工程和設(shè)計(jì)中人因工程學(xué)方法的適應(yīng)性分析

趙青戰(zhàn)

摘要：自動(dòng)化、信息化及智能化技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用使得系統(tǒng)日漸復(fù)雜，人機(jī)交互亦趨于復(fù)雜化，航空、海事、核電、軌道交通等領(lǐng)域的大量經(jīng)驗(yàn)表明，人誤是這些系統(tǒng)事故的主要原因，研究人員開(kāi)始意識(shí)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要完成硬件的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，更要涉及到以往較少考慮的社會(huì)層面，并且要以人的認(rèn)知機(jī)制為核心，來(lái)進(jìn)行復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以最大程度地規(guī)避系統(tǒng)中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并由此產(chǎn)生了人—系統(tǒng)整合的概念，并在武器裝備、國(guó)防、軌道交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程和設(shè)計(jì);人因工程學(xué);方法;適應(yīng)性

引言

人—系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)的方法涵蓋范圍十分全面，包含人員，人力，培訓(xùn)，生存能力，安全，職業(yè)健康，環(huán)境，可居住性，人因工程等九方面。同時(shí)人—系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)方法更將人因工程學(xué)整合到系統(tǒng)工程的完整流程中。人因工程是研究人在某種工作中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素;研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和閑暇時(shí)間時(shí)怎么統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問(wèn)題的學(xué)科。人因工程同時(shí)還是一門涉及到多個(gè)專業(yè)知識(shí)的交叉學(xué)科，包含心理學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、管理學(xué)、訓(xùn)練和教育學(xué)、理論研究學(xué)和技術(shù)與環(huán)境學(xué)等，這些學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)、相互支撐，形成了人因工程學(xué)的基礎(chǔ)理論體系。

1人因工程學(xué)

人因工程學(xué)是一門綜合性的應(yīng)用學(xué)科，是實(shí)現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的重要理論指導(dǎo)和設(shè)計(jì)方法。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，人因工程學(xué)在眾多領(lǐng)域、不同地區(qū)以及多種環(huán)境下的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)，人因工程學(xué)的應(yīng)用也積極促進(jìn)了這些行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2人因工程學(xué)方法的多維分析

2.1單維分析

首先是資源成本。資源成本包含方法的使用工具的成本以及人員成本，根據(jù)方法本身工具的固定資產(chǎn)折舊以及使用的主試和被試人員的成本分為五個(gè)等級(jí)，此維度可以根據(jù)方法應(yīng)用的場(chǎng)景的成本預(yù)算來(lái)進(jìn)行適應(yīng)性分析，若成本預(yù)算很低，可將此項(xiàng)作為首要考慮的遴選準(zhǔn)則。其次是時(shí)間成本。方法的時(shí)間成本包含方法本身的掌握時(shí)間成本以及方法的使用時(shí)間成本，此維度將時(shí)間進(jìn)行綜合，綜合考慮方法的時(shí)間壓力的大小，在進(jìn)行方法適應(yīng)性分析時(shí)，若時(shí)間要求比較緊張，可優(yōu)先考慮此項(xiàng)內(nèi)容。

2.2四維分析

進(jìn)行四維分析時(shí)，將依次考慮四個(gè)維度來(lái)進(jìn)行方法的適應(yīng)性分析，只有滿足本維度最高等級(jí)要求的方法才能進(jìn)入到下一維度的考慮，以此類推。由于方法的研究對(duì)象可以使方法分析的范圍快速精準(zhǔn)地定位到解決某人因問(wèn)題的某幾種方法，因此將方法的研究對(duì)象這一維度設(shè)置為最先考慮的維度。剩余的三個(gè)維度的排序可根據(jù)當(dāng)前方法的分析場(chǎng)景來(lái)依次確定，共有六種不同的維度優(yōu)先級(jí)排序組合。

3針對(duì)工作臺(tái)人因的改進(jìn)策略

基于Z事業(yè)部齒輪箱組件生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)操作視頻和生產(chǎn)線操作者疲勞程度的調(diào)研結(jié)果，根據(jù)動(dòng)作分析經(jīng)濟(jì)性原則和能量代謝、疲勞恢復(fù)分析理論，針對(duì)人因工程體系各子模塊分別提出如下改進(jìn)策略。

3.1針對(duì)工作臺(tái)人因的改進(jìn)策略

工作臺(tái)高度設(shè)置是影響操作者工作效率和勞動(dòng)疲勞程度的重要因素。案例研究對(duì)象生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作者多采用立姿作業(yè)操作，因此，操作者的肘高和視高是進(jìn)行工作臺(tái)高度設(shè)置的重要考慮因素。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)操作者來(lái)源于江蘇省和安徽省，其中來(lái)自江蘇省的操作者所占比例為49.13%，來(lái)自安徽省的操作者所占比例為18.57%;操作者中男性、女性所占比例分別為56.78%和43.22%。依據(jù)《中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告（2015）》，確定主要來(lái)源地（江蘇省和安徽省）不同性別操作者的身高標(biāo)準(zhǔn)，即江蘇省成年男性、女性平均身高分別為171.57cm、161.54cm，安徽省成年男性、女性平均身高分別為170.93cm、156.10cm。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)成年人人體尺寸》（GB-1000-88），確定與案例研究對(duì)象身高相對(duì)應(yīng)的肘高數(shù)據(jù)。為滿足大多數(shù)人的正常使用，通常取第5百分位數(shù)人體尺寸數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)參考值。18～60歲男性肘高參考值是954mm，18～55歲女性肘高參考值是899mm，在此基礎(chǔ)上，考慮操作鞋裝高度將男女工作肘高分別寬放至960mm和915mm，此外，考慮實(shí)際狀況（如年代變化對(duì)數(shù)據(jù)的影響）將男女工作肘高分別寬放至975mm和930mm。依據(jù)公式“通用工作臺(tái)高度=975×男性占比+930×女性占比（單位：mm）”可確定案例研究對(duì)象的工作臺(tái)桌面合理高度為956mm。

3.2針對(duì)廠區(qū)人因的改進(jìn)策略

工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)是影響廠區(qū)正常生產(chǎn)的重要因素。齒輪箱組件生產(chǎn)線操作者多采用立姿作業(yè)進(jìn)行操作且工作臺(tái)高度設(shè)置不合理，這些因素導(dǎo)致操作者腿腳、肩膀和手臂部位易產(chǎn)生明顯的酸痛疲勞。為此，選取腿腳、肩臂、手部酸痛程度和自評(píng)疲勞程度作為反映作業(yè)疲勞的特征要素，基于案例研究對(duì)象的具體數(shù)據(jù)信息，確定合理作息時(shí)間。針對(duì)操作者身體各部位的疲勞狀況，設(shè)計(jì)了作業(yè)疲勞程度調(diào)查表，其中，針對(duì)每一疲勞特征設(shè)置1至7共7個(gè)等級(jí)，具體的，等級(jí)1對(duì)應(yīng)工作開(kāi)始時(shí)的疲勞感受程度，等級(jí)7對(duì)應(yīng)自身能夠承受的最大疲勞程度或每日工作結(jié)束時(shí)的疲勞程度，疲勞特征等級(jí)越大代表疲勞感知程度越強(qiáng)。基于齒輪箱組件生產(chǎn)線操作者的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用主成分分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)特征提取。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和主成分分析降維后，計(jì)算得到操作者對(duì)作業(yè)疲勞程度評(píng)價(jià)的綜合得分，以此量化操作者的疲勞狀況。具體的，以1小時(shí)為步長(zhǎng)選取9：00至20：00區(qū)間內(nèi)每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一主成分得分作為數(shù)據(jù)特征值，分別對(duì)腿腳酸痛程度、肩臂酸痛程度、手部酸麻程度和自評(píng)疲勞程度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，從而得到量化的疲勞狀況。

結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代的城市，需要新的思維。要更好地推進(jìn)以人為核心的城鎮(zhèn)化，使城市更健康、更安全、更宜居，成為人民群眾高品質(zhì)生活的空間。以人為核心的城鎮(zhèn)化、提供高品質(zhì)生活空間已成為城市建設(shè)的目標(biāo)。人因工程學(xué)以人體特性為切入點(diǎn)，以設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)力，高效協(xié)同各利益相關(guān)方進(jìn)行系統(tǒng)性的軟硬件改造與新建，是一項(xiàng)當(dāng)代城市生活的幸福基礎(chǔ)設(shè)施工程。

參考文獻(xiàn)：

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