手工搬举作业的人因工程量化评估与改进研究
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第 15 卷第 1 期 2009 年 12 月
工业工程与管理 Industr ial Engineer ing and M anag ement
V ol. 15 N o. 1 Feb. 2010
文章编号: 1007- 5429( 2010) 01- 0103- 05
手工搬举作业的人因工程量化评估与改进研究
Key words: m anual materials handling ; composit e lift ing index ; erg ono mics im pr ovement ; JACK
1 引言
工人 从 事 人 工 物 料 搬 举 ( Manual M at erials H andling, MM H ) 活动 时, 工作 负荷会加诸于 生理 与心理上, 当这些压力超过人员所能忍受的限度时,
2. 2 复合搬举任务的评估指标计算
描述复合搬举作业对人体下背痛的影响情况可 以通过复合搬运指数 CL I 进行量化评价, 评价的依 据是 美 国 国 家 职 业 安 全 卫 生 研 究 所 ( National Institut e for Occupat ional Safet y and H ealt h, NIOSH ) 制定的标准。CLI 的求解包括如下五个步骤。
2. 1 复合搬举任务的选取及分析
复合搬举任务分析与评价的核心目标是利用人 因工程的改善方法来降低搬举作业人员下背痛的发 生机率, 所以需要针对下背部受力较大的搬举任务进 行分析研究。鉴于此, 首先应对所研究生产线的现场 生产过程进行记录, 结合现场操作人员的访谈明确分 析改进的具体工序。通过现场调研可以了解现场的 设施布局情况进而得到工人抬举或者移动的距离参 数, 将现场作业流程进行标准化作业分解后删除一些 与工人疲劳度和下背痛相关性较小的次要任务( 如空 手移动和启动设备等) , 所得结果即构成一个复合搬 举任务。确定复合搬举任务之后需要获取能够反映 任务特性的一系列参数, 包括各项搬举任务初始和终 止状态下人体的垂直和水平位置、身体扭转角度、抬 举载荷重量、手对物体的握持状态以及通过秒表测量 计算得到的抬举频率和工作持续时间等。
( 3) 计 算 频 率 搬 运 指 数 FI L I ( F requency-
Independent L ift ing Index ) , FI L I = ML W/ FI R WL 。频率搬运指数 FI L I 反映了各项重 复搬 举任务的搬举载荷是否超过了推荐的重量极限, 若 FI L I 大于 1. 0, 则说明需要进行人因改进以减少身 体的压力。ML W 指搬举物料的最大载荷重量。
Chang sha 410082, China; 2. H unan Universit y School of Desig n, Changsha 410082, China; 3. H unan Geely Aut omo bile Cor por at ion L imit ed, Xiangt an 411100, China)
( 2) 计算 独立任务推荐 重量极限 ST RWL ( Sing le- T ask Recomm ended Weig ht L imit ) , S T R WL = FI R WL @ FM 。其中独立任务推荐重量 极限 ST R WL 反映了操作人员在整个工作中仅完
工业工程与管理
第1期
成一项任务时所能搬举的重量极限及完成该任务是 否对身体造成过大的压力。
2 复合搬举任务分析改进方法
手工物料搬举作业的众多评价方法可归为具有 代表性的两类, 静态生物力学分析方法和动态生物力 学分析方法。动态生物力学分析方法主要适用于分 析工人搬举重载荷物体快速移动的搬举作业, 而现代 生产中重载荷物体快速移动的搬举作业通常由辅助 设备完成, 所以手工搬举作业常采用静态生物力学分 析方法。静态生物力学分析常用于评估工人完成特 殊的手工任务时身体的受力情况, 本文以静态生物力 学方法为依托研究了复合搬举任务分析方法, 为工人 避免搬举作业造成的下背痛伤害提供了技术支撑。
Abstract: Aiming at t he erg onomic pr oblem of M anual Mat erials H andling in m anufact uring pro cess, a quantit at iv e evaluation and improvement met ho d based o n Com po sit e Lif t ing Index ( CLI ) is invest igat ed in t his paper. In view of t he m ult it ask charact erist ics of actual M anual Mat er ials H andling, t he m et hod int roduces CLI t o quant it atively ev aluat e Erg onomic pro blem in Manual M aterials H andling ( M MH ) , which can be eff ect ively fulf illed t hrough choosing Co mposit e L ift ing t ask, calculating Co mposit e L ift ing Index, Opt imizing Com posit e Lif t ing t ask and validat ing erg onomic improvement based on simulation sof t w ar e JACK. T he m et hod are verified as f easible and ef f ectiv e by it s successful applicat ion in t he t ire assembling pr ocess of an aut omo tive general assembly plant.
关键词: 手工搬举作业; 复合搬举指标; 人因改进; JACK
中图分类号: T B18, T H 188
文献标识码: A
Quantitative Evaluation and Improved Research of Manual Materials Handling Based on Ergonomics
( 1 ) 计 算 频 率 推 荐 重 量 极 限 FIRWL ( F requency- Independent Recom mended Weight L imit ) , FI R WL = 23 @ ( 25/ H ) @ ( 1- 0. 003 @ | V 75| ) @ ( 0. 82+ 4. 5/ D ) @ ( 1- 0. 0032A ) @ FM @ CM。其中频率推荐重量极限 FI R WL 反映操作人 员完成某项单 一重复性的任务时身体 和肌肉的压 力; 抬举频率乘数 FM ( Fr equency M ult iplier) 介于 0 和 1 之 间, 可 以 查 表 获 得; 物 体 易 抓 参 数 CM ( Coupling M ult iplier) 根据工作对象的抓取难易程 度确定, 通常定为 1. 0、0. 95 和 0. 90; H 指搬举起始 或终止时手掌中心距两踝关节中间的水平距离; V 指搬举起始或终止时手掌距地面的垂直距离; D 指 搬动起始与终止时的垂直距离; A 指起始点相对于 矢状面的身体扭转角度。
因量化评估与改进方法。该方法针对实际搬运作业多任务构成的特点引入了复合搬运指数对其进
行人因量化评估, 通过复合搬举任务的选取及分析、复合搬举指标的计算、复合搬举任务的优化改
进和基于人因仿真的改善方案多方位验证四个步骤可有效完成搬举作业的人因工程量化评估与改
进。该方法在汽车公司车轮分装工序人因工程改进中的成功应用验证了其可行性和有效性。
由于实际制造业装配生产活动中总是由一个工 人完成几个连续的搬举作业, 所以用综合性的复合搬 运指数( Composite L ift ing Index, CLI) 评价搬举作业
) 104 )
较单一任务搬运指数( Lift ing Index, L I) 更为科学合 理, 复合搬运任务分析改进方法主要包括如下四个基 本步骤。
( 4) 计 算 独 立 任 务 搬 运 指 数 ST L I ( SingleT ask L ift ing Index) , ST L I= A L W/ ST R WL 。独立 任务搬运指数 ST L I 反映了工人完成复合搬举作业 各单项任务时身 体所承受的压力, 该力随着 S T L I 的增加而增大。通常 ST L I 大于 FI L I 且 ST L I 大 于 1 时说明需要进行人因改进; 当所有单独任务的 ST L I 值都小于 1. 0 时, 其任务的组合即复 合搬举 作业仍有可能引起身体的不适, 所以也需要采取人
刘 坚1 , 蒲海蓉1 , 于文恺2, 李 震3
( 1. 湖南大学 机械与运载工程学院, 长沙 410082; 2. 湖南大学
设计艺术学院, 长沙, 410082; 3. 湖南吉利汽车股份有限公司, 湘潭 411100)
摘要: 针对制造业生产过程中手工搬举作业的人因改善问题, 研究了基于复合搬运指数的人
在心理上可 能引 Байду номын сангаас紧张, 在 生理上 会引 起下 背痛 ( L ow Back P ain, L BP) 的伤害。据统计 每年 大约 5% 的成人经历过一次下背痛发作, 记录也表明下背 痛是费用最高的医学问题之一[ 1] 。虽然现代制造业 工人工作条件有了很大改善, 但实际的生产制造过
收稿日期: 2009-05-20; 修回日期: 2009- 07-20 基金项目: 国家博士后基金资助项目( 200902466) ; 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题( 60870002) 项目资助; 教育
L IU Jian1 , P U H a-i rong1 , Y U Wen- kai2 , L I Zhen3 ( 1. St at e Key L aborat ory of A dvanced Design and Manuf act uring f or Vehicle Body, H unan U niv ersit y,
上述研究为手工搬举作业的人因工程分析及工 效学设计提供了有益的指导, 但制造业装配生产活动 中一般是由一个工人连续完成多个搬举作业, 单一搬 举任务的改善研究成果难以系统指导这种复合搬运 作业的改进; 另一方面, 定性的研究制约了相应研究 成果在企业的推广和应用, 所以需要在手工搬举作业 的分析改进中引入量化的研究方法并辅以相应仿真 平台的验证, 从而为企业生产实践中搬举作业的人因 改善提供更有效的指导。鉴于此, 本文针对制造企业 生产线的人因改善问题, 研究了复合搬举作业人因工 程量化评估与改进研究方法, 并通过人因工程仿真软 件 JACK 验证了该方法的科学性和有效性。将该方 法应用在整车装配线分装车轮工序的搬举作业分析 与改进中, 取得了良好的应用实施效果。
部长江学者与创新团队发展计划( 531105050037) 项目资助 作者简介: 刘坚( 1975- ) , 男, 湖南长沙人, 教授, 博士, 主要研究方向为工业工程, 人因工程。
) 103 )
第 15 卷
刘 坚, 等: 手工搬举作业的人因工程量化评 估与改进研究
程中仍然存在很多手工搬举作业, 基本的手工操作 活动中搬举与下背痛的联系最为密切, 因而通过优 化手工搬举作业以降低下背痛等职业病的发生率成 为当前现场人因改善研究的热点之一。在该领域胥 志峰等运用人类工效学的理论和方法对上海通用汽 车有限公司的单一搬举任务进行了分析与改善, 取 得了良好的效果[ 2] 。陈静等通过归纳总结手工搬举 作业中搬举技术的研究进展, 从心理物理学、生理学 及生物力学三个学科和主观的、操作的及临床的三 个视角分别对三种搬举技术( 蹲举、半蹲举和背举) 进行了评价, 为手工搬举作业的工效学设计提供了 技术指导[ 3] 。D u 利用计算机辅助人因工程及数字 化人体模型建立了人因工程评价方法, 该方法可用 于评估现有工作环境中存在的人因设计问题及手工 搬举作业中存在的问题[ 4] 。
工业工程与管理 Industr ial Engineer ing and M anag ement
V ol. 15 N o. 1 Feb. 2010
文章编号: 1007- 5429( 2010) 01- 0103- 05
手工搬举作业的人因工程量化评估与改进研究
Key words: m anual materials handling ; composit e lift ing index ; erg ono mics im pr ovement ; JACK
1 引言
工人 从 事 人 工 物 料 搬 举 ( Manual M at erials H andling, MM H ) 活动 时, 工作 负荷会加诸于 生理 与心理上, 当这些压力超过人员所能忍受的限度时,
2. 2 复合搬举任务的评估指标计算
描述复合搬举作业对人体下背痛的影响情况可 以通过复合搬运指数 CL I 进行量化评价, 评价的依 据是 美 国 国 家 职 业 安 全 卫 生 研 究 所 ( National Institut e for Occupat ional Safet y and H ealt h, NIOSH ) 制定的标准。CLI 的求解包括如下五个步骤。
2. 1 复合搬举任务的选取及分析
复合搬举任务分析与评价的核心目标是利用人 因工程的改善方法来降低搬举作业人员下背痛的发 生机率, 所以需要针对下背部受力较大的搬举任务进 行分析研究。鉴于此, 首先应对所研究生产线的现场 生产过程进行记录, 结合现场操作人员的访谈明确分 析改进的具体工序。通过现场调研可以了解现场的 设施布局情况进而得到工人抬举或者移动的距离参 数, 将现场作业流程进行标准化作业分解后删除一些 与工人疲劳度和下背痛相关性较小的次要任务( 如空 手移动和启动设备等) , 所得结果即构成一个复合搬 举任务。确定复合搬举任务之后需要获取能够反映 任务特性的一系列参数, 包括各项搬举任务初始和终 止状态下人体的垂直和水平位置、身体扭转角度、抬 举载荷重量、手对物体的握持状态以及通过秒表测量 计算得到的抬举频率和工作持续时间等。
( 3) 计 算 频 率 搬 运 指 数 FI L I ( F requency-
Independent L ift ing Index ) , FI L I = ML W/ FI R WL 。频率搬运指数 FI L I 反映了各项重 复搬 举任务的搬举载荷是否超过了推荐的重量极限, 若 FI L I 大于 1. 0, 则说明需要进行人因改进以减少身 体的压力。ML W 指搬举物料的最大载荷重量。
Chang sha 410082, China; 2. H unan Universit y School of Desig n, Changsha 410082, China; 3. H unan Geely Aut omo bile Cor por at ion L imit ed, Xiangt an 411100, China)
( 2) 计算 独立任务推荐 重量极限 ST RWL ( Sing le- T ask Recomm ended Weig ht L imit ) , S T R WL = FI R WL @ FM 。其中独立任务推荐重量 极限 ST R WL 反映了操作人员在整个工作中仅完
工业工程与管理
第1期
成一项任务时所能搬举的重量极限及完成该任务是 否对身体造成过大的压力。
2 复合搬举任务分析改进方法
手工物料搬举作业的众多评价方法可归为具有 代表性的两类, 静态生物力学分析方法和动态生物力 学分析方法。动态生物力学分析方法主要适用于分 析工人搬举重载荷物体快速移动的搬举作业, 而现代 生产中重载荷物体快速移动的搬举作业通常由辅助 设备完成, 所以手工搬举作业常采用静态生物力学分 析方法。静态生物力学分析常用于评估工人完成特 殊的手工任务时身体的受力情况, 本文以静态生物力 学方法为依托研究了复合搬举任务分析方法, 为工人 避免搬举作业造成的下背痛伤害提供了技术支撑。
Abstract: Aiming at t he erg onomic pr oblem of M anual Mat erials H andling in m anufact uring pro cess, a quantit at iv e evaluation and improvement met ho d based o n Com po sit e Lif t ing Index ( CLI ) is invest igat ed in t his paper. In view of t he m ult it ask charact erist ics of actual M anual Mat er ials H andling, t he m et hod int roduces CLI t o quant it atively ev aluat e Erg onomic pro blem in Manual M aterials H andling ( M MH ) , which can be eff ect ively fulf illed t hrough choosing Co mposit e L ift ing t ask, calculating Co mposit e L ift ing Index, Opt imizing Com posit e Lif t ing t ask and validat ing erg onomic improvement based on simulation sof t w ar e JACK. T he m et hod are verified as f easible and ef f ectiv e by it s successful applicat ion in t he t ire assembling pr ocess of an aut omo tive general assembly plant.
关键词: 手工搬举作业; 复合搬举指标; 人因改进; JACK
中图分类号: T B18, T H 188
文献标识码: A
Quantitative Evaluation and Improved Research of Manual Materials Handling Based on Ergonomics
( 1 ) 计 算 频 率 推 荐 重 量 极 限 FIRWL ( F requency- Independent Recom mended Weight L imit ) , FI R WL = 23 @ ( 25/ H ) @ ( 1- 0. 003 @ | V 75| ) @ ( 0. 82+ 4. 5/ D ) @ ( 1- 0. 0032A ) @ FM @ CM。其中频率推荐重量极限 FI R WL 反映操作人 员完成某项单 一重复性的任务时身体 和肌肉的压 力; 抬举频率乘数 FM ( Fr equency M ult iplier) 介于 0 和 1 之 间, 可 以 查 表 获 得; 物 体 易 抓 参 数 CM ( Coupling M ult iplier) 根据工作对象的抓取难易程 度确定, 通常定为 1. 0、0. 95 和 0. 90; H 指搬举起始 或终止时手掌中心距两踝关节中间的水平距离; V 指搬举起始或终止时手掌距地面的垂直距离; D 指 搬动起始与终止时的垂直距离; A 指起始点相对于 矢状面的身体扭转角度。
因量化评估与改进方法。该方法针对实际搬运作业多任务构成的特点引入了复合搬运指数对其进
行人因量化评估, 通过复合搬举任务的选取及分析、复合搬举指标的计算、复合搬举任务的优化改
进和基于人因仿真的改善方案多方位验证四个步骤可有效完成搬举作业的人因工程量化评估与改
进。该方法在汽车公司车轮分装工序人因工程改进中的成功应用验证了其可行性和有效性。
由于实际制造业装配生产活动中总是由一个工 人完成几个连续的搬举作业, 所以用综合性的复合搬 运指数( Composite L ift ing Index, CLI) 评价搬举作业
) 104 )
较单一任务搬运指数( Lift ing Index, L I) 更为科学合 理, 复合搬运任务分析改进方法主要包括如下四个基 本步骤。
( 4) 计 算 独 立 任 务 搬 运 指 数 ST L I ( SingleT ask L ift ing Index) , ST L I= A L W/ ST R WL 。独立 任务搬运指数 ST L I 反映了工人完成复合搬举作业 各单项任务时身 体所承受的压力, 该力随着 S T L I 的增加而增大。通常 ST L I 大于 FI L I 且 ST L I 大 于 1 时说明需要进行人因改进; 当所有单独任务的 ST L I 值都小于 1. 0 时, 其任务的组合即复 合搬举 作业仍有可能引起身体的不适, 所以也需要采取人
刘 坚1 , 蒲海蓉1 , 于文恺2, 李 震3
( 1. 湖南大学 机械与运载工程学院, 长沙 410082; 2. 湖南大学
设计艺术学院, 长沙, 410082; 3. 湖南吉利汽车股份有限公司, 湘潭 411100)
摘要: 针对制造业生产过程中手工搬举作业的人因改善问题, 研究了基于复合搬运指数的人
在心理上可 能引 Байду номын сангаас紧张, 在 生理上 会引 起下 背痛 ( L ow Back P ain, L BP) 的伤害。据统计 每年 大约 5% 的成人经历过一次下背痛发作, 记录也表明下背 痛是费用最高的医学问题之一[ 1] 。虽然现代制造业 工人工作条件有了很大改善, 但实际的生产制造过
收稿日期: 2009-05-20; 修回日期: 2009- 07-20 基金项目: 国家博士后基金资助项目( 200902466) ; 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题( 60870002) 项目资助; 教育
L IU Jian1 , P U H a-i rong1 , Y U Wen- kai2 , L I Zhen3 ( 1. St at e Key L aborat ory of A dvanced Design and Manuf act uring f or Vehicle Body, H unan U niv ersit y,
上述研究为手工搬举作业的人因工程分析及工 效学设计提供了有益的指导, 但制造业装配生产活动 中一般是由一个工人连续完成多个搬举作业, 单一搬 举任务的改善研究成果难以系统指导这种复合搬运 作业的改进; 另一方面, 定性的研究制约了相应研究 成果在企业的推广和应用, 所以需要在手工搬举作业 的分析改进中引入量化的研究方法并辅以相应仿真 平台的验证, 从而为企业生产实践中搬举作业的人因 改善提供更有效的指导。鉴于此, 本文针对制造企业 生产线的人因改善问题, 研究了复合搬举作业人因工 程量化评估与改进研究方法, 并通过人因工程仿真软 件 JACK 验证了该方法的科学性和有效性。将该方 法应用在整车装配线分装车轮工序的搬举作业分析 与改进中, 取得了良好的应用实施效果。
部长江学者与创新团队发展计划( 531105050037) 项目资助 作者简介: 刘坚( 1975- ) , 男, 湖南长沙人, 教授, 博士, 主要研究方向为工业工程, 人因工程。
) 103 )
第 15 卷
刘 坚, 等: 手工搬举作业的人因工程量化评 估与改进研究
程中仍然存在很多手工搬举作业, 基本的手工操作 活动中搬举与下背痛的联系最为密切, 因而通过优 化手工搬举作业以降低下背痛等职业病的发生率成 为当前现场人因改善研究的热点之一。在该领域胥 志峰等运用人类工效学的理论和方法对上海通用汽 车有限公司的单一搬举任务进行了分析与改善, 取 得了良好的效果[ 2] 。陈静等通过归纳总结手工搬举 作业中搬举技术的研究进展, 从心理物理学、生理学 及生物力学三个学科和主观的、操作的及临床的三 个视角分别对三种搬举技术( 蹲举、半蹲举和背举) 进行了评价, 为手工搬举作业的工效学设计提供了 技术指导[ 3] 。D u 利用计算机辅助人因工程及数字 化人体模型建立了人因工程评价方法, 该方法可用 于评估现有工作环境中存在的人因设计问题及手工 搬举作业中存在的问题[ 4] 。