NARZĘDZIA PROGRAMOWE W ERGONOMICZNEJ OCENIE STANOWISKA MONTAŻOWEGO JAKO MODUŁ SYSTEMU DORADCZEGO

NARZĘDZIA PROGRAMOWE W ERGONOMICZNEJ OCENIE STANOWISKA MONTAŻOWEGO JAKO MODUŁ SYSTEMU DORADCZEGO Bogusław REIFUR, Paweł KRÓL Zwiększająca się konkurencja, koszty zatrudnienia, krótkie serie wyrobów, zmieniający się rynek konsumenta to elementy, które powodują, że wymagania wobec pracowników w warunkach gospodarki rynkowej stają się coraz większe, przysparzając również wielu problemów pracodawcom. Te rosnące wymagania związane ze stawianymi zadaniami, szczególne pracami montażowymi, coraz częściej przekraczają możliwości statystycznego pracownika. Zbyt wysokie wymagania i dodatkowo nie zawsze profesjonalna ocena i sposób konfiguracji stanowiska montażowego sprawiają, że w dokonywaniu ich oceny niezbędne są narzędzia programowe. Projektowanie stanowiska montażowego z wykorzystaniem modułów programowych, umożliwiających jego ocenę pod względem wymagań ergonomicznych oraz normatywów czasowych, oznacza w dzisiejszych warunkach funkcjonowania przemysłu oraz przestrzegania dyrektyw UE możliwość zwiększenia efektywności i korzyści ekonomicznych. Opracowany w ITMiA Politechniki Wrocławskiej moduł programowy [1, 2] jako uzupełnienie Systemu Doradczego Konfigurowania i Oceny Strefy Roboczej Montażu obejmujący stosowane w przemyśle UE metody do określania normatywów czasowych i oceny ergonomii, pozwala na uwzględnianie wszelkich uwarunkowań związanych z tworzeniem strefy stanowiska montażu ręcznego na etapie tworzenia projektu. System ekspertowy do wyznaczania normatywów czasowych i oceny ergonomii powstał na bazie szkieletowego systemu ekspertowego PC-Schell z grupy AitechSPHINX. Umożliwia użytkownikowi korzystanie do wyboru z następujących metod: MTM dla określenia normatywów czasowych oraz OWAS, EAWS, RULA, RENAULT dla oceny ergonomii. Normatywy czasowe i metody do oceny ergonomii Określenie normatywów czasowych jest istotną częścią procesu przygotowania produkcji. Z punktu widzenia osoby określającej normatywy czasowe ważne jest to, aby używana przez nią metoda była szybka w zastosowaniu i dawała precyzyjne wyniki. Posiadanie wiedzy na temat ilości czasu potrzebnego do wykonania zadania pozwala menedżerowi osiągnąć i utrzymać wysoki poziom wykorzystania personelu, materiałów i wyposażenia [3, 4]. Dla zarządu firmy dane dotyczące normatywów czasowych są często nieprzejrzyste. Korzystniej jest także dla mistrzów produkcji i brygadzistów, gdy mogą analizować i ocenić w łatwy sposób swoje stanowiska pracy. Klasyczne metody określania normatywów czasowych nie uwzględniają aspektu ergonomii. W obliczu wzrostu liczby urazów układu mięśniowo-szkieletowego konieczne stało się opracowanie metodologii, która będzie uwzględniała ergonomię w określaniu normatywów czasowych podczas projektowania procesu produkcyjnego. Wymienione w tab. 1 metody i normy wykorzystywane do oceny ergonomii weryfikują proces montażowy także pod względem określania normatywów czasowych. Tabela 1. Typy obciążeń ciała oraz odpowiadające im normy i metody oceny [5] Typy obciążeń Normy Metody CEN ISO Postawa ciała 1005-4 11226 OWAS Siła 1005-3 11228-2 RULA Manipulowanie 1005-2 11228-1 LMM ciężarami Powtarzalne 1005-5 11228-3 OCRA czynności z udziałem kończyn górnych AAWS IAD-BkB, EAWS Metoda Ovako Working Posture Analyzing System (OWAS). Metoda klasyfikuje postawy ciała podczas pracy, przypisując każdej z nich czterocyfrowy kod. Metoda analizy obciążenia statycznego OWAS służy do oceny wielkości obciążenia statycznego na stanowiskach pracy (tab. 2, 3, 4). Metoda bierze pod uwagę obciążenie pochodzące od czterech czynników: pozycja pleców, położenie przedramion, praca nóg, wielkość obciążenia zewnętrznego. Sposób postępowania przy jej stosowaniu wiąże się z: 1. Wybraniem czynności (pozycji przy pracy) przeważającej w ciągu dnia pracy. 2. Określeniem kodu wybranej pozycji przy pracy, a potem odczytaniu typu kategorii obciążenia. 3. Zapoznaniem się z opisem dla wyznaczonej kategorii obciążenia. 4. Zapoznaniem się z interpretacją kategorii (obciążenie małe, średnie lub duże). 28

Technologia i Automatyzacja Montażu 3/2012 Tabela 2. Fragment Macierzy 84 pozycji pracy OWAS [6] Tabela 3. Opis kategorii dla metody OWAS [6] Kategoria Opis 1 Postawy różnych części ciała są normalne i naturalne. Obciążenie układu mięśniowo- -szkieletowego jest normalne i akceptowalne. Postawa ciała nie musi być zmieniana. 2 Obciążenie poprzez postawy ciała lub przez kombinacje postaw mogą zagrażać układowi mięśniowo-szkieletowemu. Środki poprawy powinny zostać podjęte w bliskiej przyszłości. 3 Obciążenie poprzez postawy ciała lub przez kombinacje postaw mogą zagrażać układowi mięśniowo-szkieletowemu. Środki poprawy powinny zostać podjęte tak szybko jak to możliwe. 4 Obciążenie poprzez postawy ciała lub przez ich kombinacje bardzo zagrażają układowi mięśniowo-szkieletowemu. Środki poprawy powinny zostać podjęte natychmiast. obciążenie psychiczne wg DIN uzależnione głównie od powtarzalności i złożoności operacji. Wysoki stopień powtarzalności może skutkować monotonią, natomiast duża złożoność operacji wymagająca ciągłej koncentracji prowadzi szybko do zmęczenia. W metodzie tej (fragmenty formularzy tab. 5, 6) punkty zostają przyznawane dla: ergonomicznie niekorzystnych sytuacji, postawy i ruchu ciała z małymi zewnętrznymi ciężarami/małym wydatkiem siły, sił i dodatkowych obciążeń w postawach ciała, operowania ciężarami, postawy ciała, innych obciążeń ciała, krótkich często powtarzalnych obciążeń górnej partii ciała powodujących RSI (Repetitive Strain Injury). Tabela 5. Formularz EAWS strona 2 [7] Tabela 6. Formularz EAWS strona 3 [7] Tabela 4. Wartości kodów dla masy obiektu [6] Kod Masa/ciężar 1 Mniej niż 10 kg (około 100 N) 2 Pomiędzy 10 i 20 kg (około 100 200 N) 3 Więcej niż 20 kg (około 200 N) EAWS Metoda European Assembly Worksheet to produkt powstały w kooperacji pomiędzy IMD (Internationales MTM Direktorat) i Institut für Arbeitswissenschaft TU Darmstadt dla przemysłu motoryzacyjnego, gdzie czynności montażowe są typowym przypadkiem powtarzalnej pracy. Metoda uwzględnia szczególnie przypadki, które mogą zagrażać zdrowiu pracownika związane z postawą ciała i obciążeniem. Około 31% czynności montażowych w samochodzie osobowym przeprowadzanych jest w przestrzeni pasażerskiej. Pozycje pracy są tam ograniczone, co oznacza zwiększone ryzyko urazów. Metoda EAWS sygnalizuje przypadki charakteryzujące się dużą częstotliwością czynności, w których palce wykonują szybkie ruchy, podczas gdy mięśnie barku wykonują w większości wysiłek statyczny. W pracach montażowych oprócz obciążenia fizycznego występuje także W zależności od sumy punktów przyznaje się następujące oceny według skali świateł: Do 25 punktów światło zielone Od 26 punktów do 50 punktów światło żółte Od 50 punktów światło czerwone Światło zielone (niskie ryzyko, zalecane) Ryzyko choroby lub urazu jest nieistotne bądź na akceptowalnym niskim poziomie dla całej grupy pracowników branych pod uwagę. Nie jest potrzebne podejmowanie działań korygujących. 29

Światło żółte (możliwe ryzyko, niezalecane) Powstaje ryzyko choroby lub urazu, które nie może być lekceważone, dla całej grupy lub części pracowników branych pod uwagę. Ryzyko powinno być oszacowane, analizowane razem z czynnikami je zwiększającymi. Działania korygujące powinny zostać przeprowadzone tak szybko jak to możliwe. Światło czerwone (wysokie ryzyko, unikać) Ryzyko choroby lub urazu jest duże i ekspozycja nie może być akceptowana dla żadnej części pracowników branych pod uwagę. Metoda EAWS jest uniwersalnym narzędziem przeznaczonym do oceny ergonomii. Uwzględnia ona głównie postawę, siłę oraz rytm pracy. Aby uzyskać ocenę, należy przeprowadzić obserwacje, wypełnić formularz i zsumować punkty przyznawane w poszczególnych kategoriach. Mimo przejrzystości i prostoty, zastosowanie tej metody jest czasochłonne, dlatego najlepiej korzystać z EAWS przy użyciu oprogramowania. RULA Rapid Upper Limb Assessment jest metodą rozwiniętą na użytek ergonomicznej inspekcji stanowisk pracy, w których zgłaszane są urazy związane z górnymi partiami ciała. RULA jest narzędziem, które ocenia obciążenia biomechaniczne całego ciała ze szczególną uwagą skupioną na szyi, tułowiu i kończynach górnych. Metoda RULA wymaga mało czasu, aby wykonać kompletną ocenę [8, 9]. Wynikiem jest ocena poziomu zagrożenia zdrowia i zalecenia dotyczące ich redukcji. Metoda RULA jest przeznaczona do wszechstronnego użytku w dziedzinie oceny ergonomii. Przebieg oceny ergonomii metodą RULA: 1. Obserwacja i wybranie postawy do oceny. Metoda oceny RULA odnosi się do wybranych okresów pracy i ważne jest, aby obserwować przyjmowane podczas pracy postawy, które zostaną poddane ocenie. Zależnie od typu studium wybór może być wykonany na podstawie najdłużej przyjmowanej postawy albo tego, co wydaje się najgroźniejsze dla zdrowia pracownika. W niektórych przypadkach, na przykład kiedy cykl pracy jest długi albo postawa jest zróżnicowana, poprawne jest wykonywanie oceny w regularnych interwałach. 2. Ocena postawy. Każdemu położeniu części ciała przypisana jest liczba punktów. Należy zaznaczyć przypadki położeń części ciała, które zaobserwowano podczas pracy. Jeśli jest to konieczne, na koniec należy dokonać przeglądu przyznanych punktów i wprowadzić ewentualne korekty. Punkty z poszczególnych sekcji sumuje się i wystawiane są oceny cząstkowe, na podstawie których wystawiana jest ocena ogólna. 3. Podjęcie zalecanych czynności. Użytkownik poznaje ocenę ogólną i czas, w którym powinien wprowadzić środki zapobiegające urazom: 1 do 2: akceptowalne, 3 do 4: wprowadzić środki zapobiegawcze w bliskiej przyszłości, 5 do 6: wprowadzić środki zapobiegawcze wkrótce, 7: wprowadzić środki zapobiegawcze natychmiast. Oprogramowanie do określenia normatywów czasowych i oceny ergonomii Wykorzystywany w analizach stanowisk montażowych MTMergonomics (rys. 1) jako część programu MTM-Software-TiCon jest wynikiem współpracy Deutsche MTM- -Vereinigung oraz Institut für Arbeitswissenschaft TU Darmstadt. Baza TiCon dla wszystkich swoich modułów oferuje: aplikacje MTM-1, MTM-2, MTM-UAS, MTM-MEK, aplikacje danych rozwijanych przez użytkownika opartych na MTM, aplikacje do tworzenia formularzy i makr, ocenę i kształtowanie procesu, obserwacje całkowitej sytuacji fizycznego obciążenia [44]. Rys. 1. Struktura MTMergonomics [5] 30

Technologia i Automatyzacja Montażu 3/2012 Program MTMergonomics umożliwia skorzystanie z kilku metod oceny ergonomii na stanowisku pracy. Wśród dostępnych metod jest metoda EAWS (European Assembly Worksheet), której stosowanie w przemyśle jest zalecane przez europejską normę EN 614. W przyszłości do zaimplementowania w programie MTMergonomics są takie metody, jak RULA, OWAS, LMM oraz NPW. MTMergonomics (MTM-Ergo) oferuje możliwość przeprowadzenia analizy ryzyka ergonomicznego we wczesnej fazie kształtowania procesu na podstawie MTM-UAS (uniwersalny system analityczny MTM) lub MTM-MEK (MTM dla produkcji jednostkowej i małoseryjnej). Tutaj zostają przedstawione kody, których brakuje w MTM, a które są niezbędne do otrzymania informacji na temat analizy ryzyka ergonomicznego. Ta metoda postępowania może być stosowana zarówno jako metoda papieru i ołówka, jak również w formie oprogramowania komputerowego. Celem MTM-Ergo jest wykorzystanie zalet ergonomii w obszarze zarówno ludzkim, jak i gospodarczym oraz wystarczające spełnienie wymagań stawianych przez prawo. Kolejnym celem jest zasymulowanie obciążeń ciała pracownika, jakie mogą wystąpić przy czynnościach zaplanowanych w koncepcyjnej fazie przygotowania produkcji. Jeżeli obciążenia okażą się zbyt duże, jest to sygnał do wprowadzenia ulepszeń. To wszystko dzieje się w postaci analizy ryzyka i należy brać pod uwagę fakt, że w fazie przygotowania produkcji nie wszystkie warunki pracy są znane. Z klasyfikacji obciążeń i czasów ich trwania zostaje wygenerowany wynik przedstawiony w postaci punktów i koloru światła (zielony, żółty, czerwony), zatem staje się możliwe wykonanie oceny dla większej liczby operacji montażowych. Korzyści dla przedsiębiorstwa wynikające ze stosowania oprogramowania: wielokrotne wykorzystanie danych obniża wysiłek związany z analizą, efektywny i ergonomiczny proces pracy, mniejsza liczba chorób i kosztów z nimi związanych, wzrost produktywności i jakości, unikanie i redukcja kosztów zmian, atmosfera pracy uwalnia potencjał pracownika. Korzyści dla pracownika: redukcja obciążenia fizycznego, podwyższony komfort pracy, motywacja i zadowolenie, optymalny system pracy. Program MTMergonomics oprócz wyznaczenia czasu montażu daje możliwość oceny ergonomii dla opracowanego wcześniej procesu montażu. Odbywa się to za pomocą metod takich jak AAWS, EAWS, EAB, które są powszechnie używane w przemyśle. Ocena ergonomii polega na przeprowadzeniu obserwacji i wypełnieniu formularza. Wypełnienie papierowego formularza jest bardzo czasochłonne, ponieważ użytkownik oprócz wpisywania danych musi także je przetwarzać. Dodatkowym problemem jest w takiej sytuacji możliwość popełnienia błędu. Wady tradycyjnego zastosowania metod oceny ergonomii eliminuje oprogramowanie komputerowe. Zadaniem użytkownika jest jedynie wprowadzenie informacji uzyskanych na podstawie obserwacji. Przetwarzanie informacji wykonuje tutaj program. Wadą programu MTMergonomics jest to, że nie są jeszcze dostępne w nim takie metody oceny ergonomii jak OWAS i RULA, które są uznawane i stosowane w przemyśle. Moduł ergonomia, będący składnikiem systemu doradczego realizowanego w ITMiA Politechniki Wrocławskiej, a opisywany poniżej, zawiera już metody OWAS i RULA. Moduł ergonomia systemu doradczego strefy roboczej montażu Opracowany System Doradczy Konfigurowania i Oceny Strefy Roboczej Montażu przedstawiany w publikacjach autora [1, 2] w swoich modułach zawiera również ten, który dotyczy kształtowania i oceny stanowiska montażu ręcznego pod wieloma względami, w tym ergonomii. Opisywany poniżej moduł systemu doradczego służy do wyznaczania normatywów czasowych i oceny ergonomii. Najbardziej popularną metodą do określania normatywów czasowych jest metoda MTM. Jest to obok wielu innych uznanych metod najczęściej stosowana w przemyśle na całym świecie. Chodzi tu między innymi o takie jak MOST oraz REFA. W szczególnych przypadkach są one nawet lepsze niż MTM, ale nie są aż tak szeroko znane i stosowane. MTM został wybrany do wdrożenia w systemie ekspertowym, ponieważ jest metodą prostą i popularną. Jeżeli chodzi o wybór metod do oceny ergonomii, ważne jest, aby uwzględniały one wyznaczone wcześniej normatywy czasowe, wysiłek fizyczny oraz wysiłek psychiczny. Do takich metod zaliczają się OWAS, EAWS, RENAULT oraz RULA. Wymienione metody są używane w przemyśle do oceny ergonomii i są zalecane przez normy CEN oraz ISO. Opracowany system ekspertowy do wyznaczania normatywów czasowych i oceny ergonomii powstał przy użyciu programów z grupy AitechSPHINX. AitechSPHINX jest to polski zintegrowany pakiet sztucznej inteligencji, zawierający szkieletowy system ekspertowy PC-Schell. Znając składnię języka programowania, można tworzyć dowolne systemy ekspertowe wykorzystujące bazy wiedzy. System ekspertowy pozwolił na usprawnienie procesu określania normatywów czasowych i ocenę ergonomii. Po skopiowaniu folderu SYSTEM EKSPERTOWY JPG do C:\Program Files i uruchomieniu systemu ekspertowego w PC-Schell użytkownik ma do wyboru następujące opcje: MTM określenie normatywów czasowych RULA ocena ergonomii OWAS ocena ergonomii RENAULT ocena ergonomii EAWS ocena ergonomii Po kliknięciu na ekranie systemu w pole MTM wyświetla się okno dialogowe, w którym znajduje się pole z rozwijaną listą. Na liście znajduje się około 800 kodów MTM, które użytkownik może wybrać z listy przez klik- 31

nięcie. Możliwe jest odfiltrowanie kodów z odpowiedniej grupy przez wpisanie pierwszych znaków kodu charakterystycznych dla danej grupy. Użytkownik wybiera interesujące go kody, które składają się np. na operację montażu. Po wybraniu wszystkich kodów użytkownik klika pole koniec. Wynikiem jest suma czasów czynności w jednostkach TMU. Kolejno po kliknięciu w jedną z opcji dotyczącą oceny ergonomii OWAS, EAWS, RENAULT, RULA pojawia się okno informacyjne z nazwą metody oraz wyświetlane są okna dialogowe. Zadaniem użytkownika jest udzielanie odpowiedzi na pytania zawarte w oknach dialogowych. Użytkownik klika obok wybranej odpowiedzi lub wybiera odpowiedź z listy rozwijanej w formie kolejnych tabel, np. 7, 8 lub innych związanych z używaną metodą. Po udzieleniu ostatniej odpowiedzi wyświetlony zostaje wynik w postaci oceny ergonomicznej, charakterystycznej dla danej metody. Podsumowanie Opracowany w ITMiA Politechniki Wrocławskiej system ekspertowy służy do wyznaczania normatywów czasowych oraz do oceny ergonomii uwzględniającej normatywy czasowe. Na rynku informatycznym dostępne są tego typu programy, jednak kosztują kilka tysięcy euro. Programy te upraszczają korzystanie z powszechnie dostępnych metod do określania normatywów czasowych oraz do oceny ergonomii. W systemie użyte są sprawdzone metody stosowane w przemyśle na całym świecie. Są one także zaimplementowane w innych komercyjnych programach tego typu, które powstały już między innymi w USA i w Niemczech. Wykonany system ekspertowy może być pomocnym narzędziem przy: wyznaczaniu normatywów czasowych operacji montażu, ocenianiu ergonomii, przeprowadzaniu audytów ergonomicznych, usprawnianiu projektowanych procesów produkcyjnych, usprawnianiu istniejących procesów produkcyjnych. Dzięki opracowanemu systemowi ekspertowemu: użytkownik wyznacza normatywy czasowe i przeprowadza ocenę ergonomii ok. pięciu razy szybciej, użytkownik nie musi znać szczegółów metody, wyeliminowana jest możliwość popełnienia błędu rachunkowego przy wykonywaniu oceny, użytkownik może wybrać najodpowiedniejszą metodę dla konkretnej sytuacji. Zadaniem systemu ekspertowego jest sygnalizowanie problemów związanych z ergonomią. Dzięki modułowi MTM możliwe jest opracowanie i porównanie kilku wariantów montażu, a następnie zweryfikowanie ich pod kątem ergonomii. Rolą inżyniera produkcji pracującego w firmie mającej kilkadziesiąt różnych stanowisk montażowych jest ocena ergonomii. Dzięki systemowi ekspertowemu możliwa jest szybka analiza, która wskaże stanowiska, dla których należy wprowadzić zmiany. System ekspertowy pomaga w znajdowaniu problemów związanych z ergonomią. Zaletą systemu ekspertowego jest to, że zawiera on moduł do wyznaczania czasu i moduł do oceny ergonomii. Moduły te mogą być wykorzystywane razem lub osobno. Według założeń, po wyznaczeniu czasu montażu powinna zostać przeprowadzona ocena ergonomii. Jeżeli użytkownik nie przewiduje przeprowadzania oceny ergonomii, to może on używać systemu ekspertowego jedynie do wyznaczania czasu montażu. W przypadku gdy użytkownik wyznaczył już czas montażu metodą inną niż MTM, możliwe jest użycie systemu ekspertowego jedynie do przeprowadzenia oceny ergonomii. Modułowa budowa pozwala na dowolne zastosowanie systemu ekspertowego. W wyniku przeprowadzonej analizy wybrano takie metody do wyznaczania czasu montażu i oceny ergonomii (MTM i EAWS), które są uznane i stosowane w przemyśle. Ponadto zaimplementowano metody takie jak RULA i OWAS, które w komercyjnym programie MTMergonomics są dopiero w planach. Dodatkowo możliwe jest użycie metody RENAULT. Wyróżnia się ona spośród wszystkich innych tym, że oprócz oceny obciążenia fizycznego uwzględnia także obciążenie psychiczne wynikające ze złożoności i powtarzalności operacji. System ekspertowy ma zastosowanie do weryfikacji i optymalizacji zarówno projektowanych, jak i istniejących procesów. LITERATURA 1. Reifur B. Engel B.: Kreator ergonomicznego kształtowania stanowiska montażowego jako moduł systemu doradczego. Przegląd Mechaniczny nr 11/2009. 2. Reifur B.: Doradczy system projektowania procesu technologicznego i doboru urządzeń strefy roboczej montażu. Systemy projektowania procesów i wyposażenia technologicznego SOP '2004. IV konferencja naukowo-techniczna, Wyd. Polit. Krak., Kraków 2004. 3. Luczak H.: Arbeitswissenschaft. Springer Verlag, Berlin 1998. 4. Kjell B., Zandin K.B.: MOST work measurement systems. CRC Press, New York 2003. 5. MTM DEUTSCHE MTM-VEREINIGUNG e.v., www.dmtm.com/produkte/software/ticon_modul_ ergo.php, 13.11.2009. 6. Rückenkompass, www.rueckenkompass.de/cd/pdf/ fb850.pdf, 14.01.2010. 7. Progetto Ergonomia www.ergonomia.corep.it/allegati/presentation_bruder_02.pptwww.ergonomia.corep.it/allegati/presentation_bruder_02.ppt, 13.05.2010 BKK Bundesverband, www.bkk.de/ fileadmin/user_upload/pdf/arbeitgeber/gesundheitsreport/gesundheitsreport2008_kompletter_report. pdf, 17.02.2010. 8. Bruder R.: Kooperationsprogramm zum normativen Management von Belastungen und Risiken bei körperlicher Arbeit, Darmstadt Institut für Arbeitswissenschaft TU, Darmstadt 2007. 9. Arbeitsschutzverwaltung des Freistaates Sachsen, www.arbeitsschutz-sachsen.de/allgemein/4.as- -tag-2009/beck.pdf, 17.11.2009. Dr inż. Bogusław Reifur jest docentem w Politechnice Wrocławskiej, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, Wrocław, a Paweł Król jest pracownikiem tego Instytutu. 32