汽车制造领域人机工程体系的创新开发及应用

总结以往工厂曾经发生的人机问题，创新制定人机工程数据库，包含人机Lessons Learned和Best Practice。冲压车间、车身车间、油漆车间和总装车间以及PT动力总成在新工厂规划阶段就对人机数据库的各类问题制定策略，同时借鉴采用其它工厂的人机亮点融入到本区域规划中。比如内饰线规划成高度可调生产线;底盘线、门线设计同步随行带，机器人取代人工焊接、人工涂胶以及人工搬运。

下面是新工厂规划阶段底盘线人机优化设计案例。底盘线驾驶舱脚踏板附近某关键零件的安装操作，操作点偏车前且偏车中央，员工要深度弯腰才能完成操作。

利用西门子JACK软件进行仿真分析前，先确定吊臂横梁距离地面高度和吊臂横梁间距2个因子（如图5所示），决定操作的弯腰幅度和可达性[28]。搭建如下数学模型。

1）吊臂横梁距离地面高度50 cm时，弯腰幅度最大即探身幅度最大，满足可达性前提下，常规设计吊臂横梁间距2 180 cm就可以实现操作，但弯腰幅度最大，人机状态不佳。

2）吊臂横梁距离地面高度70 cm时，弯腰幅度有缓解，满足可达性前提下，吊臂横梁间距2 080 cm就可以实现操作。

3）吊臂横梁距离地面高度95 cm时，弯腰幅度最小，探身幅度也最小，满足可达性前提下，吊臂横梁间距1 950 cm才可以实现操作。因为车型的宽度，吊臂横梁间距缩小到1 950 cm有很大难度。但这个数模状态下，员工弯腰幅度最小，人机状态最佳。

新工厂规划早期，研究团队提出如上的仿真分析结果，新工厂项目组经过多次研讨，最终采取将底盘吊具横梁（L型）优化至车身底盘下方。吊臂横梁间距从2 180 cm，缩小到1 950 cm.这样员工就可以身体紧贴整车裙边，无需深度弯腰就可以完成操作，人机状态得到很好的改进。

新工厂规划阶段的人性化策略的制定，为破土动工打造了人性化生产线奠定了坚实的基础，最大程度降低了新工厂的投入成本，同时最大的收益者是流水线上操作人员。

4制造人机工程体系在运行工厂中的应用

新车型正式量产后，运行工厂实施的多角度创新人机工程工作方法，在公司各基地工厂的全面实施，从根本上改善现场人机环境。譬如：对所有操作岗位进行最适合身高和最不适合身高人机评估和全覆盖人机满意度调查等。通过这些创新人机工作的开展，提升了现场员工的操作满意度，提高了生产效率，降低了公司的运营成本。

为了操作员工更顺畅完成操作，对所有操作岗位进行员工适合身高评估，实现适才适用，对岗位身高要求170 cm以下和180 cm以上岗位重点关注避免员工高个子弯腰操作和小个子员工翘脚操作（如图6所示）。图6汽车制造不同工位操作员工适合身高

整车出厂前需要拓印落水槽下面的钢号。员工需要隔着前保险杠深度弯腰完成操作，每张拓印需要25 s时间。作为人机攻关课题，研究团队借鉴电动剃须刀3个旋转头的结构，开发了电动拓印枪（如图7所示），重量仅有0.5 kg，单手操作轻松简便，可高速运转。改进后拓印单张纸只需15 s的操作时间，每张节约10 s时间，一台车拓印2次，合计减少20 s弯腰操作时间，人机状态得到很好改善，操作员工的工作效率和舒适性得到提升。

5结论和展望

通过人机工程学分析方法，开发了贯穿整车开发全过程以及量产后稳定生产全过程的制造领域人机工程体系。通过虚拟数模阶段发现人机问题，优化设计数学模型，大幅降低地了模具开模后变更带来的成本增加。通过项目阶段多角度的人机评审，确保量产后流水线上员工的人性化操作。通过建立覆盖新车型研发和量产全生命周期的汽车人机工程流程体系，制定整车新项目、新工厂和运行原有工厂等多维度的人机工作方法，搭建汽车制造的人机工程大数据平台。借助主动人机工程方法完成新汽车项目开发全过程的人机评估和优化改进，实现所有操作的人性化设计;借助被动人机工程方法进一步优化汽车量产后的现场人机状态，提升现场员工的人机安全感和满意度。因此，基于搭建汽车制造领域全覆盖的人机评估体系，最大限度改善现场员工的人机环境，实现了“以人为本”的工效学理念。在未来研究中，将逐步把本研究提出的人机工程体系逐步落实到全过程、全员、全领域的细微之处，开展基础人机工效的改善实验，鼓励员工深度参与人机工程体系的深化与细化。

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