張長(zhǎng)信

摘? 要：現(xiàn)代制造系統(tǒng)作為“技術(shù)”、“組織”與“管理”的有機(jī)集成，一直以來(lái)都是以“人”作為中心構(gòu)成元素。經(jīng)歷信息化、智能化的轉(zhuǎn)變后，傳統(tǒng)制造業(yè)要發(fā)揮“人-機(jī)-環(huán)境”這一系統(tǒng)的效能，需要依據(jù)人因工程學(xué)與工業(yè)工程學(xué)理論，優(yōu)化人員管理與任務(wù)分配;運(yùn)用作業(yè)研究、人體仿真等方法，改善人機(jī)接口、工作環(huán)境以及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)制造系統(tǒng);人因要素;“人-機(jī)-環(huán)境”;系統(tǒng);優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0047-03

隨著制造技術(shù)在信息化、系統(tǒng)化方向的發(fā)展，計(jì)算機(jī)集成制造、柔性化制造、敏捷制造等先進(jìn)制造模式在傳統(tǒng)制造行業(yè)中不斷涌現(xiàn)。自身的集成特性與市場(chǎng)的多元化特性決定了研究現(xiàn)代制造系統(tǒng)中人因要素的重要性。

1 制造系統(tǒng)中人的作用

隨著制造系統(tǒng)自動(dòng)化與信息化在各制造領(lǐng)域的逐步推廣，人在整個(gè)系統(tǒng)的地位逐漸從“操作者”轉(zhuǎn)向“監(jiān)管者”，成為制造系統(tǒng)中能動(dòng)性最大的因素。在勞動(dòng)力有限、人力成本增高的情況下，需要優(yōu)化人員配置，改進(jìn)人工操控與機(jī)器運(yùn)作之間的匹配。當(dāng)前，操作人員在制造系統(tǒng)中的作用可概括如下[1，2]：

（1）保持不同生產(chǎn)部門(mén)間的聯(lián)系溝通，在生產(chǎn)任務(wù)的不同方案中權(quán)衡與決策。

（2）監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)，適時(shí)調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)程。

（3）監(jiān)測(cè)、判別生產(chǎn)計(jì)劃外的系統(tǒng)失誤，對(duì)系統(tǒng)突發(fā)/偶發(fā)事件做出補(bǔ)救處理。

2 制造系統(tǒng)中的人因要素及其影響

2.1 人因要素在作業(yè)中的體現(xiàn)

人為因素可分為包括任務(wù)培訓(xùn)與執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)、工作動(dòng)力/壓力在內(nèi)的內(nèi)部因素，以及包括環(huán)境條件、任務(wù)復(fù)雜程度在內(nèi)的外部因素（如表1）。

研究人員一般通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研或是試驗(yàn)測(cè)試，綜合考慮操作人員的生理、認(rèn)知與行為特征，對(duì)不同生產(chǎn)任務(wù)中各個(gè)內(nèi)/外部因素對(duì)工效、作業(yè)準(zhǔn)確性以及作業(yè)失誤的影響進(jìn)行定量分析[3，4]。

Helenice Jane Cote（2005）指出作業(yè)場(chǎng)所包含的操作空間、作業(yè)條件等外部人因要素應(yīng)從生物力學(xué)、人體測(cè)量學(xué)與管理學(xué)等多方面進(jìn)行探討，以符合操作人員的特性和要求[5]。Samson Sunday Adaramola（2012）通過(guò)工人生理/心理壓力表現(xiàn)的模型檢測(cè)探討了工作壓力對(duì)作業(yè)能力與工效的影響及其跟工傷事故的關(guān)聯(lián)，測(cè)試表明工作任務(wù)跟工人能力與需求的不匹配易導(dǎo)致工作壓力，其中心理與情緒壓力對(duì)員工作業(yè)能力的影響最為明顯，易導(dǎo)致工作失誤;其建議將現(xiàn)行管理方式中“以任務(wù)驗(yàn)收為導(dǎo)向”改為“以員工行為為導(dǎo)向”[6]。

2.2 人因要素對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響

國(guó)內(nèi)外都早有學(xué)者指出制造系統(tǒng)的效能不僅取決于相應(yīng)技術(shù)水平，還取決于“人-機(jī)-環(huán)境”的協(xié)調(diào)程度。生產(chǎn)系統(tǒng)效能作為一個(gè)綜合概念，直接與工人任務(wù)完成能力相關(guān)。

G Salvendy（2012）模型化地概括了現(xiàn)代制造系統(tǒng)中工人、技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)者之間的函數(shù)聯(lián)系：I（U，T）=F[I（U，D），I（D，T）][7]。其中D（Designer）、U（User）、T（Technology）分別代指制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、操作工人以及所涉及的的技術(shù)，I（Interaction）表示上述各因素間的相互作用。通過(guò)該模型可發(fā)現(xiàn)，制造技術(shù)與其操作者間的相互作用是由操作者與設(shè)計(jì)者間的關(guān)系I（U，D）以及設(shè)計(jì)者與制造技術(shù)間的關(guān)系I（D，T）共同決定的;可見(jiàn)人員管理與人-機(jī)接口設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩大核心，唯有圍繞操作者的人因要素優(yōu)化制造系統(tǒng)的安全性、可靠性和易用性，才能改善工作效率，提升整體效能。

3 圍繞人因要素對(duì)制造系統(tǒng)的優(yōu)化

目前針對(duì)現(xiàn)代制造系統(tǒng)中人因要素所做的工程研究與應(yīng)用主要體現(xiàn)以下方面[8，9]：

（1）人員管理、任務(wù)/技術(shù)部署的優(yōu)化調(diào)整。

（2）將人、組織、技術(shù)集成協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，創(chuàng)造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（3）基于整體方法論開(kāi)發(fā)CAE/CAM計(jì)算機(jī)輔助工具，用以支持分析復(fù)雜系統(tǒng)。

（4）開(kāi)發(fā)現(xiàn)有軟硬件系統(tǒng)中系統(tǒng)策略、系統(tǒng)體制和系統(tǒng)集成的技術(shù)和能力。

工作研究、人體仿真作為評(píng)測(cè)制造工效的兩種常用方法，兩者的實(shí)踐目標(biāo)都在于考察人在制造系統(tǒng)中的表現(xiàn)以及所執(zhí)行任務(wù)對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.1 面向工人行為的制造系統(tǒng)優(yōu)化探討

工作研究通常用動(dòng)作分析法、既定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法（Predetermined Time Standards， PTS）等方法將構(gòu)成操作

人員作業(yè)單元的動(dòng)作分解成基本動(dòng)素，對(duì)這些基本動(dòng)素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析以及組合優(yōu)化。

彭麗霞等人（2015）對(duì)渦輪增壓器裝配人員的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)作分析，并根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則對(duì)作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化，最后使用模特排時(shí)法預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作時(shí)間，獲得適用于該裝配線上工人的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作體系與作業(yè)時(shí)間，可有效提高作業(yè)工效量[10]。

人體仿真多用數(shù)字人體模型來(lái)進(jìn)行協(xié)助作業(yè)人員的人機(jī)工程學(xué)評(píng)測(cè)，JACK、SAFE-WORK、RAMSIS、MANERCOS等都是常用的仿真軟件，這些軟件一般可以滿足對(duì)人體姿勢(shì)的模擬與工程力學(xué)測(cè)評(píng)，并基于此進(jìn)行動(dòng)態(tài)人體效能預(yù)測(cè)[11]。

張大可（2010）運(yùn)用JACK 系統(tǒng)的作業(yè)疲勞分析工具對(duì)VDT作業(yè)人員的肌肉疲勞進(jìn)行了分析。其作業(yè)模擬分析主要針對(duì)鍵盤(pán)操作坐姿、肘部支撐坐姿和放松坐姿三種VDT作業(yè)中最常見(jiàn)的姿勢(shì)，通過(guò)特定的時(shí)間周期和恢復(fù)周期的設(shè)定，得到每種姿勢(shì)所需的恢復(fù)時(shí)間以及可能對(duì)人體造成的損害[12]。王朝增等人（2014）提出了一種基于非介入式運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備Kinect的人體作業(yè)仿真方法，利用Kinect對(duì)真實(shí)的人體作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行捕捉獲得人體模型，將其與人機(jī)工效學(xué)軟件DELMIA中人體模型建立映射，并對(duì)DELMIA軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)由Kinect獲取的人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)DELMIA里的虛擬人體進(jìn)行仿真作業(yè)[13]。

3.2 面向任務(wù)的制造系統(tǒng)優(yōu)化探討

工作研究通常用5W1H（Why、What、Where、When、Who、How）分析法、ECRS（Eliminate、Combine、Rearrange、Simplify）分析原則對(duì)任務(wù)進(jìn)行對(duì)象、場(chǎng)所、程序、時(shí)間等多方面分析，并對(duì)其流程進(jìn)行步驟刪減、合并、重排等優(yōu)化;另外針對(duì)任務(wù)中各步驟的人體能耗評(píng)估也是有效的優(yōu)化方法。

JY Feng（2014）運(yùn)用5W1H分析法與ECRS原則分析了電子產(chǎn)品包裝作業(yè)，針對(duì)其瓶頸部分提出改進(jìn)方案，使兩個(gè)生產(chǎn)線平衡率分別提升了22%和15%[14]。王向銀等人（2010）對(duì)裝配作業(yè)的工效通過(guò)人體新陳代謝能量消耗值

來(lái)進(jìn)行量化評(píng)估，他們對(duì)作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行分解并獲取動(dòng)作參數(shù)，經(jīng)人體疲勞評(píng)測(cè)與優(yōu)化方案的驗(yàn)證完成作業(yè)工效的分析與改善[15]。

面向任務(wù)與組織的人體仿真旨在分析諸如任務(wù)執(zhí)行時(shí)間、人的工作負(fù)荷和工作表現(xiàn)等操作者在執(zhí)行任務(wù)流程中應(yīng)對(duì)的人因問(wèn)題。

劉云龍（2011）對(duì)單元層和工位層的焊接制造單元提取了單位生產(chǎn)時(shí)間、機(jī)器利用率、工人忙閑率及主觀疲勞評(píng)價(jià)等相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行了人體仿真分析;從而在制造單元的設(shè)計(jì)階段完成了方案評(píng)估與診斷，為下一階段的進(jìn)展提供了數(shù)據(jù)支持[16]。蒲海蓉（2011）運(yùn)用JACK仿真軟件對(duì)汽車總裝車間的輪胎分裝與裝配工序搭建了三維場(chǎng)景模型并實(shí)現(xiàn)了工人操作的全過(guò)程仿真;針對(duì)輪胎分裝作業(yè)中一人多任務(wù)的特點(diǎn)，其采用復(fù)合提舉指數(shù)進(jìn)行量化評(píng)估，并采用RULA方法評(píng)測(cè)工作姿勢(shì)，最后針對(duì)評(píng)估結(jié)果提出優(yōu)化方案并予以仿真驗(yàn)證[17]。

4 結(jié)論與討論

如今，多數(shù)傳統(tǒng)制造行業(yè)的生產(chǎn)模式處于半機(jī)械化/機(jī)械化制造模式向機(jī)械化+信息化制造模式過(guò)渡的階段，ERP系統(tǒng)、柔性化生產(chǎn)與成組技術(shù)被逐步推廣。因我國(guó)技術(shù)基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)特征不同于歐美國(guó)家，大多數(shù)企業(yè)先進(jìn)制造系統(tǒng)成功實(shí)施及效能發(fā)揮更多地取決于相關(guān)的作業(yè)人員與組織情況。

另外，因近年來(lái)傳統(tǒng)行業(yè)中勞動(dòng)力短缺、利潤(rùn)空間減小、銷售服務(wù)方式的改變，各地企業(yè)工人工作強(qiáng)度并未因先進(jìn)模式的運(yùn)用而得到明顯改觀，人員管理不力、超時(shí)加班、作業(yè)疲勞等問(wèn)題頻現(xiàn)[18]。圍繞“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中“人”這一因素，使用工業(yè)工程、人因工效學(xué)的方法探討人機(jī)作業(yè)過(guò)程，是緩解作業(yè)疲勞、提高作業(yè)工效的最佳途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]應(yīng)華軍.制造系統(tǒng)人因可靠性分析方法及輔助系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].浙江大學(xué)，2011.

[2]孟凡生，趙剛.傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展影響因素研究[J].科技進(jìn)步與對(duì)策，2018（1）：66-72.

[3]Perrey S， Thedon T， Rupp T. NIRS in ergonomics： Its application in industry for promotion of health and human performance at work[J]. International Journal of Industrial Ergonomics， 2010，40（2）：185-189.

[4]Viola E， Vidal M C. Job stress management protocol using a merge between cognitive-behavioral techniques and ergonomic tools.[J]. Work， 2012， 41 suppl 1（6）：2789-2794.

[5]Coury H J C G. Time trends in ergonomic intervention research for improved musculoskeletal health and comfort in Latin America.[J]. Applied Ergonomics， 2005，36（2）：249-252.

[6]Adaramola S S. Job stress and productivity increase.[J]. Work， 2012， 41 Suppl 1（6）：2955-2958.

[7]Salvendy G. Handbook of human factors and ergonomics[M]. John Wiley & Sons， 2012：13-21.

[8]盧小菊，劉英林.淺談人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（3）：165-166.

[9]趙一奇.試論人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2017（1）：141-141.

[10]彭麗霞，張力，蔣建軍.基于動(dòng)作分析的渦輪增壓器裝配線作業(yè)分析與優(yōu)化[J].機(jī)械，2015（1）：1-6.

[11]Yan F U， Shiqi L I， Chen G G. Motion/posture modeling and simulation verification of physically handicapped in manufacturing system design[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2013，26（2）：225-231.

[12]張大可.基于Jack的VDT作業(yè)肌肉疲勞研究[J].科技風(fēng)，2010（5）：261-262.

[13]王朝增，王海燕，李仁旺，等.基于Kinect的人體作業(yè)仿真方法研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，31（1）：35-39.

[14]Feng J Y . The Application and Study of Work Study in Electronic Production Packaging Line Balancing[J]. Advanced Materials Research， 2014，933：538-542.

[15]王向銀，劉堅(jiān)，蒲海蓉，等.基于能量分析的裝配作業(yè)疲勞改善研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，37（5）：31-34.

[16]劉云龍.基于人因?qū)W的制造單元規(guī)劃技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2011.

[17]蒲海蓉.汽車總裝過(guò)程人因工程優(yōu)化研究[D].湖南大學(xué)，2011.

[18]丁雪，張驍.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的微觀策略及路徑：價(jià)值鏈視角[J].學(xué)海，2017（3）：86-90.