工程和設(shè)計中人因工程學方法的適應(yīng)性分析

趙青戰(zhàn)

摘要：自動化、信息化及智能化技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用使得系統(tǒng)日漸復(fù)雜，人機交互亦趨于復(fù)雜化，航空、海事、核電、軌道交通等領(lǐng)域的大量經(jīng)驗表明，人誤是這些系統(tǒng)事故的主要原因，研究人員開始意識到系統(tǒng)的設(shè)計不僅要完成硬件的開發(fā)與實現(xiàn)，更要涉及到以往較少考慮的社會層面，并且要以人的認知機制為核心，來進行復(fù)雜人機系統(tǒng)的設(shè)計，以最大程度地規(guī)避系統(tǒng)中潛在的安全風險，并由此產(chǎn)生了人—系統(tǒng)整合的概念，并在武器裝備、國防、軌道交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程和設(shè)計;人因工程學;方法;適應(yīng)性

引言

人—系統(tǒng)整合設(shè)計的方法涵蓋范圍十分全面，包含人員，人力，培訓(xùn)，生存能力，安全，職業(yè)健康，環(huán)境，可居住性，人因工程等九方面。同時人—系統(tǒng)整合設(shè)計方法更將人因工程學整合到系統(tǒng)工程的完整流程中。人因工程是研究人在某種工作中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素;研究人和機器及環(huán)境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和閑暇時間時怎么統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。人因工程同時還是一門涉及到多個專業(yè)知識的交叉學科，包含心理學、設(shè)計學、管理學、訓(xùn)練和教育學、理論研究學和技術(shù)與環(huán)境學等，這些學科間相互關(guān)聯(lián)、相互支撐，形成了人因工程學的基礎(chǔ)理論體系。

1人因工程學

人因工程學是一門綜合性的應(yīng)用學科，是實現(xiàn)人性化設(shè)計的重要理論指導(dǎo)和設(shè)計方法。隨著中國經(jīng)濟、技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，人因工程學在眾多領(lǐng)域、不同地區(qū)以及多種環(huán)境下的應(yīng)用迅速增長，人因工程學的應(yīng)用也積極促進了這些行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2人因工程學方法的多維分析

2.1單維分析

首先是資源成本。資源成本包含方法的使用工具的成本以及人員成本，根據(jù)方法本身工具的固定資產(chǎn)折舊以及使用的主試和被試人員的成本分為五個等級，此維度可以根據(jù)方法應(yīng)用的場景的成本預(yù)算來進行適應(yīng)性分析，若成本預(yù)算很低，可將此項作為首要考慮的遴選準則。其次是時間成本。方法的時間成本包含方法本身的掌握時間成本以及方法的使用時間成本，此維度將時間進行綜合，綜合考慮方法的時間壓力的大小，在進行方法適應(yīng)性分析時，若時間要求比較緊張，可優(yōu)先考慮此項內(nèi)容。

2.2四維分析

進行四維分析時，將依次考慮四個維度來進行方法的適應(yīng)性分析，只有滿足本維度最高等級要求的方法才能進入到下一維度的考慮，以此類推。由于方法的研究對象可以使方法分析的范圍快速精準地定位到解決某人因問題的某幾種方法，因此將方法的研究對象這一維度設(shè)置為最先考慮的維度。剩余的三個維度的排序可根據(jù)當前方法的分析場景來依次確定，共有六種不同的維度優(yōu)先級排序組合。

3針對工作臺人因的改進策略

基于Z事業(yè)部齒輪箱組件生產(chǎn)線的標準作業(yè)操作視頻和生產(chǎn)線操作者疲勞程度的調(diào)研結(jié)果，根據(jù)動作分析經(jīng)濟性原則和能量代謝、疲勞恢復(fù)分析理論，針對人因工程體系各子模塊分別提出如下改進策略。

3.1針對工作臺人因的改進策略

工作臺高度設(shè)置是影響操作者工作效率和勞動疲勞程度的重要因素。案例研究對象生產(chǎn)現(xiàn)場的操作者多采用立姿作業(yè)操作，因此，操作者的肘高和視高是進行工作臺高度設(shè)置的重要考慮因素。經(jīng)初步統(tǒng)計，大多數(shù)操作者來源于江蘇省和安徽省，其中來自江蘇省的操作者所占比例為49.13%，來自安徽省的操作者所占比例為18.57%;操作者中男性、女性所占比例分別為56.78%和43.22%。依據(jù)《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2015）》，確定主要來源地（江蘇省和安徽省）不同性別操作者的身高標準，即江蘇省成年男性、女性平均身高分別為171.57cm、161.54cm，安徽省成年男性、女性平均身高分別為170.93cm、156.10cm。根據(jù)國家標準《中國成年人人體尺寸》（GB-1000-88），確定與案例研究對象身高相對應(yīng)的肘高數(shù)據(jù)。為滿足大多數(shù)人的正常使用，通常取第5百分位數(shù)人體尺寸數(shù)據(jù)作為設(shè)計參考值。18～60歲男性肘高參考值是954mm，18～55歲女性肘高參考值是899mm，在此基礎(chǔ)上，考慮操作鞋裝高度將男女工作肘高分別寬放至960mm和915mm，此外，考慮實際狀況（如年代變化對數(shù)據(jù)的影響）將男女工作肘高分別寬放至975mm和930mm。依據(jù)公式“通用工作臺高度=975×男性占比+930×女性占比（單位：mm）”可確定案例研究對象的工作臺桌面合理高度為956mm。

3.2針對廠區(qū)人因的改進策略

工作場所設(shè)計是影響廠區(qū)正常生產(chǎn)的重要因素。齒輪箱組件生產(chǎn)線操作者多采用立姿作業(yè)進行操作且工作臺高度設(shè)置不合理，這些因素導(dǎo)致操作者腿腳、肩膀和手臂部位易產(chǎn)生明顯的酸痛疲勞。為此，選取腿腳、肩臂、手部酸痛程度和自評疲勞程度作為反映作業(yè)疲勞的特征要素，基于案例研究對象的具體數(shù)據(jù)信息，確定合理作息時間。針對操作者身體各部位的疲勞狀況，設(shè)計了作業(yè)疲勞程度調(diào)查表，其中，針對每一疲勞特征設(shè)置1至7共7個等級，具體的，等級1對應(yīng)工作開始時的疲勞感受程度，等級7對應(yīng)自身能夠承受的最大疲勞程度或每日工作結(jié)束時的疲勞程度，疲勞特征等級越大代表疲勞感知程度越強。基于齒輪箱組件生產(chǎn)線操作者的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用主成分分析法進行數(shù)據(jù)特征提取。在對數(shù)據(jù)進行標準化處理和主成分分析降維后，計算得到操作者對作業(yè)疲勞程度評價的綜合得分，以此量化操作者的疲勞狀況。具體的，以1小時為步長選取9：00至20：00區(qū)間內(nèi)每個時間節(jié)點對應(yīng)的第一主成分得分作為數(shù)據(jù)特征值，分別對腿腳酸痛程度、肩臂酸痛程度、手部酸麻程度和自評疲勞程度進行數(shù)據(jù)處理和計算，從而得到量化的疲勞狀況。

結(jié)語

新時代的城市，需要新的思維。要更好地推進以人為核心的城鎮(zhèn)化，使城市更健康、更安全、更宜居，成為人民群眾高品質(zhì)生活的空間。以人為核心的城鎮(zhèn)化、提供高品質(zhì)生活空間已成為城市建設(shè)的目標。人因工程學以人體特性為切入點，以設(shè)計為驅(qū)動力，高效協(xié)同各利益相關(guān)方進行系統(tǒng)性的軟硬件改造與新建，是一項當代城市生活的幸福基礎(chǔ)設(shè)施工程。

參考文獻：

[1]張修乾.基于人機工程學的汽車駕駛室內(nèi)儀表板的數(shù)字化參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].科學技術(shù)與工程，2018，18（12）：229-234.

[2]陳圓.基于人機工程學的控制室設(shè)計研究[J].控制工程，2019，26（4）：664-669.

河南工學院 河南 新鄉(xiāng) 453003