人因工程在封箱作業(yè)中的應用

吳桂良，張德迪，葉 蔚，趙鵬浩，宋 韜

（浙江中煙工業(yè)有限責任公司杭州卷煙廠，浙江杭州 310024）

1 裝置概況

近年來，國內制造業(yè)發(fā)展迅速，正逐步轉向自動化生產，并向智能化生產發(fā)展。在越來越多機械設備被應用在生產中的同時，人機交互的安全性、簡易型、舒適性更多地被關注，人因工程正逐步滲入到機械設計、作業(yè)空間設計和生產加工中[1]。

浙江中煙杭州卷煙廠是全國500家最佳經(jīng)濟效益最大經(jīng)營規(guī)模工業(yè)企業(yè)之一，創(chuàng)建于1949年10月，也是全國煙草行業(yè)36家重點工業(yè)企業(yè)之一和杭州市重點培育發(fā)展的26家大企業(yè)大集團之一。杭州卷煙廠在異地技改后，卷包車間配備有自動化程度較高的卷煙機、包裝機、封箱機等設備組成的自動化卷煙生產線，裝備水平達到國際先進水平，生產過程中嚴格施行6S管理（6S即整理SEIRI、整頓SEITON、清掃SEISO、清潔SEIKETSU、素養(yǎng)SHITSUKE、安全SECURITY），生產效率大幅提高，生產環(huán)境明顯改善，員工工作強度也得到降低。但在長期的生產過程中部分車間生產人員身體上仍出現(xiàn)一定的勞動損傷，不僅會影響工作效率，還會對個人造成難以彌補的健康問題。本文從人因工程的角度對半自動封箱作業(yè)進行分析，對改善封箱機作業(yè)人員的勞動情況給出建議。

2 研究內容及方法

根據(jù)作者的現(xiàn)場觀測，封箱機作業(yè)內容重復性極高，存在彎腰和搬取重物等作業(yè)動作，且很少進行人員輪換，容易造成作業(yè)人員的腰肌勞損和肩部損傷[2]。在調研期間，半數(shù)以上的封箱機作業(yè)人員表示從事該作業(yè)后出現(xiàn)腰部酸痛的情況。卷包車間的人員出勤數(shù)據(jù)顯示，封箱機作業(yè)人員在生產任務緊張的工期中，請假和休假的比例明顯高于其他工位的作業(yè)人員，這說明長時間的封箱作業(yè)會對身體造成一定的損傷。本文將使用人因工程和工業(yè)工程的理論及研究方法對封箱機的作業(yè)動作和作業(yè)空間進行研究，期望提出有效的改進方案，緩解封箱機作業(yè)人員的作業(yè)壓力，提高作業(yè)效率。

2.1 模特法

模特法（即MOD法，是Modular Arrangement of Predetermined Time Standard的縮寫）是工業(yè)工程中常用來判斷工序作業(yè)時間和作業(yè)效率的工具，主要研究分析人在進行各種操作時的身體動作，以消除多余的動作、減輕小動強度，使操作簡便更有效，從而制定出最佳的動作程序，調高作業(yè)效率[3]。其單位為MOD（表示用手指的第三個關節(jié)前的部分進行的動作，每動作一次時間值為1 MOD），本文中1 MOD按0.127 s計算。

2.2 OWAS工作姿勢分析

OWAS（Ovako Working Posture Analysis System，工作姿勢分析系統(tǒng)）工作姿勢分析可用來判斷工作姿勢有害等級，識別某些工作姿勢對作業(yè)人員帶來的骨骼肌肉風險[4]，常用于工業(yè)生產[5-6]、機械設計[7]、作業(yè)空間布局設計[8]中，是對某一作業(yè)姿勢依次根據(jù)背、手臂、腳和負重情況進行評價、分級，并最終編制出4位代碼，并以此對作業(yè)姿勢進行整體評價。作業(yè)姿勢根據(jù)舒適程度共分為4個等級：第一級為正常作業(yè)姿勢（AC1），不需要改進；第二級為輕微有害等級，引起勞累，需要階段性改進（AC2）；第三級為有害作業(yè)姿勢，引起明顯勞累，需要盡快改進（AC3）；第四級為非常有害姿勢，明顯引起過度勞累，需要馬上改進（AC4）。OWAS等級分類如圖1所示。

圖1 OWAS等級分類表

3 封箱機作業(yè)研究

3.1 封箱機作業(yè)人員的當前作業(yè)情況

目前，車間內封箱機有兩種型號，一種是立式封箱機，另一種是臥式封箱機。兩種機器封箱機操作人員，都需要彎腰將放置在托盤上的紙盒拿起放置在置物平臺，其中臥式封箱機需要從右側拿起紙箱走兩步至臥式封箱機處，從機器左側將紙盒放置在置物平臺上，并確保箱紙放置平整（圖2）。

圖2 封箱機作業(yè)

3.2 作業(yè)分析

3.2.1 模特法雙手動作分析

對封箱機人工加料作業(yè)進行觀測和錄像，對作業(yè)過程進行動作分解，并使用MOD法分析作業(yè)過程（表1）。

表1 改善前模特法分析表

3.2.2 OWAS分析

根據(jù)動作分析的結果，將單次作業(yè)過程分解為3個姿勢，拿取姿勢、過程（移動）姿勢和放置姿勢。

（1）抓取姿勢中，作業(yè)人員背部彎曲，上肢雙臂低于肩，下肢雙腳站立腿彎曲，負荷為5～10 kg，姿勢編碼為2142，姿勢等級為AC3。

（2）過程姿勢中，作業(yè)人員背部直立，上肢雙臂低于肩，下肢雙腳走動，負荷為5～10 kg，姿勢編碼為1172，姿勢等級為AC1。

（3）放置姿勢中，作業(yè)人員背部扭轉，上肢單臂高于肩，下肢單腳站立腿直立，負荷為5～10 kg，姿勢編碼為3232，姿勢等級為AC1。

其中，抓取姿勢為明顯引起勞累的有害作業(yè)姿勢，需要盡快進行改善。

3.3 5W1H分析

（1）為什么需要彎腰？是否可以取消？如何取消？

物料擺放位置較低，想要雙手獲取材料就需要彎腰，且隨著物料的消耗，幅度會逐漸加大。調整物料擺放位置，可以減少或取消。

（2）為什么需要移動？是否可以取消？

距離較遠，擺放材料的位置距放置臺有一定距離，需要移動并調整姿勢后將材料放置上去。調整位置，可以取消移動。

（3）為什么左右手的動作不同，是否會對身體產生影響？能否調整至雙手一致？

從一側加入物料，左右手位置不同，導致受力等程度不同。如果正前方放入可以保證雙手動作一致，受力均勻。調整作業(yè)空間布局，能夠做到。

（4）機器操作人員是否固定？是否針對操作者本人進行作業(yè)設計？

存在作業(yè)人員輪替的情況，最好是使用平均數(shù)據(jù)來進行作業(yè)空間設計，部分位置也可通過機械設計來動態(tài)調節(jié)。

圖3 封箱機作業(yè)空間圖

3.4 初步改進方案

3.4.1 調整作業(yè)現(xiàn)場人、機械、物料的相對位置

當前封箱機人機作業(yè)空間中，材料與封箱機儲料平臺距離較遠，需要人員轉身并進行移動，才能將物料放置在儲料平臺上。重新設計作業(yè)空間后，作業(yè)人員站立在儲料平臺正對面，物料放置在人員站立位的左側。根據(jù)人因工程的理論，立姿水平作業(yè)時，工作人員正?；蚴孢m的作業(yè)范圍是半徑約30 cm的圓弧，若身體前傾，半徑可增加到40 cm[2]。因此，考慮到物料的形狀大小，儲料平臺和物料放置區(qū)應當與作業(yè)人員相距20 cm（圖4）。

圖4 改進后封箱機作業(yè)區(qū)域設計圖

3.4.2 調整人員站立高度和物料存放高度

（1）當前封箱機的儲料平臺位置較高，作業(yè)人員需要將手臂舉過肩膀高度才能將物料放置在儲料平臺上。根據(jù)作業(yè)人員的平均身高數(shù)據(jù)，在作業(yè)區(qū)域放置腳踏板，增高作業(yè)人員站立高度，使得作業(yè)平臺在作業(yè)人員直立時的舒適作業(yè)范圍內，避免作業(yè)過程中手臂舉過肩部。

（2）當前作業(yè)空間中，承裝物料的托盤堆放在地面上，物料高度隨使用逐漸下降，作業(yè)人員的彎腰幅度逐漸加大，作業(yè)效率逐漸下降，身體勞累度不斷加重。在托盤下方放置提升裝置將物料的存放高度保持在作業(yè)人員直立時最低作業(yè)的高度之上，能夠取消彎腰動作，提高作業(yè)效率和減輕作業(yè)人員的勞累等級。

3.4.3 提升機的設計思路

提升機的設計原理與天枰相同，在左側承重板上放置與單次托盤送料等重的配重，右側承重板上放置物料，右側承重板下連接彈簧，選取K值恰當?shù)膹椈?，使得物料始終處在工廠操作員的肩臂最佳工作范圍——重合高度為109～136 cm[2，9]。提升機的簡易圖如圖5所示。

圖5 平衡提升機設計簡圖

3.5 改善后的模特法和OWAS姿勢分析對比

3.5.1 改善后的模特法分析

改善后，左右手的模特值相同，各步驟的分析式也相同，左右手動作更加平衡，單次作業(yè)減少了27 MOD，即單次作業(yè)減少3.48 s，效率提升58.7%（表2）。

表2 改善后模特法分析表

3.5.2 改善后的OWAS姿勢分析

（1）改善后，抓取姿勢中，作業(yè)人員背部直立，上肢雙臂低于肩，下肢雙腳站立，負荷為5～10 kg，姿勢編碼為1122，姿勢等級為AC1。

（2）過程動作中，作業(yè)人員背部直立，上肢雙臂低于肩，下肢雙腳移動（轉身），負荷為5～10 kg，姿勢編碼為1127，姿勢等級為AC1。

（3）放置動作中，作業(yè)人員背部直立，上肢雙臂低于肩，下肢雙腳站立，負荷為5～10 kg，姿勢編碼為1122，姿勢等級為AC1。

（4）改善后，封箱作業(yè)過程中減少了彎腰和距離移動，縮短了物料放置距離，平衡了左右手的作業(yè)強度，改善后的姿勢都屬于正常姿勢。

4 結論

本文以卷包車間封箱機的作業(yè)環(huán)境為背景，分析封箱機作業(yè)過程中存在的不舒適的作業(yè)環(huán)境，從人因的角度出發(fā)，5W1H和ECRS（Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify，取消、合并、調整順序、簡化）原則對作業(yè)步驟進行分析，并提出改進的假設，對作業(yè)空間進行再設計，通過雙手動作和動作姿勢研究分析改進后的效果。從理論上分析，改善后單次作業(yè)時間減少3.48 s，效率提升58.7%，改善了一個有害作業(yè)姿勢，有效降低作業(yè)人員身體受損傷的程度。