對現代傳統制造系統中人因要素的探討

張長信

摘? 要：現代制造系統作為“技術”、“組織”與“管理”的有機集成，一直以來都是以“人”作為中心構成元素。經歷信息化、智能化的轉變后，傳統制造業要發揮“人-機-環境”這一系統的效能，需要依據人因工程學與工業工程學理論，優化人員管理與任務分配;運用作業研究、人體仿真等方法，改善人機接口、工作環境以及整個系統的協同作用。

關鍵詞：傳統制造系統;人因要素;“人-機-環境”;系統;優化

中圖分類號：TH164 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）05-0047-03

隨著制造技術在信息化、系統化方向的發展，計算機集成制造、柔性化制造、敏捷制造等先進制造模式在傳統制造行業中不斷涌現。自身的集成特性與市場的多元化特性決定了研究現代制造系統中人因要素的重要性。

1 制造系統中人的作用

隨著制造系統自動化與信息化在各制造領域的逐步推廣，人在整個系統的地位逐漸從“操作者”轉向“監管者”，成為制造系統中能動性最大的因素。在勞動力有限、人力成本增高的情況下，需要優化人員配置，改進人工操控與機器運作之間的匹配。當前，操作人員在制造系統中的作用可概括如下[1，2]：

（1）保持不同生產部門間的聯系溝通，在生產任務的不同方案中權衡與決策。

（2）監控生產系統，適時調整生產設備的進程。

（3）監測、判別生產計劃外的系統失誤，對系統突發/偶發事件做出補救處理。

2 制造系統中的人因要素及其影響

2.1 人因要素在作業中的體現

人為因素可分為包括任務培訓與執行經驗、工作動力/壓力在內的內部因素，以及包括環境條件、任務復雜程度在內的外部因素（如表1）。

研究人員一般通過生產現場調研或是試驗測試，綜合考慮操作人員的生理、認知與行為特征，對不同生產任務中各個內/外部因素對工效、作業準確性以及作業失誤的影響進行定量分析[3，4]。

Helenice Jane Cote（2005）指出作業場所包含的操作空間、作業條件等外部人因要素應從生物力學、人體測量學與管理學等多方面進行探討，以符合操作人員的特性和要求[5]。Samson Sunday Adaramola（2012）通過工人生理/心理壓力表現的模型檢測探討了工作壓力對作業能力與工效的影響及其跟工傷事故的關聯，測試表明工作任務跟工人能力與需求的不匹配易導致工作壓力，其中心理與情緒壓力對員工作業能力的影響最為明顯，易導致工作失誤;其建議將現行管理方式中“以任務驗收為導向”改為“以員工行為為導向”[6]。

2.2 人因要素對生產系統的影響

國內外都早有學者指出制造系統的效能不僅取決于相應技術水平，還取決于“人-機-環境”的協調程度。生產系統效能作為一個綜合概念，直接與工人任務完成能力相關。

G Salvendy（2012）模型化地概括了現代制造系統中工人、技術及系統設計者之間的函數聯系：I（U，T）=F[I（U，D），I（D，T）][7]。其中D（Designer）、U（User）、T（Technology）分別代指制造系統的設計者、操作工人以及所涉及的的技術，I（Interaction）表示上述各因素間的相互作用。通過該模型可發現，制造技術與其操作者間的相互作用是由操作者與設計者間的關系I（U，D）以及設計者與制造技術間的關系I（D，T）共同決定的;可見人員管理與人-機接口設計是現代制造系統設計的兩大核心，唯有圍繞操作者的人因要素優化制造系統的安全性、可靠性和易用性，才能改善工作效率，提升整體效能。

3 圍繞人因要素對制造系統的優化

目前針對現代制造系統中人因要素所做的工程研究與應用主要體現以下方面[8，9]：

（1）人員管理、任務/技術部署的優化調整。

（2）將人、組織、技術集成協調的系統，創造競爭優勢。

（3）基于整體方法論開發CAE/CAM計算機輔助工具，用以支持分析復雜系統。

（4）開發現有軟硬件系統中系統策略、系統體制和系統集成的技術和能力。

工作研究、人體仿真作為評測制造工效的兩種常用方法，兩者的實踐目標都在于考察人在制造系統中的表現以及所執行任務對系統的影響。

3.1 面向工人行為的制造系統優化探討

工作研究通常用動作分析法、既定時間標準設定法（Predetermined Time Standards， PTS）等方法將構成操作

人員作業單元的動作分解成基本動素，對這些基本動素進行標準化分析以及組合優化。

彭麗霞等人（2015）對渦輪增壓器裝配人員的作業過程進行動作分析，并根據動作經濟原則對作業動作進行優化，最后使用模特排時法預測標準作業動作時間，獲得適用于該裝配線上工人的標準動作體系與作業時間，可有效提高作業工效量[10]。

人體仿真多用數字人體模型來進行協助作業人員的人機工程學評測，JACK、SAFE-WORK、RAMSIS、MANERCOS等都是常用的仿真軟件，這些軟件一般可以滿足對人體姿勢的模擬與工程力學測評，并基于此進行動態人體效能預測[11]。

張大可（2010）運用JACK 系統的作業疲勞分析工具對VDT作業人員的肌肉疲勞進行了分析。其作業模擬分析主要針對鍵盤操作坐姿、肘部支撐坐姿和放松坐姿三種VDT作業中最常見的姿勢，通過特定的時間周期和恢復周期的設定，得到每種姿勢所需的恢復時間以及可能對人體造成的損害[12]。王朝增等人（2014）提出了一種基于非介入式運動捕捉設備Kinect的人體作業仿真方法，利用Kinect對真實的人體作業動作進行捕捉獲得人體模型，將其與人機工效學軟件DELMIA中人體模型建立映射，并對DELMIA軟件進行二次開發，最終實現由Kinect獲取的人體運動數據驅動DELMIA里的虛擬人體進行仿真作業[13]。

3.2 面向任務的制造系統優化探討

工作研究通常用5W1H（Why、What、Where、When、Who、How）分析法、ECRS（Eliminate、Combine、Rearrange、Simplify）分析原則對任務進行對象、場所、程序、時間等多方面分析，并對其流程進行步驟刪減、合并、重排等優化;另外針對任務中各步驟的人體能耗評估也是有效的優化方法。

JY Feng（2014）運用5W1H分析法與ECRS原則分析了電子產品包裝作業，針對其瓶頸部分提出改進方案，使兩個生產線平衡率分別提升了22%和15%[14]。王向銀等人（2010）對裝配作業的工效通過人體新陳代謝能量消耗值

來進行量化評估，他們對作業動作進行分解并獲取動作參數，經人體疲勞評測與優化方案的驗證完成作業工效的分析與改善[15]。

面向任務與組織的人體仿真旨在分析諸如任務執行時間、人的工作負荷和工作表現等操作者在執行任務流程中應對的人因問題。

劉云龍（2011）對單元層和工位層的焊接制造單元提取了單位生產時間、機器利用率、工人忙閑率及主觀疲勞評價等相關參數，并進行了人體仿真分析;從而在制造單元的設計階段完成了方案評估與診斷，為下一階段的進展提供了數據支持[16]。蒲海蓉（2011）運用JACK仿真軟件對汽車總裝車間的輪胎分裝與裝配工序搭建了三維場景模型并實現了工人操作的全過程仿真;針對輪胎分裝作業中一人多任務的特點，其采用復合提舉指數進行量化評估，并采用RULA方法評測工作姿勢，最后針對評估結果提出優化方案并予以仿真驗證[17]。

4 結論與討論

如今，多數傳統制造行業的生產模式處于半機械化/機械化制造模式向機械化+信息化制造模式過渡的階段，ERP系統、柔性化生產與成組技術被逐步推廣。因我國技術基礎、產業特征不同于歐美國家，大多數企業先進制造系統成功實施及效能發揮更多地取決于相關的作業人員與組織情況。

另外，因近年來傳統行業中勞動力短缺、利潤空間減小、銷售服務方式的改變，各地企業工人工作強度并未因先進模式的運用而得到明顯改觀，人員管理不力、超時加班、作業疲勞等問題頻現[18]。圍繞“人-機-環境”系統中“人”這一因素，使用工業工程、人因工效學的方法探討人機作業過程，是緩解作業疲勞、提高作業工效的最佳途徑。

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