Human人机工效学评价准则详解

Process Simulate Human是一款人体建模和仿真工具，可帮助您提高产品设计的人体工程学，并优化工业任务。Human及其可选工具包提供了以人为中心的设计工具，用于对虚拟产品和虚拟工作环境进行人体工程学分析，可以利用虚拟人物改善工作场所的安全状况、提高工作效率，并增加工作环境舒适度。您可以通过惟妙惟肖的模型分析以人为中心的操作，并根据不同人群的特点对模型进行缩放。设计产品时将改进人机工程学纳入考量，对操作过程中人为因素进行评估，确保规划出的工作场所更加安全。并且Process Simulate Human可以测试设计和运营上的一系列人为因素，包括受伤风险、时间安排、用户舒适度、可达性、视距、能耗、疲劳限制以及其他重要参数。这可以帮助您在规划阶段达到人机工程学标准，避免在生产过程中出现人力绩效和可行性问题。

1、Human人机工效学评价准则概览

施加于工人身体的静态/动态负荷主要影响人体的肌肉骨骼系统。PS Human大部分评价工具主要是依据National Institute for Occupational Safety and Health(美国职业安全与健康协会，简称NIOSH)发布的人工操作实际指导而开发的分析系统，下图为V15版PS Human中支持的主要人机工效学评价工具。

以下这些人机工效学评价工具有着不同的应用场景和使用约束，须根据实际工况进行选择其一或组合使用，并不是所有的工具都适合于所有的场景。同时，这些工效评价工具通常有三类分析范围（或目标）：

· Displaynotes（注释）：支持实时展示当前工效状况说明；

· Simulation（动态）：支持整个动作周期内的工效学分析；

· Static（静态）：支持当前姿态下实时的工效学分析；

2、常用的人机工效评价工具

下面针对常用的人机工效评价工具从基本概念、应用场景、约束条件、报告解读等方面进行逐一说明：

LowerLoad Analysis可以分析特定操作下脊椎受力对下背部的影响是否符合NIOSH的标准，是否会令工人下背部的受伤概率增加。分析可以给出哪些任务最需要进行人因方面改进，从而对工厂车间的布局规划和工序进行安排来减小员工下背部受损的风险。腰椎L4和L5关节为下背部主要承力关节，下背部载荷分析的针对对象就是L4/L5关节。

适用场景广泛，凡涉及到上肢负重将物体拾取、抬举、移动位置及放置到位等腰背部需要承力的情况，均可以使用该分析工具。

a.L4/L5脊椎处的压力，并将其与NIOSH推荐受力和极限受力对比；

b.上半身重力及提举物体的重力对L4/L5脊椎范围处各个关节产生的扭矩；

c.背部主要肌肉在承载压力下产生的肌肉张力。

（2）static静态报告（当前姿态的即时分析）

以下图女性搬运箱体为例，箱体重25.0kg，分析弯腰拾取箱体时的姿态工效：

a.脊柱受力因为人体承载的外力而改变。

b.当脊柱的压力超过3400N，直方图会变成黄色---3400N 是[NIOSH]标准给出的[BackCompression Action](背部压力)的推荐值，超过这个值意味着该动作会增大少部分工人受伤的风险。

c.当超过6400N后，直方图就会变成红色---6400N是[NIOSH]给出的背部压力的极限值，超过这个值会使大部分的工人都面临受伤的危险。

d.竖脊肌---顾名思义，是能让脊椎骨竖立的肌肉，它是人体最重要的肌肉之一，由骶尾骨连接到头。人类区别动物能直立行走的原因，就是有强有力的竖脊肌，把整个脊椎竖起，让上身直立，支撑身体几十斤的重量。

（3）Simulation动态报告（动作全周期工效分析）

Simulation针对全动作周期进行工效分析，如下图所示，在全动作周期里弯腰提举和下蹲放置两处姿态时关节受力和肌肉张力均显示峰值，其余姿态下相对平缓。

累积负荷可以认为是在一天或一个班次中经历的所有负荷的累积：

•  分析范围：

“累积背部载荷”与上篇介绍的“下背部载荷分析”的区别在于前者考虑了一定周期内（如每班次或每天）动作的频率，所以需要输入动作持续周期和重复频率；后者只针对单次的完整动作进行工效分析。因主要关注持续、重复动作情况下的累计载荷，故“累积背部载荷”仅提供动态报告（整个动作持续周期内的工效学分析），不支持某时刻下具体姿态的工效分析以及实时的注释说明。

如下图所示，输入每班次持续周期（去掉中间工歇时间）和每班次重复频率，下方是两个生理阈值（脊椎压缩和扭矩值），除非有特殊要求，一般使用系统默认大小。

系统输出报告如下图所示：

a. 前三行分别给出了每班次总时间、空闲时间和每一次动作持续时间。

b. 第四与第五行分别给出了当前受力情况、动作持续周期及重复频率下背部受到的累计压缩和扭矩值，并分别与输入界面下给出的阈值进行比较，如果未超出阈值则以“绿色”进行着色显示。

c. 如果受力情况、动作持续周期及重复频率三者中其一发生变化，有可能造成系统计算结果超出之前给定的阈值，系统会在超出部分的下方用红色标识出，提示“有可能增加受伤的风险”。