考虑人因工程的折叠储物柜设计

张玄哲

摘要：物流工人在搬运储物柜时，工作负荷超过其所能忍受的限度时，在心理上可能引发紧张，在生理上给身体造成伤害，例如下背疼痛。在物流搬运领域，每年约5%的人经历过一次下背痛发作，记录也表明下背痛是费用最高的医学问题之一。因此需要从人因工程学的角度对现有储物柜的搬运作业进行评价，以提升物流运输效率。人因工程学研究人、机器及其工作环境之间相互关系，使人机系统满足人的特性并实现安全高效的目标。我国的人因工程学研究始于1980年左右，比国外晚了近50年，特别是在物流领域，对搬运作业的人因工程学机理鲜有研究。

关键词：人因工程;折叠储物柜;设计

引言

近年来，随着我国机械生产水平的提升，机械生产不断向着模块化发展，不断追求生产系统各工作单元的协调性，但是在关于机械设备固定装置领域，国内研究较少，人们忽略了最基本的安装、运输及维护中最离不开的机械装置——固定装置。因此诞生了一种固定装置——智能储物柜装置的研究，这正是本文诞生的现实基础。

1人因评估方法

搬运储物柜时，任务起点通常位于仓库中央的堆货区域。在储物箱运输和仓储过程中，工人需要会连续搬运储物箱，传统储物柜占用空间过大、体积大、重量大，传统一体式储物箱作为常见的装卸、中转、搬运物料的基本装置，其结构基本一致，而样式多随体积参数改变。造成人员工作繁重，背痛状况严重。传统的一体式储物装置，其特点是储物能力强，一次搬运就能移动较多物料，但这种装置会对工人的背部造成极大的损害，尤其是采用不同工作姿势对一体式储物装置进行搬运时，受力也会有较大区别，当工人在搬运时为了省力而采取弯腰的工作姿势时，对下脊椎的伤害将会更大。需要考虑如何最大程度的改变工人的工作姿势，尽可能的使工人在直立状态下进行搬运作业，减轻工作对身体的损伤。因此，需要对搬运作业进行受力量化分析，搬运受力分析（NIOSH）主要依据NIOSH提举公式，计算推荐重量极限值（RWL）。RWL=575（1-0.003|V-75|）（0.82+4.5/D）（1-0.0032A）FM·CM/H（1）式（1）中，FM是抬举频率，CM是握持乘数，H是人体中心与物体间的水平距离，V是搬举任务起始或终止时手掌距地面的垂直距离，D是抬举重物的垂直移动距离，A是相对于矢状面的身体扭转角度。单项任务搬运指数（LI）为：LI=ATLL/RWL（2）其中，ATLL实际搬举作用力。当LI的值小于参考值1时，表示该搬举作业较安全;当LI的值大于1时，会使下背部疼痛发生的机率增加;当LI的值大于3时，将使作业人员下背部受伤机率大大增加，工人的工作条件亟需改善。

2多功能分层旋转储物柜工作原理

机械和电子归档系统是目前许多公共领域中使用的两种常用的归档系统。本文设计的多层旋转备份结合了盘柜系统的上述两个特点，分为四个主要部分，分别用于抽屉、干洗和伸展地板。可扩展抽屉的打开和关闭是通过压力开关完成的，开关开关后的电路和密码电路适应和调节可扩展抽屉，而内部电源控制系统则使用集中管理的分布式网络结构。外壳、中心轴、轴承、内螺纹和外螺纹均适合可扩展抽屉底部的滑动结构，以允许文件柜层和旋转。可伸缩抽屉由机械结构和控制电路两部分组成，在应用外部信号后激活，抽屉打开和关闭。基本装备包括灰尘容器、回转刷、吸尘器、小型发动机。该功能尤其可以通过旋转屏蔽层和最小电机来完成，当电源接通时，最小电机用旋转刷旋转，然后在灰尘盒中冲洗灰尘。洗衣部位主要由拉杆和压力卡按钮组成，其长度可通过压力卡拖动按钮调整，不使用时可按入槽。

3储物柜搬运任务

为了方便研究评估，本文采用立方体状的一体式物料储存装置进行分析，设定该储物箱的尺寸标准为外尺寸（2500×500×1500mm），并假设外尺寸即体积尺寸。单项搬举作业各项参数如下：人体参数：评估中选用的人体尺寸，应符合中国成年人人体尺寸的有关规定，根据GB10000-88中国成年人人体尺寸数据，选取第50百分位男性数据作为人体参数模型数据;单位物料体积与质量：为了便于评估，规定物料为固体、立方体状物料，且规格相同，每1kg物料的尺寸为100×100×100mm;物料总质量：100kg;工人数量：初始工人数量为2，且为男性;搬举高度：根据工人搬举重物的工作习惯，搬举高度与工人站立时前臂前端与地面的高度相等，约为大腿长度一般与小腿长度之和，即606.5mm。利用Jack软件创建。工人在搬运作业时从一体式储存装置的侧方搬运，不存在相对于矢状面的身体扭转角度。其余必要参数均可根据建模情况，在用Jack软件进行NIOSH受力分析时由系统计算得出。在从事搬运作业时，工人会自发的选择对自己最有利的搬运姿势，便于发力、省力且自身生理感受较好的姿势。在设定其搬运姿势时，首先进行工作姿势分析（OWAS），将其姿势调整为级别1（正常姿势）。调整人机模型中的参数，利用Jack平臺中的下背部脊柱受力分析工具包（LowerBack），对该复合搬举任务改善前最有可能造成人体伤害的动作进行脊椎受力定量测定。当工人直立搬运时，测得脊椎压力为3951N，当工人弯腰搬运时，压力为7202N。对于举升任务或包括多个举升任务的工序，进行物理压力的评估，得到LI为4.4，RWL为5.69。

结束语

本设计以传统一体式储存装置为研究对象，在考虑人因工程学的基础上，对这类装置进行便携式折叠改良设计，以达到降低工人下脊柱受力，改善其工作条件的目的。基于Jack软件平台的LowerBack和NIOSH工具，得到工人在使用传统一体式储存装置进行物料搬运时的工作受力等状况，分析得到使用此类装置进行搬运时对工人具有一定的损伤，并根据得到的数据提出改良方案。研究确定的便携式折叠改良可以很好的改善工人的下脊柱受力情况，有效的改善了工人的工作环境。

参考文献：

[1]徐爱昆，康怡琳，顾珉光，段律，刘科.智慧校园储物柜的多功能控制系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2019.

[2]张龙威，张泽豫.基于储物柜模态分析研究振动特性[J].汽车实用技术，2018.

[3]袁小庆，王琛，王思维.新型智能储物系统的控制系统简述[J].技术与市场，2018.