木工家具大規模生產下鋸斷類加工機具安全性設計之研究(上)

木工家具大規模生產下鋸斷類加工機具安全性設計之研究(上)

廖昭昌 1991/08

刊登於1991工業設計技術研討會論文集

 

摘要:  

「切削加工」是木工家具大規模生產中最主要的加工型態,使用的機具最多,可依加工型式分成鋸斷加工、成形加工和表面加工三大類。其中鋸斷加工因負責切除材料的不良點及割鋸家具組件中所需的適當長度、寬度、厚度,以供進一步成形加工所用,故鋸斷類加工機具成為木工家具廠必備的主力機器。據調查民國76年我國製造業之機械性災害發生件次佔全產業機械類總災害件次之80%,從勞保賠償資料分析得知製造業中又以木竹及非金屬家具製造業較為嚴重,因此鋸斷類加工機具之安全性設計應是當務之急。

 

    本研究從問題的了解與分析開始,探討鋁斷之加工原理、操作方式分析、產品結構與功能之關係,進一步從人因工程的觀點分析人、機、環三者之關係,探究有關操作安全性防護手段及誤操作之安全性防護設計,並參照先進國家標準,期能以安全性設計準則提供產品設計上之依循。

 

關鍵詞:產品設計、設計安全、家具加工、木工機具

1.前言

1.1木工家具生產規模化之趨勢

    二十世紀以來,木工家具的生產方式從個人的

手工藝、小型工廠的傳統手工業、到大製造廠的工

業化生產呈現抉速地改變。此種生產規模化的趨勢

乃起因於下列兩大因素群:

 

  (1).NEEDS因素群:

    ‧建築型態的改變,室內房間趨小

    ‧生活型態的改變,家具功能細化

    ‧婦女的就業率提高,家事分工效率化

    ‧經濟負擔廣且重,手工家具買不起

 

 (2).SEEDS因素群:

    ‧工業化生產技術抉速成長

    ‧德國工作聯盟成立之後,工業設計因應大量生產與專精分業的需要而與起

        這些因素促成簡潔的造形設計、標準化製造、物廉價美等大規模生產的家 

        具特色。【1

 

1.2 木工家具大規模生產之特質

 

    現代化的家具工業有別於傳統手工藝生產方式,其主要特質如下:        

   ‧使用重型大規模製造設備,如鋁切類、鉋削類、膠合類、雕刻類、層積、

       乾燥類、製鳩尾類、塗裝類等動力機具【2

  .‧重視生產工程,詳細規畫產品自工業設計圖完成到正式生產前的每ㄧ步 

       驟,包括配件組立圖的完成、材科研究、製造程序單、樣品試作、進料請

       購、決定生管批量、量試等工作【3  

   ‧組織分工下各部門功能區別明顯,作業員不需優越的手工藝,且失去個人

       的創作力,工作性質單調無趣,機械動力產生噪音與塵染   常使工廠發生

       職業性災害【4

 

       因此,木工家具大規模生產之特質乃是工業系統的特徵,此種環境下的機械性傷害必與工廠設備、廠房配置、人員技術訓練、製造程序、環境保護等多種因素相關。

 

1.3 木工家具製造業嚴重之機械性傷害

 

依據台閩地區勞保資料統計分析結果顯示:民國76年職業災害中以機械性災害最嚴重,佔總傷害之42.4%,其中製造業之機械性傷害發生件次超過一萬五千件,佔全產業機械性總災害件次之百分之八十。【5】有鑑於機械性傷害造成嚴重的損失,工業局乃積極加強工業安全衛生,輔導廠商改善機械之安全防護。又根據內政部勞工司在民國68年職業災害統計:製造業中又以木竹製品業及非金屬家具製造業較為嚴重,學者馬文松等人曾分析1989年行政院勞委會出版的1988年度勞工調查報告,指出木竹家具製造業之意外災害比率(2.2%)要比平均值高出近三倍(0.67%),而且,其中四分之三的機械性災害導因於夾捲和割切兩種意外,【6】由此可見,極嚴重之機械性傷害的木工家具製造業應以切削加工用之機具安全性設計改善為其要務。

 

2.鋸斷類加工機具之傷害分析

 

2.1家具加工機具之類別

 

木工家具大規模生產下各部門功能區別明顯,加工性質不同,採用之機器設備也就相當多樣,一般而言,櫥櫃加工部門(Cabinet Room)主要以切削加工為主的機器,如各式割帶鋸、鉋平機、車床、鑽床、雕刻機;膠合部門(Glue Room)則以膠合機、塗膠機、夾合機、熱壓機等主的機器;層積曲板部門(Panel & Benting Room)除了熱壓、塗膠外,還使用乾燥機、整邊機和拼板機以及輸送傳動類機具如輸送帶、送料機雙滾輪和傳動鏈條;終工部門(Finishing Room)有噴漆、乾燥、擦亮設備等。其中切削加工又可分為鋸斷加工、成形加工和表面加工三類,所謂鋸斷乃是將加工物分斷為二,又分鋸削型和無削型(如剪斷加工、雷射切割和水刀切割)。本文所要探究之鋸斷類機具依切割木紋方向可分橫割鋸(Cutoff Saw)和縱割鋸(Ripping Saw);依切具之種類可分圓盤鋸、帶鋸和線鋸;依切具與基座之結構關係形態可分立式(或吊式)、旋臂式和檯面式;依切具與加工物之接觸型式又可分上切下料、下切上料和前進切料三種。

 

2.2 機具操作傷害之類別

 

依據勞委會所製“勞工職業災害傷病、殘廢、死亡原因表”將原因分成二十一類,吾人可將之歸類為下列四大類:

(1)不當動作

 

(2)不佳環境或外力

   ‧溺水  ‧高/低溫   ‧有害物接觸

   ‧感電  ‧爆炸      ‧物體破裂

   ‧火災  ‧物體飛落  ‧物體倒塌  ‧被撞

 

(3)不良機械設計或操作

   ‧滾落   ‧跌倒    ‧衝撞

   ‧被夾捲 ‧刺割傷  ‧踩踏

 

(4)其它 

   ‧鐵公路交通事故

   ‧其它交通事故

   ‧無法歸類者

   ‧其它

 

其中第三項則屬於直接或間接操作機具所致之傷害,吾人若就機械結構中那一部份可能會導致何種性質之災害,則進可改良該部分之安全性設計,退可製作防護性圍欄或面罩以降低災害之損失。根據Booth的分析,將操作機具之災害型式分成五大類:(1.)7

(1). Traps(肢體被捲入或夾於轉動機構中)

(2). Impact(被移動中之機件撞到)

(3). Contact(觸及尖銳、粗糙、帶電或熱之機件)

(4). Entanglement(頭髮、領帶、袖子、手套及其他裝飾品纏住操作中之機件所致)

(5). Ejection(被噴出之鋸削、火花、廢材故障解體之機件所擊中)

 

        上述五種災害媒介物所產生的危險又可分為持續性和突發性危險兩類,前者伴隨著不當設計而來;後者則由於機件故障或裝機不當所致。

 

2.3傷害媒介物與對治策略分析

 

從職業災害的媒介物分析中,得知災害的類型,數年來無一變化。【8】由於木工家具製造業有著極嚴重之機械性傷害,為進一步了解傷害程度及傷害原因,民國78年勞委會與工研院乃合作研究此一課題,其期末報告指出,其中機械性傷害高達64%,而以被夾捲和被切割最為嚴重,(2)切割所造成的傷害又以鋸斷類機具的肇事次數最高,在傷害部位與機械類別的研究分析中,鋸斷類機具以手部傷害頻率最高,災害發生原因依肇事次數多寡排列分別是:操作不正確或錯誤操作、未設安全防護裝置、防護裝置不當或使用不當、操作不標準、機具動作異常及傳動系統異常等等。【9】吾人可就傷害之原因找出對治之策略如表1(1)

 

程度

傷害原因

對治策略

1

操作不正確

‧制定安全性操作規範

2

未設安全防護裝置

‧機械防護設計

‧附加防護裝置之使用

3

防護裝置使用不當

‧安全性操作之教育

4

操作不標準

‧安全性操作之教育

‧配合防護道具操作

5

工作或工具滑落

‧安全專業人員維護

‧機械安全設計

6

機具動作異常

‧機械安全設計

‧安全標示與警示系統

7

傳動系統異常

‧機械安全設計

‧安全標示與警示系統

1. 鋸斷類傷害原因對治策略分析

3.確保機械安全作業之總體策略

3.1 確保“無災害機械”作業之層屬理念

 

造成嚴重的機械性傷害的因素甚多,其中有屬人的:如操作者的疏忽與不當作業;有屬物的如機器的不良設計;也有屬環境的如廠房配置與工業安全系統不善設計。從系統層級的觀念分析之,則機械安全性的維護應由正確的操作方法、理想的機具設計、合理的作業環境和完善的工業系統等途徑達成,其層屬關係如下圖:(3)10

 

學者官政能以為產品最基本的條件是通過法規,又設計師基於設計道德與倫理責任感,超乎成本與法規之理念,在企業責任下所訂定的安全標準與執行安全之運作系統往往遠比基本法規嚴密,依其分析,確保產品安全之作業層屬關係圖如下。(4)11

 

筆者以為確保“無災害機械”之作業可分成理念的、教育的、法規的、設計的、管理的、操作的六級層次,此作業層屬關係圖如下。(5)

 

3.2維護機械安全作業之責任規範

 

根據勞工安全衛生法(80.4.30修正)第五條第一款規定;雇主有責任防止機械、器具、設備等引起之危害,此外,第六條規定雇主不得設置不符合防護標準之機械、器具供勞工使用,此乃法律上雇主對於機械安全作業應負的職(duties)與責(liabilities)。【12

 

3.2.2作業管理人員

 

根據勞工安全衛生法規定所定之勞工安全衛生設施規則,針對木材加工機械如圓盤鋸、帶鋸、剃鉋裝置….等多種機具指定安全性機構之型式,並要求作業管理人員執行四項有關安全之責任,包括指揮操作、檢查安全裝置、發現異樣採取措施、監視送料工具之使用等等。【13】此乃作業管理人員對於機械安全應負的法律責任。

 

3.2.3 貨品製造者

 

歐洲共同體(EEC)的指導法(Directive)明定貨品製造者(Producer of Article)對於不能提供安全性的劣品

(defective product)有絕對的責任;英國不成文法(所謂慣例法,Common law)以為操作疏忽或受傷害者,若由於產品品質不良或可預見不良效應所致,且有證據則

可提出控告。這是對貨物製造者的規範。

 

3.2.4賣主、進口商、製造供應商

 

英國的工廠法(Factories Act, 1961)也有類似我國勞工安全衛生法所定的雇主安全責任條款,但也另外要求販賣、租讓、租用動力機具者應該裝置必要的安全機構。1974年,英國制定的工作健康安全法(Health and Safety at Work Act)更明示設計師、製造商、進口商、供應商負有確保產品:(1)正常使用下的安全性;(2)通過必要的測試與檢驗;(3)提供有關安全使用的資訊與條件。由此可知,設計師既然在企業中被視為產銷的利器,也必須與企業主共負經營者的倫理責任。【14

 

3.3 工業設計師之倫理責任

 

工業設計師的職責,正如國際工業設計協會(ICSID)對工業設計一詞所作的定義一般:“在決定工業產品的真正品質俾達到生產者與使用者均表滿意之結果”。【15設計師的基本職責已隱涵對工業安全必要的道德責任和履行此一安全責任的勇氣,此一道德提供了引導創作評估的原則。

 

4.鋸斷之加工原理分析

 

4.1影響鋸斷加工成效之因素

 

木材切削加工之難易程度稱為“被削性”,鋸斷加工成效好壞全視其被削性而定,影響因子可分為木材、刀具、切削條件三類(見表2),其中樹種視比重高低有顯著高低,比重越高越容易鋸斷,含水率在10%最佳,強度受材溫影響,材溫上升使切削抵抗下降,而切削抵抗則是判定被削性好壞的第一要素。一般而言,鋸斷時刀具斜度角越大則切削抵抗較小,切削速度無關抵抗,但切入之深度則有直線關係。【16

 

類別

因子

木材

樹種、比重、含水率、強度、年輪幅

刀具

材質、形狀、寸法、刀角、銳利

切削條件

切削法、切削方向、切削深度與速度、進料速度、回轉速、刀具裝設角

2. 影響被削性因子

 

4.2 鋸斷加工型態

 

依切削力之作用,可分二次元與三次元,二次元乃切具端線與切削方向成垂直者,三次元則切具端線與切削方向斜交。(6)切削抵抗的產生,會出現與切削方向平行與垂直兩種分力R1R2,前者用以阻止刀具的運動,後者作用方向視斜度角而定,一般斜度角時,刀具切入有反撥作用而抵抗朝上,反之斜度角大時,則有使刀具切入而朝下作用,在臨界角時,R2=0(7)

據鋸斷時因木理方向之不同而有縱鋸(90-0)、橫鋸(0-90)和木口鋸(90-90)三型。(8)

 

4.3 鋸斷類機具之型態

 

大規模木工家具廠使用的鋸斷類機具乃動力鋸床

(Power saws),依功能可分切斷(Cut-off)和鋸輪廓(Contour)

兩類,常見的切斷用鋸床有往復式和單向式兩種,前者與手弓鋸切原理同,故又名動力弓具(Power hacksaws),後者間又分帶鋸和圓盤鋸兩類,帶鋸(Bandsaw)是以撓性鋸帶沿單一方向連續運動,有專供切斷用的水平帶鋸和可鋸輪廓的立式帶鋸;圓盤鋸(Cercular Saws)有高速的橫鋸功能。

 

4.4 切具型態

 

鋸斷類機具所用之切具是具有鋸齒形態的鋸條和鋸盤。鋸條種類很多,其厚度、寬度及每吋鋸齒數各有不同,鋸割時至少有三枚鋸齒與木材接觸。【17】鋸齒幅(兩相臨鋸齒間之距離)可以單位長度下之齒數表示,如一般是在0.08-1.25/公厘或2-32/吋的範圍內,【18】鋸齒依其偏扭方式可分垂直式(Straight)、傾斜式(Raker)和波浪式

(Wave),鋸條之齒型有型態寬擴的隔齒式(Buttress tooth)

、能快速清除鋸削的鉤刀式(Claw tooth)和適宜精細鋸切的標準式(Regular tooth)三種。(9)19】鋸條寬自1/8吋至2吋,每吋齒數與鋸條寬度有關,鋸條越窄則鋸齒越細,狹鋸條適宜鋸尖銳曲線,又此寬度決定了所能鋸割的最小半徑。

 

鋸盤也有多種如較細密用以鋸斷橫木理的橫鋸片、較粗大可鋸斷順木理的縱鋸片、縱橫兩用鋸片和開槽鋸片等。為耐高溫而不退火一般常在尖端焊有碳化鎢合金。鋸齒之形態見圖10

 

4.5 鋸斷類機具之機構及功能分析

 

研究一部機器,若透過一份完整的機構查核表,將可避免輕忽某些重要的部位,下面木工機具各特定功能機構查核表可供鋸斷類機具之研究使用。(3)20

 

 

 

特定功能機構

條帶型

圓盤型

帶鋸機

檯面鋸

旋臂式

吊式

1

機座或機架

 

2

切具

鋸條

鋸盤

鋸盤

鋸盤

3

切具罩蓋

罩蓋

護框

罩蓋

罩蓋

4

切具驅動機構

馬達

馬達

馬達

馬達

5

固持木料機構

靠板

靠板

靠板

靠板

6

進料/進刀機構

推板

推板

 

滾輪

7

驅動進料機構

 

 

 

 

8

操作調整機構

 

手輪

拉桿

 

9

進修調整機構

10

換工裝置機構

傾斜轉輪

傾斜手輪

傾斜鎖緊把手

定位削

 

11

塵削集放機構

集塵裝置

 

鋸削排出口

 

12

安全保護機構

輪罩、護框、腳煞車

撐縫片、

護框

防反彈器、雙開關

護框復位裝置

 

3. 鋸斷類機具之機構查核表

 

5.操作安全性分析

 

5.1安裝與調整

 

操作機器之安全性是從安裝與調整開始,其次操作前的安全檢查與平時的保養維護也很重要,這些看似無關操作程序的作業,往往因為疏忽卻也釀成操作中的危險。至於所謂安全的機具設計及防護性安全道具之使用,這兩部分將另陳於後。以下根據美國國家安全會(National Safety Council)出版的安全綠十字(Green Cross for Safety)有關木工機具安全情報、加拿大職業健康安全中心(Canadian Center for Occupational Health)所出版有關木工機具安全資訊,以及我國經濟部工業局工業安全衛生服務團委託工研院工業安全防護技術手冊等三項資料,並參酌坊間工具機操作手冊及探詢專業工匠經驗,針對帶鋸機、檯面式圓盤鋸(簡稱檯面鋸)、旋臂式圓盤鋸(簡稱旋臂鋸)和吊式圓盤鋸(簡稱吊鋸)四樣較具代表性之鋸斷類木工機具,分別就其安裝與調整的安全考慮點作成查核表於後,以供操作前自我檢查之要點。(4)21-32

 

 

 

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