工作姿勢分析法在汽車零部件工位器具改善中的應用

張海陽 苑廣祖

【摘 要】目的：為減少因工位器具設計不當對作業人員帶來的工傷。方法：本文從人因工程的視角出發，以濾清器總成器具為例，運用工作姿勢分析系統（OWAS，Ovako Workingposture Analysis System）對汽車廠工位器具進行改善研究。結果研究表明應用工作姿勢分析系統（OWAS）改善后的工位器具可以在滿足零部件配送要求的前提下，最大程度減少作業人員在這一作業過程中的不合理姿勢，能夠有效保護作業人員。結論：工作姿勢分析系統（OWAS）用于工位器具的改善具有良好的效果，且操作簡單，具有很高的應用價值和推廣意義。

【關鍵詞】工作姿勢分析法；汽車零部件；工位器具；應用

引言

工位器具是生產過程中的一種不可或缺的輔助設備，連接著供應商零部件物流的終點和汽車總裝廠生產的起點，對汽車零部件的加工、裝載、轉運、存放等環節都有重要意義。在GB/T4863-1985《機械制造工藝基本術語》中，工位器具定義為：在工作地或倉庫中用以存放生產對象或工具用的各種裝置。一個好的工位器具可以有效的整合汽車零部件生產中的制造、使用、管理、維護、修理、回收等一系列環節，在很大程度上的提高汽車零部件物流和總裝生產運作的效率。

1、OWAS姿勢分析

OWAS姿勢分析最早是由芬蘭的一家鋼鐵公司于20世紀70年代提出[7]。由于當時鋼鐵生產中有大量重體力勞作，不正確的工作姿勢帶來大量工人因職業工傷而申請病假和提早退休，因而亟待建立一套完整的系統來界定各種工作姿勢并對其進行改善。OWAS方法對身體每個部位的姿勢都可以進行編碼，如圖1所示，編碼主要依照以下準則：（1）一般身體特征（坐、站、蹲……）；（2）身體部位（腰、手臂、下肢……）；（3）負荷的重量。經過排列組合后，即為OWAS方法的編碼系統。研究人員可在觀測作業人員動作后，針對某一姿勢給其一編碼組合。OWAS方法將各種身體姿勢編碼加以統計后，可以用來判斷作業人員工作姿勢的行動等級（ActionCategories，AC）。

2、改善前作業姿勢及存在分析

本文研究對象為從第三方物流配送倉庫往生產線邊的分揀區轉運零部件所使用的工位器具。本文以濾清器總成的轉運器具為例進行改善，因為很多專用的轉運器具結構均與濾清器總成的轉運器具相似，且濾清器總成器具所放置的兩種零部件均表面光滑，形狀不規則，不利于作業人員進行分揀作業。

2.1、改善前的揀配作業姿勢分析

揀配的過程分為取貨、走到SPS小車旁、將零部件放到SPS小車的指定位置、走回到器具旁四個步驟。但是作業人員在取濾清器總成零部件時，零部件1和3可以直接伸手簡單拿取，零部件2需要將手臂伸直拿取，零部件4和5需要彎腰拿取并將手臂伸直，而零部件6則需要下蹲并將手伸直拿取，（本文研究以奇瑞廠揀配作業的員工平均身高1.7m為基準）。本課題組將整個分揀作業流程用視頻拍攝下來，每隔三秒取一個動作畫面，將作業人員的動作按照OWAS姿勢編碼圖表進行編碼，得到了總共六十組編碼，將每組編碼按照OWAS動作分析等級的依據進行等級劃分，總體看來需要改進的動作占到總動作的一半，可見現行的濾清器總成器具在取件時十分不利于作業人員的作業。

2.2、濾清器總成工位器具的基本情況

濾清器總成器具分為三層，每層分為四格，總共十二個格子，尺寸大小一致，由軟帆布拼接縫制而成。每個格子里放置A、B零部件各兩個，零部件A和B都是不規則的形狀，零部件A的長度約為30cm，寬度約為15cm，而零部件B的大約是一個23cm的立方體。

3、改善后作業姿勢分析

3.1、基于作業姿勢分析的濾清器總成工位器具的改善

對身體每個部位的姿勢級別進行分析，并結合姿勢等級，可以發現：全部的24個AC3級姿勢中均含有下蹲動作（腿4），而全部的AC2和AC3級姿勢中均包括彎腰動作（背2），在全部的作業流程中，彎腰姿勢占到全部動作的50%，下蹲動作占到全部動作的40%。由以上的分析可以看出，需要改進的方向是要減少彎腰和下蹲的動作。原工位器具分為12個格子，每個格子混裝著兩個零部件A和兩個零部件B。首先，這樣的設計在取件的過程中零部件之間容易造成碰撞和劃傷，且混亂的零部件不利于雙手作業。其次，由于零部件B是不規則的，只有一面上有一個可供揀配的把手，當零部件A和零部件B混亂擺放時，這個把手就不容易找到。再次，零部件B在最下層靠里時，作業人員需蹲下伸長手臂取B，此時他的眼睛看不到零部件B。如果零部件B的把手不是朝外，揀配就需要花更多的精力將其取出，容易加速疲勞。

3.2、改善前后對比分析

改善后，總的作業時間從原來的181.12s分別下降到171.83s（改善后Ⅰ）和148.61s（改善后Ⅱ），分別下降了5.13%和17.95%。從數據中可以看出改善后，特別是改善后Ⅱ大幅降低了作業時間。這是由于改善后將零部件A和零部件B分開排放，即利用了零部件A尾部扁長的特點，又便于將零部件B的把手對外，消除了下蹲這種易使作業人員疲勞的姿勢，方便了作業人員的操作，提高了揀配的效率，大大縮短了作業時間。由于器具的設計不合理導致作業人員揀配時彎腰和下蹲作業姿勢過多，改善后大幅度減少了彎腰的作業動作，最明顯的改善是完全的消除了對員工身體危害最大的AC3作業姿勢，由原來的40%減少到了0%，雖然AC2的作業稍微增加了一些，因改善后將原作業姿勢中的下蹲改善成彎腰作業，雖長時間工作也會使作業人員產生疲勞，但相對于原下蹲作業還是有很大的改善，總體而言，極大的減少了員工作業時因器具設計不合理引起的對作業人員身體有危害的姿勢，減少了作業的疲勞。

結論

從上述OWAS姿勢分析中可以看出，損傷部位集中在背部和腿部，這不僅與對現場作業人員填寫的疲勞自覺癥狀調查所得出腰部和腿部酸痛癥狀最為明顯的結果一致，也同本課題組在現場對大件分揀區和PC區作業人員的觀察一致。在我國，大部分的國產汽車廠并沒有裝備先進的自動化設備，大部分分揀作業仍需靠人力完成。由于汽車零部件種類繁多，規格大小各異，且一個作業人員往往需要分揀多個零部件，若作業人員所使用的工位器具設計不合理，就會大大增加作業人員的負荷。不僅將低了作業效率，還增加了不必要的下蹲、彎腰等易造成作業人員疲勞的姿勢，大大增加了作業人員患WMSDs的風險。

本文從人因工程的視角出發，運用OWAS姿勢分析對奇瑞汽車廠濾清器工位器具進行改善研究。在滿足工位器具機械結構和作業安全要求的前提下，最大程度地減少了作業人員的不恰當工作姿勢，降低了作業人員的勞動強度。此外，本研究的方法也可用于分析和改善汽車廠其他專用工位器具或其他制造企業的專用工位器具。本文也有一些不足之處，雖對原作業姿勢有很大改善，但改善后的AC2姿勢仍比較多，且未考慮性別間的生理差異，后續研究可在此基礎上進一步對工位器具的設計進行改善研究。

參考文獻：

[1] 劉芮.基于第三方的HB汽車公司產前物流規劃研究[D].吉林大學，2015.

[2] 趙璐.長春第一汽車集團產中第三方物流運營管理分析[D].天津大學，2014.

[3] 陸亮.精益物流上線應用研究[D].昆明理工大學，2013.

[4] 丁毅，馬勝利，趙麗娟.汽車座椅工位器具的動力學特性研究[J].包裝工程，2012，33（15）：55-57.

[5] 吳彬.基于RFID技術的汽車總裝物流執行系統應用研究[D].合肥工業大學，2010.

（作者單位：長城汽車股份有限公司底盤研究院）