人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用20金属软管

人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用(2)

人机工程研究在高速列车虚拟装配中的应用(2) 2 改善原则 为提高工人操作时的舒适程度，操作过程应遵循动作经济原则。动作经济原则注重在生产制造中使用省力装置，推进机械化的实施，从而减少人工劳动，将操作者用在更智能或非用人不可的工位上，改善工作环境，实施合理化的作业方法，改善作业中的不合理、不稳定因素和浪费，充分发挥人的潜力。2．1动作经济原则的四条基本原则 动作经济原则有如下4条基本原则： (1)减少动作的数量； (2)双手同时进行动作； (3)缩短动作的距离； (4)轻松动作。2．2手握式工具的设计原则 为改善不良设计工具对人体造成的伤害，应采取适当的设计原则。手握式工具的设计原则如下： (1)避免静肌负荷。当使用工具时，手臂上举或长时间抓握，会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低作业效率。 (笏使组织压迫较小。设计手握式工具时，应尽量分散力量，例如加大手与工具的接触面积，以减少对血管和神经的压力。 (3)保持手腕伸直。 (4)减少手指的重复活动。3 案例分析3．1案例的选取 目前，高速列车装配过程，包括塞拉门安装、前挡风安装等数十个安装工艺，而国内的机车行业尚未对其安装过程进行人机工程问题的评价与分析。因此，选取典型的案例进行分析与改善，有着十分重要的意义。 对高速列车装配过程进行调研、分析，并对若干个关键工序装配工作中存在的人机工程学问题进行统计、筛选。最终选取人机工程学问题最多的制动管安装作为典型案例。3．2现场的评估 制动管安装于列车底部。制动管安装工序的人机工程学现场评估中，工人反映有上肢酸痛的问题。具体分析，造成工人上肢酸痛的原因如下： (1)双手搬运、抬举管排。在安装管排时，工人将管排(约20 k力搬运至车底，举起管排至车底定位处，保持双手抬举动作，另两个工人固定管排。在此过程中，双手举过肩这一动作，难度较高，极易产生疲劳，该动作对肩部斜方肌和肌腱有很大损害。这是使工人产生上肢肌肉酸痛的原因之一。 (2)工具设计不符合人机工程学理论。工人用开口扳手锁紧管排螺母及E0接头时，需将手臂上举再施力。这一重复性的工作姿态，也是使工人产生上肢肌肉酸痛的原因之一。3．3任务的仿真 利用DELMIA的仿真过程如下： 一是数据采集。获得装配现场各种资源的相关数据。 二是构建虚拟厂房环境，搭建仿真环境。 三是引入虚拟人体。我国不同地区的人体尺寸差异较大，各地区的成年人(1 8～60周岁)人体尺寸如表3所列。

制动管安装现场的工人均为华北成年男性，故人体模型身高设置为1 693 mm，并选择percentile为50，即l 693 mm为平均身高。 (1)任务仿真。在DELMIA的Human Task Sire-ulaticn模块中，对PPR树中设置资源、产品与工艺之间的关联后，即可进行操作仿真。制动管安装的操作仿真如图l所示。

(2)仿真分析。下面是应用DELMIA仿真软件得出的仿真结果及分析，针对不同的问题，采取不同的分析方法，如图2。

3．4 RULA分析 分别对管排的搬运、抬举以及紧固螺母的动作进行RULA分析。 (1)对工人搬运管排及举起管排的姿态，进行RULA分析，得到的结果如图3所示。

由图3可知，工人搬运管排时RULA分析总分得4分，表明该动作有待进一步研究。 工人将管排抬举至车底时，RULA分析总体得分为7分，表明该动作应急需改善。 (2)当螺母的轴线与车底关系不同时(平行或垂直)，工人紧固螺母的姿态也会不同。对这两种情况进行RULA分析的结果如图4所示。

从分析结果可知，这两种动作的得分相当，总体得分均为7，表明该动作应急需改善。3．5 NIO S H分析 现对抬举管排至车底定位处的姿态做NIOSH91分析。分析结果如图5。

在实际操作中，人体负载总质量为1 0 k9，大于推荐的负载质量极限(8．3 k力，故这种工作状态，不利于人体健康与安全，应当进行改善。3．6改善措施 为改善搬运、抬举管排动作的舒适度，应遵循动作经济原则，可利用现有的设备与资源，来替代人手操作；为避免工人上举手臂拧紧螺母的动作对人体的伤害，应对工具进行改善。 (1)改善方案。对双手抬举管排以及使用不良设计的工具，改善方案具体如下： 第一，为改善双手抬举管排的不良动作，可分别采用管排小车和液压升降平台，来替代人工搬运及抬举管排。 第二，扳手设计的改善方案：根据螺母轴线与车底平面的关系而采取手柄改善，如图6所示。此两种情况均对扳手手柄进行改善，所需材料可采用制动管安装时的废弃管。

(2)改善后任务仿真与比较。将提出的改善方案在DELMIA环境中进行仿真，检验该方案的可行性。改善后的仿真过程如图7所示。

第一，改善后，搬运、抬举管模块的动作变为推车、调整管排位置的动作(如图7m)、(e萝。对改善后姿态进行RULA分析的结果如8。

从改善后的结果可知，用推车代替人工搬运，上臂和前臂及整体姿态舒适度均有改善。用液压升降平台代替人工抬举管排，人的上臂、肌肉以及扭曲程度均有较大的改善。 第二，使用改造后的工具进行紧固螺母动作的RULA分析如图9所示。

从图9中可知，工具改善后，分体在紧固螺母时上臂无需高高抬起，故上臂得分改善明显。 第三，使用液压升降平台后，无需进行抬举管排的动作。 第四，对制动管安装工序相关人机工程学因素进行改善，前后对比情况总结如表4。

其中抬举管模块和紧固螺栓动作在改善后，前臂的舒适度均有较大的改善；改善后无需进行抬举管排的动作，解放了人力，劳动强度也大大降低。4 结束语 通过对制动管安装现场的人机工程评估，提出了造成工人上肢肌肉不适的原因，包括：人工搬运、抬举重物以及使用设计不良的工具等。 高速列车制动管安装过程的现场人机评估结果与DELMIA仿真评估结果一致，因此可认为DELMIA仿真人机评估结果的可靠性高，可在伤害发生之前，就能分析判断其可能发生的情况。 对制动管安装过程的人机工程问题提出改善措施，并再次进行仿真、分析，验证了改善方案可行，且效果明显。

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