作者之一 ：蔣南（nán）雲

                                                              
 
      0 引言

      隨著（zhe）人性化理念日益受到關注，企業在追求經濟效益的同（tóng）時更加關注（zhù）人與機器之間的協調關係，使人（rén）在係統中安全、舒（shū）適、高效、健康、經（jīng）濟地發揮作用，以適應現（xiàn）代化生產。以往文獻［1-3］多從人機尺寸關係、工具改進等單一方（fāng）麵進行人機係統（tǒng）設計。本文綜合（hé）運用工業（yè）工（gōng）程的人機工程學［4-5］、現場管理［6］等理論設計實驗內（nèi）容，以機加工車間常見（jiàn）的XB6140 型臥式銑（xǐ）床為實驗對象，分別從工作台椅尺寸、輔助工具改進、時間以及操作分析等（děng）多個方麵進行（háng）人機係統優化，使人機係統更加符合動作經濟原則，進而幫助企業提高生產效率。

      1 、臥式銑床（chuáng）人機係統存（cún）在問題分析

     選取機加工車間臥（wò）式銑床人機係統為實驗對象，其中“人”是銑床操作員，主要操作銑床完（wán）成加工工件表麵工序，“機”是XB6140-半自動臥式單頭（tóu）專（zhuān）用銑床，加工工件表麵粗糙度以及溝槽等，還包括一（yī）些輔助工具，以便操作銑床。加工工序包括厚度切削和輪齒（chǐ）加工（gōng）兩步驟（zhòu），具體如（rú）圖1 所示。

      
  
                                    圖1 加工工序圖

     1． 1 現有人機係統尺寸分析

     1． 1． 1 工作椅與工作台（tái）

     通過實驗測量，現有人機係統中工作座椅表麵高度距離地麵690 mm，加工銑床的工作台（tái）麵（miàn）高度距（jù）離地麵為1 120 mm; 操作員小腿加足（zú）高（gāo）經測量尺（chǐ）寸為（wéi）388mm，計算可知操（cāo）作員坐在（zài）工作座椅上足底距離地麵的（de）高度為690 － 388 = 302 mm，說明當操（cāo）作員坐在該座椅上工作時，腿部自由下垂，腳部懸空; 操作員坐姿肘高經測量為284 mm，肘關節（jiē）距離地麵為284 + 690 = 974mm，肘關節比（bǐ）機（jī）床工作台低（dī）1 120 － 974 = 146 mm，說明操作員工作時須（xū）長期抬高肘部工（gōng）作，給肩關節及肘關節帶來負擔。人機係統詳細尺寸如圖2 所示，工（gōng）作（zuò）
台與（yǔ）操作員（yuán）接觸麵處無腿部（bù）活動空間，操作員工作時腿無處擺放，需向前探身工作，易使（shǐ）操作員腰背部肌肉和韌帶長期超負荷使用而引起勞損。

                         圖2 人機（jī）係統尺寸分析( mm)

      1． 1． 2 輔助工具

      ( 1) 手工工具。在加工過程中，需使（shǐ）用工具鉗（qián）夾取（qǔ）待加工件。現有工具（jù）鉗如圖3 所示，其形狀和普通的剪刀相似。從圖中的箭頭方向和腕部作用點（diǎn）可知，施力方向與作用點不在同一（yī）水平線上，長期保持這個姿勢，會造成靜肌負荷，從而引起腕道綜合征，對人體造成傷害（hài）。

                                  圖3 工作鉗示意圖

      ( 2) 操作（zuò）裝置。在加工過程（chéng）中，每加工完一個工件需用腳踩地麵上的踏板鈕，以便鬆開夾具取下已加工（gōng）工（gōng）件。此時（shí）操作員坐在座椅上，腳距離地麵302mm，無法完成操作，隻能從座椅上下來或半側坐才能觸碰到地麵踏（tà）板完成操作，既浪費時間也易造成人體關節損（sǔn）傷，急需優化調整。

     1． 2 現有人機係統效率分析（xī）

     由加工工序圖( 見圖1) 可知，待加工件需進行兩道主要工序才能夠完（wán）成銑床加工: 厚度切削和輪齒加工，由一名操作員完成。首先操作者利用銑床①進行工件待加工麵的厚度切削，不斷（duàn）重複進行，工作時間為上午3． 5 h，共加工750 個零件; 然（rán）後再利用銑床②進行工件的輪齒加工，工作時間為下午4 h，共加工740個零件; 操作員（yuán）工作7． 5 h。銑床（chuáng）①厚度切削加工（gōng）時，銑（xǐ）床②閑置，銑床①利用率為: 3． 5 ÷ 7． 5 × 100% =46． 7%; 同樣銑床②輪齒加工時，銑床①閑置，銑床（chuáng）②利用率為: 4 ÷ 7． 5 × 100% = 53． 3%。即便是在銑床①、②的工作時段內，由於裝夾工件、取下工件、清（qīng）理工作台（tái）鋁屑等也占用時間，銑床仍（réng）存在空轉（zhuǎn）時間。人機係統中機床利用率低，資源（yuán）浪費大，操（cāo）作人員缺乏動作標準，隨意性大，急需製定標（biāo）準作業（yè）時間，協調人機操作（zuò），提高人機效率。

     2 、車間人（rén）機係統優化設計

     2． 1 實驗一: 人機係統尺寸優化

     2． 1． 1 工作椅與工作台改進

     根據高度推薦值［7-9］規範，輕型裝配坐姿作業麵高度建議為720 mm，高於肘部110 mm 左右，而實驗（yàn）中人機係統作業麵高度為1 120 mm，因此需將（jiāng）座椅加高至1 120 － 284 － 110 = 726 mm，取整數為720 mm。

      2． 1． 2 輔助工（gōng）具改進

     ( 1) 手工工具改進。使用工作鉗夾取待加工件時，需避免人體腕部方位與加工方向不協調，應（yīng）保持手腕順直狀態，因此（cǐ）可設計（jì）工作鉗握把彎曲。不僅可以加大施力、減少腕（wàn）部損（sǔn）傷，而且在機床加工工件時還可用工作鉗觸碰機（jī）床暫停按鈕，減少身體前傾或手臂前伸（shēn），縮短動作移動時間。改進後工作鉗如圖4 所示。

                               圖4 改進後工作鉗示意圖

     ( 2) 操作裝置改（gǎi）進。操作員（yuán）控製卡盤鬆開工件（jiàn）需腳踩腳踏板。坐姿操作時，工作椅座麵與工作椅支（zhī）腳距離一般為450 mm［9］，那麽（me）座椅（yǐ）支腳離地麵（miàn）高度應設計為: 720 － 450 = 270 mm; 此時將操作者腿部（bù）正前方的機床向裏凹進距離地麵300 mm，寬200 mm，高500mm 立體空間，將腳踏板放置於該（gāi）空間內，如圖5 所示。這樣操作者坐在座椅上踩腳（jiǎo）踏板時，可以直接從（cóng）支腳移至腳踏板上（shàng）或者直接將（jiāng）腳放在凹進的立體空間（jiān）內，不僅減少操作者（zhě）上（shàng）下（xià）座椅動作，節約操作時間，而且保證腿部足夠（gòu）的（de）活動空間，避免操作（zuò）者上身長期（qī）前
傾帶來的背部損傷。

                              圖5 人機係（xì）統尺寸改進( mm)

      2． 2 實驗二: 人機係統時（shí）間研（yán）究

     由於人機係統尺寸和加工工具的（de）改進，縮短了操作人員加工時動作移動距離，降低了工作疲勞度，因（yīn）此利用模特排時法［10］重新對厚度切削操（cāo）作進（jìn）行動作分解以製定標準作業（yè）時間［11］: ① 拿取待加工工（gōng）件至卡盤（pán）附近（jìn）M3( 小臂動作) ; ② 利用工作鉗夾取物件M1( 手指動作) ; ③ 打開機床開關M1( 手指動作) ; ④ 開始加工伸向開關處按下運行M5( 大臂（bì）動作) ; ⑤ 刀具自動加工（gōng）10 s( 無（wú）需人參與) ; ⑥ 完成後按下（xià）暫停M5( 大臂動作) ; ⑦ 鬆開卡盤時（shí）需完成腳踏板操作F3( 下肢（zhī）動作) ; ⑧ 取下已經完成輪齒加（jiā）工工序的部件放（fàng）入（rù）收納盒M3( 小臂動作) ; ⑨ 往臨時工（gōng）件收納盒中放入已加工部件P2( 終結動作) 。

      計算可得，厚度切削（xuē）人員作（zuò）業時間= M3 + M1 +M1 + M5 + M5 + F3 + M3 + P2 = 23 × 0． 129 = 2． 967 s，加上刀具自動加工時間10 s，可得厚度切削標準作業時間為12． 967 s( ≈13 s) 。輪齒加工與切削加工的人員操作動作完全一致，隻是輪齒加工機床（chuáng）的刀具自動加工時間為12 s，因此輪齒（chǐ）加工標準作業時間為2． 967 s + 12 s = 14． 967 s( ≈15 s) 。
 
 
      2． 3 實驗三: 人機係統操作分析
 
 
     由以上標準（zhǔn）作業（yè）分析可知，在厚度切削機床刀具自動加工的10 s 和（hé）輪齒加工機床刀具自動加工的12 s時間中，操作人員處於等待空閑狀態，不需完成（chéng）任何操作，存在浪費。可以充分利用這段時間（jiān），讓操作人員移動至另一機床處進行操作，完成（chéng）另一機床的裝夾工件、卸下工件等操作，使兩台機床同時交替加（jiā）工，提高操作人員工作效率。
 
 
     經模特排時法可知，由操作人員在兩機床之間移動動作為6 × W5，需耗時30MOD × 0． 129 s /MOD =3． 87 s( ≈4 s) ，往（wǎng）返需8 s，由上節分析可得在機床自（zì）動加工前進行的裝夾加工件等準備工作，耗時10MOD× 0． 129 s /MOD = 1． 29 s，卸下已加工工件耗時13MOD× 0． 129 s /MOD =1． 677 s，三者時間（jiān）相加為10． 967 s，小於銑床①、②的刀具自動加工時間最大值12 s，操作（zuò）人員時間足夠，因此兩機同時交替工作完全可行。

     實驗操作時，同時打開銑（xǐ）床①和銑床②; 先在銑床①上裝（zhuāng）夾工件; 待（dài）銑床（chuáng）①自動進行厚度切削時，操作員可移動至銑床②進（jìn）行裝夾工件，在銑床②自動（dòng）進行輪齒加工後移動回銑床①卸（xiè）下已加（jiā）工件並裝夾新工作，循環（huán）往複。兩機交替操作的時間間隔( 相當於節拍)取兩機加工的最大值，即輪齒加工（gōng）時間15 s。因此原（yuán）先加工一個工件所需要完（wán）成的兩道工（gōng）序（xù）時間累計為28 s，現（xiàn）改為兩機交替工作（zuò），完成同樣工序（xù）隻需15 s。

     3 、人機係（xì）統（tǒng）優化實驗結果（guǒ）

    經人機係統尺寸改進及工具調整後，肘部距（jù）離工（gōng）作台距離由146 mm 縮短為116 mm; 踏板（bǎn）鈕距離腳的距離由332 mm 縮短（duǎn）為32 mm。操作人員（yuán）加工工件時，無需上（shàng）下座椅踩踏控製卡（kǎ）盤（pán）的踏鈕，每加工一個工件可減（jiǎn）少一次（cì）不必要的站立（lì）動作S30 = 30MOD = 30 × 0． 129 = 3． 87 s製定標準作業時間後（hòu），厚度切削標準（zhǔn）時間是13 s，輪齒加工標準時間是15 s，利用機床自動加工時間進行（háng）兩機（jī）聯（lián）合工作，可在15 s 內同時完成厚度切削及輪齒加工兩道工序，7． 5 h 內可加工（gōng）工件數為（wéi）1 800 個，理論日產（chǎn）能比優化（huà）前的740 個提高了143． 24%。

     4 、結語（yǔ）

     人機係（xì）統優化是一個循序漸進的過程 ］。本文綜合（hé）應用工業工程多種方法（fǎ），設計實驗步驟（zhòu），根據實際加工過程改進（jìn）人機係統尺寸（cùn）、製定標準作業時間（jiān）、進行人機操作分（fèn）析對人機係統優化設計，大大提高了XB6140-半自動臥式機床的利用率，為人機係（xì）統設計提供了一種示範和思路（lù）。本文的實驗結果已在航海機（jī）械集團機加工車間得到應用，生（shēng）產效率大幅提高。在現有（yǒu）的人機係統中發現問題，充分考慮人的因素，將人與（yǔ）機相結合（hé），優（yōu）化設計出協調的人（rén）機係統，既能為企業帶來巨大的經濟效益，也是（shì）現代化生產的必然要求。