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Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers http://dx.doi.org/10.7232/JKIIE.2015.41.1.074Vol. 41, No. 1, pp.74-78, February 2015. © 2015 KIIEISSN 1225-0988 | EISSN 2234-6457 <Application Research>
버스 승객석의 인간공학적 평가 방법 개발
박장운1․이혜원2․최 근3․박 애3․김문진4․유희천3†
1미시간 학교 교통연구소 / 2LIG 넥스원 ILS 연구센터
3포항공과 학교 산업경 공학과 / 4
자동차 버스바디설계
Development of an Evaluation Protocol for a Bus SeatJangwoon Park1
․Hyewon Lee2․Younggeun Choi3
Kwangae Park3․Moonjin Kim4․Heecheon You3
1Biosciences Group, University of Michigan Transportation Research Institute, Ann Arbor, Michigan, USA2Integrated Logistics Support R&D Lab, LIG Nex1, Seongnam, Gyeonggi-do, 463-400, South Korea
3Department of Industrial and Management Engineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang, Gyeongsangbuk-do, 790-784, South Korea
4Bus Body Engineering Design Team, Hyundai Motor Group, Wanju-gun, Jeonbuk, 565-904, South Korea
A bus seat is required to be ergonomically designed in terms of its shape and physical properties to increase seating comfort. The present study is intended to develop a systematic bus seat evaluation protocol based on seating comfort. A total of 48 participants evaluated 12 parts (seat belt, recliner, armrest, headrest, upper-back support, lumbar support, seatback bolster, seatback overall, hip support, thigh support, seatpan bolster, and seatpan overall) of 12 bus seats with 17 subjective comfort measures (e.g., convenience of control, suitability of size, and overall comfort). Lastly, ergonomic features of shape and physical properties of each seat part were identified based on the subject evaluation analysis results. The developed bus seat evaluation protocol can be applied to evaluate various types of seats.
† Keywords: Bus Seat, Ergonomic Design, Evaluation Protocol, Seat Comfort
1. 서 론
버스 승객석은 승객들이 안락하게 착석할 수 있도록 인간공학
적인 설계가 요구된다. Ministry of Land, Infrastructure and Transport(2013)에 따르면, 2009년부터 2012년까지 매년 3천 8백만 명 이상의 한국인들이 장거리 이동을 위한 교통수단으로
고속버스를 이용한 것으로 파악되고 있다. 버스 승객석의 형
상과 물성은 다양한 인체크기와 연령대를 가진 승차자들에 대
해 착좌 안락감 향상 및 피로감 저감 측면에서 인간공학적으
로 설계되어야 한다.
버스 승객석 및 차량 운전석의 인간공학적 평가 및 설계를
위해 다양한 연구들이 수행되고 있다. Zhao and Tang(1994)은
30명의 실험 참여자들을 대상으로 버스 승객석의 등받이에 대
한 안락감을 평가 한 후 평가자들의 등 형상과 승객석 등받이
상단부의 형상간의 유사성을 시각적으로 비교하였다. 비교 결과, 평가자들의 등 부위 형상과 승객석의 등받이 상단부의 형상이
유사할수록 착좌 안락감이 높은 것으로 나타났다. Jung et al. (1998)은 고속철 승객석의 인간공학적 설계를 위해 승객석의
부위별(예 : 머리 지지부, 요추 지지부) 크기 및 각도 조절이 가
능한 prototype을 제작하여 다양한 인체크기를 가진 승차자들
이 논문은 현대 NGV와 한국연구재단(NRF-2012S1A5A2A03034716)의 지원을 받아 수행된 연구임.†연락저자：유희천 교수, 790-784 경상북도 포항시 남구 청암로 77 포항공과대학교 산업경영공학과, Tel : 054-279-2210, Fax : 054-279-2820,
E-mail : [email protected]년 12월 31일 접수; 2014년 5월 1일 1차 수정본 접수; 2014년 7월 2일 2차 수정본 접수; 2014년 8월 2일 3차 수정본 접수; 2014년 8월 18일 게재 확정.
버스 승객석의 인간공학적 평가 방법 개발 75
로부터 안락한 크기 및 각도 범위를 조사한 후 신규 승객석을
설계하였다. Cheng et al.(2010)은 좌석의 인간공학적 형상 설
계를 위해 성인 남녀 30명의 좌면 체압을 측정한 후 체압값을
3D 좌표 상에서 높이값으로 변환 계산하여 승차자들의 엉덩
이와 허벅지 형상에 맞는 좌면 형상을 설계하였다. Choi et al. (2013)은 인간공학적인 운전석 설계 및 평가를 위해 승차자들
의 착좌 체압분포를 분석하여 착좌전략 유형을 분류하였다. Hong et al.(2014)은 인간공학적 운전석 설계를 위해 운전자들
의 인지부하를 평가할 수 있는 방법을 개발하였다. 인간공학적 버스 승객석 설계를 위해 다양한 연구들이 수행
되고 있으나 버스 승객석을 체계적이고 종합적으로 평가할 수
있는 방법(protocol) 개발에 대한 연구는 미흡한 실정이다. Zhao and Tang(1994)에서 제안된 버스 승객석 평가 설문지는 단순
히 착좌 안락감(seating comfort)에만 초점이 맞춰져 있어 버스
승객석의 크기 적절성, 너비 적합성, 형태 적합성, 쿠션감 등에
대해 세부적으로 평가할 수 없는 한계가 있다. 이 외에도 다양
한 버스 승객석들의 설계 부위별로 효율적이고 체계적으로 비
교 평가해서 선호 설계 특성을 조사할 수 있는 평가 방법에 대
한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구의 목적은 다양한 형상 및 물성을 가진 버스 승객석
들에 대해 인간공학 측면에서 체계적이고 종합적으로 비교 평
가할 수 있는 방법을 개발하는 것이다. 버스 승객석 평가 설문
지는 평가자들이 기존 버스 승객석들을 종합적인 측면에서 효
과적으로 비교 평가할 수 있도록 승차자의 5가지 작업(예 : 착석, 업무, 취침), 버스 승객석의 12가지 설계 부위(예 : 안전벨
트, 팔걸이, 머리 지지부, 등받이, 좌면), 그리고 17가지 인간공
학적 평가기준(예 : 크기 적절성, 형태 적합성, 쿠션감) 간의 연
관성을 바탕으로 개발되었다.
2. 연구 방법
2.1 실험 참여자
실험 참여자는 한국인의 인체크기를 통계적으로 적합하게
대표할 수 있는 성인 남녀 48명(남성 23명, 여성 25명, 평균 연
령 = 39.2세, 표준편차 = 11.4세, 범위 = 20~59세)이 선정되었다. 본 연구는 신장과 몸무게 측면에서 한국인 모집단의 인체크기를 적합하게 대표하는 실험참여자를 모집하고자 하였다. 이를 위
해 Gordon et al.(1989)의 US Army 인체측정결과(연령 : 20대~ 50대; 인구 : 남성 1,618명, 여성 2,027명)를 참조하여 신장과 몸
무게 측면에서 각각 33rd %ile 미만, 33rd~66th%ile, 66th %ile 초과
로 구분한 9개 인체크기 영역에 대해 인구 분포율(%)을 분석
하여 실험참여자들을 모집하였다(한국인 남성 신장 : 33rd %ile = 168.8cm, 66th%ile = 174.0cm; 남성 몸무게 : 33rd %ile = 66.3kg, 66th%ile = 75.2kg; 한국인 여성 신장 : 33rd%ile = 156.1cm, 66th
%ile = 160.9cm; 여성 몸무게 : 33rd%ile = 52.2kg, 66th%ile = 58.8kg).
2.2. 버스 승객석 평가 설문지 개발
버스 승객석에 대한 인간공학적 평가 설문지는 4단계 절차
(버스 승객석 작업 선정, 버스 승객석 평가 부위 선정, 버스 승
객석 인간공학적 평가 기준 선정, 연관성 분석)로 개발되었다. 버스 승객석 작업 선정 단계에서는 승차자가 버스를 이용할
때 발생 가능한 작업들이 도출되었다. 예를 들어, 승차자가 버
스 정류장에서 탑승, 이동 중, 휴게소 정차, 목적지 하차까지의
상황 안에서 발생할 수 있는 작업들이 선정되었으며, 이들 중
안락감에 직접적인 영향을 미치는지 여부에 따라 주요/비주요
작업으로 분류되었는데, 주요 작업으로는 이동 중 착석, 업무
(독서, 모바일 기기 조작 등), 취침이 선정되었으며, 비주요 작
업으로는 안전벨트 체결 및 등받이 조절 레버 조작이 선정되
었다. 버스 승객석의 평가 대상 설계 부위 결정 단계에서는 승차
자의 안락감에 직접적으로 영향을 미치는 12개 주요 평가 부
위가 선정되었다. 선정된 평가 부위는 (1) 안전벨트, (2) 팔걸
이, (3) 등받이 조절레버, (4) 머리 지지부, (5) 흉부 지지부, (6) 요추 지지부, (7) 요추 측면지지부, (8) 등받이 전반, (9) 엉덩이
지지부, (10) 허벅지 지지부, (11) 좌면 측면 지지부, 그리고
(12) 좌면 전반으로 구성되었다.버스 승객석의 인간공학적 평가 기준 선정 단계에서는 시트
의 안락감 평가와 관련된 기존 연구들(Kim et al., 2010; Kolich, 2003; Smith et al., 2006)을 참조하여 17가지의 평가 항목들(도달 용이성, 조작 용이성, 체결 용이성, 분리 용이성, 조절 용이
성, 복부 압박감, 크기 적절성, 형태 적합성, 체압 분산 적절성, 이물감, 지지 적절성, 허깅성, 접촉감, 푹신함, 쾌적성, 그립감, 전반적 안락감)이 선정되었다. 마지막 연관성 분석 단계에서는 버스 승객석 설계 관련 실
무자, 인간공학 전문가들이 논의하여 <Table 1>과 같이 선정
된 버스 승객석 5개 작업, 평가 대상 12개 설계 부위, 인간공학
적 17개 평가 기준들 간의 연관성을 분석하여 버스 승객석 평
가에 적합한 설문지를 개발하였다. 예를 들어, 버스 승객석의
머리 지지부 평가에 대해서는 <Figure 1>에 나타낸 것과 같이
승차자가 착석 시 높이 적절성, 너비 적절성, 형태 적합성, 지지 적절성, 허깅성, 전반적 만족도가 평가될 수 있도록 설계되
었다. 평가 척도는 <Figure 1>에 나타낸 것과 같이 각 문항별 7점 척도(1점 : 매우 불만, 4점 : 중립, 7점 : 매우 만족)로 구성되
었으며, 이외에 추가적으로 불편/선호사항에 대한 의견이 있
을 시 평가자가 하단에 직접 기술할 수 있도록 하였다. 한편, <Figure 1>의 첫 행의 알파벳(A, B, C, D, …)은 평가 대상 승객
석들의 고유 번호를 나타낸다.
76 Jangwoon Park․Hyewon Lee․Younggeun Choi․Kwangae Park․Moonjin Kim․Heecheon You
Table 1. Relationship analysis between tasks, components, and ergonomic evaluation measures
승객석 task Major task : 착석, 업무, 취침
Minor task안벨트착용
등받이각도 조정
평가 상 component
인간공학 평가 기
headrestSeatback:Thoracicsupport
Seatback:Lumbarsupport
Seatback:Lateralsupport
Seatbackoverall Armrest
Seatpan:Thigh
support
Seatpan:Buttocksupport
Seatpan:Lateralsupport
SeatpanOverall
Seatbelt
Angleadjustment
lever
사용성측면
도달 용이성조작 용이성체결 용이성분리 용이성조 용이성이물감
------
-----○
------
------
------
------
------
------
------
------
--○○○○
○○----
생체역학측면
복부 압박감크기 성형태 합성체압 분산 성지지성허깅성
-○○-○○
-○○-○○
-○○○○○
-○○○○○
-○○○○○
-○○-○-
-○○○-○
-○○○-○
-○○○-○
-○○○-○
○○○---
-○○---
감성측면
감푹신함쾌 성그립감
----
----
○○○-
○○○-
○○○-
○---
○○○-
○○○-
○○○-
○○○-
○---
○--○
반 안락감 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
Figure 1. Developed bus seat comfort evaluation questionnaire
2.3 버스 승객석 평가 환경
본 연구는 버스 승객석의 효율적이고 효과적인 비교 평가를
위해 형상과 물성이 상이한 국내외 버스 승객석 12종을 준비
하였다(<Figure 2> 참조). 준비된 버스 승객석들은 한국, 독일, 일본, 중국, 터키에서 양산형으로 제작된 45인승 고속버스의
실제 승객석들로 구성되었다.
본 연구는 기존 버스 승객석의 실내 환경과 유사한 환경에서
평가가 진행될 수 있도록 seating buck을 이용해 버스 승객석 실
험 환경을 조성하였다. Seating buck에는 <Figure 3>과 같이 평가
대상 버스 승객석들이 2열로 배치되었으며, 실제 고속버스 환경
과 유사한 조건을 갖출 수 있도록 좌우에 창문이 배치되었다. Seating buck 위 버스 승객석들 간 배치 간격(pitch)은 850mm로 실
제 고속버스의 승객석들 간 배치 간격을 참고하여 설정되었다.
Development of an Evaluation Protocol for a Bus Seat 77
Figure 2. Selected twelve existing 45-seaters type bus seats
Figure 3. Seating comfort evaluation of bus seats on a seating buck
2.4 버스 승객석 평가 차
버스 승객석 평가는 3단계 절차(실험 소개 및 동의서 작성, 인체치수 측정, 주관적 만족도 평가)로 진행되었다. 실험 소개
및 동의서 작성 단계에서는 실험 진행자가 실험에 대한 전반
적인 개요, 평가 방법 등을 실험 참여자에게 소개한 후 실험 참
여 동의서를 받았다. 인체치수 측정 단계에서는 디지털 신장
체중계를 활용하여 실험 참여자들의 신장 및 몸무게가 측정되
었다. 마지막으로 주관적 만족도 평가 단계에서는 개발된 설
문지를 활용해 준비된 12종의 버스 승객석들이 비교 평가되었
다. 한편, 본 연구는 버스 승객석 평가 순서가 결과에 미치는
영향을 배제하기 위해 무작위 번호로 실험 참여자들에게 평가
대상 버스 승객석 번호를 지정해주었다. 또한, 반복적인 실험
으로 인한 피로 효과를 줄이기 위해 하루에 2시간씩 3일에 걸
쳐 평가하도록 하였다(첫째날 : 안전벨트, 등받이 조절레버, 팔걸이 평가; 둘째날 : 등받이 머리지지부, 흉부지지부, 요추 지
지부, 요추 측면 지지부, 등받이 전반; 셋째날 : 좌면 엉덩이 지
지부, 허벅지 지지부, 좌면 측면지지부, 좌면 전반). 이 외에도
객관적인 버스 승객석 비교 평가를 위해 본 연구는 실험 참여
자들에게 평가 시작 전에 모든 승객석들을 한번씩 충분히 앉
아볼 수 있도록 하였으며, 특정 승객석에 대한 개인의 주관적
인 평가 의견이 다른 실험 참여자들에게 공유되지 않도록 하
였다.
3. 연구 결과
본 연구는 1번 승객석을 기준으로 12종 승객석의 부위별 주관
적 만족도 평가 결과들을 비교하였다. 예를 들어, <Figure 4>에
나타낸 것과 같이 등받이 전반에 대해 평가 기준(예 : 크기 적
절성, 형태 적합성, 전반적 안락감)별로 1번 승객석이 받은 점
수와 가장 높은 선호도 점수를 받은 승객석의 점수가 비교되
었다. 평가 결과, 등받이 전반의 경우에는 8번 승객석이 평가
된 12종 승객석들 중 크기 적절성, 형태 적합성, 지지성, 허깅
성, 접촉감에서 가장 높은 점수를 받은 것으로 나타났으며, 1번(기준) 승객석의 평가 결과와 비교했을 때 평가 항목에 따라
약 5%~14% 우수한 평가를 받은 것으로 나타났다. 이러한 평
가 결과들은 추후 기준 승객석의 설계 부위별 개선 과정에 있
어 중요한 참고 자료로 활용될 수 있다.
Figure 4. Comparison of normalized subjective evaluation scores between reference seat (“1”) and the most preferred bus seat
4. 토 의
본 연구에서 개발된 버스 승객석의 인간공학적 평가 방법은
체계적이고 종합적으로 버스 승객석 선호 설계 특성을 조사하
는데 용이하다. 본 연구에서 개발된 평가 설문지는 버스 승객
석의 12개 부위를 다양한 인간공학적 평가 기준에 의거하여
종합적으로 평가할 수 있으며, 여러 승객석들을 동시에 비교
평가하는데 용이하다. Zhao and Tang(1994)은 버스 승객석 등
받이의 전반적 안락감만을 평가하였으나, 본 연구에서 개발된
버스 승객석 평가 방법은 버스 안에서 발생될 수 있는 승차자
들의 다양한 작업(착석, 업무, 취침)를 고려하고 있으며, 개발
된 설문지는 버스 승객석 설계 부위별 평가가 가능하고 적절
한 설문 문항들로 구성되어 있어 짧은 시간 내에 버스 승객석
에 대한 종합적이고 체계적인 평가에 특화되도록 설계되었다. 또한, 개발된 설문지는 평가 문항에 7점 척도가 적용되어 버스
78 박장운․이혜원․최영근․박광애․김문진․유희천
승객석들 간 비교 평가를 통해 선호 설계 특성을 파악하는데
용이하며, 평가 부위에 대한 추가 의견 및 개선요구사항(voice of customer, VOC)을 수집하는데 효과적이다.
본 연구는 인체크기에 따라 추정된 인구분포율과 남녀 성비
를 고려하여 실험 참여자들을 모집하여 평가단의 대표성을 확
보하였다. Size Korea (2010)는 한국인들의 인체치수별 평균, 표준편차, 그 외에 5th, 50th, 95th %ile 정보를 제공하고 있으나
모집단의 raw data는 제공하지 않기 때문에 본 연구에서 필요
로 했던 한국인의 인체크기별 인구분포율(%)은 확인할 수 없
는 한계가 있었다. 따라서 본 연구는 Gorden et al.(1998)의 연
구에서 제공하고 있는 US Army 인체측정 raw data(n = 3,745)를 통해 한국인 성인 남녀 모집단의 신장과 몸무게의 따른 인
구분포율을 US Army data로 간접적으로 추정하고자 하였다. 본 연구는 추정된 인구분포율(%)을 바탕으로 한국인의 인체
크기를 대표하는 남녀 총 48명을 모집함으로써 평가 결과의
일반성(generalizability)를 높이고자 하였다. 본 연구는 실제 버스 승객석 내부 환경과 유사한 실험실 환
경을 구축함으로써 실험의 재현성을 높이고 다양한 버스 승객
석들 간의 효율적인 비교 평가가 가능하도록 하였다. 본 연구
는 기존 버스 승객석 환경을 재현하기 위해 seating buck을 사
용하여 평가 대상 승객석 12종을 2열로 배치하고, 배치 간격은
기존 버스 승객석들의 간격(850mm)을 적용하였다. 또한, sea-ting buck 좌우측에는 창문을 배치함으로써 최대한 실제 버스
승객석 환경과 유사하도록 평가 환경을 구성하였다. 본 연구
는 실제 버스 내부와 유사한 평가 환경을 구축함으로써 실험
참여자에게 실제 버스에 탑승했을 때의 상황을 재현시켜주어
보다 양질의 평가 결과를 얻고자 하였다. 한편, 본 평가는 기존
버스 승객석들 간의 효과적이고 효율적인 비교를 위해 실험실
환경에서에서 이루어졌으나, 추후 선호 버스 승객석 설계 특
성 조사 결과를 기반으로 개발될 신규 버스 승객석은 다양한
외부 인자들(예 : 버스의 진동, 주행 상황)에 대한 영향을 고려
하여 실차 환경에서 평가될 필요가 있다. 본 연구에서 개발된 버스 승객석 평가 방법은 다양한 인간
공학적 좌석 설계에 적용될 수 있다. 본 연구에서 개발된 평가
방법을 이용하면 다양한 사람들이 장시간/단시간 착석하는 승
객석들(예 : 고속전철, 지하철, 비행기 시트)의 형상 및 물성을
체계적, 정량적, 효율적으로 평가할 수 있으며, 추후 사용자들
이 선호하는 승객석 형상 및 물성 설계를 위한 근거 자료 마련
에 활용될 수 있을 것이다.
참고문헌
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