摘 要

本文以某汽车厂总装工人生产线为研究对象，通过工业工程的研究方法，利用人因工程、工程心理学等专业知识，结合汽车总装线的实际情况，针对汽车生产工艺流程中的内饰顶板安装工位，利用Jack人因工程仿真软件建立其仿真模型。通过对总装工人的劳动疲劳强度分析，提出相应的改善措施与方案，提升生产系统的生产效率，探究人机更加合理匹配的生产运行模式。

本论文通过利用人因工程仿真分析软件Jack，在整体分析某汽车公司总装车间生产概况、特定工位存在的人因工程学问题的基础上，通过数字人体建模与三维场景再现，建立了内饰顶板安装工位的全过程仿真模型。为制造业同类型的人因工程建模仿真研究提供了参考经验。

以降低作业工人劳动疲劳强度、预防安全事故、提升生产效率为目标，辅助采用了NIOSH（搬运受力分析）、RULA（快速上肢分析）、LBA（下背部分析）、SSP（静态强度预测）等分析工具对劳动负荷进行了评估，针对总装产线的实际情况提出了改善方案并进行验证。建立了一套比较完善的评估生产系统中工人劳动强度并改善的方法。

关键词：人因工程；Jack建模仿真；汽车总装

Abstract

This article takes the assembly line of a certain automobile factory as the research object, adopts the research methods of industrial engineering, utilizes professional knowledge of human factors engineering, engineering psychology, etc., and combines the actual conditions of the automobile assembly line, aiming at a certain station in the automobile production process. Using Jack's engineering simulation software to establish its simulation model. By analyzing the labor fatigue intensity of the assembly workers, the corresponding improvement measures and plans are proposed to improve the production system's production efficiency, and to explore the production operation modes where man-machines are more reasonably matched. The research innovations and achievements of this paper are as follows:

At present, China is paying more attention to the application of human factor engineering principles to human-machine interface design, talent quality assessment, and salary management. This paper uses Jack-Human engineering simulation software to analyze the overall production of a car company's final assembly shop and the human engineering problems that exist in a specific workplace. Based on digital human modelling and D scene reproduction, this paper establishes The whole process simulation model of the top plate installation station. It provides reference experience for the same type of human engineering modeling and simulation research in the manufacturing industry.

To reduce the labor fatigue intensity of workers, prevent safety accidents, and improve production efficiency, assisted adoption of NIOSH (transport stress analysis), RULA (rapid upper limb analysis), LBA (lower back analysis), and SSP (static strength prediction) Analytical tools have assessed the labor load and proposed improvements and verifications for the actual situation of the assembly line. A comprehensive set of methods for assessing the labor intensity of workers in production systems and improving them has been established.

Keywords: human factors engineering ; Jack modeling simulation ; automobile assembly

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及提出 1

1.2 相关理论基础 1

1.2.1 人因工程学基本介绍 1

1.2.2 Jack软件基本介绍 2

1.2.3 数字人体技术介绍 3

1.3 国内外研究现状 3

1.3 研究目的与意义 4

1.4 课题的研究思路及内容 4

第2章 汽车总装车间简介和关键工序建模仿真 6

2.1 总装现场简介 6

2.2车间工位选择与关键工序分析 6

2.3 总装车间关键工序建模仿真 7

2.3.1人体模型建立 7

2.3.2绘制实体模型与虚拟场景构建 8

2.3.3 关键动作分析 9

第3章 基于新陈代谢能量消耗的人体疲劳评估 11

3.1体力工作负荷能量消耗评估理论 11

3.2 顶棚内饰板安装工位新陈代谢分析 11

第4章 顶棚饰板搬举作业劳动疲劳分析及改善 14

4.1基于NIOSH分析的搬运受力分析 14

4.2 基于RULA的快速上肢分析 16

4.3 搬举顶棚饰板动作改善 18

第5章 顶棚饰板装配作业劳动疲劳分析及改善 20

5.1顶棚饰板装配作业LBA下背部分析 20

5.2顶棚饰板装配作业SSP静态强度预测分析 23

5.3顶棚饰板装配作业姿势改善 25

第6章 结论与展望 27

6.1主要结论 27

6.2研究不足与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及提出

2015年中国国家安全生产监管管理总局指出，在中国历年由于工伤事件造成的死亡人数超过13万人，每年因劳动者职业病、工伤事件给国家带来的经济损失超过2000亿元人民币，占国民生产总值的2.5%左右^[1]。由此看来，在中国的职业安全与健康问题依然十分突出，亟待改善。劳动者长时间的高疲劳强度作业是工伤频发的重要原因之一。不科学的作业流程安排、过大的劳动负荷使作业者常常承受巨大的压力。

在一些发达国家，由于劳动强度过大造成的“颈、肩、腕综合症”等高居职业病发病率前几位的肌肉骨骼损伤症状早已经被纳入到职业病的范畴。历年在美国因下背痛损伤造成的损失超过16亿美元^[2]。随着科技的发展与进步，人们对劳动者安全与健康的关注度逐渐加大。人因工程学研究方面，关于工人劳动疲劳强度的研究日益增多。目前关于作业人员的疲劳强度，系统规范的劳动负荷测定方式、生物力学测量方法、劳动疲劳对人的潜在危险等课题均是热门研究领域。

随着全球汽车市场的快速发展，安全、质量、成本控制的竞争也日趋激烈。现代汽车工业虽然具有高度机械化、自动化和流水式作业的特点，但在实际生产过程中，由于装配复杂性、作业空间、产品变更等影响，仍然有大量的重复性作业需要总装产线上的操作者完成。汽车总装过程是汽车生产的最终阶段，对整车的成本与质量有着至关重要的影响。在总装工序中，仍然有大部分工序依赖于作业者的手动作业。汽车总装部分工位由于工作环境与作业流程设计不科学，劳动负荷强度大造成的装配效率低下、装配失误、劳动者满意度不高等问题尤为突出。实际上在这种单调、重复的流水线生产作业中，存在着许多不符合人机工程学的危害因素。操作者体力工作负荷较大，长期以往容易产生职业性肌肉骨骼损伤等疾病，为许多安全事故的发生埋下隐患。在总装过程中，以人因工程学为理论基础，充分考虑人的影响因素，寻求人机的最佳匹配问题亟待解决。通过对特定工位操作者的职业性疲劳强度进行评估与改善，具有普遍和广泛的现实意义。

本文以汽车总装线上的顶棚饰板工位作为研究对象，对操作者作业流程进行劳动疲劳强度评估与改善，旨在利用计算机仿真建模探究人机系统更合理的匹配方式。

1.2 相关理论基础

1.2.1 人因工程学基本介绍

人因工程学是通过揭示人、机、环境之间的相互规律，使系统的整体性能达到最优化的一门综合性学科。它具有现代交叉学科的特点，从众多基础性学科中吸取研究手段与理论知识，是人体科学、工程科学等学科互相交融的产物。人因工程学对人体控制、知觉显示、系统的设施规划等进行有效的研究，目的在于达到更高的工作效率与提升人的工作时的舒适程度。对人体内部结构、心理、生物力学等学科进行综合研究，得出最大化发挥操作者能力的设备与仪器，追求工作的高效率与宜人化。

人因工程学主要包括以下方面内容的应用：

1. 物理学原理应用

人因工程学由人与机器两大方面构成，从人的角度看，人的操作与运动能力决定了机械运动所需的基本空间。从机器的角度看，惯性定律、杠杆原理等物理学定律是研究其运动规律的理论基础。

1. 人体生理学特性应用

从生理学的角度讲，人类的呼吸、肌肉运动、血液循环等生理活动规律是人机系统设计的关键。除此之外，操作者心理活动因素控制着人的意识、思想和行为方式。心理因素在越复杂的人机交互系统中影响力越大，也必须充分考虑。

1. 工作环境分析应用

生产系统的正常运转，是人与各种机器和工具协同合作的结果。我们需科学地将人、机械、环境整体考虑，才能设计出符合人因工程学的系统。

1. 工作经验分析应用

实际工作经验对人机系统设计具有重要的参考作用，因机器工作状况不良导致的人精神紧张、注意力分散、过度疲劳等因素对人因工程学的研究有宝贵的借鉴作用。

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