인간공학적 평가도구를 이용한 시설원예용 작업기계 개발 및 검증

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 농업생명과학대학 바이오시스템·소재학부, 2018. 2. 조성인.인간공학적 작업 평가는 산업 현장에서 수행되는 작업 동작이나 절차를 산업 안전∙보건 측면에서 분석하고 평가하여 안전 사고와 근골격계 질환 발생 가능성을 줄이고 작업 효율을 향상할 수 있도록 작업 절차를 개선하는 목적으로 사용된다. 작업 자세 분류에 따라 위험도를 평가하는 체크리스트형 평가 도구(OWAS, RULA, REBA 등)는 관리자가 관찰을 통해 쉽게 위험 동작이나 자세를 분류할 수 있도록 고안되었다. 생리적 생체신호인 근전도, 분당심박수는 신체 활동이 활발해질수록 증가하는 특성이 있어 작업 부담 평가에 적합한 지표라고 할 수 있다. 토마토, 파프리카 온실 내 충격원에 대한 조사 결과, 일련의 수확 작업 중 무거운 상자를 드는 동작이 포함된 교대 작업은 과실에 4 ~ 6 g에 해당하는 충격을 주어 신선도를 하락시킬 뿐 만 아니라 OWAS 위험 수준 4에 해당하여 작업자의 신체에 과중한 부하를 가해 근골격계 질환을 유발할 가능성이 높은 것으로 나타났다. 미국 국립산업안전보건연구원(NIOSH)과 국제노동기구(ILO)가 발행한 농업에 대한 인간공학적 지침에 따라 허리를 구부리는 작업을 제거하고 사용자 신체에 맞는 작업 높이를 설정할 수 있으며 무거운 물건을 드는 절차를 개선할 수 있는 자동 교대장치를 포함한 새로운 시설원예용 작업편이장비를 개발하였다. 실제 시설원예 농업 현장에서 개발된 장비를 사용하였을 때 의도된 효과를 기대할 수 있는지 검증하기 위하여 실험실 내 모의수확환경을 구성하였다. 기존 장비와 개발된 장비에 대해 각각 모의 수확 동작을 실시하였고, 근전도, 분당심박수, 주관적 작업강도를 측정하였다. 모의 동작에 대한 영상을 촬영하여 체크리스트형 작업 자세 평가에 이용하였다. 모의 동작이 종료된 후, 피실험자의 심박수와 신체 출력에 대한 관계 모델을 얻기 위해 싸이클 에르고미터를 이용한 운동 평가가 실시되었다. 생리적 생체신호에 해당하는 분당심박수의 평균 및 최대치는 기존 장비를 이용한 작업에 비해 개발된 장비를 이용한 작업에서 유의미한 수준(p < 0.05)으로 낮아졌다. 근전도 평균값 및 IEMG 수치의 경우에는 상부 승모근을 제외한 모든 근육에서 개발된 장비를 이용한 작업이 유의미한 수준(p < 0.05)으로 근육 부담이 줄어든 것을 나타냈다. 주관적 작업강도의 경우, 기존에 비해 개발된 장비를 통한 작업의 주관적 강도가 36.92 % 감소하였다. 운동 평가를 통해 얻은 심박수와 신체출력 데이터를 회귀분석하여 모델식을 구하고, 각 작업의 평균 심박수를 이용하여 추정 일률(W)을 산출하였다. 각 작업 방식 간 추정 일률이 유의한 차이(p < 0.05)를 보였고, 기존 방식에 비해 개발된 장비를 이용한 방식의 경우 일률이 2.57% 감소한 것으로 나타났다. 피실험자의 심박수-신체 출력 회귀모델을 이용하면 작업에 대한 추정 일률을 산출하여 에너지 효율 측면에서 작업을 평가할 수 있는 것으로 판단할 수 있다. 촬영된 작업 방식 별 영상을 1초 간격으로 샘플링하고 체크리스트형 평가를 수행한 결과, 기존방식의 작업은 OWAS, RULA, REBA에서 모두 위험 수준의 작업이 포함된 것으로 나타났다. 마찬가지로 평가한 개발된 장비를 이용한 방식의 작업에서는 OWAS, RULA, REBA에서 모두 위험 수준의 작업이 제거된 것으로 나타났다. 영상을 바탕으로 작업의 소요시간을 측정하여 분석한 결과, 기존 방법에 비해 개발된 장비를 이용한 작업의 소요시간이 23.3 % 단축된 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합하여 판단하였을 때, 개발된 온실용 작업편이장비는 작업자의 신체 부담을 저감하고 수확 작업 효율을 향상하는 것으로 볼 수 있으며, 근골격계 질환 예방과 과실의 신선도 보존의 효과를 기대할 수 있는 것으로 판단할 수 있다.1 서론 1 1.1 연구의 필요성 1 1.2 연구의 목적 5 2 연구사 6 3 이론적 배경 9 3.1 체크리스트형 인간공학적 평가도구 9 3.1.1 OWAS 9 3.1.2 RULA 14 3.1.3 REBA 16 3.1.4 작업 샘플링 16 3.2 근전도 분석 18 3.3 운동 평가 23 4 시설원예용 작업기계 설계 25 4.1 재료 및 방법 25 4.2 결과 및 고찰 26 4.3 작업기계 설계 28 5 재료 및 방법 35 5.1 피실험자 및 실험장비 35 5.2 작업동작 교육 38 5.3 실험실 내 모의 수확환경 구성 39 5.4 생리학적 데이터 취득 41 5.4.1 분당심박수 측정 41 5.4.2 근전도 측정 41 5.4.3 근전도 결측치 처리 42 5.4.4 주관적 작업강도 측정 42 5.5 물리적 데이터 취득 46 5.6 인간공학적 작업평가 47 6 결과 및 고찰 48 6.1 생리학적 데이터 48 6.1.1 분당심박수 분석 48 6.1.2 주관적 작업강도 분석 49 6.1.3 근전도 분석 50 6.2 물리적 데이터 55 6.2.1 일률-분당심박수 회귀분석 55 6.2.2 물리적 작업 강도 평가 56 6.3 인간공학적 작업평가 결과 57 6.3.1 OWAS 57 6.3.2 RULA 58 6.3.3 REBA 60 6.4 작업 효율 62 7 요약 및 결론 63 8 참고 문헌 66Maste