汽车车身零件翻包作业工效学分析及改善研究

焦菲凡

摘要：目前在汽车车身零件翻包作业中，频繁的弯腰作业是造成疲劳的主要因素。本文采用ABA-Tech软件根据工位作业时间，分析了各种作业过程中体力负荷、环境及脑力负荷等工效学指标，得出各指标的人因评价指数；接下来对工位器具结构进行优化设计，以此改善存在的弯腰时间过长、肩肘负荷过大等问题；再利用JACK软件对改善前后的手工搬举作业进行仿真及下背部受力分析，并对优化后的作业情况进行详细的预测分析，所有分析结果都表明优化后的平台可以有效改善作业疲劳。

Abstract： Now the frequent bending is the main cause of fatigue. In this paper， the ergonomics indexes such as physical load， environment and mental load are analyzed by using ABA-Tech software according to the working time， and the human factor evaluation index of each index is obtained. In order to improve the existing problems， such as excessive bending time and excessive shoulder and elbow load， the manual lifting work before and after improvement is simulated and the lower back force is analyzed by using JACK software， and the optimized operation situation is predicted and analyzed in detail. All the analysis results show that the optimized platform can effectively improve the work fatigue.

关键词：翻包作业；ABA-Tech；工效学评价；器具结构优化；JACK仿真

Key words： repacking operation；ABA-Tech；ergonomics evaluation；container optimization；JACK virtual simulation

中图分类号：U468.2+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0270-03

0 引言

如今随着工业4.0，中国制造2025的不断深化，以人为本的理念越来越深入人心，同时工效学问题也越来越受到制造型企业的关注。目前汽车生产企业中生产物流作业仍主要以手工作业为主，所以在物流作业中工人的各项工效学因素将对作业造成较大的影响，需要被重点关注。例如不合理的作业姿势，不合理的工位器具都有可能直接导致工人产生作业疲劳，甚至造成身体肌肉及骨骼损伤[1]。

生产物流作业中存在着大量的手工搬举作业，关于手工搬举作业的人因工程分析及工效学设计方面，大量的国内外学者对其进行了相应的研究。Sue A通过实验对比了健康作业者和下背部有损伤的作业者的工作场所，研究制定出更适宜作业者舒适作业的工作场所的设计方法；Coury从人机工程学角度研究了工作与休息的分配问题并深刻剖析了肌骨胳健康问题；胥志峰等运用工效学相关理论和方法对上海通用汽车有限公司的某单一搬举任务进行了分析与改善，并获得了良好改善效果[2-4]。国内外的相关研究表明，工作负荷强度高的劳作容易造成身体疲劳，会导致多种职业疾病，职业健康研究已经成为新的人因研究热点，并且在生产过程中，作业负荷及环境等人因问题影响着工人的健康、工作效率与质量[5]。

本文研究对象为某汽车厂的车身车间零件翻包作业，零件翻包作业是指操作人员将几种车身零件从外部包装器具转移到同一个车间内部周转物料架上，以此节省生产线旁料架存放空间。由于该厂汽车产量较大并处于上升趋势，因此相应的物料需求也在不断增长。零件拣选工位工人工作强度大、连续作业时间长，加之不规范的作业姿势，料架及器具设计的不合理会导致工人作业疲劳，长期的疲劳累积会带来不同程度的身体损伤，影响其作业效率，严重时甚至发生过零件拣选不及时导致生产线停线的事故。因此，对物料拣选作业进行工效学分析及改善势在必行。

本文首先运用ABA-Tech软件对厂内所有翻包工位的作业进行工效评估，评估结果表明工效学状态较差的作业是弯腰时间过长、肩肘负荷过大，且包装器具体积较大，单次提举负载较大。根据ABA-Tech的分析结果并结合对作业现场的观察，对现有的工位器具结构进行优化设计，在托盘上增加倾斜装置，并在器具内部增加挡板。最后应用JACK軟件对优化前后的翻包工位中的手工搬举作业进行仿真，分析其下背部受力及其他改善后的作业情况。

1 基于ABA-Tech软件的翻包作业工效学分析

1.1 ABA-Tech软件简介

本文使用ABA-Tech软件对厂内翻包工位的作业进行工效学评估，ABA-Tech软件是主要从体力工作负荷（身体姿势与力量）、作业环境、脑力负荷及其他等四个方面19个评价指标进行人因评价，整体人因状况评价结果通过“人因评价指数（EBI）”来反映。该指数值越高说明人因环境越好，最高为100。EBI≥65则表示该作业人因状况可接受；40≤EBI<65则表示该作业需改善；EBI<40则表示该作业需立即改善。在各分项目的评价中，评价结果同样分为绿、黄、红三个等级：状况可接受为绿色等级，用其英文green的首字母g表示；需改善为黄色等级，用其英文yellow的首字母y表示；需立即改善为红色等级，用其英文red的首字母r表示。第1-11项评价指标为体力工作负荷指标，包括作业高度，身体各部位（颈部、躯干、手臂、肩肘、手腕、手指及膝盖的负荷），站立、行走、坐姿作业的百分比；主要以各项负荷时间占作业周期时间（或节拍）的百分比作为评价参数。第12-19项评价指标是对于环境、脑力负荷及其他部分的评价，包括各项环境指标（噪声、温度及湿度），节拍时间，信息的获取，危险品及安全隐患[6]。

1.2 翻包作业工效学分析

翻包作业流程为100将空内部周转器具拉至包装器具旁，200弯腰拣件，300将零件放置在内部周转器具中，400推满周转器具到暂存区。整个作业周期平均时间为8分钟，每个内部周转器具中存放4到5种车身零件。翻包作业示意图如图1。

翻包作业的具体ABA-Tech各评价指标数据及结果如表1所示，总EBI指数为21，为红色工位，表明该翻包作业需要立即进行人因改善。评价结果显示第4项躯干转动和第11项提举、搬运、手持指标评价结果为红色，产生这样结果的主要原因为车身零部件包装器具的高度较低，工人在拣件时需要大幅度弯腰；另外零件尺寸较大重量较大，且由于每班次零件的需求量较大，工人每班次（8小时/班）都要完成几千次的提举动作，需要反复弯腰。

2 物流器具优化设计

根据对翻包作业的ABA-Tech评估结果，可以发现导致其工效学状态较差的主要因素是弯腰幅度较大及弯腰频率较高，而弯腰作业的主要原因则是物料器具的不合理设计，所以接下来将对物料器具进行优化设计。

2.1 器具现状分析

图2a为该工位的现有的工位器具结构示意图，图中包装器具尺寸为180cm*90cm*70cm，平托盘距离地面高度为20cm，器具平放在平托盘上，没有任何倾斜角度，器具内部无其他结构。操作者需要从较低的位置将物料搬装到厂内周转的物料架内，长时间高频次的提举作业极易造成物流工人的作业疲劳。

2.2 器具结构的优化

对原有的器具结构进行的优化主要包括两方面，一是对托盘进行优化，二是对包装器具进行优化。首先是对托盘的优化设计，将其增加液压式可调整倾斜装置，使得托盘上的器具可随意调节倾斜角度，便于作业人员的抓取，托盘的倾斜角度为0°～15°；然后对包装器具的优化设计，在其内部加设挡板，挡板数量及位置可根据器具种类的不同增减及改变。挡板可以增加器具内零件或物料摆放的稳定性，并可以避免零件因为器具倾斜发生相互碰撞摩擦造成的零件损伤。图2b、c为优化设计后的物流器具结构图。

3 基于JACK软件的手工搬举作业仿真及工效分析

利用JACK软件对改善前后的翻包作业中的搬举动作进行仿真及工效学分析，应用JACK软件分析观察在器具改善前后手工搬举作业的弯腰角度及下背部的受力情况。

首先根据现场员工的平均身体尺寸创建虚拟人，然后在JACK中导入优化前后的工位器具三维图。仿真时设定优化后的器具倾斜角度为15°，工人正在拣器具最底层的零件，应用JACK中的TSB（Task Simulation Builder）模块进行搬举动作的仿真，图3为改善后手工搬举作业仿真示意图。

应用JACK中LBA（Low Back Analysis）下背部分析工具对改善前后的手工搬举作业中下背部受力情况进行分析。如图4所示，在拣取相同摆放位置的零件时，改善前下背部压力值为2283N，改善后压力值为1993N，较改善前下背部受力明显减轻。且由于器具倾斜，所有搬举作业的弯腰角度都将比改善前减小，从而影响不同程度的弯腰时间占总体作业周期的比例；另外器具优化后，工人与最里层零件的距离缩小，工人伸直手臂拣取里层零件的时间及频次大幅度减少。

由于优化后的器具暂未投入使用，无法用ABA-Tech评估实际应用后的翻包作业整体工效学状态，但根据上述分析可知第4、6、11项指标在使用优化后的器具后将得到有效改善，从而使得整体工效学状态得以提升。

4 结论

本文首先采用ABA-Tech软件分析了某汽车企业车身零件翻包作业工效学现状，根据各指标评估结果找到造成作业疲劳的主要因素为弯腰时间过长、频次较高。然后根据以上人因问题对原有工位的物流器具进行了优化设计，设计可变角度的倾斜式托盘并在器具内部增设挡板。接下来应用JACK软件对改善前后的搬举作业进行仿真及下背部受力分析。分析结果表明本文中物流工位器具的优化设计可以有效减轻工人的作业疲劳，提高作业效率。

参考文献：

[1]陈静，杨磊.手工搬举作业搬举技术的工效学研究进展[J].人类工效，2006，12（4）：45-47.

[2]Sue A F， William S M， Burr D. Workplace design guidelines for asymptomatic VS. Low-back-injured workers[J]. Applied Ergonomics，2005，36（1）：85-95.

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

[4]胥志峰，蔣祖华，韦进.汽车装配生产线手工搬运作业的工效学分析[J].人类工效学，2006，12（4）：4-7.

[5]蒲海蓉.汽车总装过程人因工程优化研究[D].湖南：湖南大学硕士学位论文，2011.

[6]郭伏，陈宁，郭馥曼.基于ABA_Tech的零件拣选工位人因分析与改善[J].人类工效学，2015，21（4）：62-68.