1、前言

Process Simulate Human（以下简称PS Human）支持最为专业的人机工效学评价体系。 通过对于虚拟环境下的虚拟人体的姿态和受力、疲劳等生理参数的统计和分析，结合业界最为广泛使用的工效学标准，对于人机工效进行分析评价，预测人体可能受到的伤害与风险。

2、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 forOccupational 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；

*NIOSH是一个联邦机构，隶属于CDC(美国卫生与人事部的疾病控制与预防中心)，对各类的安全和健康问题进行研究。NIOSH为OSHA(美国职业安全与健康)标准提供技术上的协助，推荐标准给OSHA进行科学研究并提出建议，以预防职业病及工伤。

3、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（下背部载荷分析）

Lower Load 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。

  • 应用场景：

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。

  • 分析范围：

“下背部载荷分析”支持实时工效注释、单姿态工效分析及全动作周期的工效学分析。

分析结论：

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；

  • 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：

系统输出报告如下：

报告解读：

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。

在背部肌肉中，最容易受到伤害的就是竖脊肌---很多时候竖脊肌的受伤往往会造成神经剧烈疼痛。临床统计发现，多数腰痛、背痛，臀部疼痛，甚至严重的头痛头晕都是竖脊肌劳损引起的。

  • 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。

§CumulativeBack Load（累积背部载荷）

安大略大学背部疼痛研究（OUBPS）小组与General Motors Canada合作，发现了累积负荷暴露与报告腰痛的可能性之间的关系。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：

利用模拟操作来定义工作循环；

允许定义班次和每班重复次数；

提供最大曝光准则，同时允许用户自定义累积压缩和力矩阈值；

生成全面的摘要报告。

  • 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。

  • 输入数据说明：

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。

  • 报告解读

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”。

文末福利^_^

健康小贴士---减少背部压力的常用方法

  • 减轻负荷的重量。

  • 改变工作环境，使工人不需要弯腰去抬重物(避免弯腰)。

  • 确保负载较小、可以尽量靠近机身。

  • 避免不对称(扭曲)姿势。

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