基于人因工程学的流水线设计

刘展宏 郑晓蝶 尤婷 常智权 向明森

【摘要】在现代企业高速发展的时代，流水线作为企业的重要组成部分。其在人因工程学方面人性化应用，将更快更好地推动整个企业的发展与前进。

【关键词】人因工程 流水线 人性化

一、背景介绍

本论文以我校C区IE专业物流实验室生产流水线设备为研究对象，以产品的组装生产作为研究背景。对流水线的工作台、工作椅、脚踏等设施，进行人因工程价值的导入，达到人一机系统的高效协调。使操作者在使用该设备时既能获得较高效率，又能保证其安全和舒适度。

二、工作台人因设计

（一）高度

坐立姿交替作业的工作面高度及水平面和垂直面的最大作业范围和舒适作业范围，均与单独采用立姿作业时的设计结果相同。为了适应不同的操作者，可以将工作台做成可调节的，初步采用双限设计，取功能修正量△f=25 mm（鞋厚）-19mm（人体放松姿态修正）=6mm

根据立姿人体尺寸数据，取男性肘高的第95%为上限，得出操作台上限为：1096mm+6=1101mm；女性肘高的第5%作为尺寸下限，操作台尺寸下限为：899mm+6mm=905mm。

（二）长度

根据双手动作关联的正常区域图可知，水平作业时左右手工作的正常区域都是半径为394mm的半圆，右手的最大工作区域是半径为597mm的半圆，左手的最大工作区域是半径为508mm的半圆，为了能够充分利用工作台的水平空间，取流水线的工作台长度为1105mm。

（三）凹槽

工作人员在操作台上工作时，由于失误可能导致细小零件（如小螺母，垫片等）滑落到流水线的传送面上或其链槽中，导致流水线出现故障，影响整条流水线的生产。为了避免这种情况，我们在工作台的左右两侧设立与人体手指结构相同的弧形凹槽，暗槽深度根据工作台厚度设计，取其深度为20mm，取全国男性食指远位指关节均值16mm作為凹槽最大宽度。综上所述，运用proe软件绘制改善后三维建模图，如图1所示。

三、工作椅的人因设计

（一）椅高

坐立姿交替作业的工作座椅的坐面高度与坐姿作业时的坐面高度不同。它是以立姿时的工作台高度减去工作台面板的厚度和大腿厚度。

椅高下限=工作台高度下限工作台面板的厚度成年女性大腿厚度的第95百分位

据人体大腿厚度（P95），女：151mm；工作台高度下限905mm，工作台面板的厚度为20mm；计算得座椅高度下限为734nHn。经试验，发现734mm的高度不适合第5百分位和第10百分位的人群，因此采取对高度采取适当的降低，取座椅高度下限为680mm。

椅高上限=工作台高度上限-工作台面板的厚度-成年女性大腿厚度的第95百分位

据人体大腿厚度（P95），女：151mm，工作台高度上限1101mm，工作台面板的厚度为20mm；计算得，座椅高度上限为930mm。综上所述，本论文的椅高高度范围为680-930mm。

（二）椅宽

基于人因工程的知识町知：根据人的坐姿及动作，椅子坐面通常呈前宽后窄的形状。坐面宽度应以作业人员自然垂臂时的肩宽为准，按人体平均肩宽尺寸加一适当的余量。根据人因工程中人体水平尺寸的测量数据可知，女性的平均坐姿臀宽大于男性的平均坐姿臀宽。所以椅面宽度在空间允许的条件下，以女性臀部宽度尺寸的95百分位进行设计，为满足最宽人体的需要，可取400-450nHn，为了使作业者起坐方便，坐立姿交替作业的工作座椅的椅面宽度应该略小一些，因此本次设计采用的尺寸为400mm。

（三）坐面

坐立姿交替的工作座椅是不设靠背的，当人坐下后大腿前倾成斜面，与小腿的夹角大于90°，人体的重量由椅面腿和脚共同承担。因此一般的坐面大部分设计为向前倾斜，坐面倾角设置为0°-5°。椅面的承受重量略小，人的重心没有完全落在椅中，且臀部承受的力相对减少，方便坐立自由转换。

（四）脚踏

踏板中心位置的高度应为座面高度减去坐姿小腿加足高的第95%百分位数。为适应大多数人群，以椅面高度800mm为基础来确定，坐姿小腿加足高的第95%百分位数为448mm，踏板高度为352mm。综上所述，运用proe软件绘制设计出的三维建模图，如图2所示。

四、总结

本文结合人因知识对流水线进行设计，让流水线工作生产更加人性化，乃至使整个制造业步入一个人性化生产的时代，并进一步扩大了人因工程学的影响范围。

参考文献：

[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

[2]陈蓉蓉.基于维持健康坐姿的工作椅设计研究[D].浙江大学，2007.