藉助人因工程 预防职业灾害发生
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。