研究人机工程提高装配效率(软课题)

工艺技术部    娄楠楠   王凯   李静

摘要：在现代化生产过程中，工程设计人员不仅需要考虑机械的材料、力学、 温度、工作环境、工作强度和频率等因素，还要求充分考虑人—机—环境之间的关系，也就是我们常说的人机工程。人机工程主要研究和解决人—机—环境协调，使之形成有机联系，使机器与设备适合人的生理和心理需求，从而达到工作环境舒适安全、操作准确，省力简便，减轻操作疲劳和提高工作效率的目的。

关键词：机械装配 　人机工程  参数设计 　安全高效

在现代化生产过程中，人机关系是生产效率的重要影响因素，工作人员在适应的生理、心理环境下工作才能发挥最大的效能和减少差错。为了使工作人员减少差错，提高效率和安全性，需要根据人的生理、心理特点设计机械系统，是人机工程学的重要研究范畴。

作为劳动密集型的摩托车装配线，人的因素无疑是主导条件。为提高装配效率，人机系统的优化是必不可少的。

1．装配线上操作人员的基本姿势都是立姿，我国成年人的结构尺寸和立姿人体主要尺寸如下：

图1—1   人体站立尺寸

表1—1

表1—2

2．机械装配中的人机关系

2．1 装配时的举高和搬运时零件的堆放高度要满足人体需要，正常人站立时的活动空间，如下图2—1 所示

图2—1立姿活动空间

在机械装配中，立姿操作时，要有足够的空间允许操作者可以自由移动身体。所以，在机械装配过程中，如举高和搬运操作时，要注意让脊骨伸展，避免冲击式举重等危险操作。应利用辅助工具，提抬载荷要贴近身体，并使载荷由身体平均承受。在图2—2中，左边姿势是明显不对的，首先是容易发生肌肉扭伤，其次是容易发生脊骨疲劳产生安全隐患。

图2—2  立资操作的不同方式

2．2装配操作中，人手的操作最佳位置

人在操作设备或从事作业时是一个动态的过程。在工作中，人在站立姿势条件下，手能及的最大范围，如图 2 —3 所示，虚线表示最佳范围；点划线表示躯干不活动时，手能及的最大范围；细实线表示人躯干活动时，手能及的最大范围。为了避免疲劳和保证较高的工作效率，一般要求各种操作装置位于人躯干不活动时手能及的范围之内。在机械装配中，用双手拿起物体的最初位置，手距地面高H应高于 600mm，低于此值拿起物体，须弯腰（脊背弯曲角超过15°），增加体力消耗（见图 2—4）。装配操作中，人手水平操作的最佳位置，既水平推或拉的位置，握柄位置离地面的适宜高度 H 为 850～950mm（见图2—5）。

图2-3人体站立姿势时手能触及的最大范围

图2—4  物体的最初位置                       图2—5握柄的适宜高度

立姿手的水平作业面，如图2—6 所示，在较佳活动范围作业，无疑会提高操作精度、减轻操作疲劳。

图2—6 

3人机系统与环境因素

人机系统是在特定环境中进行工作的。环境对人机系统的工作效能有很大影响；人机系统对环境也有具体要求。特别是作为系统主体的人, 对工作环境的要求更为苛刻。为了保持系统的高效率、可靠性和持久性，单从不伤害人体的角度来创制环境是不够的，还必须考虑操作者工作的舒适性。

3.1温度

温度环境包括温度、湿度、风速等因素，表示方式主要是有效温度 (ET)、操作温度 (OT)、四小时汗率指数 (P1SR) 和湿黑干球温度 (WGBT) 等。人体主观感受的舒适温度与人体主观条件 (运动量、穿衣多少、耐热能力等) 有关。客观标准的舒适温度是生理学和医学上认为于人体最适宜的温度，工作时为19℃～21℃。休息时为25℃～29℃，标准温度为（21±3）℃。在“工作温度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又称为“允许温度”。生产率与温度和湿度变化的关系见图3-1所示。当温度为20℃、湿度为50%时， 生产率为100% (A点)，当湿度不变，温度升高至25℃时，生产率下降至80% (B点)，当温度升高至40℃、湿度为80%时，生产率下降至65% (C点)。

                   图3-1 生产率与温度和湿度变化关系

3．2  光线

工作环境的光线照度与人的感官疲劳和精神疲劳密切相关。人有舒适度感的基本照度要求是50 Lux -70 Lux，一般工作场合为100 Lux ~200 Lux，精细操作要求为500 Lux。照明光线应均匀，无眩光，光色合适。对于装运设备要特别注意，如叉车司机驾驶室应有遮阳装置，避免太阳的直接眩光，并要避免镜面、台面强反射眩光。当几面开窗有多个阴阳时，应采用控光玻璃来减弱相反方向的入射光，手和身体在台面上的阴影不要造成干扰，以免引起不舒适感觉, 产生过早视觉疲劳、工作效率降低和活动能力减弱等状况。

3．3共振

人体是一个弹性系统，有自己的振动特性(以4Hz～8Hz、10Hz～12Hz、20Hz～25Hz 为第1、2、3 共振峰)，人的各个器官也有自己的共振频率。例如眼睛的共振频率为20Hz～25Hz，头为25Hz～30Hz，手为30Hz～40Hz，内脏为 5Hz～8Hz，神经为245Hz～250Hz。振动会使人不舒适，降低人的视觉和操作效率，增多失误，尤其发生共振时，可能造成人体疾患。研制产品时，要通过测试检查，并在设备结构和元件上采用隔振、吸振和缓冲减震等装置，避免达到生理临界范围的机械振动和将冲击传至人体。

3．4噪声

噪声是工业中多见的污染因素。工业噪声主要是由企业内的各种设备产生的。噪声会使听力下降，注意力不集中，反应迟钝，容易疲乏，不仅使工作速度受到影响，而且会降低工作质量。如果噪声级超过85dB，将会危害人的神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，产生神经衰弱和高血压等病症。所以，设计产品时必须考虑降噪和防噪问题。工程中经常采取如下几项措施：①采用能够吸收噪声的材料和结构，尽量吸收掉一些噪声能，降低噪声；②利用隔声板、隔声罩、隔声管道和消声器等坚实的材料或装置隔离噪声传播的通路，控制噪声；③对于振动较严重的噪声源，可采用弹簧、橡胶和气垫等元件减少振动力的传递或者在振动表面覆盖以阻尼材料，降低噪声辐射率。

4  结论

综上所述，现代工厂设计中不仅要考虑机—电的结合，更应考虑机—电—人—工作环境的结合。

在第三代摩托车总装工厂的布局设计中应充分考虑以下几点：

工作台与操作者的距离应控制在100mm~300mm之间，减少人体转身角度，工作台面的高度应在900 mm ~1000 mm之间。

②操作平面与人体站立平面的高度差在850mm~950mm之间，操作手柄或操作工具的吊挂位置应与操作点的位置持平，减少非静态的持续用力。

③工作现场的温度控制在20C°±2C°，休息区温度控制在22C°±5C°

④在光照度方面。不同的区域光照度不同。休息区的光照度为100 Lux，一般工作区的光照度为150 Lux ~200 Lux，装配线、发送线和检测工作区域光照度为500LX~600 Lux，打包线光照度为300 Lux -350 Lux。工作台面要使用散射材料，避免出现眩光。

⑤对于生产过程中出现震动的工作区域增加减震、隔震或缓冲装置，减少震动产生的人体疲劳。

⑥对噪声的控制。对工作区域内的噪声进行测量，划分区域，噪声大于80dB的区域应设置在单独的噪声隔离间中，操作者戴耳塞等隔噪设备，同时利用隔声板、隔声材料或者吸音材料隔离噪声传播。对于一般操作过程中噪声等级超过60dB的工作区域操作者需带耳塞。

⑦持续工作时间应该控制在每120分钟以内，每次休息时间控制在10~15分钟之间，过度疲劳和工作期间的长时间休息都会使人体的作业能力下降。研究表明，人连续工作7.5小时以上（正常工间休息），工作效能会急剧下降到50%以下。因此，在白天正常工作的情况下，安排加班是非常不经济的。

我们研究人机工程的主体就是在设计和布局中充分考虑影响人—机的因素，这样才能使劳动者身心健康得到保证，发挥和实现人—机性能。

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