1. 引言
电梯限速器是保障电梯安全运行的最重要的部件之一 [1]，如果生产过程出现异常将直接影响电梯的安全，因此生产过程中相关性能参数的调试和校准尤为重要。电梯限速器为下降速度保护或上升速度保护的感测元件，当电梯的行驶速度超过设定阈值时，则会启动紧急制动，因此电梯限速器校准工作主要是对上行电气动作速度、上行机械动作速度、下行电气动作速度和下行机械动作速度是否在精度范围内进行检验 [2]。苏州某电梯部件有限公司是以生产电梯安全部件为主的公司，早期以电梯参数可追溯性为特征，构建了电梯限速器参数校准信息工作站，但该系统设计操作复杂，存在动作浪费，严重影响生产效率。为此，通过现场访谈与实际观察，如图1(a)所示，收集了该工作站的相关信息，通过分析得到该工作站的主要操作流程如图1(b)所示。
Figure 1. Parameter calibration workstation: (a) site diagram; (b) flow chart
图1. 参数校准工作站：(a) 现场图；(b) 流程图
通过对流程的分析，发现该工作站存在如下主要问题：
1) 不支持工作站数据实时更新与存储，需要手动记录测试数据，无法追溯；
2) 用于操作的物品放置存在较多不合理之处，存在较大的时间浪费；
3) 操作过程中弯腰与走动动作较多，造成时间浪费及工作疲劳；
4) 公司前期开发的校准系统界面设计不合理，操作时需要长时间观察判断。
基于前述问题现状，将进一步用IE的原理和方法，对上述问题进行展开分析，找到相关问题的瓶颈。这里采用模特分析法、人因工效分析法进行分析，其中模特分析法预测操作所需标准时间，同时对现有操作动作进行记录分析，进而改善作业动作，以减少时间浪费，提高效率和经济效益。人因工效分析法对系统操作界面进行分析改善，为物品的合理布置提供思路。
2. 参数校准工作站分析
2.1. 分析方法的基本原理
2.1.1. 模特排时法
模特排时法 [3] (简称模特法或MOD法)主要依据人体动作的部位、动作的距离和工作的重量，预测操作所需标准时间，其将人的动作分为21种，都以手指移动2.5 cm距离的时间消耗值为时间单位，简称为1 MOD，1 MOD = 0.129 s [4] [5]，其中上肢基本动作11种，下肢和腰的基本动作4种，附加动作6种 [6]。
2.1.2. 人因工效分析法
人因工程学(Human Factors Engineering, HFE)又称工效学，是一门重要的工程技术学科。它是工业工程专业的一个分支，是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门科学 [7]。
2.2. 分析过程
2.2.1. 基于MOD法的动作分析
对工作站的操作进行录像，然后进行基于录像的作业现场进行分析，结果如图2所示。由模特法分析可以看出如下问题：
a) 移动动作次数较多，M3共19次，占M动作的14.1 %，M4共53次，占M动作的39.3%。
b) 行走与弯腰动作较多，W5共10次，B17共15次，造成时间浪费。
c) 眼睛动作较多，E2共64次。
d) 箭头贴纸距离操作人员较远，且其放置角度不易揭下。
针对当前问题，仔细讨论发现，上述问题的出现的部分原因是工作站人机界面操作复杂，鼠标键盘摆放位置不合理且操作次数过多，影响操作的效率。因此，将用人因学方法对操作环境中物品摆放及人机界面进行分析，以改善工人工效和提高作业效率。
2.2.2. 基于人因工效学的工作站分析
对如图1(a)所示的工作站进行人因工效学分析，不合理的人因设计如下：
a) 原有的操作系统在工作时，需要一个键盘与一个鼠标配合显示器使用，操作复杂，键盘与鼠标占据了较大的工作空间，且键盘上除了数字外，其他按键极少使用，同时在向系统输入检测内容时,工人的操作重心位于工作台右侧XC-3设备前，键盘在工作台左侧，布置不合理，移动距离较大，造成浪费。
b) 参数校准操作按钮放在工作台的最外侧，操作过程中，来回移动距离长，耗时长，而且竖直布置，长时间重复此动作易疲劳且会造成职业性肌肉损伤。
c) 界面布局不合理，未将扫描获得的产品基本信息和需现场操作输入的数据区分，例如需要现场输入的轿厢侧与对重侧的选择和提拉力，与产品基本信息混合，操作时需要观察判断，无形中加长工作时间。
d) 系统自动判断是否合格并保存数据时，使用“保存”“取消”两个按钮，“取消”按钮用于清空不准确的数据，通过分析发现，该按钮的功能可以用系统代替。
Figure 2. Analysis diagram of operation site based on MOD method
图2. 基于MOD法的作业现场分析图
3. 基于ECRS四原则的校准工作站改善
3.1. ECRS基本原理
ECRS四原则，即取消、合并、重组和简化的原则，如表1所示，任何作业或工序流程，都可以运用ECRS四原则来进行改善，通过对生产工序进行优化，以减少不必要的工序，从而找出更好的效能、更佳的作业方法 [8] [9] [10]。运用ECRS四原则，首先考虑取消该工序，取消是改善活动的最高境界，对不能取消的工序再考虑进行合并、重排和简化。
3.2. 基于ECRS的改善过程
结合模特排时法及人因工效学分析出的问题，使用ECRS四原则的改善如下：
3.2.1. 消除
a) 针对操作过程中用纸质记录检测数据，数据易丢失难以追溯的问题，使用数据库自动记录存储数据，消除手动记录数据的动作，且方便日后对数据的追溯；
b) 取消部分等待、步行的动作。
3.2.2. 组合
现场采用计算机标准键盘，不仅占地，工人操作也很繁琐，没有专用按键，培训时间长，同时导致员工不愿意使用键盘快捷键而是使用鼠标，使操作时间变长，效率低。因此，键盘操作对整个操作时间的影响极大，经过多次的操作模拟和效率分析，将键盘和鼠标进行组合设计了专业的人因工程学专用键盘，以提高工效，如图3中(a)所示。专用键盘的按键分为数字区、功能区和鼠标控制区：
1) 数字区：通过对ATM机等输入设备的大量调查发现，人们的思维习惯如图所示的数字顺序，并且根据贝尔实验室的测试结果显示，此方式平均键入时间为4.92 s，与其他布置方式相比较快。
2) 功能区：主要按键根据输入顺序排列布局，分为选择切换按键(即轿厢/对重、AC220/DC24、下行/上行按键)和用于输入提拉力的按键(即提拉力按键)。
3) 鼠标控制区：为了方便开机登录等操作，保留鼠标功能。
3.2.3. 重排
1) 系统界面优化
针对系统界面布局不合理的问题，基于人因工效学的分组原则、重要性原则、功能原则等进行设计改善，优化结果如图4所示，主要将界面分为三个部分：① 产品基本信息：扫描获得的产品基本信息，无需选择与判断；② 产品检测设置：现场操作需要输入的数据，按照重要性原则和功能原则，定制专用键盘结合使用，方便快捷，有效地解决了作业中手臂疲劳与肌肉损伤的问题；③ 检测数据结果：电气参数校准与机械参数校准分上行和下行，由XC-3设备提供，实时获取。
Figure 4. Optimized human-machine interface
图4. 优化后的人机界面
2) 工作区物品摆放布局
针对工作区物品摆放不合理导致的移动动作较多问题，根据就近取用原则对所需物品进行重新布局，如：专用键盘与参数校准操作按钮均放置在工作台中心偏右位置，采用适宜操作的角度放置，不仅减少了移动距离和手臂动作的幅度，而且有效的改善了作业者动作疲劳与肌肉损伤；将校准的限速器位置放在距离流水线较近的位置，减少检测人员拿取过程中的步行距离。
3.2.4. 简化
a) 流程简化：针对原工作站操作系统在限速器校准完成后，需要检测人员点击鼠标操作界面来对上一个检测的数据进行消除，需要大量的目视动作，因此在改善的过程中，对校准系统的操作动作进行简化，当一个限速器校准完成后，检测人员只需点击两次键盘上的确定按钮即可将数据进行保存，界面上的数据自动消除，并且鼠标的位置定位到界面的最开始，以便下一个限速器开始校准；
b) 操作简化：原校准工作站是将两种类型贴纸类型贴在一张纸上，每次校准都需要检测人员进行判断且容易出错，由于每批检测为同种类型，因此将两种贴纸分开放置且只显现出一种，在首次选择完成后再拿取贴纸就不需要再进行判断。
3.3. 改善效果
利用模特法对改善之后的校准工作站再次分析，如图5所示，经过改善，该工厂限速器校准工作站的作业效率得到很大的提高，操作时间上由原来的248 s减少为208 s，极大的减少了在制品的等待时间，并且通过改善，检测人员在操作的过程中更加舒适，疲劳时间大大缩短。
Figure 5. Improved model analysis diagram
图5. 改善后的模特分析图
4. 结论与展望
针对某公司电梯限速器校准工作站作业过程和作业动作不经济、物品放置不合理的现状，运用模特排时法、人因工效学分别对工作站检测人员的动作、工作站中不合理的布局及界面进行分析，找出问题所存在的原因，然后使用ECRS四原则对该工作站进行相应的改善，结果表明，该工作站的操作时间显著降低，且改善后的方案能极大改善检测人员的操作舒适性，具有很好的实用性。由此可见，通过IE方法对电梯限速器校准工作站的分析改善，使得该工作站的人机布局更加合理，并大大提高了电梯限速器校准工作站的生产效率。
当然，改善不是一步到位，贵在持之以恒，这也是工业工程的精髓所在，改善–实施–检核–改善，形成这一良性循环，才能帮助企业不断提高，未来我们将在此基础上，针对工人劳动强度等方面进一步从人因角度进行改善，为最终实现智能制造目的而努力。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。