對現(xiàn)代傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中人因要素的探討

張長信

摘? 要：現(xiàn)代制造系統(tǒng)作為“技術(shù)”、“組織”與“管理”的有機集成，一直以來都是以“人”作為中心構(gòu)成元素。經(jīng)歷信息化、智能化的轉(zhuǎn)變后，傳統(tǒng)制造業(yè)要發(fā)揮“人-機-環(huán)境”這一系統(tǒng)的效能，需要依據(jù)人因工程學(xué)與工業(yè)工程學(xué)理論，優(yōu)化人員管理與任務(wù)分配;運用作業(yè)研究、人體仿真等方法，改善人機接口、工作環(huán)境以及整個系統(tǒng)的協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)制造系統(tǒng);人因要素;“人-機-環(huán)境”;系統(tǒng);優(yōu)化

中圖分類號：TH164 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）05-0047-03

隨著制造技術(shù)在信息化、系統(tǒng)化方向的發(fā)展，計算機集成制造、柔性化制造、敏捷制造等先進制造模式在傳統(tǒng)制造行業(yè)中不斷涌現(xiàn)。自身的集成特性與市場的多元化特性決定了研究現(xiàn)代制造系統(tǒng)中人因要素的重要性。

1 制造系統(tǒng)中人的作用

隨著制造系統(tǒng)自動化與信息化在各制造領(lǐng)域的逐步推廣，人在整個系統(tǒng)的地位逐漸從“操作者”轉(zhuǎn)向“監(jiān)管者”，成為制造系統(tǒng)中能動性最大的因素。在勞動力有限、人力成本增高的情況下，需要優(yōu)化人員配置，改進人工操控與機器運作之間的匹配。當(dāng)前，操作人員在制造系統(tǒng)中的作用可概括如下[1，2]：

（1）保持不同生產(chǎn)部門間的聯(lián)系溝通，在生產(chǎn)任務(wù)的不同方案中權(quán)衡與決策。

（2）監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)，適時調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的進程。

（3）監(jiān)測、判別生產(chǎn)計劃外的系統(tǒng)失誤，對系統(tǒng)突發(fā)/偶發(fā)事件做出補救處理。

2 制造系統(tǒng)中的人因要素及其影響

2.1 人因要素在作業(yè)中的體現(xiàn)

人為因素可分為包括任務(wù)培訓(xùn)與執(zhí)行經(jīng)驗、工作動力/壓力在內(nèi)的內(nèi)部因素，以及包括環(huán)境條件、任務(wù)復(fù)雜程度在內(nèi)的外部因素（如表1）。

研究人員一般通過生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研或是試驗測試，綜合考慮操作人員的生理、認(rèn)知與行為特征，對不同生產(chǎn)任務(wù)中各個內(nèi)/外部因素對工效、作業(yè)準(zhǔn)確性以及作業(yè)失誤的影響進行定量分析[3，4]。

Helenice Jane Cote（2005）指出作業(yè)場所包含的操作空間、作業(yè)條件等外部人因要素應(yīng)從生物力學(xué)、人體測量學(xué)與管理學(xué)等多方面進行探討，以符合操作人員的特性和要求[5]。Samson Sunday Adaramola（2012）通過工人生理/心理壓力表現(xiàn)的模型檢測探討了工作壓力對作業(yè)能力與工效的影響及其跟工傷事故的關(guān)聯(lián)，測試表明工作任務(wù)跟工人能力與需求的不匹配易導(dǎo)致工作壓力，其中心理與情緒壓力對員工作業(yè)能力的影響最為明顯，易導(dǎo)致工作失誤;其建議將現(xiàn)行管理方式中“以任務(wù)驗收為導(dǎo)向”改為“以員工行為為導(dǎo)向”[6]。

2.2 人因要素對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響

國內(nèi)外都早有學(xué)者指出制造系統(tǒng)的效能不僅取決于相應(yīng)技術(shù)水平，還取決于“人-機-環(huán)境”的協(xié)調(diào)程度。生產(chǎn)系統(tǒng)效能作為一個綜合概念，直接與工人任務(wù)完成能力相關(guān)。

G Salvendy（2012）模型化地概括了現(xiàn)代制造系統(tǒng)中工人、技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計者之間的函數(shù)聯(lián)系：I（U，T）=F[I（U，D），I（D，T）][7]。其中D（Designer）、U（User）、T（Technology）分別代指制造系統(tǒng)的設(shè)計者、操作工人以及所涉及的的技術(shù)，I（Interaction）表示上述各因素間的相互作用。通過該模型可發(fā)現(xiàn)，制造技術(shù)與其操作者間的相互作用是由操作者與設(shè)計者間的關(guān)系I（U，D）以及設(shè)計者與制造技術(shù)間的關(guān)系I（D，T）共同決定的;可見人員管理與人-機接口設(shè)計是現(xiàn)代制造系統(tǒng)設(shè)計的兩大核心，唯有圍繞操作者的人因要素優(yōu)化制造系統(tǒng)的安全性、可靠性和易用性，才能改善工作效率，提升整體效能。

3 圍繞人因要素對制造系統(tǒng)的優(yōu)化

目前針對現(xiàn)代制造系統(tǒng)中人因要素所做的工程研究與應(yīng)用主要體現(xiàn)以下方面[8，9]：

（1）人員管理、任務(wù)/技術(shù)部署的優(yōu)化調(diào)整。

（2）將人、組織、技術(shù)集成協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，創(chuàng)造競爭優(yōu)勢。

（3）基于整體方法論開發(fā)CAE/CAM計算機輔助工具，用以支持分析復(fù)雜系統(tǒng)。

（4）開發(fā)現(xiàn)有軟硬件系統(tǒng)中系統(tǒng)策略、系統(tǒng)體制和系統(tǒng)集成的技術(shù)和能力。

工作研究、人體仿真作為評測制造工效的兩種常用方法，兩者的實踐目標(biāo)都在于考察人在制造系統(tǒng)中的表現(xiàn)以及所執(zhí)行任務(wù)對系統(tǒng)的影響。

3.1 面向工人行為的制造系統(tǒng)優(yōu)化探討

工作研究通常用動作分析法、既定時間標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法（Predetermined Time Standards， PTS）等方法將構(gòu)成操作

人員作業(yè)單元的動作分解成基本動素，對這些基本動素進行標(biāo)準(zhǔn)化分析以及組合優(yōu)化。

彭麗霞等人（2015）對渦輪增壓器裝配人員的作業(yè)過程進行動作分析，并根據(jù)動作經(jīng)濟原則對作業(yè)動作進行優(yōu)化，最后使用模特排時法預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動作時間，獲得適用于該裝配線上工人的標(biāo)準(zhǔn)動作體系與作業(yè)時間，可有效提高作業(yè)工效量[10]。

人體仿真多用數(shù)字人體模型來進行協(xié)助作業(yè)人員的人機工程學(xué)評測，JACK、SAFE-WORK、RAMSIS、MANERCOS等都是常用的仿真軟件，這些軟件一般可以滿足對人體姿勢的模擬與工程力學(xué)測評，并基于此進行動態(tài)人體效能預(yù)測[11]。

張大可（2010）運用JACK 系統(tǒng)的作業(yè)疲勞分析工具對VDT作業(yè)人員的肌肉疲勞進行了分析。其作業(yè)模擬分析主要針對鍵盤操作坐姿、肘部支撐坐姿和放松坐姿三種VDT作業(yè)中最常見的姿勢，通過特定的時間周期和恢復(fù)周期的設(shè)定，得到每種姿勢所需的恢復(fù)時間以及可能對人體造成的損害[12]。王朝增等人（2014）提出了一種基于非介入式運動捕捉設(shè)備Kinect的人體作業(yè)仿真方法，利用Kinect對真實的人體作業(yè)動作進行捕捉獲得人體模型，將其與人機工效學(xué)軟件DELMIA中人體模型建立映射，并對DELMIA軟件進行二次開發(fā)，最終實現(xiàn)由Kinect獲取的人體運動數(shù)據(jù)驅(qū)動DELMIA里的虛擬人體進行仿真作業(yè)[13]。

3.2 面向任務(wù)的制造系統(tǒng)優(yōu)化探討

工作研究通常用5W1H（Why、What、Where、When、Who、How）分析法、ECRS（Eliminate、Combine、Rearrange、Simplify）分析原則對任務(wù)進行對象、場所、程序、時間等多方面分析，并對其流程進行步驟刪減、合并、重排等優(yōu)化;另外針對任務(wù)中各步驟的人體能耗評估也是有效的優(yōu)化方法。

JY Feng（2014）運用5W1H分析法與ECRS原則分析了電子產(chǎn)品包裝作業(yè)，針對其瓶頸部分提出改進方案，使兩個生產(chǎn)線平衡率分別提升了22%和15%[14]。王向銀等人（2010）對裝配作業(yè)的工效通過人體新陳代謝能量消耗值

來進行量化評估，他們對作業(yè)動作進行分解并獲取動作參數(shù)，經(jīng)人體疲勞評測與優(yōu)化方案的驗證完成作業(yè)工效的分析與改善[15]。

面向任務(wù)與組織的人體仿真旨在分析諸如任務(wù)執(zhí)行時間、人的工作負(fù)荷和工作表現(xiàn)等操作者在執(zhí)行任務(wù)流程中應(yīng)對的人因問題。

劉云龍（2011）對單元層和工位層的焊接制造單元提取了單位生產(chǎn)時間、機器利用率、工人忙閑率及主觀疲勞評價等相關(guān)參數(shù)，并進行了人體仿真分析;從而在制造單元的設(shè)計階段完成了方案評估與診斷，為下一階段的進展提供了數(shù)據(jù)支持[16]。蒲海蓉（2011）運用JACK仿真軟件對汽車總裝車間的輪胎分裝與裝配工序搭建了三維場景模型并實現(xiàn)了工人操作的全過程仿真;針對輪胎分裝作業(yè)中一人多任務(wù)的特點，其采用復(fù)合提舉指數(shù)進行量化評估，并采用RULA方法評測工作姿勢，最后針對評估結(jié)果提出優(yōu)化方案并予以仿真驗證[17]。

4 結(jié)論與討論

如今，多數(shù)傳統(tǒng)制造行業(yè)的生產(chǎn)模式處于半機械化/機械化制造模式向機械化+信息化制造模式過渡的階段，ERP系統(tǒng)、柔性化生產(chǎn)與成組技術(shù)被逐步推廣。因我國技術(shù)基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)特征不同于歐美國家，大多數(shù)企業(yè)先進制造系統(tǒng)成功實施及效能發(fā)揮更多地取決于相關(guān)的作業(yè)人員與組織情況。

另外，因近年來傳統(tǒng)行業(yè)中勞動力短缺、利潤空間減小、銷售服務(wù)方式的改變，各地企業(yè)工人工作強度并未因先進模式的運用而得到明顯改觀，人員管理不力、超時加班、作業(yè)疲勞等問題頻現(xiàn)[18]。圍繞“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)中“人”這一因素，使用工業(yè)工程、人因工效學(xué)的方法探討人機作業(yè)過程，是緩解作業(yè)疲勞、提高作業(yè)工效的最佳途徑。

參考文獻：

[1]應(yīng)華軍.制造系統(tǒng)人因可靠性分析方法及輔助系統(tǒng)開發(fā)[D].浙江大學(xué)，2011.

[2]孟凡生，趙剛.傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展影響因素研究[J].科技進步與對策，2018（1）：66-72.

[3]Perrey S， Thedon T， Rupp T. NIRS in ergonomics： Its application in industry for promotion of health and human performance at work[J]. International Journal of Industrial Ergonomics， 2010，40（2）：185-189.

[4]Viola E， Vidal M C. Job stress management protocol using a merge between cognitive-behavioral techniques and ergonomic tools.[J]. Work， 2012， 41 suppl 1（6）：2789-2794.

[5]Coury H J C G. Time trends in ergonomic intervention research for improved musculoskeletal health and comfort in Latin America.[J]. Applied Ergonomics， 2005，36（2）：249-252.

[6]Adaramola S S. Job stress and productivity increase.[J]. Work， 2012， 41 Suppl 1（6）：2955-2958.

[7]Salvendy G. Handbook of human factors and ergonomics[M]. John Wiley & Sons， 2012：13-21.

[8]盧小菊，劉英林.淺談人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機械工程與自動化，2013（3）：165-166.

[9]趙一奇.試論人機工程學(xué)在機械制造設(shè)計中的應(yīng)用[J].民營科技，2017（1）：141-141.

[10]彭麗霞，張力，蔣建軍.基于動作分析的渦輪增壓器裝配線作業(yè)分析與優(yōu)化[J].機械，2015（1）：1-6.

[11]Yan F U， Shiqi L I， Chen G G. Motion/posture modeling and simulation verification of physically handicapped in manufacturing system design[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2013，26（2）：225-231.

[12]張大可.基于Jack的VDT作業(yè)肌肉疲勞研究[J].科技風(fēng)，2010（5）：261-262.

[13]王朝增，王海燕，李仁旺，等.基于Kinect的人體作業(yè)仿真方法研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，31（1）：35-39.

[14]Feng J Y . The Application and Study of Work Study in Electronic Production Packaging Line Balancing[J]. Advanced Materials Research， 2014，933：538-542.

[15]王向銀，劉堅，蒲海蓉，等.基于能量分析的裝配作業(yè)疲勞改善研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，37（5）：31-34.

[16]劉云龍.基于人因?qū)W的制造單元規(guī)劃技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2011.

[17]蒲海蓉.汽車總裝過程人因工程優(yōu)化研究[D].湖南大學(xué)，2011.

[18]丁雪，張驍.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下我國傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的微觀策略及路徑：價值鏈視角[J].學(xué)海，2017（3）：86-90.