藉助人因工程 预防职业灾害发生

2016/09/19 - DIGITIMES企划

历经产官学各界倡议，现今不少人对工业4.0已经耳熟能详，且明白工业4.0并非意在打造无人工厂，而是智能工厂；在智能工厂里头，除了有自动化设备外，「人」更是不容或缺的重要一环，因此工业4.0相当重视人因工程的改善，连带有助强化职灾预防。

距今80多年前，被后世喻为美国职业安全理论先驱的Heinrich，提出一套骨牌理论，强调所有的意外绝非偶然，而是由一连串的事件在一定的秩序中发生的，其间历经了先天因素及社会环境、人为过失、不安全的行为及机械或实体危害、意外事故发生，以及体伤或财物损失等五大环节。

而在上述五个环节里头，Heinrich认为最容易解决的一环便是「不安全的行为及机械或实体危害」，此乃由于，之所以发生不安全的行为，往往肇因于设计不良的及机械或实体之诱导所致，由此观之，针对骨牌理论五个环节中的「不安全的行为及机械或实体危害」来改善，应可称之为最有效率的危害消除方式。

只不过，若沿用传统的职业灾害分析方法，并无法产生足以消除这个环节的解决之道。所幸随着设备自动化、工厂自动化，一路推进到现今讲求智动化的工业4.0时代，人因工程的底蕴愈趋深厚，已足以提供较从前更有效的系统性解决方案，来消除职灾当中的「不安全的行为及机械或实体危害」因子。

工业4.0智能工厂  亦强调人因工程学

所谓人因工程，是一门「从了解人的性质、能力与限制，并将它们应用于器物、系统、环境与工作的设计，以达到舒适、安全与效率」的学科，经常被应用于如肌肉骨骼伤害等职业伤害的工作现场人机界面改善，或者手工具与机械等产品的设计与改善，欧洲称这门学问为工效学，日本称之为人间工学；至于个中所提到的改善，经常是透过标准、指令及检核表(Checklist)来完成，也就是说，必须设法发现可能的人机界面设计不良因子，据以纳入人因检核表的素材，借此预防职业灾害的发生。

依工业4.0而论，其目标并非创造新的工业技术，而是统合所有工业相关的技术、销售与产品体验，进而建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智能工厂；藉由这段描述，便不难看出人因工程之于工业4.0的重要性。

享誉CAD/CAM/CAE领域的Autodesk，近年推出了极具创新意涵的Fusion 360产品创新平台，除了强调基于云端提供CAD、CAM及CAE功能外，另诉求将模拟、设计及工程作业流程完全整合，且增强团队合作机制，提供实时多用户协同设计、跨系统与跨平台转移专案等实用功能。

在制造业界，多数人都心知肚明，由于自动化生产线中设备排布交错，并不容易藉由2D布局方式来适切表达，但尽管如此，不少企业仍对简单易用的2D技术情有独钟，依然惯用2D来进行产线布局，现今比例甚至超过7成。

然而不可讳言，若仅采用2D布局，是有其后遗症的。首先，藉由2D技术推动工厂设计，可能忽略掉许多问题，譬如干涉或冲突等等现象；其次，传统2D的提案方式相对落伍，只凭藉它来与对手正面交锋，胜算愈来愈低；再者，如同前述2D工厂设计往往漏失诸多环节，很容易形成规划与实作两者之间的落差，继而衍生相对高昂的设计变更成本，绝非业主乐见之事。

意欲解决前述盲点，别无他法，唯有扬弃传统2D布局、转向3D布局模式，俾使业主、主管或施工人员等协同成员，皆可清楚生产线的整体规划走向，不像2D布局需要额外的说明沟通。数码化产线，其拟真的效果，就好比拿着摄影机在现场拍摄，可以预见未来产线。

而Autodesk也悉心提供颇为简化的路径，帮助用户尽速迈向3D布局，只需规划好厂房，包括其内部的墙、柱、门、窗、地板…等等细节，再透过积木方式排布机台设备、规划生产线，最终将数码工厂建置完成，接着进厂虚拟参观，证实一切无误，此时便大功告成。

难免有人好奇提问，3D布局与人因工程、乃至职灾防护之间的关联性，究竟为何？此处仍延续Autodesk解决方案之例，该方案所诉求的主要功能项目当中，第一项便是产线平衡分析与自动建模，企业可导入已经规划好，且带有制程、工时等数据的Excel表格，接着按照既定的制程规划，把生产设备指定到各个工站，然后藉由产线平衡分析模拟，预先找出生产瓶颈，进而将产线规划导入到该解决方案，进行场地配置，系统就会自动同步成为3D数码产线。

第二项重要功能，乃是积木式3D设备模型排布。企业可以利用既有的2D布局作为底稿，用以排布3D设备，透过系统进行智能设备排布，进行自动贴附、自动延伸，接着用户再直接采用Pro/E、SWX或UGNX所建立的设备模型，让设备之间交互参考对齐，然后以拖曳方式重新排布设备群组，便完成此阶段任务。

透过人因作业研究　检视工作场域是否安全

至于第三项关键功能项目，便是人因工程模拟与作业研究。据悉，人因工程模拟与作业研究对于生产效率的提升，可谓至为重要，因为企业透过系统画面，针对可动的人偶进行细微动作调整，即可掌握到模拟作业时的视野范围，甚至进一步研究工作摆放与施力位置，是否安全无虞，如此一来，便可以在提高工作效率之余，同时也减少工安意外事件。

另值得留意的，伴随产品精密度愈趋提高，产品的良率高低，往往取决于与生产环境因素之间的配合，比方说工厂内部需要保持恒温，此外业主亦需顾及不断抬头的工安意识，有责任为现场作业人员提供更加顺畅、明确的逃生动线，而在动线的设计上，也不宜完全凭藉经验法则，此时即可藉由数码工厂模拟功能，可预先模拟烟雾弥漫，以便精确设计出安全等级最高、最能快速疏散所有工作者的逃生路径，单单做好这件事情，对于减少工伤意外事故，即可望产生巨大贡献与价值。

而紧接在人因工程与作业研究之后的另外两项重大功能，依序是逆向建构既有已竣工产线，以及拟真的作业过程渲染动画。

持平而论，过去已有不少学者专家，探讨如何使用含有人模的虚拟场景辅助产品设计，藉以评估工业安全、生产绩效等效果，其中有关人因评估之虚拟场景设计，已逐渐从单纯采用静止姿势、或及时驱动的人模(注：前者旨在研究与关节角度负载相关之人因评估，后者则评估时间绩效)，扩散到人与场景物件(包括机器、环境)之间的复杂互动，藉由软件在硬件设备里头进行人人交互、人机交互的研究设计。

以对岸为例，便相当热衷于人因工程，只因当地多数专家深信，如果未能审慎考虑人的因素，不但会使系统效能折损或丧失，而且可能导致人员健康问题、甚至伤亡；所以说人因工程是工业4.0的灵魂，一点也不为过。


图说：透过人因评估之虚拟场景设计，可预先模拟人与场景物件之间的复杂互动关系，检视人员作业场域的所有环节是否安全无虞。(来源：The High Value Manufacturing (HVM) Catapult)