基于灰色关联分析的仰焊作业工效学参数优化研究及其对肌肉骨骼疾病的预防意义

针对仰焊作业中因不良姿势导致的肌肉骨骼疾病(WMSDs)风险，研究人员采用L27 正交阵列设计和灰色关联分析(GRA)，优化了肩角(115-125°)、肘角(30-40°)及腕部中立位(A2 B3 C2 )，显著降低握力、任务时间和不适评分。该研究为改善焊接作业安全性与工效学设计提供了量化依据。

　　

仰焊作业是工业制造中不可或缺的工艺，但长期保持手臂抬高的姿势会导致工人肩部、肘部和腕部承受巨大压力。据统计，焊接工人中高达60%面临肌肉骨骼疾病(WMSDs)风险，主要表现为上肢疲劳、慢性疼痛和运动功能下降。这种职业健康危机源于工作站设计缺陷、重复性动作和静态姿势负荷，不仅影响工人健康，还会降低生产效率。然而，现有研究对仰焊场景下关键关节角度的定量优化仍存在空白，特别是缺乏多目标决策方法的应用。

为解决这一难题，来自阿利加尔穆斯林大学机械工程系的研究团队在《Journal of Biomechanics》发表了一项创新研究。该研究首次将灰色关联分析(GRA)与TOPSIS多准则决策方法相结合，系统评估了肩角、肘角和腕部位置对焊接作业的复合影响。通过建立27组正交实验，量化分析了这些参数与握力、任务时间、不适评分和肩痛的关联性，最终确定了最优姿势组合。

研究采用三大关键技术：1) L₂₇
正交实验设计，考察三个因素三个水平（肩角：95-105°、115-125°、135-145°；肘角：15-25°、30-40°、45-55°；腕部姿势：内旋/中立/外旋）；2) 灰色关联分析(GRA)将多目标响应转化为单一关联度值；3) TOPSIS方法验证排序一致性。实验对象为当地小型工业企业的熟练焊工，确保数据真实性。

【结果】
输入变量分析显示：肩角115-125°时握力降低12.7%，任务时间缩短19.3%；肘角30-40°范围内各指标波动最小；腕部中立位显著降低肌肉负荷。

主要效应图表明：肩角对任务时间影响最大（贡献率38.6%），肘角主导握力变化（32.1%），腕部姿势决定不适评分（29.3%）。

GRA最优组合A₂
B₃
C₂
（肩115-125°、肘15-25°、腕中立位）使综合性能提升23.4%，经TOPSIS验证具有95%一致性。

【讨论】
研究发现肩角超过125°会导致三角肌激活度骤增，与KADEFORS等1976年发现的supraspinatus肌疲劳机制形成互补。腕部非中立位会引发腕管综合征风险，印证了Dev等2018年关于姿势改良必要性的结论。

研究创新性体现在：首次量化了关节角度协同效应——当肩肘角度协同优化时，握力波动降低41%；建立了WMSDs预防的工效学阈值体系，为工作站设计提供标准。

【结论】
该研究证实：1) 115-125°肩角可平衡力矩与肌肉激活；2) 动态作业中30-40°肘角最稳定；3) 腕部中立位是预防神经压迫的关键。这些发现为ISO 11228-3标准修订提供了实证依据，尤其适用于中小型焊接车间。未来研究需结合EMG信号和长期跟踪，以完善动态作业模型。