汽車制造領(lǐng)域人機工程體系的創(chuàng)新開發(fā)及應(yīng)用

武瑞華、周占全、邸云龍、秦秀澤、任超

（卡萊弗（山東）汽車科技有限公司 276800）

1 人機工程體系在汽車制造方面的創(chuàng)新及開

應(yīng)用人機工程系統(tǒng)的汽車制造過程，主要可以被劃分為主動人機工程和被動人機工程兩個部分。其中，對于汽車生產(chǎn)線的前期設(shè)計部分屬于主動人機工程，包括對新汽車產(chǎn)品的設(shè)計和評審、對新設(shè)備是否能大規(guī)模投入使用的評審以及對生產(chǎn)線高度及料箱料架的審核。

1.1 人機工程系統(tǒng)的主動部分

將汽車產(chǎn)品的設(shè)計歸屬于主動人機工程，是因為在對新的車型等產(chǎn)品進行研發(fā)的過程中，先后要經(jīng)歷的虛擬和實物造車兩部分，這個過程當(dāng)都會出現(xiàn)的人機問題。由于涉及范圍小、應(yīng)用技術(shù)狹窄，因此可以在小范圍內(nèi)主動解決。

主動人機工程階段時的設(shè)備產(chǎn)品是不會投入量產(chǎn)的，屬于小范圍的開發(fā)和試驗，因此人為的主動控制較容易實現(xiàn)。對于主動人機工程的創(chuàng)新重點，應(yīng)該在對產(chǎn)品設(shè)計部分進行創(chuàng)新的改良。例如，可以在對設(shè)計進行模型搭建時，通過虛擬的產(chǎn)品運行模擬。以此發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)運行時的人機問題，并在建模過程中進行問題的解決，實現(xiàn)降低產(chǎn)品開發(fā)成本的目的。

負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計的研發(fā)團隊在進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程中，不僅要對產(chǎn)品本身進行人機工程系統(tǒng)的主動問題解決，還需要對產(chǎn)品設(shè)計投入到實際生產(chǎn)后的人機問題進行預(yù)設(shè)，并積極尋求初步優(yōu)化。這樣才能保證產(chǎn)品在設(shè)計與研發(fā)過程中的細(xì)節(jié)精度，促進后續(xù)量產(chǎn)等被動人機工程部分的進行。只有在前期的新車型研發(fā)階段盡量解決掉可能發(fā)生的人機問題，才能最大程度的發(fā)揮主動性，使人機工程的主動部分做到高質(zhì)量、高效率，進而對后續(xù)工作的開展起到幫助作用。

1.2 人機工程系統(tǒng)的被動部分

在進行完前期的人機工程主動部分之后，產(chǎn)品將進入正式量產(chǎn)階段，也就是人機工程系統(tǒng)的被動部分。由于產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)線的流程、速率等都具有一定的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)，因此技術(shù)性的問題會相對較少，但依舊無法完全避免生產(chǎn)中會暴露其他問題。

量產(chǎn)階段，幾乎所有產(chǎn)品的配置都是相同的，一旦發(fā)生問題就會牽扯到同一批次的許多產(chǎn)品，問題可控程度較低。因此，對于問題的調(diào)節(jié)屬于被動調(diào)節(jié)。此外，由于量產(chǎn)階段所涉及的產(chǎn)品數(shù)量眾多，因此想在不影響產(chǎn)品正常生產(chǎn)的情況下對產(chǎn)品設(shè)計和人機工程進行改進非常困難。

在被動人機工程階段，產(chǎn)品設(shè)計出現(xiàn)問題的情況相對少見。主要的人機工程問題是員工疲勞，由于長期從事機械性的重復(fù)操作，工作人員的疲勞度會逐漸升高，工作熱情會逐漸下降，這對生產(chǎn)線的批量生產(chǎn)效率是一種阻礙。因此在被動人機工程中，需要盡量對工作人員的輪崗進行合理安排，控制工作人員的勞動強度，以此來盡可能降低工作人員的疲勞度，從而促進被動人機工程的進行。

2 人機工程系統(tǒng)在對新產(chǎn)品設(shè)計時的應(yīng)用

截止目前，越來越多的汽車制造商在技術(shù)上選擇自主研發(fā)的路線。在汽車的研發(fā)方面，產(chǎn)品開發(fā)和具體的工程制造有著密切的關(guān)系。設(shè)計出的產(chǎn)品，要通過工程制造，最終以成品的形式進行考核驗證。工程制造要以產(chǎn)品設(shè)計為重要的輸入，才能有核心、有目的地開啟制造生產(chǎn)[1]，輸出成品。

2.1 對于設(shè)計產(chǎn)品的模擬制造階段

產(chǎn)品的模擬制造是在新產(chǎn)品初步設(shè)計完成的情況下，利用數(shù)學(xué)建模等工具對新產(chǎn)品的計按照工藝流程進行模擬加工，從而進一步發(fā)現(xiàn)人機問題的過程。對產(chǎn)品設(shè)計的模擬制造是進一步探究人機問題的關(guān)鍵，也是對新產(chǎn)品實際應(yīng)用性的重點評估方法之一。通過對新產(chǎn)品的模擬制造和層層評估，可以發(fā)現(xiàn)最基礎(chǔ)的人機問題并進行初步解決，使針對人機問題的改進方案更具層次性。在提高設(shè)計效率的同時，也可使研發(fā)的成本降低到最低，減少不必要的能源損耗。

圖1 模擬制造流程圖

對新設(shè)計出的產(chǎn)品進行模擬制造要遵循一定的工作流程，須按照一定的順序進行或者循環(huán)操作。在這個過程中，應(yīng)用最多也是最高效的一種模擬制造方法是流程圖表示法（圖1）。

如上述流程圖所示，新設(shè)計產(chǎn)品的模擬制造階段的流程主要分為6 個部分，這些部分環(huán)環(huán)相扣，須按順序進行。

首先，通過模擬制造對新產(chǎn)品設(shè)計中出現(xiàn)的人機問題進行初步篩選，過濾掉部分淺層的人機問題。然后，IE 工程師再利用計算機軟件對剩余的部分再次進行人機工程評估，并對新產(chǎn)品進行定性分析。在得到更深入的人機問題之后，將2 個階段的所有問題點統(tǒng)一反饋給產(chǎn)品工程階段的工作人員[2]。接下來，產(chǎn)品工程相關(guān)的工作人員會對產(chǎn)品的設(shè)計進行進一步的定向優(yōu)化。優(yōu)化過后，這些產(chǎn)品會接受再度評估，如果對新產(chǎn)品的評估通過了人機工程系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)測評，則可以在新產(chǎn)品的設(shè)計建模中應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計。否則，就需要進行設(shè)計調(diào)整，并繼續(xù)接受評估，直到產(chǎn)品優(yōu)化符合人機工程系統(tǒng)。

2.2 對于設(shè)計產(chǎn)品的實車實驗階段

模擬設(shè)計階段的產(chǎn)品評估和優(yōu)化工作完全結(jié)束之后，將新產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)完全公布，之后進入樣品試制階段。樣品試制的目的是對新產(chǎn)品在后續(xù)量產(chǎn)階段可能出現(xiàn)的更深層人機問題進行篩查，以避免在后續(xù)實際生產(chǎn)線出現(xiàn)更多的人機問題。相對于模擬制造階段，樣車試制階段才是人機問題的高發(fā)區(qū)，在這一階段暴露的問題更為接近后續(xù)實際批量生產(chǎn)可能遇到的問題。因此，對于樣車試制階段的方法創(chuàng)新，就是以更好地利用電子信息技術(shù)，盡量查找出所有的人機問題為目的，盡量避免在量產(chǎn)時產(chǎn)生人機問題，影響生產(chǎn)線的流程進度。

3 人機工程系統(tǒng)在量產(chǎn)時的應(yīng)用

在新產(chǎn)品經(jīng)過完整的設(shè)計評估和優(yōu)化，并且排除了潛在的人機問題之后，新產(chǎn)品將正式投入量產(chǎn)。這個階段，應(yīng)更加關(guān)注在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)人機問題[3]。因此需要廠家針對自身工廠的實際生產(chǎn)情況，采用多角度的人機工程問題解決方法，開展具體的人機工程問題觀察，從而在根本上改善員工的工作環(huán)境，營造更好的人機工程狀態(tài)。

例如，有些工廠的工位不適合身高過低或過高的人員，因此就需要對該操作崗位的在職人員身高進行調(diào)查統(tǒng)計。身高符合工位所需條件的員工不做變動，身高條件不合適的員工會進行崗位交換。這樣做可以避免身高較矮的員工踮腳操作，以及身高較高的員工彎腰操作，減輕工作人員的疲勞程度，提高工作人員的滿意度。通過開展人性化的人機工作，研究和解決深層人機工程問題。這樣做才能最大程度地提高工作人員的滿意度，使工作效率得明顯提高。

4 結(jié)束語

未來，人機工程會進一步發(fā)展。工廠應(yīng)以此為契機，不斷完善現(xiàn)有人機工程體系的細(xì)節(jié)，使人機工程系統(tǒng)的優(yōu)勢得到深入的發(fā)掘。同時，將人機工程從在汽車制造生產(chǎn)線中的應(yīng)用經(jīng)驗逐漸擴展到更多汽車相關(guān)領(lǐng)域，從而使人機工程體系更全面更高效的投入到實際應(yīng)用之中，服務(wù)更多的工程領(lǐng)域。此外，人機工程系統(tǒng)的創(chuàng)新和普及，還會促進汽車制造行業(yè)的深層次發(fā)展。