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作者: 发布时间:2012-08-21 来源: 繁体版
本文介绍了OWAS、BSHA人机工程分析方法,通过一个实例阐述了西门子Tecnomatix套件中的Process Simulate以及Ptocess Designer在人机工程中的应用,并给出相应的分析报告。探讨了如何在生产线规划中考虑人机工程问题,为
本文介绍了OWAS、BSHA人机工程分析方法,通过一个实例阐述了西门子Tecnomatix套件中的Process Simulate以及Ptocess Designer在人机工程中的应用,并给出相应的分析报告。探讨了如何在生产线规划中考虑人机工程问题,为选择不同生产线规划方案提供了新的思路。JbR自动化在线网
关键字:人机工程 生产线规划 过程模拟 工艺设计 JbR自动化在线网
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0 引言JbR自动化在线网
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在当今竞争不断加剧的社会,缩短产品上市时间成为企业追逐的目标。多功能性、高独立性和产品的短期设计并制造都给制造系统的规划和设计提出了更高的要求,而其中生产线的规划是实现最优化生产的关键技术问题。无论是设计一条全新的生产线,还是原有生产线上进行改装,都需要进行一定程度的规划工作。装配线规划不合格,不仅会极大地浪费各种生产资源、降低劳动生产率,有时甚至不能按时按量地生产出期望的产品。同时现代企业对HSE管理愈加重视,并将其视为企业现代化的标准之一。为了使生产线在早期规划阶段避免出现人机工程方面的问题,实现较为理想的规划设计,研究数字化生产线环境下的人机工程方面的问题变得尤为重要。在虚拟环境下,利用人体模型对生产线总体设计的合理性、工人操作的舒适性、可见性、可达性进行虚拟检验,这样可以对生产线不同的规划方案进行评估和筛选,实现优化选择。JbR自动化在线网
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本文首先介绍了现有的主流人机工程分析方法,再对仿真分析软件Process Simulate以及Process Designer进行了一个简要介绍,然后以某公司一实际生产线为实例,以此来说明Process Simulate与Process Designer在人机工程应用中的实现过程,最后根据所得到的分析报告对生产线进行修改,并给出优化结果。JbR自动化在线网
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1 人机工程分析理论JbR自动化在线网
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目前人机工程研究理论的数量不断增多,据统计结果分析,已使用的人机工程方法超过60种,包括静态施力分析、低背受力分析、作业姿势分析、视域分析、疲劳恢复分析、舒适度分析、NIOSH分析、RULA姿态分析、OWAS分析等。下面介绍两个应用较多的人机工程分析理论。JbR自动化在线网
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1.1 基于人体操作姿态的OWAS分析理论JbR自动化在线网
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OWAS(ovako working-posture analyzing system)用于区分人工作时的身体姿势,并依照该姿势所可能引发的肌肉骨骼伤害程度予以评定等级,提供研究人员对工作现场进行改善的参考依据。在日常工作空间设计分析中,OWAS被认为是对各种工作场景的无数操作姿势进行人机分析的有效且容易实现的方法,因而在工业领域得到广泛的应用。JbR自动化在线网
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OWAS主要分析人体背部、手臂、腿部、头部4个部位的姿势要素和1个负重要素,然后根据对上述5项采取编码的方式,按照特定的排列组合显示出来。例如2321-1,其编码方式及含义详见图1。通过分析5个要素之间的相互作用,评定人体姿态的疲劳等级。OWAS将工作姿态需要改进的紧迫程度、工作姿态疲劳等级按1~4进行划分。其等级分类详见表1。

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图1 OWAS编码含义JbR自动化在线网

表1 OWAS疲劳等级分类JbR自动化在线网
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1.2 基于人体单手提举的BSHA分析理论JbR自动化在线网
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BSHA(burandt-schultetus hand-arm analysis)通过对人体单手抓举作业的分析,得出手-手臂系统所能承受的最大允许载荷,与实际载荷做比较,从而得出该单手操作作业是否安全。其中主要有四大方面的因素影响BSHA分析结果,即人体因素、作业相关参数、载荷相关参数以及实际载荷大小。JbR自动化在线网
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(1)人体因素包括工人性别、年龄和受培训程度,它们决定了系数P1(男性=1.0,女性或男性&女性=-0.65)、Tlim(25~65岁,系数为0.80~0.65)、P2(平均水平=1.0,较好=1.2,良好=1.4)。JbR自动化在线网
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(2)作业相关参数包括作业类型(动态或静态)、工作频率和时间、手臂位置4个方面,决定了静态作业系数Tatai、手臂自身质量Fa。JbR自动化在线网
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(3)载荷相关参数包括载荷方向、提举高度、前臂姿势、上臂与前臂夹角以及手相对于身体的方位5项,它们共同决定了最大可承受载荷的理论值Fmax。JbR自动化在线网
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结合上述给出的影响因素,工人单手作业可承受最大载荷比值为Fact/Fper;手-手臂系统可承受的静态载荷为

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可承受的动态载荷为

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当作业实际载荷大于Fper时,表明该作业任务会对人体造成损伤,需要采取相应的改进措施。BSHA工具可以有效地消除单手作业时的隐患。JbR自动化在线网
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2 人机工程分析实例JbR自动化在线网
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本文以一个实例来说明Process Simulate以及Process Designer在人机工程分析中的实现过程。采用某公司设计的某一生产线上的操作工作为分析研究对象,运用Process Designer对该生产线的工艺资源进行组织管理,运用Procesa Simulate的Human模块对其进行建模仿真及优化。JbR自动化在线网
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2.1 系统描述JbR自动化在线网
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该生产线并不具备完全的自动化制造能力,很多工位都需要进行手工操作。本文研究的工位组成为5名操作人员、5个工位,如图2所示。

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生产线规划中人机工程问题的仿真分析及优化
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