الإرجونوميكس المعاصر: تمكين التقنيات الحديثة للمشغل الذكى خلال عصر الثورة الصناعية الرابعة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

أستاذ مساعد بقسم التصميم الصناعى، كلية الفنون التطبيقية، جامعة بنها

المستخلص

أحدثت الثورة الصناعية الرابعة Industry 4.0 نمواً تكنولوجياً سريعاً وتطوراً فى بيئات وعمليات التصنيع المختلفة، وتحولت نظم التصنيع من يدوية إلى آلية وحدث تقدم فى الأدوات والتكنولوجيات المستخدمة فى التصنيع، وأتاح هذا التقدم التكنولوجى أن تكون عمليات التصنيع أكثر فاعلية وكفاءة، حيث تم إستخدام تقنيات مساعدة مختلفة فى عمليات التصنيع مثل الواقع المعزز، والواقع الافتراضى...الخ، والتى كانت بمثابة عوامل مساعدة فى بيئات عمل الثورة الصناعية الرابعة، إلا أن إستخدام هذه التقنيات المساعدة أدى لحدوث تغييرات فى نظم العمل والعمل البشرى human work بالإضافة لظهور مفهوم المشغل 4.0، وقد إهتم الإرجونوميكس بإعتباره أحد العلوم الأساسية فى التصميم بدراسة تفاعل العاملين – التكنولوجيا بهدف تحسين كلاً من كفاءة أداء النظام بشكل عام ورفاهية هؤلاء العاملين فى بيئات العمل المختلفة، والعمل على ملاءمتهم لتلك البيئات من النواحى البدنية والنفسية الإجتماعية، إلا أنه ومع إستخدام تلك التقنيات المساعدة فى فى بيئات العمل والتى أثرت بشكل كبير فى تعديل وضع ومهام العاملين فى بيئات التصنيع، فقد ظهرت الحاجة إلى ضرورة تحول إهتمام الإرجونوميكس نحو التركيز على تحسين المهارات المعرفية للعاملين فى تلك البيئات لمعالجة الكثير من المعلومات، ويهدف هذا البحث لعرض كلاً من مفهوم المشغل 4.0 وإيضاح وظائف العاملين وتفاعلهم مع بعض تلك التقنيات المساعدة المستخدمة فى بيئات عمل الثورة الصناعية الرابعة، والأنظمة السيبرانية الفيزيائية cyber-physical فى تلك البيئات التفاعلية.
يعمل الإرجونوميكس كعلم بينى متداخل بين تخصصات عديدة، على قدرات وحدود البشر، لتحسين تفاعل المستخدمين مع المنتجات والنظم والبيئة، وتقليل أو منع حدوث إية أخطار أو إصابات للمستخدمين لأدنى حد، لذا فقد كان يتم تطبيقه بشكل أساسى على جميع الجوانب التى تتضمن تفاعل الإنسان-الآلة.
وقد مر الإرجونوميكس بالعديد من المراحل منذ نشاته فبين أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين إهتم بتدريب المشغلين ليلائم إستخدام الآلات، وركز خلال تلك الفترة [1] على علم النفس psychology، ومنذ الحرب العالمية الثانية حتى فترة الستينيات كان الإهتمام بعلم الفسيولوجى والأنثروبومترى والميكانيكا الحيوية فى الدراسات الإرجونومية، وأصبحت عملية جعل ميكنة وإجراءات التصنيع تلائم إحتياجات العاملين من الأمور الهامة ومتطلبا أساسياً، وبداية من فترة الستينيات حتى الآن إهتم الإرجونوميكس بدراسة نظام (الإنسان – الآلة - البيئة) على أنه كيان واحد، حيث إستخدامه خلال عمليات الإنتاج والتصنيع، لذا يعتبر الإرجونوميكس أحد أحجار الزاوية فى نظم الانتاج والصناعة.
وقد أحدثت الثورة الصناعية الرابعة Industry 4.0 نمواً تكنولوجياً سريعاً وتطوراً فى بيئات وعمليات التصنيع المختلفة، وتحولت نظم التصنيع من يدوية إلى آلية وحدث تقدم فى الأدوات والتكنولوجيات المساعدة المستخدمة فى التصنيع مثل الواقع المعزز، والواقع الافتراضى...الخ [3]، إلا أن إستخدام هذه التقنيات المساعدة أدى لحدوث تغييرات فى نظم العمل والعمل البشرى human work، حيث أثرت بشكل كبير فى تعديل وضع ومهام العاملين، وظهرت الحاجة لجيل جديد من العاملين تم تسميتهم بالمشغل 4.0 وهو عامل ذكى يمتلك القدرة على التعامل مع الأنظمة الفيزيائية الإلكترونية البشرية التى تتيح له التعاون مع تلك التقنيات الحديثة والروبوتات [2].
مشكلة البحث Statement of the problem:
دائماً ما يأتى تقدم العلوم وتقنياته المساعدة بالعديد من الإيجابيات والسلبيات، والتطور التكنولوجى الحاصل منذ بداية الثورة الصناعية الرابعة أدى إلى تطور جميع علوم المتعلقة بتصميم المنتجات على وجه الخصوص، وكان لعلم الإرجونوميكس النصيب الأكبر فى هذا التطور، خاصة أنه متعلق بالتصميم من أجل البشر وتعزيز مفاهيم عديدة مثل الإستعمالية، وتكون مشكلة البحث متمثلة فى القصور الحادث فى العديد من فروع التصميم والصناعة التى قد لا تواكب تقنيات الثورة الصناعية الرابعة، بما فيها من أدوات حديثة، وكذلك العمال المعنيين بتلك العملية الصناعية غير قادرين على إستيعاب التكنولوجيا ومستحدثاتها، ويركز البحث على التعريف بتلك التقنيات الحديثة التى أدت إلى تطور العامل البشرى معها وظهور المشغل 4.0 أو المشغل الذكى، والمدعوم من الصناعة 4.0 داخل بيئة العمل بشكل تفاعلى.
هدف البحث Objective:
يهدف البحث لعرض بعض تقنيات الثورة الصناعية الرابعة 4,0 المساعدة وإيضاح وظائف العاملين وتفاعلهم مع تلك التقنيات وشرح علاقة تقنيات الصناعة 4.0 بتطوير قدرات المشغل المعرفيه والحسيه والبدنية والتفاعلية.
أهمية البحث Significance:
تحسين المهارات المعرفية للعاملين فى بيئات عمل الثورة الصناعية الرابعة لمعالجة الكثير من المعلومات فى بيئات التصنيع وكذلك العمل على ملاءمة العاملين لتلك البيئات من النواحى البدنية والنفسية الإجتماعية.
منهج البحث Methodology:
إعتمد البحث على المنهج الإستقرائى لدراسة المشكلة، وتحقيق فرض البحث، وبيان أهميته.

الكلمات الرئيسية


Ahmed, ElSamany AbdElmoteleb, Dawood, Mina Eshaq Tawfilis, & Ebrahim, Omar Mohamed Ahmed. (2022). Ergonomics For Upgrading User Experience and Improve Usability. Alqulzum Scientific Journal, 13. Article 5. 93-110.
Aiello, G., Catania, P., Vallone, M., & Venticinque, M. (2022, February). Worker safety in agriculture 4.0: A new approach for mapping operator's vibration risk through Machine Learning activity recognition. Computers and Electronics in Agriculture, 193, 106637. doi:10.1016/j.compag.2021.106637
Amer, Ayman Mouhamed Afifi, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2020). Robot Ergonomics: A cognitive scenario of the new Behavioral Objects. International Design Journal, 10 (3). Article 26. 319-331. DOI: 10.21608/idj.2020.96353
Arkouli, Z., Michalos, G., & Makris, S. (2022). On the selection of ergonomics evaluation methods for human centric manufacturing tasks. Procedia CIRP, 107, 89-94. doi:10.1016/j.procir.2022.04.015
Baker, J. D. (1994, July). Effects of Industry 4.0 on Human Factors/Ergonomics Design in 21st Century. Ergonomics in Design: The Quarterly of Human Factors Applications, 2, 6-38. doi:10.1177/106480469400200303
Bortolini, M., Faccio, M., Galizia, F. G., Gamberi, M., & Pilati, F. (2021, January). Adaptive automation assembly systems in the industry 4.0 era: A reference framework and full–scale prototype. Applied Sciences, 11, 1256. doi:10.3390/app11031256
Broday, E. E. (2021, August). Participatory Ergonomics in the context of Industry 4.0. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 22, 237-250. doi:10.1080/1463922x.2020.1801886
Cimini, C., Lagorio, A., Romero, D., Cavalieri, S., & Stahre, J. (2020). Smart logistics and the logistics operator 4.0. IFAC-PapersOnLine, 53, 10615-10620. doi:10.1016/j.ifacol.2020.12.2818
Cunha, L., Silva, D., & Maggioli, S. (2022, September). Exploring the status of the human operator in Industry 4.0: A systematic review. Frontiers in Psychology, 13. doi:10.3389/fpsyg.2022.889129
Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2017). 4D Ergonomics Modeling in the Interaction Design field. Unpublished Master Thesis. Arab Republic of Egypt: Faculty of Applied Arts, Helwan University.
Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2021a). The Impact of Interaction Design in Innovating a Scenario of Robot Ergonomics. Unpublished Ph.D. Thesis. Arab Republic of Egypt: Faculty of Applied Arts, Damietta University.
Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2021b). Robot Ergonomics: Giving the Behavioral Objects a dynamic presence. International Design Journal, 11(5). Article 23. 293-304. DOI: 10.21608/idj.2021.191705.
de Bono, J. S., Adjei, A., Attard, G., Pollak, M., Fong, P., Haluska, P., . . . Gualberto, A. (2007, June). Evaluation methods of ergonomics constraints in manufacturing operations for a sustainable job balancing in industry 4.0. Journal of Clinical Oncology, 25, 3507-3507. doi:10.1200/jco.2007.25.18_suppl.3507
Elfar, Mayssa Ahmad Ali, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2023). Using Artificial Intelligence for enhancing Human Creativity. Journal of Art, Design and Music, 2(2). Article 3. 106-120.  DOI: https://doi.org/10.55554/2785-9649.1017.
Elgazzar, Mahmoud Ahmed Gouda, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2023). Usability: Improving UI/UX in Design by challenges of Materials Innovations. International Design Journal, 13(1). Article 3. 37-56. DOI: 10.21608/IDJ.2023.276010.
Enrique, D. V., Druczkoski, J. C., Lima, T. M., & Charrua-Santos, F. (2021). Advantages and difficulties of implementing Industry 4.0 technologies for labor flexibility. Procedia Computer Science, 181, 347-352. doi:10.1016/j.procs.2021.01.177
Evangelista, A., Manghisi, V. M., Romano, S., Giglio, V. D., Cipriani, L., & Uva, A. E. (2023). Advanced visualization of ergonomic assessment data through industrial Augmented Reality. Procedia Computer Science, 217, 1470-1478. doi:10.1016/j.procs.2022.12.346
Forsythe, C., Bernard, M., Xavier, P., Abbott, R., Speed, A., & Brannon, N. (2003). Using psychologically plausible operator cognitive models to enhance operator performance. Using psychologically plausible operator cognitive models to enhance operator performance. American Psychological Association (APA). doi:10.1037/e577042012-011
Gašová, M., Gašo, M., & Štefánik, A. (2017). Advanced industrial tools of ergonomics based on Industry 4.0 concept. Procedia Engineering, 192, 219-224. doi:10.1016/j.proeng.2017.06.038
Gazzaneo, L., Padovano, A., & Umbrello, S. (2020). Designing smart operator 4.0 for human values: a value sensitive design approach. Procedia Manufacturing, 42, 219-226. doi:10.1016/j.promfg.2020.02.073
Gualtieri, L., Rauch, E., Vidoni, R., & Matt, D. T. (2020). Safety, ergonomics and efficiency in human-robot collaborative assembly: design guidelines and requirements. Procedia CIRP, 91, 367-372. doi:10.1016/j.procir.2020.02.188
Guerin, C., Rauffet, P., Chauvin, C., & Martin, E. (2019). Toward production operator 4.0: modelling human-machine cooperation in industry 4.0 with cognitive work analysis. IFAC-PapersOnLine, 52, 73-78. doi:10.1016/j.ifacol.2019.12.111
Kaasinen, E., Schmalfuß, F., Özturk, C., Aromaa, S., Boubekeur, M., Heilala, J., . . . Walter, T. (2020, January). Empowering and engaging industrial workers with Operator 4.0 solutions. Computers {&}amp$mathsemicolon$ Industrial Engineering, 139, 105678. doi:10.1016/j.cie.2019.01.052
Kadir, B. A., & Broberg, O. (2020, March). Human well-being and system performance in the transition to industry 4.0. International Journal of Industrial Ergonomics, 76, 102936. doi:10.1016/j.ergon.2020.102936
Kadir, B. A., & Broberg, O. (2021, April). Human-centered design of work systems in the transition to industry 4.0. Applied Ergonomics, 92, 103334. doi:10.1016/j.apergo.2020.103334
Kadir, B. A., Broberg, O., & da Conceição, C. S. (2019, November). Current research and future perspectives on human factors and ergonomics in Industry 4.0. Computers {&}amp$mathsemicolon$ Industrial Engineering, 137, 106004. doi:10.1016/j.cie.2019.106004
Kheiri, S. K., Vahedi, Z., Sun, H., Megahed, F. M., & Cavuoto, L. A. (2023, September). Human reliability modeling in occupational environments toward a safe and productive operator 4.0. International Journal of Industrial Ergonomics, 97, 103479. doi:10.1016/j.ergon.2023.103479
Lanzotti, A., Tarallo, A., Carbone, F., Coccorese, D., D’Angelo, R., Gironimo, G. D., . . . Papa, S. (2019, August). Interactive tools for safety 4.0: virtual ergonomics and serious games in tower automotive. 270-280. doi:10.1007/978-3-319-96077-7_28
Lanzotti, A., Vanacore, A., Tarallo, A., Nathan-Roberts, D., Coccorese, D., Minopoli, V., . . . Papa, S. (2020, November). Interactive tools for safety 4.0: Virtual ergonomics and serious games in real working contexts. Ergonomics, 63, 324-333. doi:10.1080/00140139.2019.1683603
Laudante, E. (2017, July). Industry 4.0, Innovation and Design. A new approach for ergonomic analysis in manufacturing system. The Design Journal, 20, S2724-S2734. doi:10.1080/14606925.2017.1352784
Laudante, E., & Caputo, F. (2016, June). Design and Digital Manufacturing: an ergonomic approach for Industry 4.0. doi:10.4995/ifdp.2016.3297
Löcklin, A., Jung, T., Jazdi, N., Ruppert, T., & Weyrich, M. (2021). Architecture of a human-digital twin as common interface for operator 4.0 applications. Procedia CIRP, 104, 458-463. doi:10.1016/j.procir.2021.11.077
Manghisi, V. M., Evangelista, A., & Uva, A. E. (2022). A Virtual Reality Approach for Assisting Sustainable Human-Centered Ergonomic Design: The ErgoVR tool. Procedia Computer Science, 200, 1338-1346. doi:10.1016/j.procs.2022.01.335
Manghisi, V. M., Uva, A. E., Fiorentino, M., Gattullo, M., Boccaccio, A., & Evangelista, A. (2020). Automatic ergonomic postural risk monitoring on the factory shopfloor‒the ergosentinel tool. Procedia Manufacturing, 42, 97-103. doi:10.1016/j.promfg.2020.02.091
Mark, B. G., Gualtieri, L., Rauch, E., Rojas, R., Buakum, D., & Matt, D. T. (2019, December). Analysis of user groups for assistance systems in production 4.0. doi:10.1109/ieem44572.2019.8978907
Mattsson, S., Fast-Berglund, Å., Li, D., & Thorvald, P. (2020, January). Forming a cognitive automation strategy for Operator 4.0 in complex assembly. Computers {&}amp$mathsemicolon$ Industrial Engineering, 139, 105360. doi:10.1016/j.cie.2018.08.011
Munoz, L. M. (2017). Ergonomics in the industry 4.0: Exoskeletons. Journal of Ergonomics, 08. doi:10.4172/2165-7556.1000e176
Munoz, L. M. (2018). Ergonomics in the industry 4.0: virtual and augmented reality. Journal of Ergonomics, 08. doi:10.4172/2165-7556.1000e181
Nada, Osama Ali ElSayed, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2022). Digital Twin: Methodologies for modeling the Work Environment during the Design and Development processes. International Design Journal, 12(5). Article 22. 225-242. DOI: 10.21608/IDJ.2022.260602.
Nada, Osama Ali ElSayed, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2023). Designing an adjustable electricity extension plug board to enhance the concept of Usability. Journal of Heritage and Design, 3(14). Article 1. 1-23.  DOI: 10.21608/JSOS.2022.131531.1195.
Nada, Osama Ali ElSayed, & Dawood, Mina Eshaq Tawfilis. (2023). Usability: A proposed framework to verify the effectiveness of GUIs design. International Design Journal, 13(5). Article 26. 383-400. DOI: 10.21608/idj.2023.312648.
Patle, D. S., Manca, D., Nazir, S., & Sharma, S. (2019, June). Virtual reality: A possibility for training operator 4.0. Virtual Reality, 23, 293-311. doi:10.1007/s10055-018-0354-3
Paul, G., & Briceno, L. (2022, June). A conceptual framework of DHM enablers for ergonomics 4.0. 403-406. doi:10.1007/978-3-030-74614-8_50
Pouyakian, M. (2022, November). Cybergonomics: Proposing and justification of a new name for the ergonomics of Industry 4.0 technologies. Frontiers in Public Health, 10. doi:10.3389/fpubh.2022.1012985
Protasenko, O., & Mygal, G. (2023, May). Ergonomics 4.0: digitalization problems and overcoming them. Municipal economy of cities, 3, 182-188. doi:10.33042/2522-1809-2023-3-177-182-188
Rapitsenyane, Y., Erick, P., Sealetsa, O. J., & Moalosi, R. (2023, April). The Impact of Organizational Ergonomics on Teaching Rapid Prototyping. 319-348. doi:10.1002/9781119836780.ch13
Rauch, E., Linder, C., & Dallasega, P. (2020, January). Anthropocentric perspective of production before and within Industry 4.0. Computers {&}amp$mathsemicolon$ Industrial Engineering, 139, 105644. doi:10.1016/j.cie.2019.01.018
Rocha, M. F., de Oliveira, K. F., Munhoz, I. P., & Akkari, A. C. (2019). Industry 4.0: technology mapping and the importance of cognitive ergonomics. International Journal of Advanced Engineering, Management and Science, 5, 296-303. doi:10.22161/ijaems.5.5.1
Romero, D., Bernus, P., Noran, O., Stahre, J., & Fast-Berglund, Å. (2016). The operator 4.0: Human cyber-physical systems & adaptive automation towards human-automation symbiosis work systems. 677-686. doi:10.1007/978-3-319-51133-7_80
Romero, D., Stahre, J., Wuest, T., Noran, O., Bernus, P., Fast-Berglund, Å., & & Gorecky, D. (2015). Towards a Human-Centred Reference Architecture for Next Generation Balanced Automation Systems: Human-Automation Symbiosis. 556-566. doi:10.1007/978-3-319-22759-7_64
Romero, D., Wuest, T., Stahre, J., & Gorecky, D. (2017). Social factory architecture: Social networking services and production scenarios through the social internet of things, services and people for the social operator 4.0. 265-273. doi:10.1007/978-3-319-66923-6_31
Rothrock, L. (2001, March). Operator 4.0 and cognitive ergonomics. International Journal of Cognitive Ergonomics, 5, 1-21. doi:10.1207/s15327566ijce0501_1
Salmon, P. M., Stanton, N. A., Walker, G. H., Hulme, A., Goode, N., Thompson, J., & Read, G. J. (2022, June). Agent-Based Modelling (ABM). Agent-Based Modelling (ABM), 253-269. CRC Press. doi:10.1201/9780429281624-17
Salmon, P. M., Walker, G. H., Read, G. J., Goode, N., & Stanton, N. A. (2017, January). Fitting methods to paradigms: are ergonomics methods fit for systems thinking? Ergonomics, 60, 194-205. doi:10.1080/00140139.2015.1103385
Scheffer, S., Martinetti, A., Damgrave, R., Thiede, S., & van Dongen, L. (2021, March). How to make augmented reality a tool for railway maintenance operations: operator 4.0 perspective. Applied Sciences, 11, 2656. doi:10.3390/app11062656
Segura, Á., Diez, H. V., Barandiaran, I., Arbelaiz, A., Álvarez, H., Simões, B., . . . Ugarte, R. (2020, January). Visual computing technologies to support the Operator 4.0. Computers {&}amp$mathsemicolon$ Industrial Engineering, 139, 105550. doi:10.1016/j.cie.2018.11.060
Stacey, L. (2021, March). A sociotechnical perspective of the Operator 4.0 factory: A literature review and future directions. Sociology Compass, 15. doi:10.1111/soc4.12864
Tarrar, M., Thorvald, P., Fast-Berglund, Å., & Romero, D. (2020). Challenges for the Operator 3.0 addressed through the enabling technologies of the Operator 4.0. 37-45. doi:10.1007/978-3-030-57997-5_5
Torrecilla-García, J. A., del Carmen Pardo-Ferreira, M., & & Rubio-Romero, J. C. (2014, August). Human-centred Innovations for Cognitive Ergonomics in Industry 4.0. 13-26. doi:10.1201/9781482295207-3
Torrecilla-García, J. A., Pardo-Ferreira, M. C., & Rubio-Romero, J. C. (2023). Cognitive Ergonomics Perspective to Boost Human-centered Innovations in Industry 4.0. 271-279. doi:10.1007/978-3-031-29382-5_27
Virmani, N., & Salve, U. R. (2023, November). Significance of human factors and ergonomics (HFE): mediating its role between industry 4.0 implementation and operational excellence. IEEE Transactions on Engineering Management, 70, 3976-3989. doi:10.1109/tem.2021.3091398
Wanasinghe, T. R., Trinh, T., Nguyen, T., Gosine, R. G., James, L. A., & Warrian, P. J. (2021). Human centric digital transformation and operator 4.0 for the oil and gas industry. IEEE Access, 9, 113270-113291. doi:10.1109/access.2021.3103680
Zizic, M. C., Mladineo, M., Gjeldum, N., & Celent, L. (2022, July). From industry 4.0 towards industry 5.0: A review and analysis of paradigm shift for the people, organization and technology. Energies, 15, 5221. doi:10.3390/en15145221
Zuehlke, D. (2012, July). Ergonomics 4.0: the role of human operator in the future smart production environment. 59-68. doi:10.1201/b12322-9