Тема: Разработка методики проектирования технологических процессов на основе моделирования работы цифровых манекенов

Актуальность исследования. В соответствии с Трудовым кодексом Российской Федерации, статье 219 - «каждый работник имеет право на рабочее место, соответствующее требованиям охраны труда» [1]. Согласно статистике о травматизме на территории Российской Федерации [2], несмотря на устойчивые снижения количества ежегодных производственных травм с 2000 по 2018 г. (с 151.8 до 23.8 тыс., из них со смертельным исходом с 4.40 до 1.07 тыс.) число смертельных профессиональных травм на 100 000 работников составляет 6, что является одним из самых высоких показателей в мире. Для примера, в Великобритании данный показатель равен 0.4, в США 4.8. Данная статистика показывает острую необходимость создания безопасных условий труда на производствах.
Одной из ключевых обязанностей проектировщиков рабочего места является соблюдение требований безопасности, разработанных для обеспечения того, чтобы производственное оборудование эксплуатировалось без угрозы для каких-либо вовлеченных лиц. При определении и соблюдении применимых требований следует должным образом учитывать любые уникальные характеристики конкретных машин и технического оборудования, с тем, чтобы предоставить пользователю необходимый уровень защиты от любых существующих рисков [3]. Наиболее современным и эффективным решением вышеперечисленных проблем является виртуальное эргономическое проектирование.
С непрерывным развитием индустриализации, существует высокий интерес к проблемам эргономического проектирования процессов технического обслуживания. Современные предприятия не могут игнорировать постоянное развитие программного обеспечения виртуальной реальности. По этой причине важным аспектом является тенденция развития предприятий в направлении 4
формирования цифрового производства, промышленного отклонения к виртуальной реальности, которое объединяет широкий набор технологий для поддержки производства, от проектирования до реализации продукта, мониторинга и оптимизации производственных процессов. Виртуальное проектирование позволяет устанавливать оптимальную компоновку производственного оборудования, оптимизировать использование
автоматизированной машины, проводить кинематические и эргономические испытания цифровых манекенов, изучать взаимодействие человека и машины [4]. Помимо этого, формирование безопасных условий труда, снижение нервно - психических перегрузок, создание оптимальных рабочих поз - являются важными социальными и экономическими задачами.
Существует множество методов оценки эргономических показателей. Несмотря на большое разнообразие, подавляющее большинство являются неэффективными на сегодняшний день из-за ряда недостатков таких как: субъективный характер суждений, неправильная интерпретация полученных результатов, большое влияние производственных факторов на точность оборудования для оценки эргономических показателей.
Устранение перечисленных недостатков возможно согласно тенденциям развития современных способов оценки эргономических показателей [5], за счет внедрения цифровых моделей человека, которые позволяют изучать адаптацию продукта и процесса без потребности в физических прототипах, а также может сократить время и затраты на разработку рабочего места.
Проведенный анализ программных продуктов, предназначенных для анализа эргономических показателей с использованием цифровых манекенов показал, что программа Jack обладает расширенными возможностями для проектирования рабочего места и разнообразными инструментами для всесторонней оценки нагрузки на человеческое тело.
Исходя из вышеперечисленных данных, можно сделать вывод, что метод создания трехмерной среды и использования цифрового манекена для оценки эргономических показателей является актуальным и эффективным.
Цель исследования: разработка методики оценки эргономических показателей процессов технического обслуживания, обеспечивающей эффективность и результативность производственной системы,
удовлетворяющей психофизиологические и иные потребности работников, на основе расчетов в трехмерной виртуальной среде.....
Купить

1. Обзор различных методов эргономического проектирования рабочих мест показал, что виртуальное проектирование с использованием цифровых манекенов является наиболее актуальным методом, который позволяет эффективно оценивать рабочие нагрузки на человека, а также сокращать время на общую разработку рабочего места.
2. Разработана пошаговая методика и определён порядок действий эргономического проектирования рабочего места в программе Jack.
3. Для проверки созданной методики было выбрано рабочее место штамповщика. Создан цифровой манекен, разработана виртуальная рабочая среда и выполнена симуляция рабочих обязанностей штамповщика на основе учета факторов воздействия на работника и конструкционных особенностей оборудования.
4. К созданной симуляции рабочих обязанностей, были применены инструменты эргономического анализа.
4.1 Проведя эргономический анализ метрики, было выявлено, что частые позы тела, такие как сгибание, скручивание, поворот - вызывают проблемы со здоровьем, такие как дискомфорт в спине, в плечах, боль в запястьях, в шее и так далее. Это приводит к снижению эффективности работы работников.
4.2 Установлено, что самой сложной задачей в созданной симуляции, на
основе результатов анализа усталости и восстановления, был перенос детали от конвейерной ленты к подвесному конвейеру, и наоборот. Было выявлено, что лодыжки - это части тела, которые несут наибольшую нагрузку, поэтому для них время восстановления самое длительное.
4.3. Проведенный анализ расхода метаболической энергии определил расход энергии для созданного рабочего цикла, выявил наиболее энергозатратную задачу. Также было рассчитано, что для оптимального физического состояния, работнику необходимо около 10 минут отдыха на каждые 20 минут рабочего времени.
4.4. С помощью инструмента «Анализ нагрузки нижней части спины»
было выявлено, что при несоблюдении эргономических принципов рабочих поз, нагрузка на спину становится критической, что повышает риск получения травмы спины. Для преодоления вышеуказанной проблемы, необходимо обучать работников следовать стандартной рабочей процедуре [30], включая
эргономически правильным положениям тела, последовательности движений.
4.5 Путем использования инструмента прогнозирования статической силы было выявлено, что около 45 % мужского рабочего населения обладают достаточной физической формой для комфортного выполнения данных рабочих обязанностей.
5. На основе полученных данных от эргономических анализов, были сформулированы требования к антропометрическим данным и здоровью работников. Для безопасного и комфортного выполнения рабочих обязанностей, рост человека должен быть не ниже 180 см, вес не ниже 80 кг. Работник должен быть хорошо физически развит и не иметь хронических заболеваний.
6. Проанализировав полученные результаты, можно утверждать, что созданная методика оценки эргономических показателей процессов технического обслуживания позволяет оценить все аспекты нагрузок на человеческое тело во время выполнения рабочих обязанностей и помогает в проектировании рабочих мест в соответствии с требованиями эргономики в трехмерной цифровой среде.
Купить