航空維修風險分析方法研究

程勝龍

摘 ? 要：在對航空維修任務進行風險評估時不能量化分析，因此，文章選擇運用動作捕捉設備獲取運動數據，通過對運動數據的數值分析，實現上肢快速分析、全身快速分析和工作體位分析的信息化和量化，研究不同分析方法的區別與聯系，選擇最合適的分析方法對航空維修任務進行風險評估。目標是主動減小人體工程學的風險、對機務人員的傷害和賠償的成本。

關鍵詞：運動數據;分析標準;信息化;任務風險評估

近年來，對航空產品維修設計有了更高的要求，職業的安全性和舒適度問題較為普遍。長時間面臨靜態工作強度、負重大、關節反復彎曲等勞動和壓力，可能會引起維修人員疲勞程度加重，導致與工作相關的肌肉骨骼損傷[1]。

國內外學者在人機工效學仿真平臺JACK軟件中，基于航空維修對機務人員造成的損傷展開了大量研究，其中，大部分學者在JACK軟件[2]中的任務仿真模擬界面（TSB）和虛擬人動畫仿真模擬界面（Animation）進行維修仿真，手動建立出維修任務的仿真，對仿真維修任務實施方法應用Ovako工作姿勢分析系統（Ovako Working Posture Analysis System，OWAS）和上肢快速分析（Rapid Upper Limb Assessment，RULA）來分析維修任務風險等級和對維修人員的機體的損害。但是手動仿真并不是人體真實的運動數據，所以采用Xsens動作捕捉設備去獲取真實準確的數據用于數據分析。

綜合分析，OWAS，RULA和全身快速分析（Rapid Entire Body Assessment，REBA）3種不同的姿勢分析方法適用于不同的維修作業，需要準確分析出不同分析方法之間的區別，才能根據具體的維修作業選擇出最佳分析方法，實現對維修作業風險值的準確分析。

1 ? ?試驗系統設計

1.1 ?試驗硬件設備

本試驗中主要運用慣性動作捕捉設備Xsens去獲取精準的運動數據。先將動作捕捉設備中的接收發射信號設備通過路由器與工作站相連，穿著特制的動作捕捉衣進行正常的機務維修操作。信號連續地發射與接收、分析、計算，就獲取了連續的數據信息。

1.2 ?試驗場景

對停機坪的波音727-200F進行了相關維修檢查，維修試驗人員身著動作捕捉設備完全按照自己正常的維修習慣進行自然維修，對波音727-200F飛機展開了更為詳細維修作業錄制，其中，包括主起落架艙內管路施工，主起落架、飛機主輪和剎車盤的目視檢查，以及前起落架區域的目視檢查。

2 ? ?維修任務的人機工效學分析模型

2.1 ?OWAS模型

首先，進行工作姿態分析OWAS值分析，OWAS值分析的機理是將任一時刻的工作姿勢分為5個部分，包括為頭、背部、手臂、腿部與負載;其次，對每個部位的姿勢進行編碼，從而得到一組可以描繪某一時刻姿勢的4位數編碼;最后，根據該模型給出的評判依據去給出相應的評分。圖1為姿勢分類的標準，圖2為風險值評判標準，它的使用方法是根據圖2得出的4位姿勢編碼在圖3中對應的風險值，不同的風險值代表著不同的風險等級，如表1所示。

2.2 ?RULA模型

利用RULA對機務維修任務仿真進行分析。RULA的評估機理主要是評估大臂、小臂、手腕、頸部、身軀、腿部在不同工作姿勢下不同角度的得分，根據表2判定規則得到關節初始風險值（確定A，B得分），根據負載和肌肉使用情況確定中間分數（確定C，D得分）;最后通過中間分數計算最終風險值。

2.3 ?REBA模型

利用REBA對機務維修任務仿真進行分析。REBA的評估側重于上肢下肢頻繁作動的工作任務，它的機理與RULA的評估機理基本相同，不同點是它們的評分標準不同（見表3），下半身影響因子所占比重增大，所以導致最后的分析結果不同。

3 ? ?實例驗證及其分析

3.1 ?不同作業維修任務的姿態分析

在穿戴Xsens動捕設備的情況下，分別對B727主輪艙的上部管路、主輪艙的下部管路、主起落架和前起落架進行了自然機務維修試驗，將得到的運動數據進行OWAS，RULA，REBA人機功效學的分析，結果如表4所示。

3.2 ?OWAS和REBA的相對分析

在OWAS分析標準中，關節編碼直接得到任務的風險等級，REBA分析標準中要根據各個關節的角度大小和扭轉程度共同確定風險值，再通過風險值確定風險等級。兩者都是分析全身姿勢的標準，應呈現是正相關，如圖3所示，為4種作業下任務評分的總和，通過圖3分析出OWAS和REBA是呈現正相關的趨勢，因此，可以驗證出REBA系統的準確性和可用性。

在作業1和作業2的數據分析中，通過大量的實驗數據可以得到，許多維修任務姿勢在REBA的分析標準中歸為高風險等級時，在OWAS分析標準中有可能處于低風險等級。因此，在全身分析標準中，OWAS和REBA相比，OWAS低估了部分姿勢的相關風險。

3.3 ?RULA和REBA的相對分析

在REBA系統對作業1的分析中，降低的上半身關節得分的權重，加入了更多腿和膝關節對風險評分的影響，因此，在REBA中，作業1并不是風險最高的維修任務。通過多組試驗人員對進行兩組維修任務的主觀感受，作業3比作業1的難度更大、舒適度更低和對人體損傷風險更大。因此，RULA和REBA相比，RULA低估了下半身對維修任務的影響，從而影響整體風險評估的準確性，試驗人員的主管感受與REBA的評估結果一致。

在RULA標準中，各個關節評分標準、附加分的計算、最終風險評分的計算和風險等級的劃分原理大致相同，但是RULA對于下肢的評判標準太模糊、不準確且占比較小，而REBA就綜合全身關節角度且得合理分配關節權重，在全身動作較多的航空維修過程中，REBA方法是最佳選擇。

4 ? ?結語

（1）通過分析OWAS和REBA對所有維修任務作業評分的分布圖，驗證了OWAS與REBA評分呈現正相關性和REBA人機工效學系統的有效性，另外，OWAS評判標準過于模糊，主觀臆斷對評估結果的影響較大且存在低估部分姿勢的風險。

（2）通過對落架艙內頭頂管路施工和主起落架、飛機主輪和剎車盤的目視檢查進行RULA和REBA對比分析，驗證了全身動作較多的航空機務維修任務更適合用REBA分析標準。

[參考文獻]

[1]鐘思武，曲穎，王忠旭.工作相關肌肉骨骼疲勞與損傷相關生物標志物研究進展[J].職業與健康，2018（21）：3012-3018，3022.

[2]呂慶文，樊樹海，趙玲玲，等.JACK交互式實驗平臺的設計與開發[J].實驗技術與管理，2019（12）：120-122.

Research on aviation maintenance risk analysis method

Cheng Shenglong

（Aeronautical Engineering College， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract：The risk assessment of aviation maintenance tasks cannot be quantified. Therefore， this paper chose to use motion capture equipment to obtain motion data. Through numerical analysis of motion data， the rapid upper limb assessment， the rapid entire body assessment， and the Ovako working posture analysis system is implemented. Study the differences and connections of different analysis methods， and select the most appropriate analysis method for risk assessment of aviation maintenance tasks. The goal is to proactively reduce the risk to ergonomics， the cost of injury to the crew and compensation.

Key words：motion data; analysis criteria; informatization; task risk assessment