作者感謝 E. Messer 先生和 W. Laurig 教授在生物力學和設計方面的貢獻，並感謝 H. Stein 教授和 R. Langer 博士在拋光生理學方面的幫助過程。 這項研究得到了以色列勞動和社會事務部職業安全與健康研究與預防委員會的資助。
鑽石拋光行業中手動操作的工作台和工作方式的設計數百年來一直沒有改變。 對金剛石拋光工的職業健康研究發現，手和手臂的肌肉骨骼疾病發病率很高，特別是肘部的尺神經病變。 這是由於在這種手動密集型職業的實踐中對上半身的高肌肉骨骼要求。 Technion Israel Institute of Technology 進行的一項研究致力於調查與鑽石拋光行業工匠安全問題相關的人體工程學方面和職業病。 這個行業的任務對操縱動作有很高的要求，包括需要頻繁、快速的手部用力的動作。 1989 年至 1992 年間在以色列鑽石行業進行的一項流行病學審查指出，鑽石拋光過程中的操作動作經常會給工人的上肢以及上背部和下背部帶來嚴重的健康問題。 當此類職業危害影響到工人時，會產生連鎖反應，最終也會影響到行業經濟。
幾千年來，鑽石一直是迷人、美麗、財富和資本價值的對象。 古往今來，技藝精湛的工匠和藝術家們一直在嘗試通過提升這種獨特的硬碳晶體結構的形狀和價值來創造美感。 與天然石材藝術創作的持續成就和偉大的國際產業的出現相比，在改善一些有問題的工作條件方面做得很少。 對英國、南非和以色列的鑽石博物館進行調查後，可以得出這樣一個歷史結論：傳統拋光工作場所數百年來一直沒有改變。 Vleeschdrager (1986) 描述了典型的金剛石拋光工具、工作台和工作流程，並且發現它們普遍適用於所有拋光設置。
在鑽石製造設施中進行的人體工程學評估表明，拋光工作站嚴重缺乏工程設計，這會導致背部疼痛以及工作姿勢引起的頸部和手臂壓力。 對鑽石拋光行業中涉及的運動模式進行的微運動研究和生物力學分析表明，手和手臂的運動非常劇烈，包括高加速度、快速運動和短週期內的高度重複性。 一項針對鑽石打磨者的症狀調查顯示，45% 的打磨者年齡在 40 歲以下，雖然他們代表了年輕健康的人群，但 64% 的人報告肩膀疼痛，36% 的人上臂疼痛，27% 的人報告疼痛在下臂。 拋光動作是在施加到振動拋光盤的大量“手動工具”壓力下進行的。
1568 年，意大利金匠 Benvenuto Cellini 首次對鑽石拋光工作站進行了已知描述，他寫道：“一顆鑽石與另一顆鑽石相互摩擦，直到通過相互磨損，兩者都呈現出熟練的拋光師希望達到的形狀。” 切利尼 (Cellini) 的描述本可以寫到今天：人類操作員的角色在這 400 年裡沒有改變。 如果檢查工作程序、手動工具和過程中涉及的決策的性質，您會發現用戶與機器的關係也幾乎沒有改變。 這種情況在大多數行業中是獨一無二的，隨著自動化、機器人技術和計算機系統的進入，這些行業發生了巨大的變化； 這些已經徹底改變了當今世界工人的角色。 然而，人們發現拋光工作週期非常相似，不僅在拋光工藝開始的歐洲，而且在全球大多數行業，無論是在美國、比利時還是以色列的先進設施中，這些設施專門從事花式幾何和更高價值的鑽石產品——或印度、中國和泰國的工廠，這些工廠通常生產流行的形狀和中等價值的產品。
拋光過程基於在結合到拋光盤表面的金剛石粉塵上研磨固定的毛坯鑽石。 由於其硬度，只有通過與類似碳材料的摩擦進行研磨才能有效地將鑽石的形狀加工成幾何形狀和明亮的表面。 工作站硬件由兩組基本元素組成：工作站機制和手持工具。 第一組包括一個電動機，它可以在垂直圓柱軸上旋轉拋光盤，可能是通過一個直接驅動器； 圍繞拋光盤的實心平台； 長椅和光源。 手持式操作工具包括一個金剛石支架（或柄腳），在所有拋光階段都裝有原石，通常握在左手掌中。 用右手的食指、食指和無名指夾住凸透鏡放大作品，用左眼觀看。 這種操作方法是通過嚴格的培訓過程強加的，在大多數情況下不考慮用手習慣。 在工作期間，拋光機呈傾斜姿勢，將支架壓在研磨盤上。 這種姿勢需要雙臂支撐在工作台上，以穩定雙手。 因此，由於其解剖位置，尺神經容易受到外部損傷。 這種傷害在鑽石拋光工中很常見，自 1950 年代以來已被視為一種職業病。 今天全球拋光商的數量約為 450,000，其中約 75% 位於遠東地區，主要是印度，該地區在過去二十年中極大地發展了其鑽石產業。 拋光是手動完成的，鑽石的每個刻面都是由拋光師製作的，這些拋光師在寶石幾何形狀的特定部分方面經過培訓且技術嫻熟。 拋光師顯然是鑽石工藝人員的主體，約佔整個行業勞動力的 80%。 因此，該行業的大部分職業風險都可以通過改進金剛石拋光工作站的操作來解決。
對拋光中涉及的運動模式的分析表明，拋光程序由兩個子程序組成：一個更簡單的程序稱為拋光循環，它代表了基本的金剛石拋光操作，另一個更重要的程序稱為刻面循環，它涉及最終檢查和寶石在支架中的位置發生變化。 整個程序包括四個基本工作要素：
- 拋光。 這就是實際的拋光操作。
- 檢查。 每隔幾秒鐘，操作員就會使用放大鏡目視檢查拋光面的進展情況。
- DOP調整器噸。 對鑽石支架的頭部 (dop) 進行了角度調整。
- 石變. 改變刻面的動作，通過將鑽石旋轉預定角度來完成。 這四種元素大約需要重複 25 次才能拋光鑽石的刻面。 這種重複的次數取決於操作者的年齡、石材硬度和特性、一天中的時間（由於操作者疲勞）等方面。 平均而言，每次重複大約需要四秒鐘。 Gilad (1993) 給出了對拋光過程和所用方法進行的微動研究。
其中兩個要素——拋光和檢查——是在相對靜態的工作姿勢下進行的，而所謂的“手打磨”（H 到 P）和“手檢查”（H 到 I）動作需要肩膀的短而快速的運動、手肘和手腕。 雙手的大部分實際動作都是通過肘關節的屈伸和肘關節的旋前旋後來完成的。 身體姿勢（背部和頸部）和除手腕偏斜外的所有其他動作在正常工作期間相對不變。 由方形橫截面鋼棒構成的石架被固定，以便它壓在血管和骨骼上，這會導致流向無名指和小指的血流量減少。 在拋光過程中，右手一直拿著放大鏡，對食指的三個手指施加等長壓力。 大多數時間左右手遵循平行運動模式，而在“手磨”運動中，左手領先，右手在短暫延遲後開始運動，而在“手檢查”運動中，順序被逆轉。 右手任務包括在支撐左手（肘部屈曲）的同時將放大鏡對著檢查的左眼，或者通過對金剛石支架頭施加壓力以更好地研磨（肘部伸展）。 這些快速運動導致快速加速和減速，最終將石頭非常精確地放置在研磨盤上，這需要高水平的手工靈巧性。 需要注意的是，需要很長時間才能熟練到工作動作幾乎是自動執行的嵌入式反射。
從表面上看，鑽石拋光是一項簡單直接的工作，在某種程度上確實如此，但它需要很多技巧和經驗。 與所有其他行業不同，在這些行業中，原材料和加工材料是根據嚴格的規格進行控制和製造的，原石中的鑽石不是同質的，每顆鑽石晶體，無論大小，都必須單獨檢查、分類和處理。 除了所需的手工技能外，拋光師還必須在每個拋光階段做出操作決策。 作為目視檢查的結果，必鬚根據角度空間校正（三維判斷）、施加壓力的量和持續時間、磨石的角度定位、磨盤上的接觸點等因素做出決定. 必須考慮許多重要的點，平均時間為四秒。 在設計改進時，理解這個決策過程很重要。
在進入可以使用運動分析為拋光工作站設置更好的人體工程學設計和工程標準的階段之前，我們必須了解這一獨特的用戶-機器系統所涉及的更多方面。 在這個後自動化時代，我們仍然發現成功和不斷擴大的鑽石行業的生產部分幾乎沒有受到過去幾十年取得的巨大技術進步的影響。 雖然幾乎所有其他工業部門都經歷了持續的技術變革，不僅定義了生產方法而且定義了產品本身，但鑽石行業幾乎保持不變。 這種穩定性的一個似是而非的原因可能是產品和市場都沒有隨著時間的推移而發生變化。 鑽石的設計和形狀在實踐中幾乎保持不變。 從商業角度來看，沒有理由改變產品或方法。 此外，由於大部分拋光工作都是分包給個體工人完成的，因此行業在調節勞動力、根據市場波動調整工作流程和毛坯鑽石供應方面沒有問題。 只要生產方式不變，產品也不會變。 一旦鑽石行業採用更先進的技術和自動化，產品就會發生變化，市場上會出現更多種類的產品。 但是鑽石仍然具有一種將其與其他產品區分開來的神秘品質，當它被視為僅僅是另一種批量生產的產品時，其價值很可能會降低。 但最近，市場壓力和新生產中心（主要在遠東）的到來正在挑戰老牌歐洲中心。 這些都迫使該行業檢查新方法和生產系統以及人類操作員的角色。
在考慮改進拋光工作站時，必須將其視為受三個主要因素支配的用戶-機器系統的一部分：人為因素、技術因素和業務因素。 考慮到人體工程學原理的新設計將為廣義上更好的生產單元提供跳板，這意味著長時間工作的舒適度、更好的產品質量和更高的生產率。 已經考慮了兩種不同的設計方法。 一種是重新設計現有的工作站，讓工作人員執行相同的任務。 第二種方法是以公正的方式看待拋光任務，旨在實現最佳的全站儀和任務設計。 總體設計不應以當前工作站為輸入，而應以未來的打磨任務為基礎，生成整合和優化上述三個系統因素需求的設計方案。
目前，人類操作員執行拋光操作中涉及的大部分任務。 這些人工執行的任務依賴於“填充”和工作經驗。 這是一個複雜的心理生理過程，只有部分意識，基於試錯輸入，使操作員能夠執行複雜的操作，並對結果有很好的預測。 在數千個相同動作的周期性日常工作循環中，“填充”體現在以高精度執行的運動記憶的人機自動操作中。 對於這些自動動作中的每一個，都會根據從人體傳感器（例如眼睛和壓力傳感器）接收到的反饋進行微小的修正。 在任何未來的金剛石拋光工作站中，這些任務將繼續以不同的方式執行。 至於材料本身，在金剛石行業中，與大多數其他行業相比，原材料的相對價值非常高。 這個事實解釋了最大限度地利用毛坯鑽石的體積（或石頭重量）的重要性，以便在拋光後獲得盡可能大的淨鑽石。 這種強調在鑽石加工的所有階段都是至關重要的。 生產率和效率不僅僅通過參考時間來衡量，還通過所達到的規模和精度來衡量。
在拋光動作中執行的四個重複性工作元素——“拋光”、“檢查手”、“檢查”和“拋光”，可分為三個主要任務類別：運動元素的運動任務、視覺任務任務作為感知元素，控制和管理作為決策內容元素。 Gilad 和 Messer (1992) 討論了人體工學工作站的設計注意事項。 圖 1 顯示了高級拋光單元的輪廓。 僅指明了一般結構，因為此類設計的細節作為專業受限的“專有技術”受到保護。 使用術語拋光單元是因為該用戶-機器系統包括一種完全不同的拋光鑽石的方法。 除了人體工程學的改進外，該系統還包括機械和光電設備，可以同時製造三到五顆寶石。 部分視覺和控制任務已轉移給技術操作員，生產單元的管理通過顯示單元進行調解，該顯示單元提供有關幾何形狀、重量和可選操作動作的瞬時信息，以支持最佳操作行為。 這樣的設計使拋光工作站在現代化方面領先了幾步，結合了專家系統和視覺控制系統，在所有日常工作中取代了人眼。 操作員仍然可以隨時進行干預，設置數據並對機器性能做出人為判斷。 機械手和專家系統將形成一個能夠執行所有拋光任務的閉環系統。 材料處理、質量控制和最終批准仍由運營商負責。 在先進系統的這個階段，考慮採用激光拋光機等更高的技術是合適的。 目前，激光被廣泛用於鋸切鑽石。 使用技術先進的系統將從根本上改變人工任務的描述。 對熟練拋光師的需求將會減少，直到他們只處理較大的、價值最高的鑽石的拋光，並且可能在監督下進行。
