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基于人机仿真的沙发组框作业优化设计研究

作　者: 赵静
导　师: 申黎明
学　校: 南京林业大学
专　业: 家具设计与工程
关键词: 沙发组框作业作业疲劳人机仿真作业效率优化设计
分类号: TS664.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文以山东某家具企业的沙发组框作业岗位为研究对象，以人体工程学为原则，以工业工程的工作研究方法为指导，采用现场测定、人机仿真和现场实验等方法对该企业沙发组框作业的作业内容、作业时间、作业姿势、能量代谢率和作业高度等内容进行了研究，以找到提高该作业岗位作业效率，降低作业疲劳的方法，主要得出以下研究结果：（1）该企业沙发组框作业效率远低于可以达到的水平，有很大的提升空间。沙发组框工人作业方式不统一，导致工人之间的作业效率有明显差异。4名工人总有效时间T1和总无效作业时间T2分别占到总作业时间T的88.10％和11.90％。备料和组框作业是现行沙发组框作业的主要作业内容。（2）沙发组框作业的典型作业姿势为直立、前俯、弯腰和蹲姿，其中蹲姿作业时间占总调查作业时间的51.73％，以上4种姿势占总调查时间的83.14％；沉重的气钉枪和长时间蹲姿作业导致作业者肩膀和下肢的疲劳症状明显。（3）利用3DSSPP软件对沙发组框典型作业姿势分析得出，蹲姿作业时L4/L5腰椎间盘和L5/S1腰骶间盘平均压力最大，弯腰作业时L4/L5腰椎间盘和L5/S1腰骶间盘平均剪力最大；弯腰作业时稳定平衡状态不理想，弯腰姿势不能长时间维持。蹲姿和弯腰姿势容易造成作业者腰部损伤。（4）利用EEPP软件对沙发组框典型作业过程分析得出，组框作业的能量代谢率为4.30kcal/min，超出了E.A.米勒建议的能量代谢标准，若不休息会造成疲劳积累；通过计算不会造成疲劳积累的休息时间率为7.50％，并且组框动作是导致作业疲劳的主要原因。通过推算，按照我国标准（GB3869-83），沙发组框作业属于Ⅱ极体力劳动。（5）通过改善沙发组框作业高度，作业者的不良姿势得到纠正，并且提高了操作适用性，降低了作业疲劳，作业效率也得到提高。各作业高度下，操作适用性和疲劳程度在α=0.01水平下存在显著正相关性，沙发组框作业工作台高度在600㎜-700㎜时，可以满足大部分沙发木架部件的拼接。（6）对沙发组框辅助作业工具进行了设计，包括工作台、木料放置架和工具架。通过使用这些辅助工具，能有效改善传统作业方式，提高作业效率。（7）对沙发组框作业空间进行了优化，包括沙发组框工位空间布置和车间布局设计。优化后的沙发组框工位空间尺寸为8000㎜×6200㎜，整体减少了20％的占地面积，各个作业区域得到了明确的划分和有效的利用；优化后的车间占地面积为880㎡，比之前减少约24％，车间利用率提高17％，并且改进了物流通道，解决了物流主通道堵塞的问题。（8）利用EEPP软件对本文提出的优化方案的改善效果模拟分析得出，优化后工人P3完成6件双人沙发座框（尺寸：1170㎜×920㎜×160㎜）的连接，作业时间减少213s，作业效率提高12.97％；移动距离减少61.5m，与优化前减少73.65％；优化后备料和组框作业的能量代谢率均在E.A.米勒建议值范围之内，并且能量消耗也分别减少91.51%和28.65％。由此可见，该优化方案对沙发组框作业效率和作业疲劳都有明显改善，具有一定的参考价值。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题的研究背景  10-11
    1.1.1 课题概述  10-11
    1.1.2 课题研究的目的和意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 作业疲劳相关研究  11-13
    1.2.2 作业效率相关研究  13-14
  1.3 课题研究的理论基础  14-19
    1.3.1 手工作业设计  14-17
      1.3.1.1 工作生理学  14-16
      1.3.1.2 作业设计的原则  16-17
    1.3.2 作业空间设计  17-19
第二章研究对象、内容及方法  19-25
  2.1 研究对象  19-22
    2.1.1 典型木质框架沙发制作工艺流程  19
    2.1.2 研究岗位确定  19-21
    2.1.3 被调研企业沙发生产概况  21-22
  2.2 研究内容  22-23
    2.2.1 沙发组框作业调查分析  22
    2.2.2 基于人机仿真的沙发组框作业生物力学分析  22
    2.2.3 沙发组框作业高度对作业舒适性影响分析  22
    2.2.4 沙发组框作业岗位优化设计研究  22-23
  2.3 研究方法  23-25
第三章沙发组框作业调查分析  25-36
  3.1 沙发组框作业时间研究  25-31
    3.1.1 作业时间的构成  25-26
    3.1.2 沙发组框作业测定分析  26-30
    3.1.3 改进措施  30-31
  3.2 沙发组框作业姿势和作业疲劳调查  31-35
    3.2.1 沙发组框典型作业姿势调查分析  31-34
    3.2.2 沙发组框作业疲劳调查分析  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章基于人机仿真的沙发组框作业生物力学分析  36-53
  4.1 仿真软件  36-41
    4.1.1 3DSSPP 仿真软件及评价标准  36-37
    4.1.2 EEPP 仿真软件及评价标准  37-41
  4.2 沙发组框作业的人体工程学仿真  41-44
    4.2.1 人机力学仿真模型建立  41-44
    4.2.2 沙发组框作业能量消耗模型建立  44
  4.3 沙发组框作业人机仿真结果分析  44-52
    4.3.1 腰部受力  44-46
    4.3.2 作业姿势平衡分析  46-47
    4.3.3 能量消耗率及劳动强度等级分析  47-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章沙发组框作业高度对作业舒适性影响分析  53-66
  5.1 实验对象和设备  53
  5.2 现场测定流程  53-54
  5.3 结果统计和分析  54-64
    5.3.1 作业舒适性分析  54-63
      5.3.1.1 作业高度操作适用性分析  54-60
      5.3.1.2 作业疲劳分析  60-63
      5.3.1.3 相关性分析  63
    5.3.2 作业效率分析  63-64
  5.4 本章小节  64-66
第六章沙发组框作业岗位优化设计研究  66-81
  6.1 沙发组框辅助作业工具优化设计  66-71
    6.1.1 沙发组框工作台设计  66-68
    6.1.2 沙发木料放置架优化设计  68-70
    6.1.3 沙发组框工具架优化设计  70-71
  6.2 沙发组框作业空间优化设计  71-77
    6.2.1 沙发组框工位空间设计  71-73
    6.2.2 沙发组框车间空间布局与路线设计  73-77
  6.3 基于人机仿真的沙发组框作业优化验证  77-80
    6.3.1 优化前后动作元素对比分析  77-78
    6.3.2 人机仿真验证分析  78-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章结论与展望  81-84
  7.1 研究结论  81-82
  7.2 沙发组框作业研究的不足与展望  82-84
附录 1  84-85
附录 2  85-86
附录 3  86-87
参考文献  87-88

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