考慮人因工程的折疊儲物柜設計

張玄哲

摘要：物流工人在搬運儲物柜時，工作負荷超過其所能忍受的限度時，在心理上可能引發緊張，在生理上給身體造成傷害，例如下背疼痛。在物流搬運領域，每年約5%的人經歷過一次下背痛發作，記錄也表明下背痛是費用最高的醫學問題之一。因此需要從人因工程學的角度對現有儲物柜的搬運作業進行評價，以提升物流運輸效率。人因工程學研究人、機器及其工作環境之間相互關系，使人機系統滿足人的特性并實現安全高效的目標。我國的人因工程學研究始于1980年左右，比國外晚了近50年，特別是在物流領域，對搬運作業的人因工程學機理鮮有研究。

關鍵詞：人因工程;折疊儲物柜;設計

引言

近年來，隨著我國機械生產水平的提升，機械生產不斷向著模塊化發展，不斷追求生產系統各工作單元的協調性，但是在關于機械設備固定裝置領域，國內研究較少，人們忽略了最基本的安裝、運輸及維護中最離不開的機械裝置——固定裝置。因此誕生了一種固定裝置——智能儲物柜裝置的研究，這正是本文誕生的現實基礎。

1人因評估方法

搬運儲物柜時，任務起點通常位于倉庫中央的堆貨區域。在儲物箱運輸和倉儲過程中，工人需要會連續搬運儲物箱，傳統儲物柜占用空間過大、體積大、重量大，傳統一體式儲物箱作為常見的裝卸、中轉、搬運物料的基本裝置，其結構基本一致，而樣式多隨體積參數改變。造成人員工作繁重，背痛狀況嚴重。傳統的一體式儲物裝置，其特點是儲物能力強，一次搬運就能移動較多物料，但這種裝置會對工人的背部造成極大的損害，尤其是采用不同工作姿勢對一體式儲物裝置進行搬運時，受力也會有較大區別，當工人在搬運時為了省力而采取彎腰的工作姿勢時，對下脊椎的傷害將會更大。需要考慮如何最大程度的改變工人的工作姿勢，盡可能的使工人在直立狀態下進行搬運作業，減輕工作對身體的損傷。因此，需要對搬運作業進行受力量化分析，搬運受力分析（NIOSH）主要依據NIOSH提舉公式，計算推薦重量極限值（RWL）。RWL=575（1-0.003|V-75|）（0.82+4.5/D）（1-0.0032A）FM·CM/H（1）式（1）中，FM是抬舉頻率，CM是握持乘數，H是人體中心與物體間的水平距離，V是搬舉任務起始或終止時手掌距地面的垂直距離，D是抬舉重物的垂直移動距離，A是相對于矢狀面的身體扭轉角度。單項任務搬運指數（LI）為：LI=ATLL/RWL（2）其中，ATLL實際搬舉作用力。當LI的值小于參考值1時，表示該搬舉作業較安全;當LI的值大于1時，會使下背部疼痛發生的機率增加;當LI的值大于3時，將使作業人員下背部受傷機率大大增加，工人的工作條件亟需改善。

2多功能分層旋轉儲物柜工作原理

機械和電子歸檔系統是目前許多公共領域中使用的兩種常用的歸檔系統。本文設計的多層旋轉備份結合了盤柜系統的上述兩個特點，分為四個主要部分，分別用于抽屜、干洗和伸展地板。可擴展抽屜的打開和關閉是通過壓力開關完成的，開關開關后的電路和密碼電路適應和調節可擴展抽屜，而內部電源控制系統則使用集中管理的分布式網絡結構。外殼、中心軸、軸承、內螺紋和外螺紋均適合可擴展抽屜底部的滑動結構，以允許文件柜層和旋轉。可伸縮抽屜由機械結構和控制電路兩部分組成，在應用外部信號后激活，抽屜打開和關閉。基本裝備包括灰塵容器、回轉刷、吸塵器、小型發動機。該功能尤其可以通過旋轉屏蔽層和最小電機來完成，當電源接通時，最小電機用旋轉刷旋轉，然后在灰塵盒中沖洗灰塵。洗衣部位主要由拉桿和壓力卡按鈕組成，其長度可通過壓力卡拖動按鈕調整，不使用時可按入槽。

3儲物柜搬運任務

為了方便研究評估，本文采用立方體狀的一體式物料儲存裝置進行分析，設定該儲物箱的尺寸標準為外尺寸（2500×500×1500mm），并假設外尺寸即體積尺寸。單項搬舉作業各項參數如下：人體參數：評估中選用的人體尺寸，應符合中國成年人人體尺寸的有關規定，根據GB10000-88中國成年人人體尺寸數據，選取第50百分位男性數據作為人體參數模型數據;單位物料體積與質量：為了便于評估，規定物料為固體、立方體狀物料，且規格相同，每1kg物料的尺寸為100×100×100mm;物料總質量：100kg;工人數量：初始工人數量為2，且為男性;搬舉高度：根據工人搬舉重物的工作習慣，搬舉高度與工人站立時前臂前端與地面的高度相等，約為大腿長度一般與小腿長度之和，即606.5mm。利用Jack軟件創建。工人在搬運作業時從一體式儲存裝置的側方搬運，不存在相對于矢狀面的身體扭轉角度。其余必要參數均可根據建模情況，在用Jack軟件進行NIOSH受力分析時由系統計算得出。在從事搬運作業時，工人會自發的選擇對自己最有利的搬運姿勢，便于發力、省力且自身生理感受較好的姿勢。在設定其搬運姿勢時，首先進行工作姿勢分析（OWAS），將其姿勢調整為級別1（正常姿勢）。調整人機模型中的參數，利用Jack平臺中的下背部脊柱受力分析工具包（LowerBack），對該復合搬舉任務改善前最有可能造成人體傷害的動作進行脊椎受力定量測定。當工人直立搬運時，測得脊椎壓力為3951N，當工人彎腰搬運時，壓力為7202N。對于舉升任務或包括多個舉升任務的工序，進行物理壓力的評估，得到LI為4.4，RWL為5.69。

結束語

本設計以傳統一體式儲存裝置為研究對象，在考慮人因工程學的基礎上，對這類裝置進行便攜式折疊改良設計，以達到降低工人下脊柱受力，改善其工作條件的目的。基于Jack軟件平臺的LowerBack和NIOSH工具，得到工人在使用傳統一體式儲存裝置進行物料搬運時的工作受力等狀況，分析得到使用此類裝置進行搬運時對工人具有一定的損傷，并根據得到的數據提出改良方案。研究確定的便攜式折疊改良可以很好的改善工人的下脊柱受力情況，有效的改善了工人的工作環境。

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