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문제 정의
- 따라서 본 연구는 인력물자취급 시 안전성을 향상시키고 육체적 스트레스를 감소시키기 위하여 운반손잡이가 부착된 프로토타입 PP포대(Polypropylene laminated bag)를 개발하고, 개발된 프로토타입을 생리학적, 심리물리학적인 평가방법을 통하여 이의 효과를 평가하는 데 목적을 두었다.
- 본 연구에서는 운반손잡이가 부착된 PP포대를 개발하기 위하여 기존의 PP포대의 문제점을 보완하는 것을 기초 디자인 개념으로 설정하였고, 상기에서 열거한 Drury(1980)의 지침을 적용하여 사용자의 편의성을 증진시키는 데 목표를 두었으며 다음과 같은 디자인 선결요건을 설정하여 개발하였다.
가설 설정
- 6. 손잡이에 마디 또는 표면처리를 함으로써 미끄러짐을 방지한다.
제안 방법
- 각 피실험자들은 먼저 와 같이 2열 10단(각 포대높이 9cm, 총 적재높이 90cm) 총 20개가 적재되어 있는 손잡이가 없는 20kg PP비료 포대를 1m 떨어진 옆으로 같은 적재방법인 2열 10단으로 옮겨 쌓게 하였다.
- 실험은 Cortex MetaMax(Mobile Cardiopulmonary Stress Test System)를 이용하여 산소소비량을 측정하였다. 또한 Polar 가슴 벨트를 착용하여 심박수를 측정하였고 디지털 혈압계를 이용하여 혈압을 측정하였다.
- 운반손잡이가 부착된 PP포대의 효과를 평가하기 위하여 운반손잡이의 유무에 따른 작업자의 생리학적인 변화, 즉 VO2(Ventilation O2), HR(Heart Rate), BP(Blood Pressure) 등의 객관적인 척도와 Borg-RPE(Rating of Perceived Exertion)의 주관적인 척도를 병행하여 실시하였다. 또한 손잡이의 유무에 따라 MAWL의 개념과 유사한 최대수용 들기 인내시간(MALET: Maximum Acceptable Lifting Endurance Time) － 피실험자가 선 자세로 포대를 팔꿈치 높이까지 들어서 움직이지 않은 상태에서 피실험자가 스트레인이나 불편함이 없이 피곤함을 느끼지 않을 때까지를 측정한 시간 － 이라는 새로운 개념을 도입하여 실험을 수행한 결과를 비교평가하였다.
- 본 실험은 이틀에 걸쳐 연속적으로 실시하였다. 실험에 앞서 실험자들은 먼저 실험목적, 실험절차, 실험 시 주의사항 등에 대해 피실험자들에게 설명하였다.
- 본 연구에서는 특정 작업에 따른 산소소비량, 심박수, 혈압 등의 생리학적 변화를 종속변수로 설정하였고, PP비료 포대손잡이의 유무를 독립변수로 설정하였다. 따라서 20kg PP포대의 손잡이 유무에 따른 산소소비량을 측정하여 대응표본 t-test 분석(2종류의 포대/피실험자 20명/각각 2번씩 실험)을 실시한 결과 매우 유의한 차이(p=0.
- 손잡이 구멍의 여유공간을 제공하기 위하여 포대의 길이는 열용착하여 봉합된 양쪽 지점으로부터 각각 10cm를 연장하였다. 손잡이 구멍은 모가 나지 않도록 길이 12cm와 폭 5cm로 천공하고, 천공된 손잡이 테두리는 PE(Polyethylene) 소재를 부착하여 열용착함으로써 손잡이 구멍이 찢어지지 않게(tearproof) 보강하였을 뿐만 아니라 잡기에 안전하고 편안한 손잡이를 제공하였다.
- <그림 1>은 본 연구에서 개발한 손잡이가 부착된 프로토타입 PP포대이다. 손잡이 구멍의 여유공간을 제공하기 위하여 포대의 길이는 열용착하여 봉합된 양쪽 지점으로부터 각각 10cm를 연장하였다. 손잡이 구멍은 모가 나지 않도록 길이 12cm와 폭 5cm로 천공하고, 천공된 손잡이 테두리는 PE(Polyethylene) 소재를 부착하여 열용착함으로써 손잡이 구멍이 찢어지지 않게(tearproof) 보강하였을 뿐만 아니라 잡기에 안전하고 편안한 손잡이를 제공하였다.
- 과거에 근골격계 질환이나 심혈관계 질환을 앓았던 경험이 없는 건강한 남자 대학생 20명이 피실험자로 참여하였으며, 이들 중 대부분은 육체적 운동이나 인력물자취급에 경험이 있다고 응답하였다. 실험을 시작하기 하루 전, 피실험자들이 실험 방법에 익숙해지기 위한 교육과 훈련을 실시하였고, 실험중 피실험자들은 가벼운 운동복과 운동화를 착용하고 실험에 참여하였다. <표 1>은 본 실험에 참여한 24세부터 27세까지 피실험자의 인구통계적 자료와 이들의 안정 시의 생리학적 수준을 측정한 결과를 요약한 것이다.
- 운반손잡이가 부착된 PP포대의 효과를 평가하기 위하여 운반손잡이의 유무에 따른 작업자의 생리학적인 변화, 즉 VO2(Ventilation O2), HR(Heart Rate), BP(Blood Pressure) 등의 객관적인 척도와 Borg-RPE(Rating of Perceived Exertion)의 주관적인 척도를 병행하여 실시하였다. 또한 손잡이의 유무에 따라 MAWL의 개념과 유사한 최대수용 들기 인내시간(MALET: Maximum Acceptable Lifting Endurance Time) － 피실험자가 선 자세로 포대를 팔꿈치 높이까지 들어서 움직이지 않은 상태에서 피실험자가 스트레인이나 불편함이 없이 피곤함을 느끼지 않을 때까지를 측정한 시간 － 이라는 새로운 개념을 도입하여 실험을 수행한 결과를 비교평가하였다.
- 이후 약 30분 간의 휴식시간을 취하게 한 뒤 MALET을 측정 하였다. MALET은 피실험자가 선 채로 팔꿈치높이(팔꿈치의 각도는 90o)까지 포대를 들고 움직이지 않는 상태에서 스트레인이나 불편함이 없이 피곤함을 느끼지 않을 때까지를 측정한 시간을 말하며, MAWL(Ayoub and Mital, 1989)과 유사하다고 말할 수 있으나 MAWL은 무게가, MALET은 시간이 종속변수의 개념이 된다.
- 실험에 앞서 실험자들은 먼저 실험목적, 실험절차, 실험 시 주의사항 등에 대해 피실험자들에게 설명하였다. 이후 피실험자의 과거 근골격계 질환이나 심혈관계 질환 경험 여부에 대해 설문하고 피실험자의 나이, 키, 몸무게를 측정한 후 안정 시의 생리학적 수준을 측정하였다.
- 측정은 Cortex사의 MetaMax를 이용하여 작업하는 동안 가장 높은치의 생리학적 수준을 기록하였다. <그림 3>은 실험절차에 따른 Flow Chart를 보여주고 있다.
- 각 피실험자들은 먼저 <그림 2>와 같이 2열 10단(각 포대높이 9cm, 총 적재높이 90cm) 총 20개가 적재되어 있는 손잡이가 없는 20kg PP비료 포대를 1m 떨어진 옆으로 같은 적재방법인 2열 10단으로 옮겨 쌓게 하였다. 포대를 옮기는 방법은 자유 들기 자세(free style lifting)로 서두르거나 쉬는 동작 없이 20포대를 2분 30초 동안에 옮기는 속도(대략 8포대/분)로 작업하게 하였다. 포대를 옮긴 직후 각 실험자로 하여금 Borg-RPE subjective rating을 기록하게 하였다.
- 포대를 옮기는 방법은 자유 들기 자세(free style lifting)로 서두르거나 쉬는 동작 없이 20포대를 2분 30초 동안에 옮기는 속도(대략 8포대/분)로 작업하게 하였다. 포대를 옮긴 직후 각 실험자로 하여금 Borg-RPE subjective rating을 기록하게 하였다.
대상 데이터
- 개발된 PP포대는 에서 보는 바와 같이 비료포대에 적용하였으며, 중량은 20kg이다.
- 과거에 근골격계 질환이나 심혈관계 질환을 앓았던 경험이 없는 건강한 남자 대학생 20명이 피실험자로 참여하였으며, 이들 중 대부분은 육체적 운동이나 인력물자취급에 경험이 있다고 응답하였다. 실험을 시작하기 하루 전, 피실험자들이 실험 방법에 익숙해지기 위한 교육과 훈련을 실시하였고, 실험중 피실험자들은 가벼운 운동복과 운동화를 착용하고 실험에 참여하였다.
- <그림 1>은 본 연구에서 개발한 손잡이가 부착된 프로토타입 PP포대이다. 손잡이 구멍의 여유공간을 제공하기 위하여 포대의 길이는 열용착하여 봉합된 양쪽 지점으로부터 각각 10cm를 연장하였다.
이론/모형
- 설정된 실험의 들기 작업조건에 대한 작업부하의 강도를 파악하기 위하여 Revised NIOSH Lifting Equation(National Technical Information Services, 1991)을 적용하여 분석하였다. RWL(Recommended Weight Limit)과 LI(Lifting Index)은 ErgoEASER(Ergonomics Education, Awareness, System Evaluation, & Recording tool, 1999)를 사용하여 계산하였다. <표 2>는 사용된 들기 작업 변수와 해당 수치를 요약한 것이다.
- 본 연구에서는 Borg(1985)의 정신적, 육체적 활동지각의 평가척도인 Borg-RPE를 적용하여 손잡이의 유무에 따른 등급을 평가하였다. 이 등급은 6에서 20까지 구성되어 심박수의 1/10과 같은 비율로 등급을 나타낸 것으로서 활동수준에서 예상되는 심박수와 상관관계를 가진다.
- 설정된 실험의 들기 작업조건에 대한 작업부하의 강도를 파악하기 위하여 Revised NIOSH Lifting Equation(National Technical Information Services, 1991)을 적용하여 분석하였다. RWL(Recommended Weight Limit)과 LI(Lifting Index)은 ErgoEASER(Ergonomics Education, Awareness, System Evaluation, & Recording tool, 1999)를 사용하여 계산하였다.
- 실험은 Cortex MetaMax(Mobile Cardiopulmonary Stress Test System)를 이용하여 산소소비량을 측정하였다. 또한 Polar 가슴 벨트를 착용하여 심박수를 측정하였고 디지털 혈압계를 이용하여 혈압을 측정하였다.
성능/효과
- 3. 손잡이나 잡을 것을 만들 때 길이는 최소한 11.5cm, 지름은 2.5∼3.8cm, 그리고 손이 들어갈 수 있는 여유는 3.0∼3.5cm로 한다.
- 본 연구에서는 특정 작업에 따른 산소소비량, 심박수, 혈압 등의 생리학적 변화를 종속변수로 설정하였고, PP비료 포대손잡이의 유무를 독립변수로 설정하였다. 따라서 20kg PP포대의 손잡이 유무에 따른 산소소비량을 측정하여 대응표본 t-test 분석(2종류의 포대/피실험자 20명/각각 2번씩 실험)을 실시한 결과 매우 유의한 차이(p=0.012)가 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구결과, 인력물자취급에 있어 물체에 제공된 손잡이는 작업자에게 육체적, 심리물리학적 작업부하와 주관적인 스트레스 등을 경감시키는 것으로 나타났으며, 이는 Garg and Saxena(1980)의 연구결과와도 일치하고 있다. 손잡이가 있는 포대가 손잡이가 없는 포대보다 산소소비량과 심박수의 생리학적 변화의 수준이 전반적으로 낮게 나타났다.
- 본 연구에서 개발한 MALET 척도를 가지고 손잡이 유무에 따른 수치를 비교한 결과, 손잡이가 없을 때 평균시간은 6.93(±2.02)초였으며, 손잡이가 있을 때 평균시간은 9.33(±3.15)초였다().
- 일반적으로 수축기 혈압은 작업하는 동안 산소소비량과 심장의 output의 증가에 따라 상승하며, 이완기 혈압은 상대적으로 경미하게 증가하거나 변하지 않는다. 손잡이 유무에 따른 혈압 차이에 대한 t-test 결과, 수축기(p=0.922)나 이완기(p=0.316) 혈압 공히 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 판명되었다.
- <표 5>는 실험을 실시하기 전 안정 시의 생리학적 수준측정 결과와 실험시작 후 포대손잡이의 유무에 따라 변화된 피실험자들의 최대 생리학적 수준측정 결과의 차이를 보여주고 있다. 이를 살펴보면 예상대로 손잡이가 있는 포대가 손잡이가 없는 포대보다 산소소비량과 심박수의 생리학적 변화의 수준이 전반적으로 낮게 나타났다. 즉, 손잡이가 있는 포대의 들기 작업이 손잡이가 없는 포대보다 작업부하가 경감되기 때문에 생리학적 수준의 변화가 적은 것으로 해석될 수 있다.
- (1986)은 정신적·육체적 작업부하의 증가는 심박수의 증가를 유발한다고 서술하고 있다. 손잡이의 유무에 따른 심박수의 변화에 대한 대응표본 t-test 분석결과 산소소비량과 마찬가지로 통계적으로 유의한 차이(p=0.024)가 있다는 결론을 얻었다.
- 이와 같이 제공된 손잡이는 최대허용 들기 인내시간을 연장시킴으로써 MAWL이나 물체를 들고 이동하는 거리와 시간을 증가시켜 작업의 효율성을 높일 수 있다고 결론 내릴 수 있다. <표 7>에서 손잡이의 유무에 따른 대응표본 t-test 결과 최대허용 들기 인내시간은 Borg-RPE와 마찬가지로 통계적으로 매우 유의(p=0.000)한 것으로 나타났다.
- 위 수식에서 보듯이 RWL의 계산결과 물체의 수평거리(HM=0.52)와 들기 빈도수(FM=0.60)가 상수(23kg)의 무게를 낮추는 가장 큰 요인변수로 나타났으며, LI의 값은 3.51로 RWL을 약 3.5배를 초과하고 있다. 손잡이가 있는 포대의 들기 작업의 경우 VM은 0.
- <표 8>은 이틀에 걸쳐 연속적으로 수행한 두 번의 실험결과에 따른 생리학적 수준의 변화에 대한 평균치와 주관적 평가의 평균치를 보여주며 또한 두 번의 실험시기에 따른 피실험자 측정치의 분산분석 결과이다. 유의확률 5%에서 이완기혈압을 제외한 나머지 측정치에서 손잡이가 있는 경우나 없는 경우 모두 유의한 차이가 존재하지 않는 것으로 나타났다. 이는 첫 번째와 두 번째 시기의 측정결과는 어떤 외부 변수에 의한 영향을 받지 않았으며, 2일 간에 걸쳐 실시된 실험의 측정치가 신뢰할 수 있는 자료라고 할 수 있다.
- <표 5>는 실험을 실시하기 전 안정 시의 생리학적 수준측정 결과와 실험시작 후 포대손잡이의 유무에 따라 변화된 피실험자들의 최대 생리학적 수준측정 결과의 차이를 보여주고 있다. 이를 살펴보면 예상대로 손잡이가 있는 포대가 손잡이가 없는 포대보다 산소소비량과 심박수의 생리학적 변화의 수준이 전반적으로 낮게 나타났다. 즉, 손잡이가 있는 포대의 들기 작업이 손잡이가 없는 포대보다 작업부하가 경감되기 때문에 생리학적 수준의 변화가 적은 것으로 해석될 수 있다.
- 이에 따라 실험이 진행되는 동안 측정한 최대 심박수와 피실험자들이 직접 평가한 Borg-RPE 등급을 비교한 결과, 비교적 낮은 상관관계를 보였으며(손잡이가 없는 경우 r=0.142; 손잡이가 있는 경우 r=0.384) 실제 전체 평균 심박수보다 Borg-RPE 등급에 10을 곱한 전체 평균 수치가 전반적으로 높게 나타났다. 즉, 손잡이가 없는 경우에 심박수는 98.
- 15)초였다(<표 7>). 이와 같이 제공된 손잡이는 최대허용 들기 인내시간을 연장시킴으로써 MAWL이나 물체를 들고 이동하는 거리와 시간을 증가시켜 작업의 효율성을 높일 수 있다고 결론 내릴 수 있다. <표 7>에서 손잡이의 유무에 따른 대응표본 t-test 결과 최대허용 들기 인내시간은 Borg-RPE와 마찬가지로 통계적으로 매우 유의(p=0.
- 63)) pulses/min로서 이는 ‘가벼운 작업’∼‘보통 작업’에 해당한다. 즉, 손잡이가 없는 포대의 들기 작업 시 손잡이가 있는 포대보다 작업부하가 약간 높은 것으로 나타났다. 하지만 혈압의 경우, 수축기 혈압은 산소소비량과 심박수의 결과와 일치하지만 이완기 혈압의 경우는 반대의 실험 결과치를 보이고 있다.
- 피실험자들이 직접 평가한 Borg-RPE 등급과 최대 심박수를 비교한 결과 이 두 변수가 서로 낮은 상관관계를 보였으며 실제 전체 평균 심박수보다 Borg-RPE 등급이 전반적으로 높게 나타났다. 이 결과는 주관적인 평가인 Borg-RPE와 객관적 평가인심박수가 선형관계가 있다는 Borg(1985)의 주장과는 차이가 있으며, Kilbom(1990)이 주장하고 있는 바와 같이 “주관적 평가는 과거의 경험과 동기에 영향을 받으며 동기가 있는 사람은 작업 활동수준을 과소평가하는 경향이 있다”와도 반대의 결과를 보여준다.
- 혈압의 경우 수축기와 이완기 모두의 low-end 범위는 손잡이가 있는 포대에서 더 높게 나타남으로써 예상과는 일관성이 없는 것으로 나타났으나, 수축기 혈압의 경우 high-end 범위와 평균치는 손잡이가 있는 경우에 낮게 나타났다. 한편 이완기혈압의 경우 평균치가 손잡이가 있는 경우와 없는 두 가지 경우 모두 음수로서 실험을 시작한 후가 안정기일 때보다 오히려 낮게 나타났다.
후속연구
- 향후 PP포대 손잡이의 효과에 대한 평가를 위해 생체역학적 접근법을 사용하여 근골격계에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다고 사료되며, 피실험자를 대학생이 아닌 다양한 연령층으로 하고 실제 작업 수요자들을 대상으로 한 보다 정확한 실험 및 평가가 요구된다. 또한 포대에 제공된 손잡이에 대한 사용자들의 심리적인 반응과 이의 내구성에 대한 평가도 이루어져야 할 것이다.
- 본 연구에서 개발된 손잡이가 제공된 비료포대의 모형은 각종 시멘트, 합성수지, 설탕, 곡물, 화학제품, 쌀, 밀가루, 모래, 사료, 소금, 야채 등의 다양한 포대 디자인에 응용할 수 있으며, 이의 도입은 어느 개인기업 차원에서 개발·보급하기보다는 국민의 건강과 안전을 도모하기 위한 거시적인 목표를 가지고 국가 정책적인 차원에서 추진하려는 노력이 필요하다고 사료된다.
- 한편, 본 연구에서 정의한 MALET은 MAWL과 같이 좀더 새로운 척도개발과 아울러 심도 있는 연구와 실험이 뒤따라야 한다고 생각한다. 이를 통하여 물체의 무게나 형태에 따라 물체를 들고 안전하게 운반할 수 있는 시간을 산정할 수 있으며, 이를 토대로 안전하게 운반할 수 있는 거리를 추정하는 데 유용하게 적용할 수 있도록 추후 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 한편, 본 연구에서 정의한 MALET은 MAWL과 같이 좀더 새로운 척도개발과 아울러 심도 있는 연구와 실험이 뒤따라야 한다고 생각한다. 이를 통하여 물체의 무게나 형태에 따라 물체를 들고 안전하게 운반할 수 있는 시간을 산정할 수 있으며, 이를 토대로 안전하게 운반할 수 있는 거리를 추정하는 데 유용하게 적용할 수 있도록 추후 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 향후 PP포대 손잡이의 효과에 대한 평가를 위해 생체역학적 접근법을 사용하여 근골격계에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다고 사료되며, 피실험자를 대학생이 아닌 다양한 연령층으로 하고 실제 작업 수요자들을 대상으로 한 보다 정확한 실험 및 평가가 요구된다. 또한 포대에 제공된 손잡이에 대한 사용자들의 심리적인 반응과 이의 내구성에 대한 평가도 이루어져야 할 것이다.
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