河北工业大学 2020 届本科毕业论文
毕业设计（论文）外文摘要
Title
Research on Environmental Improvement of Processing
Workshop of A Furniture Factory Based on Human Factors
Engineering
Abstract
With the development of human factors engineering disciplines, more and
more companies have applied relevant knowledge of human factors
engineering in the process of production and management, and have
achieved quite good results. However, small furniture manufacturers
still pay too little attention and use of human factors engineering.
This article takes A furniture factory as the research object, provides
a production environment optimization strategy for a small traditional
furniture manufacturing, applies human factors engineering theory to the
improvement of the working environment of the workshop, reduces the
enterprise while improving the quality of products and the work
efficiency of employees the cost of. Provide solutions to the factory
that take into account both economics and effectiveness, and help
enterprises.
At the beginning, the paper introduced the research status at home and
abroad， introduced the relevant theoretical methods involved in the
paper, and then analyzed the production status of the furniture factory
workshop， and measured the data of environmental factors such as
microclimate environment, lighting environment, and sound environment.
Also considered the seat comfort and labor intensity of workers. By
analyzing the measured data, I found the cause of the problem, and then
I implemented corresponding improvement measures for the problematic
workshop, and conducted a qualitative and quantitative analysis of the
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improved environmental effect. Through the research in this article, I
have proposed workshop environment improvement measures for A furniture
factory to improve the workshop environment of the factory, thereby
improving the comfort, work efficiency and loyalty of the workers in the
workshop. At the same time， it is also practically applied to small and
medium-sized furniture companies for human factors Provides a certain
reference direction in the production environment.
Keywords：Human factors engineering
environment
working space
labor intensity analysis
micro
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1 相关理论方法介绍
1.1 微气候
微气候泛指工作场所的气候条件，包括空气的温度、湿度、气流速度 （风速）、通透性
和热辐射等因素。其中，气温是微气候环境的主要因素，直接影响人的工作情绪、疲劳和身
体健康。和倍受关注的环境问题一样，微气候也开始凸显出其重要性，微气候不仅影响着人
们的生产、生活和健康的方方面面，并且在很大程度上决定了人们生活质量的优劣。
1.2 CFD
CFD，英语全称(Computational Fluid Dynamics）。CFD 是近代流体力学，与数学和计算
机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。它利用计算机，对流体力学中的控
制方程借助偏微分方程数值解的理论进行离散，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算
机模拟和分析研究，用来解决各种实际问题。CFD 在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力
学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。
本文中利用 CFD 来解决计算传热问题，计算传热问题的原理是用数值方法求解非线性联
立的质量、能量、组分、和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质
等过程的细节。
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2 A 家具厂现状及问题
2.1 企业现状
A 家具厂坐落于美丽的燕山山脉脚下，厂区占地面积 20000 平方米，职工 200 余人，是
研发，设计、生产、销售实木家具，实木门的现代化企业。A 家具厂在实木家具手工制造方面
有着十分丰富的经验，跟随着传统制造业现代化改革的浪潮，工厂也逐渐引进了先进的生产
线，但总的来说，工厂的生产能力和生产线水平都处于一种比较落后的状态。
企业家具生产流程包括粗加工，精加工，喷漆，组装，四道工序。这四道工序分别在粗
加工车间，精加工车间，组装车间，油漆车间进行，车间布置图如图 3-1 所示。粗加工需要
按照图纸要求，将采购的原木和板材用台式电锯切割，并保留加工余量，下料时，要按图纸
及规定计算出下料尺寸，并在台锯上固定标尺，然后按开关打开电锯，将原材料放在台上，
手推锯台，将原材料切割，由于锯片在高速转动切割，所以要用力按住木料并克服阻力向前
推，很费力。之后需要将粗材料放入车刨机进行车刨，使尺寸更贴近成品要求，各表面更加
平整，但仍要保留少量的加工余量。
精加工车间
间区
油漆车间
区
原材料
粗加工车间
区
组装车间
原材料库
图 2-1 A 家具厂车间分布图
精加工是将车刨完的材料，进行手工加工，有钻孔、钉卯、小件组装、精加工等工序。
钻孔时，先要测量划线确定孔位，再根据图纸要求，选择合适的刀头，进行钻孔。钉卯过程
中，由于实木家具所用金属制品较少，所以很多都是用木棒木楔或者一些特殊榫卯结构进行
固定。固定前需要涂乳胶，使其固定的更牢固。小件组装适用于椅子、沙发等家具的部分结
构进行预先组装，组装过程基本用无钉榫卯结构或直接用各种螺钉进行固定。之后再对材料
进行打磨使木料光滑尺寸更合适，这两项工工艺要求较高，需要比较专业，经验较为丰富的
工人进行操作
喷漆的顺序为先底漆，再打磨，后面漆，再烘烤晾干。由于油漆过程要求较高，对身体
也有一定危害，为了保证环保排放达标，厂内采用了新型环保立体式油漆房，立体排风，地
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面下有流动水吸收油漆，虽然设备花费较高，但是效率和安全性都有了保障。组装生产工艺
流程的最后一步，将油漆后的部件组装到一起，形成成品。组装工序相对简单，所以没有雇
佣专门的工人进行组装，而且随着宜家为首的用户自组装型家具的流行，大家对自己组装家
具这一形式越来越接受，现在厂内一些小型家具省去了组装的过程。
A 家具厂的人员构成较为简单，家具厂没有中层管理人员，直接由厂长管理下属几十名
员工。工厂内除了雕刻，喷漆等少部分工种外，大部分工种的技术要求并不高，且低技术工
种的人员流动性很强，平均工作时长在 2-3 年左右。这种现象的出现主要是由于同类的家具
数量越来越多，工厂之间竞争越来越激烈的同时，也导致工人在工厂之间跳槽的现象比较明
显。为了留住厂内的工人，提高工人的忠诚度与工作效率，A 工厂希望在对工人薪金保持不变
的情况下，提升工作车间环境质量，从而提升工人在工作时的舒适度，是 A 家具厂对工人更
具有吸引力。
2.2 遇到的问题
通过简单的调研之后，发现企业车间中存在着一系列问题
问题 1 在加工区域有温度过高的现象，在夏天容易产生生产隐患，加工区域湿度过低，
存在一些生产危险。
为了了解车间内的温度情况，我对各个车间的温度情况进行测量。我在距主要发热源 50cm
处取 5 个点，在这五个点对温度进行测量，之后在相应车间取 9 个点，在这 9 点测量温度并
取平均值，测量结果表 2-1 所示
表 2-1 车间温度测量结果表
测量车间
测量次数
平均温度
平均风速
粗加工车间
10
18.5
0.4
精加工车间
10
17.8
0.3
组装车间
10
18.0
0.4
喷漆车间
10
17.6
0.5
工作的电锯周围
10
22.3
0.5
由于干、湿球温度计受风速及测量环境的影响，在相同的空气状态下，可能会出现不同
的湿球温度的数值。为此，应防止干、湿球温度计与周围环境之间的辐射换热，以及保证 4
m/s 以上的风速。这样测得的 tw（英文全称：wet-bulb temperature，热力学湿球温度是指
在绝热条件下，大量的水与有限的湿空气接触，水蒸发所需的潜热完全来自于湿空气温度降
低所放出的显热，当系统中空气达饱和状态且系统达到热平衡时系统的温度。）值，才能非
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常接近绝热饱和温度的值，否则就会产生较大的误差，所以没有测量车间的湿球温度。油漆
车间对通风要求较高，导致车间气温较低，表中粗加工车间温度较高，经分析得出温度高的
主要原因电锯的工作。于是对电锯周围进行了测量，结果也放在了表格中。由于疫情原因厂
内运行的设备较少，正常运行状况下温度会更高。鉴于测量时间在三月，当时户外温度 14 度，
等到夏季车间内的温度会对工人产生较大的不适感。
3.对 A 家具厂车间环境问题的分析
3.1 加工车间微气候问题的分析
对车间温度的数据分析之后我们发现，粗加工车间的温度处于较高的水平，而且电锯旁
的温度会更高。由于是在冬天测量的温度，所以这两处温度也只有 18.5 和 22.3 度，难以清
晰地反映出车间的温度问题。所以我们采用其他方式对温度问题进行分析，利用 CFD 技术对
夏季车间温度情况进行仿真。利用 Gambit 软件进行 CFD 的前处理，利用 fluent 软件进行求
解和后处理。
3.1.1 车间温度仿真前处理
首先，观察车间设备的分布，画出粗加工车间的俯视图，如图 4-1 所示，之后根据俯视图
数据，在 Gambit 软件画出车间布局，之后绘制网格。最后，在软件中标注进风口（进风口在
距离左边 1.5m 处，长 0.25m，出风口长度与进风口相同在对面与进风口对应），电锯等设备
类型。成果图如图 3-2 所示。
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图 3-1 车间设备布局图
图 3-2 Gambit 车间布局网格图（改进前）
3.1.2 车间温度仿真求解和后处理
车间温度仿真求解和后处理都是在 fluent 软件中进行，首先打开预先设定好的网格图，
设置车间设置的各种参数，如进风口温度、风速等，车间设备参数如表 3-1、3-2 所示。
表 3-1 车间设备参数设置图
设备名称
表面对流传热系
产热率
机器外表温度
数
W/ m3
℃
W/ ( m2 * K)
立式电锯
80
50
27
封边机
80
50
25
切割机
80
50
25
开料机
80
50
25
表 3-2 进风口参数设置图
名称
进风口
风速
进风温度
m/s
℃
2
23
8
参数设置好之后，进行初始化，观察到收敛到 10 ，可以进行运算。计算之后，打开温
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度分布图，如图 3-3 所示，我们可以观察到在立式电锯周围温度在 25 度以上，部分区域达到
了 26 度，甚至影响了其他设备散热，而且车间的通风系统也没有得到很好的利用，需要对车
间设备位置进行调整，并改进车间通风系统。
图 3-3 Fluent 车间温度分布图（改进前）
4 针对 A 家具厂车间环境问题的解决方案
4.1 加工车间微气候问题解决方案
为了解决粗加工车间可能出现的夏天温度过高问题，我针对改善散热方式方向进行了两
种改进。
1.增大设备之间的空间
之前粗加工车间设备之间的距离很小，在夏天和容易引起热量的堆积，不仅会引起人身
体的不适，还会给车间带来一定的生产隐患，于是我增大了各个设备之间的距离，尤其是立
式电锯与其他设备之间的距离（这个改进也帮助解决了车间的噪声问题），改进之后的车间
设备布局图如图 4-1 所示。
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图 4-1 车间设备布局图（改善后）
2.在重要产热源旁放置电扇
立式电锯是粗加工车间的主要产热源，尽管增大了设备之间的距离，但是由于场地和工
序的限制，立式电锯与原材料区的距离是较短的，为了减少安全隐患和进一步降低车间温
度，我在立式电锯旁放置了一台电扇，及时的降低设备的温度。
5 效果分析
5.1 车间微气候问题改进措施的效果分析
我们采用和之前的一样方法，利用 Gambit 和 Fluent 软件对改进之后的粗加工车间温度
进行仿真，首先根据现在的车间设备布局绘制网格图，如图 5-1 所示。
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图 5-1 Gambit 车间布局网格图（改进前）
在保证其他因素不变的情况下，改变车间设备布局，在立式电锯旁增加一个电扇风速设
定为 2m/s，温度设定为 22 度。经过前处理，求解，后处理过后，绘出温度分布图如图所
示。
图 5-2 Fluent 车间温度分布图（改进后）
从图 5-2 中我们可发现，经过针对微气候的改善之后，通风系统也也更加合理，电锯周
围和粗加工车间的温度与之前相比大约下降了 2~3 度，粗加工车间温度问题得到了一定程度
解决。
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结 论
（1）论文总结
本文的研究平台为 A 家具厂，在不影响其企业正常生产的情况下，以经济性原则为基础，
运用人因工程知识对车间环境进行改善，本文重点做了如下几件工作。
1）通过观察车间现场的情况，对车间环境数据进行初步的收集和整理。结合所学知识和
查阅的资料，找出车间环境现存的问题，并未后续的原因分析和解决措施做铺垫。
2）先计算可以量化的数值并与国家标准进行比对，找出不合标准的数值，之后通过运用
图表法、等研究方法，分析具体问题产生的原因
3）结合车间现有环境条件，和已分析出的问题成因，结合厂方的意见思考出合理的解决
措施，并思考解决措施的可行性如何，与厂方商量之后，选取一部分措施现在施行，施行期
间同时收集改进后的车间环境数据，并与之前的数据进行比对，仔细分析异同。
4）我们通过分析措施施行前后的数据的变化，来判断改进是否有效。
（2）研究展望
通过以 A 家具厂车间现场环境为平台来完成本次研究课题，在较好地完成了课题的研究
的同时，自身也能够在具体生产中利用自己学到的理论和方法，对今后的工作有很大的帮助，
但囿于受到设备，时间限制，专业知识不足，和季节原因的影响，使得研究过程中出现一些
问题，对存在的问题进行下述分析：
1）由于购买的温度计不能测湿球温度，导致无法对微气候因素中的湿度进行测量，同时
也意味着无法测出车间内的不舒适指数，也失去了一个重要的为环境感知指标。
2）粗加工车间夏季温度很高，但是本人去实习考察的时间正处于冬季，难以得到夏季车
间内的具体数据，尽管我通过结合机器静止与工作时的温度差和夏季平均温度，和车间夏季
温度仿真，对夏季车间温度情况有了一个大致的了解和估测，但是和实际情况还是有一些出
入的。并且在最后的成果分析环节也难以对现在的车间环境采取措施（如开窗通风，这个措
施在夏冬两个季节对车间温度的影响是有相当大差距的）所以对最后结论得出，有一定的影
响。
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参考文献
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