基于人因工程學的流水線設計

劉展宏 鄭曉蝶 尤婷 常智權 向明森

【摘要】在現(xiàn)代企業(yè)高速發(fā)展的時代，流水線作為企業(yè)的重要組成部分。其在人因工程學方面人性化應用，將更快更好地推動整個企業(yè)的發(fā)展與前進。

【關鍵詞】人因工程 流水線 人性化

一、背景介紹

本論文以我校C區(qū)IE專業(yè)物流實驗室生產(chǎn)流水線設備為研究對象，以產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)作為研究背景。對流水線的工作臺、工作椅、腳踏等設施，進行人因工程價值的導入，達到人一機系統(tǒng)的高效協(xié)調。使操作者在使用該設備時既能獲得較高效率，又能保證其安全和舒適度。

二、工作臺人因設計

（一）高度

坐立姿交替作業(yè)的工作面高度及水平面和垂直面的最大作業(yè)范圍和舒適作業(yè)范圍，均與單獨采用立姿作業(yè)時的設計結果相同。為了適應不同的操作者，可以將工作臺做成可調節(jié)的，初步采用雙限設計，取功能修正量△f=25 mm（鞋厚）-19mm（人體放松姿態(tài)修正）=6mm

根據(jù)立姿人體尺寸數(shù)據(jù)，取男性肘高的第95%為上限，得出操作臺上限為：1096mm+6=1101mm；女性肘高的第5%作為尺寸下限，操作臺尺寸下限為：899mm+6mm=905mm。

（二）長度

根據(jù)雙手動作關聯(lián)的正常區(qū)域圖可知，水平作業(yè)時左右手工作的正常區(qū)域都是半徑為394mm的半圓，右手的最大工作區(qū)域是半徑為597mm的半圓，左手的最大工作區(qū)域是半徑為508mm的半圓，為了能夠充分利用工作臺的水平空間，取流水線的工作臺長度為1105mm。

（三）凹槽

工作人員在操作臺上工作時，由于失誤可能導致細小零件（如小螺母，墊片等）滑落到流水線的傳送面上或其鏈槽中，導致流水線出現(xiàn)故障，影響整條流水線的生產(chǎn)。為了避免這種情況，我們在工作臺的左右兩側設立與人體手指結構相同的弧形凹槽，暗槽深度根據(jù)工作臺厚度設計，取其深度為20mm，取全國男性食指遠位指關節(jié)均值16mm作為凹槽最大寬度。綜上所述，運用proe軟件繪制改善后三維建模圖，如圖1所示。

三、工作椅的人因設計

（一）椅高

坐立姿交替作業(yè)的工作座椅的坐面高度與坐姿作業(yè)時的坐面高度不同。它是以立姿時的工作臺高度減去工作臺面板的厚度和大腿厚度。

椅高下限=工作臺高度下限工作臺面板的厚度成年女性大腿厚度的第95百分位

據(jù)人體大腿厚度（P95），女：151mm；工作臺高度下限905mm，工作臺面板的厚度為20mm；計算得座椅高度下限為734nHn。經(jīng)試驗，發(fā)現(xiàn)734mm的高度不適合第5百分位和第10百分位的人群，因此采取對高度采取適當?shù)慕档?，取座椅高度下限?80mm。

椅高上限=工作臺高度上限-工作臺面板的厚度-成年女性大腿厚度的第95百分位

據(jù)人體大腿厚度（P95），女：151mm，工作臺高度上限1101mm，工作臺面板的厚度為20mm；計算得，座椅高度上限為930mm。綜上所述，本論文的椅高高度范圍為680-930mm。

（二）椅寬

基于人因工程的知識町知：根據(jù)人的坐姿及動作，椅子坐面通常呈前寬后窄的形狀。坐面寬度應以作業(yè)人員自然垂臂時的肩寬為準，按人體平均肩寬尺寸加一適當?shù)挠嗔?。根?jù)人因工程中人體水平尺寸的測量數(shù)據(jù)可知，女性的平均坐姿臀寬大于男性的平均坐姿臀寬。所以椅面寬度在空間允許的條件下，以女性臀部寬度尺寸的95百分位進行設計，為滿足最寬人體的需要，可取400-450nHn，為了使作業(yè)者起坐方便，坐立姿交替作業(yè)的工作座椅的椅面寬度應該略小一些，因此本次設計采用的尺寸為400mm。

（三）坐面

坐立姿交替的工作座椅是不設靠背的，當人坐下后大腿前傾成斜面，與小腿的夾角大于90°，人體的重量由椅面腿和腳共同承擔。因此一般的坐面大部分設計為向前傾斜，坐面傾角設置為0°-5°。椅面的承受重量略小，人的重心沒有完全落在椅中，且臀部承受的力相對減少，方便坐立自由轉換。

（四）腳踏

踏板中心位置的高度應為座面高度減去坐姿小腿加足高的第95%百分位數(shù)。為適應大多數(shù)人群，以椅面高度800mm為基礎來確定，坐姿小腿加足高的第95%百分位數(shù)為448mm，踏板高度為352mm。綜上所述，運用proe軟件繪制設計出的三維建模圖，如圖2所示。

四、總結

本文結合人因知識對流水線進行設計，讓流水線工作生產(chǎn)更加人性化，乃至使整個制造業(yè)步入一個人性化生產(chǎn)的時代，并進一步擴大了人因工程學的影響范圍。

參考文獻：

[1]丁玉蘭.人機工程學[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[2]陳蓉蓉.基于維持健康坐姿的工作椅設計研究[D].浙江大學，2007.