航空维修风险分析方法研究
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作者:程胜龙
摘 要：在对航空维修任务进行风险评估时不能量化分析，因此，文章选择运用动作捕捉设备获取运动数据，通过对运动数据的数值分析，实现上肢快速分析、全身快速分析和工作体位分析的信息化和量化，研究不同分析方法的区别与联系，选择最合适的分析方法对航空维修任务进行风险评估。目标是主动减小人体工程学的风险、对机务人员的伤害和赔偿的成本。
关键词：运动数据;分析标准;信息化;任务风险评估
近年来，对航空产品维修设计有了更高的要求，职业的安全性和舒适度问题较为普遍。长时间面临静态工作强度、负重大、关节反复弯曲等劳动和压力，可能会引起维修人员疲劳程度加重，导致与工作相关的肌肉骨骼损伤[1]。
国内外学者在人机工效学仿真平台JACK软件中，基于航空维修对机务人员造成的损伤展开了大量研究，其中，大部分学者在JACK软件[2]中的任务仿真模拟界面（TSB）和虚拟人动画仿真模拟界面（Animation）进行维修仿真，手动建立出维修任务的仿真，对仿真维修任务实施方法应用Ovako工作姿势分析系统（Ovako Working Posture Analysis System，OWAS）和上肢快速分析（Rapid Upper Limb Assessment，RULA）来分析维修任务风险等级和对维修人员的机体的损害。但是手动仿真并不是人体真实的运动数据，所以采用Xsens动作捕捉设备去获取真实准确的数据用于数据分析。
综合分析，OWAS，RULA和全身快速分析（Rapid Entire Body Assessment，REBA）3种不同的姿势分析方法适用于不同的维修作业，需要准确分析出不同分析方法之间的区别，才能根据具体的维修作业选择出最佳分析方法，实现对维修作业风险值的准确分析。
1 试验系统设计
1.1 试验硬件设备
本试验中主要运用惯性动作捕捉设备Xsens去获取精准的运动数据。先将动作捕捉设备中的接收发射信号设备通过路由器与工作站相连，穿着特制的动作捕捉衣进行正常的机务维修操作。信号连续地发射与接收、分析、计算，就获取了连续的数据信息。
1.2 试验场景
对停机坪的波音727-200F进行了相关维修检查，维修试验人员身着动作捕捉设备完全按照自己正常的维修习惯进行自然维修，对波音727-200F飞机展开了更为详细维修作业录制，其中，包括主起落架舱内管路施工，主起落架、飞机主轮和刹车盘的目视检查，以及前起落架区域的目视检查。
2 维修任务的人机工效学分析模型
2.1 OWAS模型
首先，进行工作姿态分析OWAS值分析，OWAS值分析的机理是将任一时刻的工作姿势分为5个部分，包括为头、背部、手臂、腿部与负载;其次，对每个部位的姿势进行编码，从而得到一组可以描绘某一时刻姿势的4位数编码;最后，根据该模型给出的评判依据去给出相应的评分。图1为姿势分类的標准，图2为风险值评判标准，它的使用方法是根据图2得出的4位姿势编码在图3中对应的风险值，不同的风险值代表着不同的风险等级，如表1所示。
2.2 RULA模型
利用RULA对机务维修任务仿真进行分析。RULA的评估机理主要是评估大臂、小臂、手腕、颈部、身躯、腿部在不同工作姿势下不同角度的得分，根据表2判定规则得到关节初始风险值（确定A，B得分），根据负载和肌肉使用情况确定中间分数（确定C，D得分）;最后通过中间分数计算最终风险值。
2.3 REBA模型
利用REBA对机务维修任务仿真进行分析。REBA的评估侧重于上肢下肢频繁作动的工作任务，它的机理与RULA的评估机理基本相同，不同点是它们的评分标准不同（见表3），下半身影响因子所占比重增大，所以导致最后的分析结果不同。
3 实例验证及其分析
3.1 不同作业维修任务的姿态分析
在穿戴Xsens动捕设备的情况下，分别对B727主轮舱的上部管路、主轮舱的下部管路、主起落架和前起落架进行了自然机务维修试验，将得到的运动数据进行OWAS，RULA，REBA人机功效学的分析，结果如表4所示。
3.2 OWAS和REBA的相对分析
在OWAS分析标准中，关节编码直接得到任务的风险等级，REBA分析标准中要根据各个关节的角度大小和扭转程度共同确定风险值，再通过风险值确定风险等级。两者都是分析全身姿势的标准，应呈现是正相关，如图3所示，为4种作业下任务评分的总和，通过图3分析出OWAS和REBA是呈现正相关的趋势，因此，可以验证出REBA系统的准确性和可用性。
在作业1和作业2的数据分析中，通过大量的实验数据可以得到，许多维修任务姿势在REBA的分析标准中归为高风险等级时，在OWAS分析标准中有可能处于低风险等级。因此，在全身分析标准中，OWAS和REBA相比，OWAS低估了部分姿势的相关风险。
3.3 RULA和REBA的相对分析
在REBA系统对作业1的分析中，降低的上半身关节得分的权重，加入了更多腿和膝关节对风险评分的影响，因此，在REBA中，作业1并不是风险最高的维修任务。通过多组试验人员对进行两组维修任务的主观感受，作业3比作业1的难度更大、舒适度更低和对人体损伤风险更大。因此，RULA和REBA相比，RULA低估了下半身对维修任务的影响，从而影响整体风险评估的准确性，试验人员的主管感受与REBA的评估结果一致。
在RULA标准中，各个关节评分标准、附加分的计算、最终风险评分的计算和风险等级的划分原理大致相同，但是RULA对于下肢的评判标准太模糊、不准确且占比较小，而REBA就综合全身关节角度且得合理分配关节权重，在全身动作较多的航空维修过程中，REBA方法是最佳选择。 4 結语
（1）通过分析OWAS和REBA对所有维修任务作业评分的分布图，验证了OWAS与REBA评分呈现正相关性和REBA人机工效学系统的有效性，另外，OWAS评判标准过于模糊，主观臆断对评估结果的影响较大且存在低估部分姿势的风险。
（2）通过对落架舱内头顶管路施工和主起落架、飞机主轮和刹车盘的目视检查进行RULA和REBA对比分析，验证了全身动作较多的航空机务维修任务更适合用REBA分析标准。
[参考文献]
[1]钟思武，曲颖，王忠旭.工作相关肌肉骨骼疲劳与损伤相关生物标志物研究进展[J].职业与健康，2018（21）：3012-3018，3022.
[2]吕庆文，樊树海，赵玲玲，等.JACK交互式实验平台的设计与开发[J].实验技术与管理，2019（12）：120-122.
Research on aviation maintenance risk analysis method
Cheng Shenglong
（Aeronautical Engineering College， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）
Abstract：The risk assessment of aviation maintenance tasks cannot be quantified. Therefore， this paper chose to use motion capture equipment to obtain motion data. Through numerical analysis of motion data， the rapid upper limb assessment， the rapid entire body assessment， and the Ovako working posture analysis system is implemented. Study the differences and connections of different analysis methods， and select the most appropriate analysis method for risk assessment of aviation maintenance tasks. The goal is to proactively reduce the risk to ergonomics， the cost of injury to the crew and compensation.
Key words：motion data; analysis criteria; informatization; task risk assessment
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