汽车装配生产过程中的人机工程仿真与改善

上海交通大学硕士学位论文汽车装配生产过程中的人机工程仿真与改善姓名：徐明芳申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：蒋祖华20060201上海交通大学硕士学位论文摘要随着科学技术的进步社会的发展人们对工作和生活质量的要求也越来越高创建优良的工作条件和舒适的工作环境以满足人的生理和心理需要也将成为人类不断追求的目标而人机工程学正是一门研究人机环境如何才能达到最佳匹配以保证人安全健康高效舒适地进行工作和生活的学科本文应用人机工程学仿真技术以及人机工程学的改善理论与方法如动作经济原则与流程经济原则等评估了生产现场的人机工程现状对典型人机工程问题进行分析并提出了可行的改善方案实践证明改善效果明显本文首先通过人机工程学的发展现状分析仿真技术及改善理论的总结引入了JACK仿真软件使得企业能够更有效地实施人机工程项目然后通过对企业现状的评估分析并改善了生产现场的具体问题对前纵梁总成工序作了全面的人机分析利用JACK软件仿真了工序的操作过程改善了其中人机问题如不合理的场景布局人工搬运以及工人无效走动时间等减轻了工人的劳动强度并提高了工序的效率接着对车身装配流水线上的操作者身体姿势问题提出了双层操作平台的改善方案并说明了此改善方案在类似的流水线上的通用性可以推广使用在前盖装配工位上通过改善前盖搁架的结构使得操作者可以舒适的姿势搬运前盖改善实施后操作者反映不仅身体姿势得到改善作业效率也得到了提上海交通大学硕士学位论文高通过引入AHP法对总体工作负荷做较全面的预测研究改变了当前对工作负荷强度不能预测以及只侧重体力工作负荷的状况最后分析了科学的人机工程在企业实施的迫切性并面向汽车制造业给出了科学的实施流程方法与步骤以及人机工程实施的效果评价体系关键词车身装配作业人机工程学改善作业仿真上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,moreandmorepeoplebegintorealizetheimportanceofworksafetyandlifequality.Comfortableworkingconditionscansatisfypeople'sphysiologicalandpsychologicalneed.Toestablishsuchconditionsbecomesthegoalwhichpeoplepursueunceasingly.Ergonomicsplaysanimportantroleintheprocess.Ergonomicsistheapplicationofscientificinformationconcerninghumanstothedesignofobjects,systemsandenvironmentforhumanuse.Worksystems,sportsandleisure,healthandsafetyshouldallembodyergonomicsprinciplesifwelldesigned.Thispaperanalyzesandsummarizesthesimulationsoftwaredevelopmentandsomeimprovementtheoryinergonomics.Thesituationofmanufactureworkshopsinamotorcompanyisevaluated.Typicalergonomicsproblemsinthesituationareanalyzedandimprovementsfortheproblemsarecarriedout.Throughthecontrastandanalysisbetweenoldandnewproject,theimprovementeffectisobvious.Firstandforemost,thispaperstudiesPrincipleofMotionEconomyandEconomicPrincipleProcessanalysis,introducesJACKsoftwaretoanalyzemanufactureprocess.Second,thefollowingergonomicsproblemsareanalyzedonebyone.(1)TheworkingprocedureofaFront-carlingassembly.Problems,such上海交通大学硕士学位论文asunreasonablelayout,themanualmaterialhandling(MMH)andtheworkerinvalidwalktime,areanalyzedandsolved.Soworker'sworkloadandtheworkingprocedureefficiencyareimproved.(2)Workingpostureonthebodyassemblyline.Aworkstationwithdoublefloorsisproposedtosolvetheproblem,andtheworkstationcanbeusedinsimilarassemblyline.(3)MMHproblemintheworkingprocedureofFrontCoverassembly.Withtheshelfsizechanged,workerscanhandletheFrontCoverincomfortablepostureandtheworkefficiencyisimproved.(4)Overallworkloadassessmenttechniqueforvarioustasksandworkplaces.Amethodforassessingworkloadsisintroducedbyapplyingtheanalytichierarchyprocess(AHP).Itcanalsobeusedforfuturepredictionandproblemsolving.Finally,aimingatthemotormanufacturing,theurgencyofimplementingergonomicsisanalyzed.ThedetailedImplementationflow,stepsandevaluationsystemareestablished.KEYWORDS:AssemblyOperationofMotor,Ergonomics,Improvement,Simulation上海交通大学上海交通大学上海交通大学上海交通大学学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名徐明芳指导教师签名蒋祖华日期2006年2月20日日期2006年2月20日上海交通大学上海交通大学上海交通大学上海交通大学学位论文原创性声明学位论文原创性声明学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名徐明芳日期2006年2月20日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1研究目的和意义1.1.1问题的提出背景近年来随着经济的快速增长社会的进步安全与健康问题越来越引起人们的关注由于企业的人机工程学条件不良所导致的职业病和事故也日益受到人们的重视在美国与职业相关的肌肉骨骼损伤的病例占所有损失一个工作日以上的伤害和职业病的34%每年用于这方面的职工补偿费用达到150亿企业的工效学状况不当使这些严重伤害的最主要的原因[1]随着国内外对劳动者的职业健康系统Occupation&HealthySystem的建立对劳动者的工作环境与职业健康提出了更高的要求人机工程学Ergonomics在职业健康与劳动保护上的应用显得越来越重要对此大量的研究表明计算机键盘人机界面及汽车驾驶室等的不合理设计会给操作者带来终生的职业损伤[2][3]而在实际生产现场中环境相对更加恶劣生产者的工作舒适性就显得更加重要了通过企业工效学的仿真研究以及对其现状的改善可以减少职业相关病如肌骨骼损伤和伤害等事故的发生率提高生产率为企业带来经济效益[4]同时改变人们对人机工程学的传统认识例如企业的工效学状况改善只是职工的抱怨或国家法规标准强制下的不得已的行为而使企业认识到好的工效学状况意味着好的经济效益好的工效学状况是和高生产率高质量携手同行的从而使企业对人机工程项目的态度由别动变为主动积极地改善职工的工作状态和工作环境[5~7]1.1.2研究目的和意义从物料流误差流和资金流角度看装配生产过程是零部件的硬件集成误差综合和资金汇集的后续制造活动也是产品达到功能要求保证性能质量的最后制造阶段[8]据统计制造业中约有22%~40%的熟练劳动力被装配作业占用装配成本约占制造成本的30%~50%[9]因此装配在制造中占有重要的地位但是由于装配作业对人的感知技艺和经验依赖性较强至今装配过程的自动化程度还比较低装配作业大部分都要靠手工装配存在着装配工技术水平和经验参差不齐操作动作不符合动作经济原则等问题造成各工序时间不平衡影响装配生产率的提高并且装配工的劳动强度大在机械设计中要根据人机工程学原理合理设计各种参数既保证安全又提高生产效率在现代化生产中所有的机器设备都是由人进行操作或使用的因此在生产上海交通大学硕士学位论文第一章绪论2中人和机器联系在一起形成一个不可分割的整体二者之间的关系是相互作用相互配合相互制约的关系而现代化生产是由机械冷加工机械热加工和机械装配三个部分组成所以在机械装配中同样存在人机关系在这一人机系统设计中主要解决人机系统中的安全高效经济问题特别是有关人的效能安全身心健康为此人机系统的设计中必须充分考虑人的因素反映人的需要从而在保证安全的前提下提高劳动生产率在机械装配中的人机关系仪器设备及零件的堆放高度都应首先考虑是否满足人体尺寸及人手能及的尺寸仪器设备尺寸以及设施布局必须设计合理这一切都以人在生产中安全为中心营造舒适的环境降低疲劳从而提高生产效率[10]国际上汽车在开发设计上已经成熟地应用了人机工程学的理论和方法并遵照比较全面和规范的设计标准合理地进行设计工作比如SAE美国汽车工程师学会标准ISO国际标准JIS日本工业标准以及GB中国国家标准都有关于轿车载重卡车等机动车的有关操作空间视野仪表布置驾驶员位置等非常全面的设计标准给开发设计带来极大的方便同时知识工程KnowledgeBasedEngineering,KBE与专家系统在辅助设计中的应用计算机数字仿真的应用大大提高了工作效率并不断推动汽车技术的向前发展然而在汽车装配生产中只有世界上一些大型的汽车制造公司才对该项目进行研究人机工程学在装配生产中的应用与发展远落后于其在产品开发设计中的应用由于近来对劳动者要求改善工作条件的呼声不断提高才逐渐重视人在装配生产中的地位其实改善工作条件恶劣的机械操作者的舒适度能够减少劳动者的疲劳损伤减少机械的人为故障保证操作者长时间的注意力降低安全事故发生率可以获得更大的工作效益因此选择该课题有以下目的和意义1.将目前较成熟的人机工程学改善理论应用于汽车装配操作中并相应推广人机工程学在汽车制造业的应用与研究2.对国内汽车制造业中作业者的操作舒适度以及工作效率和安全性都可从技术上得到提高并对实际工位布置给予