工程和设计中人因工程学方法的适应性分析

赵青战

摘要：自动化、信息化及智能化技术的发展及广泛应用使得系统日渐复杂，人机交互亦趋于复杂化，航空、海事、核电、轨道交通等领域的大量经验表明，人误是这些系统事故的主要原因，研究人员开始意识到系统的设计不仅要完成硬件的开发与实现，更要涉及到以往较少考虑的社会层面，并且要以人的认知机制为核心，来进行复杂人机系统的设计，以最大程度地规避系统中潜在的安全风险，并由此产生了人—系统整合的概念，并在武器装备、国防、轨道交通等领域得到了广泛的应用。

关键词：工程和设计;人因工程学;方法;适应性

引言

人—系统整合设计的方法涵盖范围十分全面，包含人员，人力，培训，生存能力，安全，职业健康，环境，可居住性，人因工程等九方面。同时人—系统整合设计方法更将人因工程学整合到系统工程的完整流程中。人因工程是研究人在某种工作中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和闲暇时间时怎么统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。人因工程同时还是一门涉及到多个专业知识的交叉学科，包含心理学、设计学、管理学、训练和教育学、理论研究学和技术与环境学等，这些学科间相互关联、相互支撑，形成了人因工程学的基础理论体系。

1人因工程学

人因工程学是一门综合性的应用学科，是实现人性化设计的重要理论指导和设计方法。随着中国经济、技术和制造业的发展，人因工程学在众多领域、不同地区以及多种环境下的应用迅速增长，人因工程学的应用也积极促进了这些行业的创新发展。

2人因工程学方法的多维分析

2.1单维分析

首先是资源成本。资源成本包含方法的使用工具的成本以及人员成本，根据方法本身工具的固定资产折旧以及使用的主试和被试人员的成本分为五个等级，此维度可以根据方法应用的场景的成本预算来进行适应性分析，若成本预算很低，可将此项作为首要考虑的遴选准则。其次是时间成本。方法的时间成本包含方法本身的掌握时间成本以及方法的使用时间成本，此维度将时间进行综合，综合考虑方法的时间压力的大小，在进行方法适应性分析时，若时间要求比较紧张，可优先考虑此项内容。

2.2四维分析

进行四维分析时，将依次考虑四个维度来进行方法的适应性分析，只有满足本维度最高等级要求的方法才能进入到下一维度的考虑，以此类推。由于方法的研究对象可以使方法分析的范围快速精准地定位到解决某人因问题的某几种方法，因此将方法的研究对象这一维度设置为最先考虑的维度。剩余的三个维度的排序可根据当前方法的分析场景来依次确定，共有六种不同的维度优先级排序组合。

3针对工作台人因的改进策略

基于Z事业部齿轮箱组件生产线的标准作业操作视频和生产线操作者疲劳程度的调研结果，根据动作分析经济性原则和能量代谢、疲劳恢复分析理论，针对人因工程体系各子模块分别提出如下改进策略。

3.1针对工作台人因的改进策略

工作台高度设置是影响操作者工作效率和劳动疲劳程度的重要因素。案例研究对象生产现场的操作者多采用立姿作业操作，因此，操作者的肘高和视高是进行工作台高度设置的重要考虑因素。经初步统计，大多数操作者来源于江苏省和安徽省，其中来自江苏省的操作者所占比例为49.13%，来自安徽省的操作者所占比例为18.57%;操作者中男性、女性所占比例分别为56.78%和43.22%。依据《中国居民营养与慢性病状况报告（2015）》，确定主要来源地（江苏省和安徽省）不同性别操作者的身高标准，即江苏省成年男性、女性平均身高分别为171.57cm、161.54cm，安徽省成年男性、女性平均身高分别为170.93cm、156.10cm。根据国家标准《中国成年人人体尺寸》（GB-1000-88），确定与案例研究对象身高相对应的肘高数据。为满足大多数人的正常使用，通常取第5百分位数人体尺寸数据作为设计参考值。18～60岁男性肘高参考值是954mm，18～55岁女性肘高参考值是899mm，在此基础上，考虑操作鞋装高度将男女工作肘高分别宽放至960mm和915mm，此外，考虑实际状况（如年代变化对数据的影响）将男女工作肘高分别宽放至975mm和930mm。依据公式“通用工作台高度=975×男性占比+930×女性占比（单位：mm）”可确定案例研究对象的工作台桌面合理高度为956mm。

3.2针对厂区人因的改进策略

工作场所设計是影响厂区正常生产的重要因素。齿轮箱组件生产线操作者多采用立姿作业进行操作且工作台高度设置不合理，这些因素导致操作者腿脚、肩膀和手臂部位易产生明显的酸痛疲劳。为此，选取腿脚、肩臂、手部酸痛程度和自评疲劳程度作为反映作业疲劳的特征要素，基于案例研究对象的具体数据信息，确定合理作息时间。针对操作者身体各部位的疲劳状况，设计了作业疲劳程度调查表，其中，针对每一疲劳特征设置1至7共7个等级，具体的，等级1对应工作开始时的疲劳感受程度，等级7对应自身能够承受的最大疲劳程度或每日工作结束时的疲劳程度，疲劳特征等级越大代表疲劳感知程度越强。基于齿轮箱组件生产线操作者的调查数据，采用主成分分析法进行数据特征提取。在对数据进行标准化处理和主成分分析降维后，计算得到操作者对作业疲劳程度评价的综合得分，以此量化操作者的疲劳状况。具体的，以1小时为步长选取9：00至20：00区间内每个时间节点对应的第一主成分得分作为数据特征值，分别对腿脚酸痛程度、肩臂酸痛程度、手部酸麻程度和自评疲劳程度进行数据处理和计算，从而得到量化的疲劳状况。

结语

新时代的城市，需要新的思维。要更好地推进以人为核心的城镇化，使城市更健康、更安全、更宜居，成为人民群众高品质生活的空间。以人为核心的城镇化、提供高品质生活空间已成为城市建设的目标。人因工程学以人体特性为切入点，以设计为驱动力，高效协同各利益相关方进行系统性的软硬件改造与新建，是一项当代城市生活的幸福基础设施工程。

参考文献：

[1]张修乾.基于人机工程学的汽车驾驶室内仪表板的数字化参数优化设计[J].科学技术与工程，2018，18（12）：229-234.

[2]陈圆.基于人机工程学的控制室设计研究[J].控制工程，2019，26（4）：664-669.

河南工学院 河南 新乡 453003