人機工程學在條煙裝封箱機中的應用

李全祥

摘要：結合條煙裝封箱機的功能、以人的行為參數為基礎，設計最適合人操作的部件和人機界面，闡述人機工程學能使人更好地掌握和運用機械設備潛在能力，提高駕馭機器的本領，使條煙裝封箱機等煙草機械設計能真正體現出人性化設計，人-機-環境形成高效、經濟、安全的有機系統。

關鍵詞：人機工程學;裝封箱機;視覺檢測

人機工程學是研究人的特性及工作條件與機器相匹配的科學。隨著控制論、信息論、系統論和人體科學等學科中新理論的建立和條煙自動化物流的高速發展，人機工程學在條煙裝封箱機中的地位和作用越來越重要，它能顯著提高工作效率，保證產品質量，為操作者提供一個健康、安全、舒適的工作環境。在煙草企業的現代化生產中，條煙裝封箱機得到了廣泛的應用。本文以條煙裝封箱機為例，介紹人機工程學在其中的具體應用。

1.功能

我廠正在使用的裝封箱機主要型號有YP11，YP13及S2000型，無論哪種型式的條煙裝封箱機均具有：堆垛、入箱、推進、裝箱、封箱等系列過程的操作功能。

2.人機工程學在其中具體應用

利用人體特征參數可以定量地設計出合理的條煙裝封箱機，人體特征參數測量包括內容很多，但與條煙裝封箱機設計有關的主要方面有人體靜態尺寸、人體動態尺寸等，以此為據設計最適合人操作的部件高度、人機界面。在設計中為了保證系統高效，一般要求各種操縱器都處于在人體軀干不活動時手足所能及的范圍之內;為了保證操作者的舒適和不易疲勞，必須保證人的操作活動處于人體各部活動舒適姿勢的調節范圍內。

2.1人體動態測量參數

人體動態測量數據是指在被測者活動狀態下測取的各種活動范圍，它可為設計合理的操作活動范圍和舒適的操作姿勢提供依據。根據《中國成年人人體尺寸》標準（GB/T10000），條煙裝封箱機部件尺寸：

（1）橫向輸入裝置帶面高度658～718，

（2）自動進料裝置中盛放紙皮的料斗高度920～1170，

（3）操縱面板的高度1200～1760，進行360°旋轉全方位操作，

（4）堆垛裝置的高度658～718，

（5）紙箱軌道及推移延長部分的高度920～1170，

2.2人在操作過程中完成的主要動作類型

（1）定位動作

定位動作是人朝著所要求的目標移動，并達到目標的動作。觸摸屏的主畫面，包括設置、故障、操作說明等按鍵，按下設置按鍵，輸入密碼，再次按下設置按鍵，進入系統設置畫面，可以對操作系統進行設置;按下故障按鍵，可以進入故障畫面;按下操作說明按鍵，進入操作說明畫面，可以查詢條煙裝封箱機的操作說明，觸摸屏的主畫面如上圖。

（2）連續動作

連續動作也叫追蹤動作，是對操作進行連續控制的動作，是一種需要意識參與的全程控制行為。如設備啟動前，必須做好準備工作。程序模塊必須設置完畢，設備構件必須對準完畢。按以下次序進行：

a.預選尺寸

在觸摸屏的設置畫面預選尺寸（正常情況為50條/箱），選擇必須符合本設備所包裝的數量及相應的紙箱規格的要求。

b.檢查噴膠系統

在觸摸屏的設置畫面選擇是否選用噴膠系統（正常情況為選擇噴膠系統），熔膠使用前必須加熱，所以在設備啟動前約30分鐘，應該打開加熱裝置，使熱熔膠達到設定的溫度。另外，還需檢查儲膠槽的溶膠液面高度。

c.檢測膠帶裝置

在觸摸屏設置畫面選擇膠帶裝置（正常情況為選擇膠帶裝置），使用膠帶裝置前，須檢查是否有足夠的膠帶。

d.檢查操作盤

按操作盤上的“復位”按鈕，使系統初始化，并取消所有的故障顯示。如果仍有故障顯示，設備不能啟動。

e.檢查條煙外觀檢測系統和煙箱缺條檢測系統

檢查條煙外觀檢測裝置和煙箱缺條裝置是否正常啟動。若顯示有故障，則無法正常工作。

（3）經濟動作

人在操作時的動作直接影響工作效率。因此，為了減少操作疲勞，縮短操作時間，提高工作效率，需要尋求最合理的動作——即經濟動作。為此研發了缺條視覺檢測系統，該系統通過對裝封箱機裝箱過程的監測，自動判斷裝入煙箱內的條煙是否缺失，檢測到缺條現象時，發出聲光報警信號，顯示并保存缺條信息，該系統能夠保存裝封箱機一年產量的裝箱圖片，并能夠按照生產時間和閱讀工程碼進行歷史查詢，查詢的內容包括裝箱圖片、生產時間、工程碼、班次和品牌，該系統檢查產品質量比人工方式速度快，精度高，大大提高生產效率和生產自動化程度。

主要技術參數比較

比較主體：技術指標、成年人、視覺檢測系統

圖片分辨率：6000×4000 不低于40萬像素

缺條檢出率：85%～95% 100%

缺條誤檢率：5%～10% 小于0.05%

檢測時間：0.15毫秒～0.4毫秒/ ≤ 200毫秒/推

優點：主觀判斷能力精確、快速、可靠，信息數字化。

3.結論

人機工程學在條煙裝封箱機中應用以來，操作人員由2臺/人/班提高到4臺/人/班，維修人員由4臺/人/班提高到10臺/人/班，裝箱能力由4箱/分提高到8箱/分（50條/箱），適應國內廣泛應用的高速卷煙包裝機組，產品的合格率達到100%，使人能更好地掌握和運用機械設備潛在能力，提高駕馭機器的本領，為工作者提供安全、舒適的環境，從而達到提高工作效率，保證產品質量的根本目的，使條煙裝封箱機等煙草機械的設計能真正體現出對人的尊重和關心，人—機—環境形成高效、經濟、安全的有機系統，為企業取得了顯著的經濟效益和良好的社會效益。

參考文獻

[1]廖常初。S7-300/400 PLC應用技術【M】.北京：機械工業出版社，2005.1-2.

[2]凌志浩。現場總線與工業以太網【M】.北京：機械工業出版社，2005.5

[3]芮延年。機電一體化系統設計【M】.北京：機械工業出版社，2004

[4]呂杰鋒。人機工程學。清華大學出版社，2009，07

[5]王林，沈立偉。視覺檢查系統在煙草行業中的應用。2001

[6]賈青。工控計算機和PLC的現狀及發展【J】，自動化博覽，2000，03