更適宜作業(yè)者舒適作業(yè)的工作場(chǎng)所的設(shè)計(jì)方法；Coury從人機(jī)工程學(xué)角度研究了工作與休息的分配問(wèn)題并深刻剖析了肌骨胳健康問(wèn)題；胥志峰等運(yùn)用工效學(xué)相關(guān)理論和方法對(duì)上海通用汽車有限公司的某單一搬舉任務(wù)進(jìn)行了分析與改善，并獲得了良好改善效果[2-4]。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究表明，工作負(fù)荷強(qiáng)度高的勞作容易造成身體疲勞，會(huì)導(dǎo)致多種職業(yè)疾病，職業(yè)健康研究已經(jīng)成為新的人因研究熱點(diǎn)，并且在生產(chǎn)過(guò)程中，作業(yè)負(fù)荷及環(huán)境等人因問(wèn)題影響著工人的健康、工作效率與質(zhì)量[5]。

本文研究對(duì)象為某汽車廠的車身車間零件翻包作業(yè)，零件翻包作業(yè)是指操作人員將幾種車身零件從外部包裝器具轉(zhuǎn)移到同一個(gè)車間內(nèi)部周轉(zhuǎn)物料架上，以此節(jié)省生產(chǎn)線旁料架存放空間。由于該廠汽車產(chǎn)量較大并處于上升趨勢(shì)，因此相應(yīng)的物料需求也在不斷增長(zhǎng)。零件揀選工位工人工作強(qiáng)度大、連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，加之不規(guī)范的作業(yè)姿勢(shì)，料架及器具設(shè)計(jì)的不合理會(huì)導(dǎo)致工人作業(yè)疲勞，長(zhǎng)期的疲勞累積會(huì)帶來(lái)不同程度的身體損傷，影響其作業(yè)效率，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生過(guò)零件揀選不及時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)線停線的事故。因此，對(duì)物料揀選作業(yè)進(jìn)行工效學(xué)分析及改善勢(shì)在必行。

本文首先運(yùn)用ABA-Tech軟件對(duì)廠內(nèi)所有翻包工位的作業(yè)進(jìn)行工效評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明工效學(xué)狀態(tài)較差的作業(yè)是彎腰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、肩肘負(fù)荷過(guò)大，且包裝器具體積較大，單次提舉負(fù)載較大。根據(jù)ABA-Tech的分析結(jié)果并結(jié)合對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的觀察，對(duì)現(xiàn)有的工位器具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在托盤上增加傾斜裝置，并在器具內(nèi)部增加擋板。最后應(yīng)用JACK軟件對(duì)優(yōu)化前后的翻包工位中的手工搬舉作業(yè)進(jìn)行仿真，分析其下背部受力及其他改善后的作業(yè)情況。

1 基于ABA-Tech軟件的翻包作業(yè)工效學(xué)分析

1.1 ABA-Tech軟件簡(jiǎn)介

本文使用ABA-Tech軟件對(duì)廠內(nèi)翻包工位的作業(yè)進(jìn)行工效學(xué)評(píng)估，ABA-Tech軟件是主要從體力工作負(fù)荷（身體姿勢(shì)與力量）、作業(yè)環(huán)境、腦力負(fù)荷及其他等四個(gè)方面19個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行人因評(píng)價(jià)，整體人因狀況評(píng)價(jià)結(jié)果通過(guò)“人因評(píng)價(jià)指數(shù)（EBI）”來(lái)反映。該指數(shù)值越高說(shuō)明人因環(huán)境越好，最高為100。EBI≥65則表示該作業(yè)人因狀況可接受；40≤EBI<65則表示該作業(yè)需改善；EBI<40則表示該作業(yè)需立即改善。在各分項(xiàng)目的評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)結(jié)果同樣分為綠、黃、紅三個(gè)等級(jí)：狀況可接受為綠色等級(jí)，用其英文green的首字母g表示；需改善為黃色等級(jí)，用其英文yellow的首字母y表示；需立即改善為紅色等級(jí)，用其英文red的首字母r表示。第1-11項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為體力工作負(fù)荷指標(biāo)，包括作業(yè)高度，身體各部位（頸部、軀干、手臂、肩肘、手腕、手指及膝蓋的負(fù)荷），站立、行走、坐姿作業(yè)的百分比；主要以各項(xiàng)負(fù)荷時(shí)間占作業(yè)周期時(shí)間（或節(jié)拍）的百分比作為評(píng)價(jià)參數(shù)。第12-19項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)是對(duì)于環(huán)境、腦力負(fù)荷及其他部分的評(píng)價(jià)，包括各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)（噪聲、溫度及濕度），節(jié)拍時(shí)間，信息的獲取，危險(xiǎn)品及安全隱患[6]。

1.2 翻包作業(yè)工效學(xué)分析

翻包作業(yè)流程為100將空內(nèi)部周轉(zhuǎn)器具拉至包裝器具旁，200彎腰揀件，300將零件放置在內(nèi)部周轉(zhuǎn)器具中，400推滿周轉(zhuǎn)器具到暫存區(qū)。整個(gè)作業(yè)周期平均時(shí)間為8分鐘，每個(gè)內(nèi)部周轉(zhuǎn)器具中存放4到5種車身零件。翻包作業(yè)示意圖如圖1。

翻包作業(yè)的具體ABA-Tech各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示，總EBI指數(shù)為21，為紅色工位，表明該翻包作業(yè)需要立即進(jìn)行人因改善。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示第4項(xiàng)軀干轉(zhuǎn)動(dòng)和第11項(xiàng)提舉、搬運(yùn)、手持指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為紅色，產(chǎn)生這樣結(jié)果的主要原因?yàn)檐嚿砹悴考b器具的高度較低，工人在揀件時(shí)需要大幅度彎腰；另外零件尺寸較大重量較大，且由于每班次零件的需求量較大，工人每班次（8小時(shí)/班）都要完成幾千次的提舉動(dòng)作，需要反復(fù)彎腰。

2 物流器具優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)翻包作業(yè)的ABA-Tech評(píng)估結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致其工效學(xué)狀態(tài)較差的主要因素是彎腰幅度較大及彎腰頻率較高，而彎腰作業(yè)的主要原因則是物料器具的不合理設(shè)計(jì)，所以接下來(lái)將對(duì)物料器具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 器具現(xiàn)狀分析

圖2a為該工位的現(xiàn)有的工位器具結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包裝器具尺寸為180cm*90cm*70cm，平托盤距離地面高度為20cm，器具平放在平托盤上，沒(méi)有任何傾斜角度，器具內(nèi)部無(wú)其他結(jié)構(gòu)。操作者需要從較低的位置將物料搬裝到廠內(nèi)周轉(zhuǎn)的物料架內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間高頻次的提舉作業(yè)極易造成物流工人的作業(yè)疲勞。

2.2 器具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

對(duì)原有的器具結(jié)構(gòu)進(jìn)行的優(yōu)化主要包括兩方面，一是對(duì)托盤進(jìn)行優(yōu)化，二是對(duì)包裝器具進(jìn)行優(yōu)化。首先是對(duì)托盤的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其增加液壓式可調(diào)整傾斜裝置，使得托盤上的器具可隨意調(diào)節(jié)傾斜角度，便于作業(yè)人員的抓取，托盤的傾斜角度為0°～15°；然后對(duì)包裝器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在其內(nèi)部加設(shè)擋板，擋板數(shù)量及位置可根據(jù)器具種類的不同增減及改變。擋板可以增加器具內(nèi)零件或物料擺放的穩(wěn)定性，并可以避免零件因?yàn)槠骶邇A斜發(fā)生相互碰撞摩擦造成的零件損傷。圖2b、c為優(yōu)化設(shè)計(jì)后的物流器具結(jié)構(gòu)圖。

3 基于JACK軟件的手工搬舉作業(yè)仿真及工效分析

利用JACK軟件對(duì)改善前后的翻包作業(yè)中的搬舉動(dòng)作進(jìn)行仿真及工效學(xué)分析，應(yīng)用JACK軟件分析觀察在器具改善前后手工搬舉作業(yè)的彎腰角度及下背部的受力情況。

首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)員工的平均身體尺寸創(chuàng)建虛擬人，然后在JACK中導(dǎo)入優(yōu)化前后的工位器具三維圖。仿真時(shí)設(shè)定優(yōu)化后的器具傾斜角度為15°，工人正在揀器具最底層的零件，應(yīng)用JACK中的TSB（Task Simulation Builder）模塊進(jìn)行搬舉動(dòng)作的仿真，圖3為改善后手工搬舉作業(yè)仿真示意圖。

應(yīng)用JACK中LBA（Low Back Analysis）下背部分析工具對(duì)改善前后的手工搬舉作業(yè)中下背部受力情況進(jìn)行分析。如圖4所示，在揀取相同擺放位置的零件時(shí)，改善前下背部壓力值為2283N，改善后壓力值為1993N，較改善前下背部受力明顯減輕。且由于器具傾斜，所有搬舉作業(yè)的彎腰角度都將比改善前減小，從而影響不同程度的彎腰時(shí)間占總體作業(yè)周期的比例；另外器具優(yōu)化后，工人與最里層零件的距離縮小，工人伸直手臂揀取里層零件的時(shí)間及頻次大幅度減少。

由于優(yōu)化后的器具暫未投入使用，無(wú)法用ABA-Tech評(píng)估實(shí)際應(yīng)用后的翻包作業(yè)整體工效學(xué)狀態(tài)，但根據(jù)上述分析可知第4、6、11項(xiàng)指標(biāo)在使用優(yōu)化后的器具后將得到有效改善，從而使得整體工效學(xué)狀態(tài)得以提升。

4 結(jié)論

本文首先采用ABA-Tech軟件分析了某汽車企業(yè)車身零件翻包作業(yè)工效學(xué)現(xiàn)狀，根據(jù)各指標(biāo)評(píng)估結(jié)果找到造成作業(yè)疲勞的主要因素為彎腰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、頻次較高。然后根據(jù)以上人因問(wèn)題對(duì)原有工位的物流器具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)可變角度的傾斜式托盤并在器具內(nèi)部增設(shè)擋板。接下來(lái)應(yīng)用JACK軟件對(duì)改善前后的搬舉作業(yè)進(jìn)行仿真及下背部受力分析。分析結(jié)果表明本文中物流工位器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效減輕工人的作業(yè)疲勞，提高作業(yè)效率。

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