航空維修風(fēng)險(xiǎn)分析方法研究

程勝龍

摘 ? 要：在對(duì)航空維修任務(wù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)不能量化分析，因此，文章選擇運(yùn)用動(dòng)作捕捉設(shè)備獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的數(shù)值分析，實(shí)現(xiàn)上肢快速分析、全身快速分析和工作體位分析的信息化和量化，研究不同分析方法的區(qū)別與聯(lián)系，選擇最合適的分析方法對(duì)航空維修任務(wù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目標(biāo)是主動(dòng)減小人體工程學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)機(jī)務(wù)人員的傷害和賠償?shù)某杀尽?/p>

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);分析標(biāo)準(zhǔn);信息化;任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

近年來(lái)，對(duì)航空產(chǎn)品維修設(shè)計(jì)有了更高的要求，職業(yè)的安全性和舒適度問(wèn)題較為普遍。長(zhǎng)時(shí)間面臨靜態(tài)工作強(qiáng)度、負(fù)重大、關(guān)節(jié)反復(fù)彎曲等勞動(dòng)和壓力，可能會(huì)引起維修人員疲勞程度加重，導(dǎo)致與工作相關(guān)的肌肉骨骼損傷[1]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在人機(jī)工效學(xué)仿真平臺(tái)JACK軟件中，基于航空維修對(duì)機(jī)務(wù)人員造成的損傷展開(kāi)了大量研究，其中，大部分學(xué)者在JACK軟件[2]中的任務(wù)仿真模擬界面（TSB）和虛擬人動(dòng)畫(huà)仿真模擬界面（Animation）進(jìn)行維修仿真，手動(dòng)建立出維修任務(wù)的仿真，對(duì)仿真維修任務(wù)實(shí)施方法應(yīng)用Ovako工作姿勢(shì)分析系統(tǒng)（Ovako Working Posture Analysis System，OWAS）和上肢快速分析（Rapid Upper Limb Assessment，RULA）來(lái)分析維修任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和對(duì)維修人員的機(jī)體的損害。但是手動(dòng)仿真并不是人體真實(shí)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所以采用Xsens動(dòng)作捕捉設(shè)備去獲取真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析。

綜合分析，OWAS，RULA和全身快速分析（Rapid Entire Body Assessment，REBA）3種不同的姿勢(shì)分析方法適用于不同的維修作業(yè)，需要準(zhǔn)確分析出不同分析方法之間的區(qū)別，才能根據(jù)具體的維修作業(yè)選擇出最佳分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)維修作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)值的準(zhǔn)確分析。

1 ? ?試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 ?試驗(yàn)硬件設(shè)備

本試驗(yàn)中主要運(yùn)用慣性動(dòng)作捕捉設(shè)備Xsens去獲取精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。先將動(dòng)作捕捉設(shè)備中的接收發(fā)射信號(hào)設(shè)備通過(guò)路由器與工作站相連，穿著特制的動(dòng)作捕捉衣進(jìn)行正常的機(jī)務(wù)維修操作。信號(hào)連續(xù)地發(fā)射與接收、分析、計(jì)算，就獲取了連續(xù)的數(shù)據(jù)信息。

1.2 ?試驗(yàn)場(chǎng)景

對(duì)停機(jī)坪的波音727-200F進(jìn)行了相關(guān)維修檢查，維修試驗(yàn)人員身著動(dòng)作捕捉設(shè)備完全按照自己正常的維修習(xí)慣進(jìn)行自然維修，對(duì)波音727-200F飛機(jī)展開(kāi)了更為詳細(xì)維修作業(yè)錄制，其中，包括主起落架艙內(nèi)管路施工，主起落架、飛機(jī)主輪和剎車(chē)盤(pán)的目視檢查，以及前起落架區(qū)域的目視檢查。

2 ? ?維修任務(wù)的人機(jī)工效學(xué)分析模型

2.1 ?OWAS模型

首先，進(jìn)行工作姿態(tài)分析OWAS值分析，OWAS值分析的機(jī)理是將任一時(shí)刻的工作姿勢(shì)分為5個(gè)部分，包括為頭、背部、手臂、腿部與負(fù)載;其次，對(duì)每個(gè)部位的姿勢(shì)進(jìn)行編碼，從而得到一組可以描繪某一時(shí)刻姿勢(shì)的4位數(shù)編碼;最后，根據(jù)該模型給出的評(píng)判依據(jù)去給出相應(yīng)的評(píng)分。圖1為姿勢(shì)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，圖2為風(fēng)險(xiǎn)值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，它的使用方法是根據(jù)圖2得出的4位姿勢(shì)編碼在圖3中對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值，不同的風(fēng)險(xiǎn)值代表著不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表1所示。

2.2 ?RULA模型

利用RULA對(duì)機(jī)務(wù)維修任務(wù)仿真進(jìn)行分析。RULA的評(píng)估機(jī)理主要是評(píng)估大臂、小臂、手腕、頸部、身軀、腿部在不同工作姿勢(shì)下不同角度的得分，根據(jù)表2判定規(guī)則得到關(guān)節(jié)初始風(fēng)險(xiǎn)值（確定A，B得分），根據(jù)負(fù)載和肌肉使用情況確定中間分?jǐn)?shù)（確定C，D得分）;最后通過(guò)中間分?jǐn)?shù)計(jì)算最終風(fēng)險(xiǎn)值。

2.3 ?REBA模型

利用REBA對(duì)機(jī)務(wù)維修任務(wù)仿真進(jìn)行分析。REBA的評(píng)估側(cè)重于上肢下肢頻繁作動(dòng)的工作任務(wù)，它的機(jī)理與RULA的評(píng)估機(jī)理基本相同，不同點(diǎn)是它們的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)不同（見(jiàn)表3），下半身影響因子所占比重增大，所以導(dǎo)致最后的分析結(jié)果不同。

3 ? ?實(shí)例驗(yàn)證及其分析

3.1 ?不同作業(yè)維修任務(wù)的姿態(tài)分析

在穿戴Xsens動(dòng)捕設(shè)備的情況下，分別對(duì)B727主輪艙的上部管路、主輪艙的下部管路、主起落架和前起落架進(jìn)行了自然機(jī)務(wù)維修試驗(yàn)，將得到的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行OWAS，RULA，REBA人機(jī)功效學(xué)的分析，結(jié)果如表4所示。

3.2 ?OWAS和REBA的相對(duì)分析

在OWAS分析標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)節(jié)編碼直接得到任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，REBA分析標(biāo)準(zhǔn)中要根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的角度大小和扭轉(zhuǎn)程度共同確定風(fēng)險(xiǎn)值，再通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)值確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。兩者都是分析全身姿勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)呈現(xiàn)是正相關(guān)，如圖3所示，為4種作業(yè)下任務(wù)評(píng)分的總和，通過(guò)圖3分析出OWAS和REBA是呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢(shì)，因此，可以驗(yàn)證出REBA系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可用性。

在作業(yè)1和作業(yè)2的數(shù)據(jù)分析中，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到，許多維修任務(wù)姿勢(shì)在REBA的分析標(biāo)準(zhǔn)中歸為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，在OWAS分析標(biāo)準(zhǔn)中有可能處于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。因此，在全身分析標(biāo)準(zhǔn)中，OWAS和REBA相比，OWAS低估了部分姿勢(shì)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 ?RULA和REBA的相對(duì)分析

在REBA系統(tǒng)對(duì)作業(yè)1的分析中，降低的上半身關(guān)節(jié)得分的權(quán)重，加入了更多腿和膝關(guān)節(jié)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的影響，因此，在REBA中，作業(yè)1并不是風(fēng)險(xiǎn)最高的維修任務(wù)。通過(guò)多組試驗(yàn)人員對(duì)進(jìn)行兩組維修任務(wù)的主觀感受，作業(yè)3比作業(yè)1的難度更大、舒適度更低和對(duì)人體損傷風(fēng)險(xiǎn)更大。因此，RULA和REBA相比，RULA低估了下半身對(duì)維修任務(wù)的影響，從而影響整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)人員的主管感受與REBA的評(píng)估結(jié)果一致。

在RULA標(biāo)準(zhǔn)中，各個(gè)關(guān)節(jié)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、附加分的計(jì)算、最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分原理大致相同，但是RULA對(duì)于下肢的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)太模糊、不準(zhǔn)確且占比較小，而REBA就綜合全身關(guān)節(jié)角度且得合理分配關(guān)節(jié)權(quán)重，在全身動(dòng)作較多的航空維修過(guò)程中，REBA方法是最佳選擇。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)分析OWAS和REBA對(duì)所有維修任務(wù)作業(yè)評(píng)分的分布圖，驗(yàn)證了OWAS與REBA評(píng)分呈現(xiàn)正相關(guān)性和REBA人機(jī)工效學(xué)系統(tǒng)的有效性，另外，OWAS評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于模糊，主觀臆斷對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響較大且存在低估部分姿勢(shì)的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）通過(guò)對(duì)落架艙內(nèi)頭頂管路施工和主起落架、飛機(jī)主輪和剎車(chē)盤(pán)的目視檢查進(jìn)行RULA和REBA對(duì)比分析，驗(yàn)證了全身動(dòng)作較多的航空機(jī)務(wù)維修任務(wù)更適合用REBA分析標(biāo)準(zhǔn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鐘思武，曲穎，王忠旭.工作相關(guān)肌肉骨骼疲勞與損傷相關(guān)生物標(biāo)志物研究進(jìn)展[J].職業(yè)與健康，2018（21）：3012-3018，3022.

[2]呂慶文，樊樹(shù)海，趙玲玲，等.JACK交互式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019（12）：120-122.

Research on aviation maintenance risk analysis method

Cheng Shenglong

（Aeronautical Engineering College， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract：The risk assessment of aviation maintenance tasks cannot be quantified. Therefore， this paper chose to use motion capture equipment to obtain motion data. Through numerical analysis of motion data， the rapid upper limb assessment， the rapid entire body assessment， and the Ovako working posture analysis system is implemented. Study the differences and connections of different analysis methods， and select the most appropriate analysis method for risk assessment of aviation maintenance tasks. The goal is to proactively reduce the risk to ergonomics， the cost of injury to the crew and compensation.

Key words：motion data; analysis criteria; informatization; task risk assessment