인간공학 II (2005 년 2 학기 ISIE368) 강의 3 : 생체역학

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인간공학 인간공학 IIII(2005(2005 년 년 22 학기 학기 ISIE368)ISIE368)

강의 강의 3 : 3 : 생체역학생체역학

인간공학 인간공학 IIII(2005(2005 년 년 22 학기 학기 ISIE368)ISIE368)

강의 강의 3 : 3 : 생체역학생체역학

홍승권홍승권

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서론가장 흔한 두 가지 근골격계 문제 (m

usculoskeletal problems)– 하요통 (low back pain)

• 보상비 및 간접 비용 270 억 달러 ~560 억 달러

– 상지의 누적성 외상 장애 (upper extremity cumulative trauma disorders): 손가락 , 손 , 팔목 , 팔 그리고 어깨

• 산업체에서 매년 근로자의 10 명중 한 명 .

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서론 (11 장의 강의내용 )

근골격계의 구조와 속성– 근골격계 체계 ( 뼈 , 연결구조 , 근육 )– 생체역학 모델

하요부 장애– 하요부 생체역학– NOISH 들기지침– 수동 물질취급– 앉은 자세작업과 좌석설계

상지 누적성 외상장애– CTD 의 주요형태– CTD 의 원인과 대처– 수공구 설계

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근골격 체계 (1) 근골격 체계 의 구성과 기능

– 뼈 , 근육 , 연결 조직으로 구성– 신체 및 신체의 각 부위들을 지탱하고

보호하며 , 자세를 유지하고 , 신체운동을 만들어 내며 , 열을 생성하고 체온을 유지

뼈– 206 개의 뼈 : 신체내부구조 보호 , 상지 및

하지의 뼈들은 신체운동이나 활동을 지지 .

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근골격 체계 (2) - 연결구조 연결구조

– 인대 (ligaments) : 일종의 조밀한 섬유 조직이지만 , 이것들의 기능은 뼈와 관절을 연결시켜주고 관절 부위에서 뼈들이 원활하게 협응할 수 있도록 함

– 건 (tendons) : 근육을 뼈에 부착시키고 있는 조밀한 섬유 조직으로 근육에 의해 발휘된 힘을 뼈에 전달해 주는 기능 .

– 근막 (fascia) : 근육과 다른 신체 구조물을 둘러싸서 이것들을 서로 분리시키는 역할 .

– 연골 (cartilage) : 관절뼈의 표면 , 코 그리고 귀 같은 신체 기관에서 볼 수 있는 것으로 반투명의 탄력적인 조직 .

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근골격 체계 (3) - 관절 관절의 유형 ( 뼈 연결부위 )

– 활액 관절 (synovial joints) : 관절 표면에 조직이 없고 대신 관절 표면 사이에 윤활액이 분비된다 .

– 섬유 관절 (fibrous joints) : 두개골의 뼈들처럼 섬유 조직에 의해 연결되어 있는 관절

– 연골 관절 (cartilaginous joints) : 추간 원판 (intervertebral discs) 같은 척추 뼈들을 연결 .

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근골격 체계 (4) - 관절 관절의 유형 ( 관절의 동작 유형 )

– 비운동성 관절 (no-mobility joints) : 성인의 두개골 봉합선 (seam) 처럼 동작을 허용하지 않음 .

– 경첩 관절 (hinge joints) : 팔꿈치 관절처럼 한쪽 평면만으로 동작을 허용

– 축 관절 (pivot joints) : 두 평면으로 동작 할 수 있도록 하는 것으로 팔목 관절이 여기에 해당

– 구형 관절 (ball-and-socket joints): 고관절 (hip joints) 이나 어깨 관절 (shoulder joint) 등이 포함 .

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근골격 체계 (5) - 근육 약 400 개의 근육 근육들은 대략적으로 체중의 40~50%

차지 근육들은 신체 에너지의 거의 반을 소비

– 이 에너지는 신체의 자세를 유지하거나 – 신체 운동을 생성하는데 것뿐만 아니라 , – 열을 생성해내고 체온을 유지하는데도 사용됨

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근골격 체계 (6) - 근육근육의 구성

– 근섬유 (muscle fibers), 연결 조직 (connective tissues) 그리고 신경 (nerve) 들

근섬유 – 긴 원주형 세포로 대부분 근원섬유 (myofibrils) 라고 불리는

수축성 요소들로 구성근육의 연결 조직

– 신경이나 혈관이 근육 속으로 드나들 수 있는 경로를 제공신경섬유

– 근육들은 감각 신경 섬유 (sensory nerve fibers) 와 운동 신경 섬유 (motor nerve fibers) 를 갖고 있음

근골격 체계 (7) - 근육 신경섬유

– 감각 신경 섬유 (sensory nerve fibers) : 근육의 길이나 긴장도 (tension) 에 대한 정보를 중추 신경계로 전달

– 운동 신경 섬유 (motor nerve fibers) : 근육 활동을 통제 , 운동 신경 섬유는 중추신경으로부터 오는 임펄스 (impulse)를 근육에 전달 .

운동단위 (motor unit) : 근육의 가장 기본적인 기능 단위– 각각의 운동 신경 섬유는 이것의 가지들 (branches) 을

통해서 관련된 근육 섬유들을 통제 . – 동일한 운동 신경 섬유 가지들에 의해 통제되는 근육 섬유

집단을 운동단위 (motor unit) 라고 부름– 동일한 운동 단위로 , 이것들은 신경 섬유로부터 오는

임펄스에 대해 거의 동시에 반응하거나 혹은 전혀 반응하지 않음 .

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근골격 체계 (8) – 근육의 수축

근육의 수축의 역할– 근육의 수축은 근력 (muscle force) 이나 근긴장 (muscle ten

sion) 을 산출해내고 – 이것들은 건 (tendons) 을 통해 뼈에 전달되어 신체의 자세를

유지하거나 육체적 작업을 하는데 사용 . 동심형 수축 (concentric contraction)

– 등장형 수축 (isotonic contraction)– 수축할 때 근육이 짧아지며 동등한 내적 근력 (internal musc

le force) 을 산출 . – 근 수축이 일어나면 실제 근육의 길이도 줄어드는 경우를 말하는 경우

– 예 ) 무게를 손에 쥐고 팔을 구부릴 때 이두박근의 운동

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근골격 체계 (9) – 근육의 수축

편심형 수축 (eccentrical contraction)– 수축할 때 근육이 길어지는 것으로 이것은 내적 근력보다

외부의 힘이 더 클 때 발생– 근 수축은 일어나지만 실제 근육의 길이는 오히려 늘어나는

경우– 예 ) 팔굽혀 펴기 혹은 윗몸 일으키기에서 중력에 대하여 몸을 천천히 떨어지게 하기 위해 대흉근 (pectoralis major)이나 복근 (rectus abdo- minis) 에서 일어나는 운동 .

등척형 수축 (isometric contraction)– 수축 과정 중에 근육의 길이가 변하지 않음– 물체를 들다가 멈춘 후 그것을 안정적인 위치에서 들고 있을

때 발생 .

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근골격 체계 (10) – 근력 근력 (muscle strength)

– 근육 안에서 발생하는 긴장 (tension) 의 정도를 직접적으로 측정할 수 없음

– 따라서 근육이 발휘하는 힘의 양이나 토오크 (torque) 에 기초해서 추정

– 뒤틀림 모멘트 (moment) 라고도 불리는 토오크는 일반적으로 뒤틀 수 있는 힘의 정도를 말하며 ,

– 예를 들어 , 팔꿈치나 어깨에 있는 관절을 회전축으로 하는 팔의 회전에 의해 발생된 토오크 .

근력의 종류 ( 힘의 발휘조건에 따라 )– 정적근력과 동적근력

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근골격 체계 (11) – 근력 정적근력

– 정적 근력은 등척력 (isometric strength) 이라고 함– 정적 근력은 4~6초 동안 피험자들이 고정된 물체에 대해 최대한 발휘하도록 한 후

– 30~120초 동안 휴식을 취하게 하는 과정을 몇 번 반복하여 – 처음 3초 동안에 발휘된 근력들의 평균을 계산하여 측정

동적근력– 신체의 가속 (body acceleration) 이 측정하고자 하는 근력에 많은 영향을 주기 때문에 측정이 어려움

– 발휘되는 운동의 힘에 관계없이 신체의 운동 속도를 일정하게 유지할 수 있도록 특별하게 설계된 등속도 실험 장치 (isokinetic equipments) 들을 사용

– 정신물리학적 방법 : 각 시행에 따라 자신들이 발휘할 수 있는 최대 능력에 이르렀다고 생각될 때까지 부하를 올리거나 내리는 시행을 반복하도록 요구 .

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신체역학 모델 (1) 생체역학 모델

– 생체역학적 모델에서는 근골격 체계들을 일종의 기계적인 링크 연결 구조로서 분석

– 특정 근골격 요소에 부과되는 스트레스 수준을 수량적으로 예언

– 직무를 설계하는데 도움이 되는 분석적 도구로서 기능 뉴유튼의 세가지 물리학적 법칙에 기초

1. 물체는 불균형적인 외부의 힘이 작용하지 않는 한 일정한 운동 상태로 혹은 정지 상태로 남아있게 된다 .

2. 힘은 물체의 가속도에 비례한다 .3. 작용은 이와 같은 힘의 크기를 갖는 반작용을 받는다 .

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신체역학 모델 (2) 정적 평형상태 (static equilibrium) 란 ?

– 신체 (body) 나 체절 (body segment) 이 움직이지 않을 때

– 두 가지 조건을 충족1. 정적 평형상태에 있는 대상에 대해 작용하는 모든 외부적

힘의 총합은 0. 2. 정적 평형상태에 있는 대상에 대해 작용하는 모든 외부

모멘트의 총합은 0.

평면적 , 정적 모델들 (planar, static models) – 평면적 모델들 (planar models: 때로 2 차원적 모델 )

은 단일 평면에 힘이 작용하는 대칭적 신체 자세를 분석– 정적 모델들 (static models) 은 사람들이 신체 전체나

혹은 신체 일부 ( 즉 , 체절 ) 를 전혀 움직이지 않고 정적인 자세를 취하고 있는 상황을 가정

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단일체절에 대한 평면적 정적 모델(1)

예제 > – 어떤 사람이 20kg 의 무게 물체를 두 손으로– 전완을 지면과 평행하게 유지– 하중은 두 손에 동등하게 분배되어 있으며 , – 그 물체와 팔꿈치 사이의 거리는 36cm

그 사람의 팔꿈치에 작용하는 힘과 회전 모멘트는 역학 법칙을 사용하여 결정 .

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단일체절에 대한 평면적 정적 모델 (2)

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단일체절에 대한 평면적 정적 모델(3)

먼저 , 하중은 다음과 같은 공식으로 계산될 수 있다 ;

W = mg 여기서

W는 뉴유튼 (N) 단위로 측정된 대상의 무게 , m 은 킬로그램 (kg) 단위로 측정된 대상의 질량 , g 는 중력 가속도 ( 상수 9.8m/s2).

W = 20kg х 9.8m/s2 = 196N

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각 손이 지탱해야 하는 무게– 두 손에 무게가 동등하게 분배되어 있기

때문에

– Won-each-hand = 98N전형적인 성인 작업자의 경우

– 전완 - 손 체절 (forearm-hand segment) 의 무게는 16N 이고

– 전완 - 손 체절과 팔꿈치의 질량 중심 사이의 거리는 18cm.

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팔꿈치의 반작용력 Relbow

– 평형상태의 첫 번째 조건을 사용하여 계산 . – Relbow 는 위쪽으로 향하고 있고 , – 물체와 전완 - 손 체절의 하중은 아래쪽

팔꿈치에서의 힘의 총합 = 0 -16N - 98N + Relbow = 0 Relbow = 114N

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팔꿈치 모멘트 Melbow

– 평형상태의 두 번째 조건을 이용하여 계산– 물체와 전완 - 손 체절의 하중에 의해 만들어진

시계 방향으로의 모멘트– 이와 같은 크기를 갖는 시계 반대 방향으로의 Melbow 에 의해 상쇄 .

팔꿈치에서의 모멘트의 총합 = 0(-16N)(0.18m) + (-98N)(0.36m) + Melbow = 0Melbow = 38.16N – m

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두 개 체절에 대한 평면적 정적 모델 (1)

2- 체절 모델 (two-segments model) 의 한 가지 예>

– 어깨나 척추 부분과 같이 외부의 하중으로부터 좀 더 떨어져 있는 신체 관절 부위

– 일종의 연결된 링크들 (link) 로 간주하여 육체적 스트레스의 크기를 계산

– 앞의 단일 체절 모델의 설명에서 예로 들었던 상황을 바탕

– 이 사람의 팔꿈치와 어깨 사이의 거리는 34cm 이고 , – 상완 (upper arm) 의 무게는 20N 이며 , – 상완과 전완은 모두 지면과 평행하다고 가정 .


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전완의 관점에서 (앞 예시 ) – 팔꿈치의 반작용력 Relbow 는 위쪽 방향으로 114N 이고 , – 팔꿈치 모멘트 Melbow 는 시계 반대 방향으로 38.16 – m

상완의 관점에서 본다면 – 팔꿈치의 반작용력은 아래쪽으로 작용하고 있으며 , – 팔꿈치의 모멘트는 시계방향으로 작용하고 있음 .

이러한 방식으로 전완으로부터 상완까지 팔꿈치 힘과 팔꿈치 모멘트가 “전이”됨

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상완에 초점을 두고 어깨에 주어지는 힘과 모멘트를 계산 .

평형상태의 첫 번째 조건을 사용하여 계산– 어깨의 반작용력 Rshoulder

어깨에서의 총합 = 0 R’elbow - Wupper- arm + Rshoulder = 0 Rshoulder = R’elbow + Wupper- arm = 114N + 20N = 134N


어깨의 반작용 모멘트 Mshoulder ( 두 번째 조건 ) 어깨에서의 모멘트의 총합 = 0 -36.16N – m + (-114N)(0,34m)+ (-20N)(0.14m) + Mshoul

der = 0 Mshoulder = 79.72N – m( 시계 반대 방향 ) 2- 체절 모델과 단일 - 체절 모델의 계산 결과비교

– Mshoulder 는 Melbow 의 두 배보다 더 크다– 어깨 관절이 하중으로부터 더 멀리 떨어져 있을 뿐만 아니라

상완과 전완의 무게가 어깨에 스트레스를 주기 때문 .– 일반적으로 모멘트는 작용선 (line of action) 으로부터 회전

중심점 (point of rotation)까지의 수직 거리와 힘을 곱한 값– 하중으로부터 가까운 관절보다 더 멀리 떨어진 관절에서의

모멘트가 더 크게 됨 .

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하요부 장애의료비

– 하요부 통증으로 인한 의료비는 전체 근로 보상액의 거의 3 분의 1

간접적인 비용까지 포함 한다면 , – 전체 비용 총액은 270 억 달러 ~ 560 억 달러로 추정

(미국 ). 하요부 통증 인구

– 직업적 요인이나 다른 요인들에 의한 고생하는 사람들은 전체 인구의 50~70 퍼센트

두 개의 중요한 직무 상황– 수동 물질 취급작업 – 앉은 자세 작업 .

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들기와 하요부 생체역학 (1)L5/S1 요천부 디스크 (L5/S1 lumbosacra

l disc)– 제 5 요추골 (lumbar vertebrae) 과 제 1천골 (sa

cral vertebrae) 사이의 디스크에 심각한 신체적 스트레스 .

L5/S1 디스크에서의 반작용력과 모멘트를 계산하기 위해– 중다체절 모델 (multisegment model) 을 적용– 뿐만 아니라 횡격막 (diaphragm) 과 복벽 근육

(abdominal wall muscle) 에 의해 만들어지는 복압 (abdominal pressure) 도 고려

들기와 하요부 생체역학 (2)물체하중과 상반신의 회전 모멘트 Mload-and-torso = Wload х h + Wtorso х b

여기서 ,h 는 하중으로부터 L5/S1 디스크까지의 수평적 거리b 는 상반신의 무게 중심으로부터 L5/S1 디스크까지의 수

평적 거리 .

상쇄 회전 모멘트 Mback-muscle = Fback-muscle х 5(N-cm)

이 모멘트는 5cm 의 모멘트 암 (moment arm) 을 가진 등 근육에 의해 만들어짐

들기와 하요부 생체역학 (3)두 번째 조건 , L5/S1 에서의 모멘트의 총합 = 0 Fback-muscle х 5 = Wload х h + Wtorso х bFback-muscle = Wload х h/5 + Wtorso х b/5

h 와 b 는 항상 5cm 보다 훨씬 더 크기 때문에 Fmu

scle 은 하중과 상반신의 무게를 합한 것보다 언제나 더 큼 .

예를 들어 , 어떤 전형적 들기 상황에서 h = 40cm 이고 b = 20cm 라고 한다면 ,Fmuscle = Wload х 40/5 + Wtorso х 20/5= 8 х Wload + 4 х Wtorso

들기와 하요부 생체역학 (4)Fmuscle = 8 х Wload + 4 х Wtorso

– 등 근육의 힘은 하중의 8배와 상반신 무게의 4배를 합한 것임

상반신 무게가 350N 인 어떤 사람이 300N(약 30kg) 의 하중을 가정– 공식에 의하면 , 이 사람의 등 근육 힘은 3,800

N 이 됨만일 이 사람이 450N 의 하중 ,

– 공식에 따라 등 근육의 힘은 5,000N강도 능력의 범위를 2,200~5,500N 로

추정 (Farfan, 1973)

들기와 하요부 생체역학 (5)하요부의 근력뿐만 아니라 L5/S1 디스크의 압착력

(compression force) 도 함께 고려이것은 첫 번째 조건에 기초하여 추정 .

L5/S1 디스크의 힘의 총합 = 0

Fcompression = Wload х cos α х Wtorso х cos α + Fmuscle

– 대략적으로 추정하기 위해 , 복부의 힘 fa 는 무시하고 다음과 같은 공식을 사용

– 여기서 α는 수평면 (horizontal plane) 과 천골 절단면 (sacral cutting plane) 사이의 각도로서 , 디스크 압착력의 방향과 직각을 이룸 .

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들기와 하요부 생체역학 (6)이 공식은 디스크 압착력이 근력보다 훨씬 더 클 수

있다는 것을 시사 . 예를 들어 , α = 55° 라고 가정 . 350N 의 상반신 무게를 갖는 사람이 450N 의 하중을 들어올린다면 ,Fcompression = 450 х cos55° + 350 х cos55° +5000 = 258 + 200 +5000 = 5458N

들기 과제들을 수행할 때 척추에 영향요인들– 척추의 중심점에 대한 하중의 무게와 거리– 상반신을 뒤트는 정도 , 대상의 크기와 형태 그리고 대상이 옮겨지는 거리 등이 포함 .

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NIOSH Lifting GuidelinesNIOSH Lifting Guidelines(( 들기작업 지침들기작업 지침 ))

NIOSH Lifting GuidelinesNIOSH Lifting Guidelines(( 들기작업 지침들기작업 지침 ))

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The NIOSH Work Practices Guide (WPG) for Manual Lifting (1981)– Review and summarize current

knowledge with regard to manual material handling.

– Provide concrete guidelines to assist industry in the prevention of overexertion injuries during lifting.

NIOSH WPG for Manual Lifting

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두 가지 종류의 권고치 설정 :– 조치한계 (Action Limit: AL) : 장애나 피로가 증가할 수 있다고 판단되는 수준

– 최대허용한계 (Maximum Permissible Limit: MPL):• 조치한계의 3배• 대부분의 근로자에게 근골격계 장애 유발

1981 년 지침의 특성

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들기 공식의 가정 (1)들기 공식은 생체 역학 , 정신물리학 그리고 작업

생리학 분야의 연구 결과들과 이 분야의 전문가들에 의한 판단에 기초

생체역학적 기준– 하요부 상해의 위험성을 증가시키는 L5/S1 디스크에서의 압착력 수준을 3.4kN 으로 규정 .

– 압착력은 디스크 탈골 (disc herniation), 추골 종판 파열(vertebral end-plate fracture) 그리고 신경근 염증 (nerve root irritation) 과 같은 디스크 상해의 주원인 .

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들기 공식의 가정 (2)생리학적 기준

– 걷기 , 운반 그리고 반복적인 하중 들기와 같은 활동들은 근육들을 더 많이 사용

– 따라서 이러한 종류의 활동들은 더 많은 에너지를 소비

– 이때 소비되는 에너지량은 작업자의 에너지 생산 능력을 초과해서는 안 됨

– 들기 과제에 대한 최대에너지 소비 한계는 2.2kcal/min 에서 4.7kcal/min 에 이름

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들기 공식의 가정 (3)정신물리학적 기준

– 작업자들에게 무리하지 말고 , 비정상적으로 피곤해 지거나 , 약해지거나 , 열이 올라가거나 , 숨이 차는 일이 없이 할 수 있는 한 최대로 작업하도록 요구하고 , 그 때 작업자가 견딜 수 있는 무게 .

– NIOSH 들기 공식에 적용된 정신물리학적 기준은 주어진 들기 요구량이 남성 작업자의 99 퍼센트 , 여성 작업자의 75 퍼센트에 해당하는 사람들의 최대 수용 들기 능력을 초과하지 않도록 규정

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권고중량한계 (Recommended Weight Limit: RWL)– 작업시간 (8 시간 ) 동안 들기작업을 할 수 있는

작업물의 무게– 1981 년 조치한계에 사용되었던 수평위치 ,

수직위치 , 수직이동거리 , 작업빈도 계수 이외에 비대칭 각도 계수와 손잡이 계수까지 고려

– 수직이동거리는 작업물의 수직위치에서 작업물의 처음위치를 뺀 값

1991 년 NIOSH 기준

RWL 공식RWL = LCHMVMDMAMFMCM

Metric U.S. Customary

Load Constant LC 23kg 51lb

Horizontal Multiplier

HM 25/H 10/H

Vertical Multiplier VM 1-(0.003|V-75|) 1-(0.0075|V-30|)

Distance Multiplier

DM 0.82+(4.5/D) 0.82+(1.8/D)

Asymmetric Multiplier

AM 1-(0.0032A) 1-(0.0032A)

Frequency Multiplier

FM Table Table

Coupling Multiplier

CM Table Table

Vertical position:

75 cm from the floor.

Horizontal position:

25 cm from the midpoint between the ankles.

Standard Lift Location

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The load constant is the maximum recommended weight for lifting at the standard lift location under ideal conditions.

LOAD CONSTANT:

23 kg (51 lbs)

Load Constant

46

HM = (25/H)H = horizontal

distance (in cm) of the hands from the midpoint between the ankles. Measure at the origin and destination of lift.


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20 30 40 50 60 70 800

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Horizontal Distance (cm)

Multiplier


48

VM = (1-(0.003|V-75|))

V = vertical distance (in cm) of the hands from the floor. Measure at the origin and destination of lift.

Vertical Multiplier

49

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Vertical Distance (cm)

Multiplier

Vertical Multiplier

50

DM = (0.82 +(4.5/D))

D = vertical travel distance (in cm) between the origin and destination of the lift.

Distance Multiplier

51

Distance Multiplier

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Distance Moved (cm)

Multiplier

52

AM = (1-(0.0032A))

A = angle of asymmetry -- angular displacement of the load from the sagittal plane. Measure at the origin and destination of lift.


53


0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Asymmetry Angle (deg)

Multiplier

54

V<75 cm V75 cm

1.0

.95

.90

1.0

1.0

.90

Good

Fair

Poor

Coupling

Coupling Multiplier

55

V<75 V75

0.85 0.85

Frequencylifts/min

0.950.951.001.00 0.2

V75V<75V75V<75

1 hour 2 hour 8 hour

0.81 0.810.920.920.970.970.50.75 0.750.880.880.940.94 10.65 0.650.840.840.910.91 20.55 0.550.790.790.880.88 30.45 0.450.720.720.840.84 40.35 0.350.600.600.800.80 50.27 0.270.500.500.750.75 60.22 0.220.420.420.700.70 70.18 0.180.350.350.600.60 80.00 0.150.300.300.520.52 90.00 0.130.260.260.450.45 100.00 0.000.230.000.410.41 110.00 0.000.210.000.370.37 120.00 0.000.000.000.340.00 130.00 0.000.000.000.310.00 140.00 0.000.000.000.280.00 150.00 0.000.000.000.000.00>15

Frequency Multiplier

RWL = 23 kg x HM x VM x DM x AM x CM x FMLift Index( 들기지수 ) = (Actual Load)/RWL

– 주어진 무게를 들 때 예상되는 위험수위 지수– 1.0 이 넘으면 일부에서 위험 , – 3.0 보다 크면 , 대부분 작업자들이 위험– 작업장의 변화나 작업의 재설계 권유

Some experts feel that if workers are properly screened (based on the task requirements) and trained that they can safely work at lift indexes greater than 1 but less than 3.

Recommended Weight Limits

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Start End

H = 13.0 cmV = 13.5 cmA = 0 deg

H = 41.5 cmV = 89.0 cmA = 0 deg

D = 75.5 cm; F = 1/min; Couplings = Fair

Example

HMStart = (25/13) = 1HMEnd = (25/41.5) = 0.60

VMStart = (1-(0.003|13.5-75|)) = 0.82VMEnd = (1-(0.003|89-75|)) = 0.96

DM = (0.82 +(4.5/75.5)) = 0.88AM = (1-(0.00320)) = 1CMStart = [Fair, V<75] = 0.95

CMEnd = [Fair, V75] = 1FMStart = [1, 2h, V<75] = 0.88FMEnd = [1, 2h, V75] = 0.88

Example

59

RWLStart = 23 kg x 1 x 0.82 x 0.88 x 1 x 0.95 x 0.88= 13.87 kg (30.58 lbs)

RWLEnd= 23 kg x 0.6 x 0.96 x 0.88 x 1 x 1 x 0.88= 10.26 kg (22.62 lbs)

If the actual load is 22.68 Kg (50 lbs) then:

LI = 22.68/10.26 = 2.21

Example

60

수동물자 취급

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앉은 자세 작업과 좌석 설계 앉은 자세작업의 잇점

– 자세를 유지하기 더 수월하고 신체에 무리를 덜 주기 때문에

– 장시간 작업해야 하는 직무들은 앉아서 작업– 또한 앉은 자세에서의 팔 동작을 더 잘 통제할 수 있게

하고 – 균형감이나 안전감을 더 많이 느끼도록 해주며 – 혈액 순환을 향상 .

앉은 자세작업의 단점– 하요부 문제를 야기– 들기나 수동 물질 취급 작업을 하지 않는 앉은 자세

작업 환경에서도 하요부 통증은 아주 흔함

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척추 하요부의 전만 상실 (前灣喪失 : loss of lordotic curvature)

똑바로 서 있으면 – 엉덩이 바로 위의 척추 부분인 요부 (lumbar) 가 앞쪽으로 휘게

되는 [전만 (前灣 : lordosis) – 가슴쪽의 척추는 바깥쪽으로 휘게 된다 [이것을 후만 (後灣 : k

yphosis). 그러나 앉을 때는

– 골반이 바깥쪽으로 회전하여 요부 전만이 후만으로 바뀜– 구부정한 자세로 앉는 경우에는 더 심한 요부 후만이 발생– 적당한 신체 지지대가 없으면 대부분의 사람들은 앉은지 얼마

되지 않아 구부정한 자세– 이러한 자세에서 추간 디스크들의 앞쪽은 압착되는 반면 뒤쪽은 퍼지게 됨

– 척추 연골 조직이나 신경근들에 압력을 주면서 척추 디스크들을 뒤쪽으로 밀리도록 하여 허리 통증을 유발 .

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좌석설계선 자세에 있을 때의 디스크 압력은 앉은 자세로

있을 때 디스크가 받는 압력의 35~40%에 불과 등받침 (backrest) 의 기울기 각도

– 최적의 등받침 기울기 각도는 110°에서 120° 사이 – 등받침 기울기의 각도를 증가시킬수록 디스크의 압력을 더 감소시킴

요부 받침물 (lumbar support) : 두께는 5cm 정도 팔 걸이 (arm rest) 기타

– 의자 높이의 적당한 조절 , 쿠션 있는 의자면의 사용 , 그리고 의자에 앉아 있을 때 다리를 움직일 수 있는 적당한 공간 등

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상지 누적성 외상 장애 다른 용어

– 누적성 효과외상 (cumulative effect trauma), 반복성 운동 장애 (repetitive motion disorders) 그리고 반복성 긴장 상해 (repetitive strain injury: RSI)

– RSI 는 유럽에서 , CTD 는 미국에서 주로 CTD

– 손가락 , 손과 손목 , 상완 (upper arm) 과 하완 (lower arm), 팔꿈치 그리고 어깨와 같은 상지들의 연 조직 (soft tissue) 장애들

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CTD 의 주요형태 (1)건 - 관련 CTD(tendon-related CTD)

– 건염 (腱炎 : tendonitis): 건들을 과도하고 반복작으로 사용하게 되면 건이 붓는다 .

– 건활막염 (腱滑膜炎 : tenosynovitis) : 피포들이 부어 오르거나 활액 (滑液 : synovial fluid) 을 과도하게 분비

♣ 건들을 에워싸고 있는 피포들 (sheaths) 은 건에 필요한 영양분과 윤활액을 제공

신경염 (Neurtis) – 좋지 못한 자세로 상지를 반복적으로 사용하면 신경이 늘어나거나 뼈와 신경들이 마찰되도록 하여 신경을 손상

– 발생한 신체 부위에는 대개 쑤시는 듯한 통증이나 감각이 무뎌지는 증상

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CTD 의 주요형태 (2)국소 빈혈 (Ischemia)

– 특정 부위에서의 원활하지 못한 혈액 흐름에 의한 국소 조직 빈혈증 .

– 수공구들을 조작할 때 손바닥이 손잡이로부터 전달되는 압력을 반복적으로 받게 되면 손가락으로의 혈액 공급이 방해를 받게 됨

활액낭염 (bursitis) – 활액이나 점액을 포함하고 있는 주머니인 활액낭 (burs

a) 의 염증– 활액낭은 관절 부위에서 볼 수 있고 , 건들이 뼈와 마찰되는 것을 방지하여 줌 .

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신체부위에 따른 CTD (1)손가락에서의 CTD

– “ 진동성 백랍증 (vibration-induced white finger)” 혹은 레이노 현상 (Raynaud’s phenomenon) : 진동이 심한 수공구를 반복적으로 장기간 사용하게 되면 , 손이 차가운 곳에 노출되었을 때 저리거나 쑤시고 혹은 통증

– “ 트리거 핑거 (trigger finger)” : 손가락으로 날카로운 모서리들을 지나치게 힘을 주어 잡거나 , 권총처럼 생긴 수공구를 집게 손가락으로 반복적으로 사용하게 되면 발생 . 이것은 손가락을 일단 굽힌 다음에는 자체의 힘으로 다시 펴지지 않는 증상 .

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신체부위에 따른 CTD (2)손과 손목의 CTD

– 수근과 증후군 (carpal tunnel syndrome: CTS) 은 손목이나 손에 영향을 주는 흔한 CTD 의 일종

– 수근관 속의 내신경 (median nerve) 이 손상되는 경우에 발생하며 , 그 결과 손바닥과 손가락에 쑤시는 듯한 통증이나 마비 증상

– 몇 가지 유형의 연조직들은 수근관이라고 알려진 손목의 좁은 채널을 통과 , 신경과 혈관도 손과 전완 사이의 수근관을 통과 .

어깨에서의 CTD – 손을 빠르고 반복적으로 움직인다거나 손을 들어올린 채 작업하는 경우

– 어깨에 건활막염이나 활액낭염과 같은 CTD 를 야기

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신체부위에 따른 CTD (3)팔꿈치에서의 CTD

– “ 테니스 엘보우 (tennis elbow)” 혹은 상완골외 상과염 (上腕骨外上顆炎 : lateral epicondylitis) 이고 알려진 증상

• 반복적인 망치질과 같이 손목을 무리하게 반복적으로 사용하면 팔꿈치의 바깥쪽에 있는 신근 (伸筋 : extemsor muscle) 에 영향

– 골프 엘보우 (golfer’s elbow) 혹은 상완골내 상과염 (上腕骨內上顆炎 : medial epicondylitis).

• 건에 염증을 유발하는데 , 이것이 흔히 팔꿈치의 안쪽에 있는 굴근 (flexor muscle) 들이나 이들과 연결된 건들이 손상되는 경우

– “전화 교환수의 엘보우 (telephone operator’s elbow)”• 이것은 작업자들이 책상이나 용기 (container) 의 날카로운

모서리에 팔꿈치를 두어야 하는 작업• 날카로운 모서리로부터 압력이 계속 팔꿈치에 전달되면 신경을

자극하여 새끼 손가락 주변에 통증이나 마비 증상을 야기

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CTD 의 원인과 대처 (1)원인

– 반복적 운동 , 과도한 힘의 사용 , 부자연스러운 자세 , 장시간의 정적인 자세 , 빠른 동작 , 진동 , 추운 환경 그리고 연조직들에 대한 공구나 날카로운 모서리의 압력 등과 같은 원인

세부원인– 손이나 손가락의 빠르고 반복적인 동작

• 건들을 자극하고 , 간들을 둘러싸도 있는 피포들이 활액을 과도하게 분비하도록 하여 건활막염이나 활액낭염과 같은 증상들을 야기

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CTD 의 원인과 대처 (2)세부원인 ( 계속 )

– 손바닥으로 공구의 짧은 손잡이를 잡고 있어야 한다거나 , 손으로 뾰족한 대상을 쥔다거나 혹은 날카로운 모서리에 팔꿈치를 기대는 것 그리고 진동이 심하거나 추운 환경

• 혈류의 흐름을 방해하고 신경들을 자극– 팔목을 굽혀야 한다거나 , 팔꿈치나 어깨를 높이

들어올려야 하는 것• 연조직들에 하중을 주거나 연조직들을 잡아당김으로써

뼈에 연결된 건들을 억압하여 서로간의 마찰 정도를 증가 .

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CTD 의 원인과 대처 (3)

대처방법 : 총체적 접근– 관리적 방법 : 작업자에 대한 교육과 훈련 ,

작업과 휴식시간의 효율적 계획– 공학적 방법 : 작업장 과 작업도구의

재설계

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수공구 설계 (1)수공구 설계를 위한 네 가지 지침

1. 손목을 굽히지 않도록 설계하라 2. 수공구의 형태를 잡기 쉽도록 하라

– 손바닥의 중앙은 가해지는 힘에 매우 취약– 이 영역에 내신경 (median nerve), 동맥 그리고 손가락 굴건 (flexor tendons) 의 활막 (滑膜 : synovium) 이 위치

– 공구의 손잡이들이 가해지는 힘이 손바닥의 양쪽과 손가락으로 분산 될 수 있도록 충격 흡수용 패드를 덧대거나 길이를 충분히 길게 하고 손잡이의 곡률 (curvature) 을작게 .

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수공구 설계 (2)

3. 손잡이의 파악 범위 ( 把握範圍 : grip span) 를 적당하게 하라 – 악력 (grip strength) 은 손잡이를 잡는 폭 , 즉

파악 범위와 밀접한 관계– 남성의 악력은 여성의 악력의 대략 두 배– 남성과 여성 모두 파악 범위가 약 7~8cm 인

경우에 최대의 악력발휘 .

4. 손가락 ( 혹은 장갑을 착용했을 때 ) 의 동작 여유 공간을 제공하라 .

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요약근골격계의 구조와 속성

– 근골격계 체계 ( 뼈 , 연결구조 , 근육 )– 생체역학 모델

하요부 장애– 하요부 생체역학– NOISH 들기지침– 수동 물질취급– 앉은 자세작업과 좌석설계

상지 누적성 외상장애– CTD 의 주요형태– CTD 의 원인과 대처– 수공구 설계

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TheThe EndEndTheThe EndEnd

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인체측정 실험목적

– 인체측정 방법을 이해– “보통인간”이 존재하는지 여러 가지

인체치수를 사용하여 확인– 인체치수들간의 상관관계를 파악

실험장치 : – 마틴 인체 측정기

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인체측정 실험실험방법 :

– 피실험자 각자가 측정해야 할 인체치수들 키 (102), 주먹 높이 (112), 발 너비 (418), 머리 너비 (402), 앉은 키 (301)

– 조별로 인체치수를 측정하고 , 학급전원의 데이터를 취합하여 하나의 Excel 파일로 만듬 .

수집데이터 – 이름 , 측정 부위명 , 치수 (cm) (소수점 한

자리 ), 성별

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인체측정 실험데이터 분석 :

1.각 부위의 평균과 표준편차를 구하라 ?2.각 부위 치수가 평균치 15% 에 포함되는

피실험자의 수가 전체 피실험자 중에 몇 % 인가 ?

3.임의의 두 변수간의 상관관계를 구하자 ( 각자 두 가지 쌍의 데이터 처리 요망 )

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인체측정 실험o 데이터 분석 ( 계속 )

1. 임의로 선택한 두 변수 사이에 Y=a+bX 라는 선형적인 관계가 있다고 가정하여 최소 자승법으로 회귀분석하라 ?

2. 선형상관계수 r 을 구하라3. 유의수준 5%에서 귀무가설 r=0 이라는 가설검정을

하라4. 유의수준 5%에서 귀무가설 b=0 이라는 가설검정을

하고 , r 에 대한 가설검정의 결과와 일치하는지를 보여라 ?4. 이 실험에서 얻을 수 있는 결론은 무엇이며 ,

어디에 응용할 수 있을까 ?

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조 편성 5 명 1 조로 편성

Documents

인간공학 II (2005 년 2 학기 ISIE368) 강의 3 : 생체역학