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문제 정의
- 따라서 본 연구는 쪼그려 앉는 작업자세가 요구되는 각종 작업에 있어 작업 보조도구를 사용함으로써 부적절한 작업자세를 개선하여 노동강도를 경감시킴과 동시에 작업능률 향상과 요통 등 근골격계 질환을 감소시켜 작업자의 건강을 증진시키는데 목적을 두었다. 이를 위하여 본 연구의 수행방법은 두 단계로 구분하여 실시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 에서와 같이 착용의자의 좌판 높이를 상황에 따라 유동적으로 조절하여 사용할 수 있도록 의자의 다리부분에 탈․부착이 가능한 발굽을 고안하였다.
- 이를 위하여 본 연구의 수행방법은 두 단계로 구분하여 실시하였다. 먼저 농작업에서 행해지는 쪼그려 앉는 여러 자세에 있어서 재배작물의 높이에 따라 적절한 의자의 높이를 실험을 통하여 작업자 부하관계를 규명한 다음, 이를 토대로 작업자용 착용의자를 고안하여 쪼그려 앉는 작업을 할 때 안전성을 향상시키고 육체적 스트레스를 감소시킴으로써 사용자의 편의성을 증진시키고자 하였다.
- 본 연구는 쪼그려 앉아서 수행하는 작업에 있어서 작업위치에 따라 작업 시 편안함을 느끼는 의자의 적절한 높이에 대한 사용자 선호도를 평가하여 시사점을 제공하고자 하였다. 연구 결과를 요약하자면 쪼그려 앉아서 작업을 수행해야 하는 유사한 작업이라도 작업위치에 따라 쪼그려 앉는 의자의 적절한 높이는 달라져야 한다는 것을 발견하였다.
- 본 연구에서 개발하려는 쪼그린 작업자를 위한 착용의자의 제작목적은 작업보조도구를 사용함으로써 각종 산업체나 농업에 종사하는 작업자들에게 부과되는 육체적 에너지를 최소화하여 작업자의 작업안전 향상과 건강을 증진시키고 작업을 쉽고 빠르게 수행하게 하여 생산성을 높이는 데 있다.
- 본 연구에서는 3가지 작업위치에 따른 3가지 높이의 의자에 대한 사용자 선호도를 평가하는데 그 핵심기준은 사용자의 작업상 편안함이다. 이 같은 척도는 주관적일 수밖에 없으며 객관적인 수치로 측정하기는 어렵다.
제안 방법
- <그림 3>은 본 연구에서 개발한 착용의자의 프로토타입이다. 개발된 프로토타입은 작업자가 앉는 좌판과 등받이가 일체로 된 몸통과, 이 몸통을 작업자의 신체에 착용시키기 위한 어깨걸이, 허리벨트, 허벅지벨트로 구성된다. 이들 벨트는 리벳으로 의자 몸통에 고정된다.
- 사용자가 일어서서 이동할 때에는 양쪽 다리는 서로 엇갈려서 걷기 때문에 만일 좌판이 하나의 몸체로 구성된다면 다리 뒤쪽에서 덜컥거려 걷기가 불편하게 된다. 그러므로 앞으로 이동하는 다리에 따라서 같이 움직이도록 착용의자의 좌판을 양분하였다. 이렇게 함으로써 좌판은 등받이와 체결된 힌지부재에 의해 상호 독립적으로 회동 동작된다.
- Sanders and McCormick(1992)과 Grandjean(1985)에 따르면 관절에서의 동작범위는 관절의 골구조, 관절 부근의 벌크(bulk: 근육이나 기타조직)의 양, 그리고 관절 주위의 근육, 건(tendon), 인대(ligament)의 탄력 등에 따라 달라진다고 하였다. 따라서 복부의 벌크가 크거나 허벅지둘레가 크면 쪼그린 자세에 제한을 줄 수 있으므로 몸무게, 허리둘레, 허벅지둘레 등을 측정하여 이들이 선호하는 의자의 높이와 인체치 수와의 상관관계를 분석하였다.
- 이 같은 척도는 주관적일 수밖에 없으며 객관적인 수치로 측정하기는 어렵다. 따라서 이들 주관적 평가를 점수화하는 평가점수(opinion score) 척도로서 ‘매우 불편하다’, ‘불편하다’, ‘보통이다’, ‘편하다’, ’매우 편하다‘의 리커트 5점 척도(Likert summated rating method)를 사용하여 피실험자에게 각각의 설정된 작업위치에 따라 3가지 각기 다른 의자에 5분 동안 앉아 작업하게 한 후 의자의 선호하는 높이에 대한 생각을 표기하도록 하였다.
- 실험결과에 대한 평가는 모형 의자높이 및 작업위치에 따라서 다음과 같이 9가지 조건으로 구분하여 선호도의 차이를 분석하고자 하였다. 또한 이들 조건 간의 선호도 차이의 원인을 분석하기 위하여 2가지 요소수준인 작업위치(바닥=1, 발목=2, 정강이=3)와 의자높이(10cm=1, 15cm=2, 20cm=3)로 코딩하여 ANOVA를 통해 주효과분석 및 상호작용효과를 검증하고자 하였다.
- <그림 2>는 피실험자가 본 연구에서 제작된 의자에 앉아 실증 실험하는 모습이다. 여기서 바닥높이는 김매기작업을 수행하도록 하였고 발목과 정강이 높이는 묘목 크기에 따라 해당하는 높이의 순지르기 작업을 수행하도록 하였다. 피실험자들의 신발은 굽이 높지 않은 운동화를 착용하고 작업하도록 하였으며 쪼그려 앉았을 때 피실험자의 다리자세는 그림에서 보듯이 양다리를 벌리고 무릎을 구부려 무릎의 굴곡(knee flexion)을 90°이내에서 자유로운 자세를 취하도록 하였다.
- 리커트 5점 척도 평가 후 3가지 각기 다른 작업위치에 따른 3가지 의자에 대한 사용상 편안함 정도를 순위로 응답케 하는 쌍대순위검정을 실시하였다. 이를 위해서 ① 10cm : 15cm ②10cm : 20cm ③ 15cm : 20cm의 총 세 가지의 조합(combination)을 구성하여 둘 중 더 편안한 하나를 각각 선택하도록 하였다.
- 만일 쪼그려 앉는 의자가 10cm 이하이면 쪼그려 앉을 때 무게중심이 뒤로 쏠려 뒤로 넘어질 수 있으며 20cm가 넘으면 앞으로 허리를 많이 굽혀서 작업을 해야 하므로 허리관절에 무리를 초래하고 무게중심이 앞으로 쏠려 넘어지기 때문에 작업수행이 어렵게 된다. 이를 토대로 의자의 높이를 바닥에서부터 쪼그려 앉는 좌면까지의 높이가 각각 10, 15, 20cm인 3개의 모형으로 제작하였다.
- 특히 고추나 가지, 토마토 등의 재배 및 수확작업은 지면에서 20cm 이상 40cm 이하에서 행해진다. 이에 따라 본 실험에서 바닥높이는 5cm 이하, 발목높이는 20cm, 정강이 높이는 40cm로 각각 3가지로 설정하였다.
- 피실험자들의 신발은 굽이 높지 않은 운동화를 착용하고 작업하도록 하였으며 쪼그려 앉았을 때 피실험자의 다리자세는 그림에서 보듯이 양다리를 벌리고 무릎을 구부려 무릎의 굴곡(knee flexion)을 90°이내에서 자유로운 자세를 취하도록 하였다. 작업 시 작업 대상물을 몸의 중앙(sagittal plane)이 되는 양쪽 무릎 사이에 위치시키고 작업 대상물의 수평위치는 의자 전면에서부터 30cm 이내에 위치하도록 한 후 작업하도록 하였다. 팔의 움직임은 자유롭도록 하였으나 팔꿈치가 무릎이나 허벅지 위에 지지되지 않도록 하였다.
- 즉, 높낮이 조절 발굽은 상/하면이 개구되고 내부에는 격판이 상/하면으로부터 깊이가 각각 5cm와 10cm로 형성되도록 하여 사용자의 신체크기나 작업위치에 따라 의자의 다리에 발굽을 끼워서 높이를 조정하도록 하였다. 착용의자의 원래 높이는 지면에서 좌판까지 10cm이며 이 발굽을 끼워 넣는다면 각각 15cm와 20cm 높이로 변하게 된다.
- 착용의자의 개발방향은 쉽게 구할 수 있는 재료와 적은 경비의 투자로 간단한 도구를 제작함으로써 전문적 지식이나 기술, 그리고 별도의 사용법 교육이 요구되지 않는 의자를 개발하는 것을 기본 디자인개념(design concept)으로 설정하였고, 사용자의 편의성을 증진시키는 데 목표를 두었으며 다음과 같은 디자인 선결요건을 설정하여 개발하였다. 작업자가 앉거나 선 자세에서 이동할 때 의자를 들어서 옮길 필요 없이 몸에 착용되게 하여 작업자와 의자가 일체로 이동하게 함으로써 작업이 끊기 거나 중단됨이 없도록 한다; 착용의자는 작업자가 자유롭게 앉거나 서서 작업할 수 있도록 자세를 제한하지 않아야 한다; 충분한 시트 폭(seat pan width)과 각이 진 모서리 대신에 라운드형 디자인을 지향하고 엉덩이와 요추부위가 편안하게 안착 될 수 있으며 체중분배를 위한 contoured 시트와 등받이를 제공한다; 각종 작업위치에 따라 적절한 높이를 갖추어야 한다; 착용의자에 앉았을 때 요·천추부위 지지(lumbosacral support)를 위한 등받이(backrest)를 제공 한다.
- 여기서 바닥높이는 김매기작업을 수행하도록 하였고 발목과 정강이 높이는 묘목 크기에 따라 해당하는 높이의 순지르기 작업을 수행하도록 하였다. 피실험자들의 신발은 굽이 높지 않은 운동화를 착용하고 작업하도록 하였으며 쪼그려 앉았을 때 피실험자의 다리자세는 그림에서 보듯이 양다리를 벌리고 무릎을 구부려 무릎의 굴곡(knee flexion)을 90°이내에서 자유로운 자세를 취하도록 하였다. 작업 시 작업 대상물을 몸의 중앙(sagittal plane)이 되는 양쪽 무릎 사이에 위치시키고 작업 대상물의 수평위치는 의자 전면에서부터 30cm 이내에 위치하도록 한 후 작업하도록 하였다.
- 이렇게 함으로써 사용자가 이동할 때 의자좌판이 앞뒤로 흔들거리지 않아 행동을 제한하지 않으면서 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 허리와 허벅지벨트의 결속수단은 플라스틱 버클(buckle)이나 벨크로(velcro, 일명 찍찍이)밴드를 이용하여 결속과 분리가 편리하도록 하였다.
대상 데이터
- 작업위치에 따른 쪼그려 앉는 의자의 적절한 높이를 평가하기 위하여 본 연구에서 고안한 깔판(이하 의자로 칭함)의 재질은 합판을 사용하여 350(w)×250(d)×10(t)mm 크기로 좌판을 제재(sawing)한 후 각재를 좌판 양쪽 밑면에 부착하여 ㄷ자를 엎어 놓은 형태의 모형을 제작하였다.
- 피실험자는 신체장애가 없는 남녀대학생 각각 20명씩 총 40명이 참여하였다. <표 1>은 본 실험에 참여한 20세부터 26세까지 피실험자의 인구통계적 자료와 쪼그린 자세로 작업을 할 때 선호하는 의자의 높이와 관련이 있을 것이라고 추정되는 인체부위를 선정하여 측정한 결과를 요약한 것이다.
데이터처리
- 실험결과에 대한 평가는 모형 의자높이 및 작업위치에 따라서 다음과 같이 9가지 조건으로 구분하여 선호도의 차이를 분석하고자 하였다. 또한 이들 조건 간의 선호도 차이의 원인을 분석하기 위하여 2가지 요소수준인 작업위치(바닥=1, 발목=2, 정강이=3)와 의자높이(10cm=1, 15cm=2, 20cm=3)로 코딩하여 ANOVA를 통해 주효과분석 및 상호작용효과를 검증하고자 하였다.
- 리커트 5점 척도 평가 후 3가지 각기 다른 작업위치에 따른 3가지 의자에 대한 사용상 편안함 정도를 순위로 응답케 하는 쌍대순위검정을 실시하였다. 이를 위해서 ① 10cm : 15cm ②10cm : 20cm ③ 15cm : 20cm의 총 세 가지의 조합(combination)을 구성하여 둘 중 더 편안한 하나를 각각 선택하도록 하였다.
- 선호도 조사결과는 다음과 같이 빈도분석, 평균값분석, ANOVA 및 쌍대비교 분석 등을 실시하였다. <표 2>는 의자높이와 작업위치에 따른 피실험자의 편리성에 대한 평가점수를 나타낸다.
- 작업위치와 의자높이에 따른 선호도 차이의 이유를 구체적으로 파악하기 위하여 2원변량분석(two-way ANOVA)을 하여 2가지 요인의 주효과 및 상호작용효과를 분석하였다. 그 결과는<표 3>에 나와 있듯이 유의확률이 0.
성능/효과
- 이들 벨트는 리벳으로 의자 몸통에 고정된다. 개발된 착용의자는 쪼그려 앉아 수행하는 각종 작업에 있어서 작업자가 편안하게 앉은 상태에서 작업을 할 수 있을 뿐만 아니라 다른 장소로 이동할 때 일어서서 의자를 들어올려 이동시키는 동작 없이 의자가 작업자의 신체에 일체로 착용하여 동시에 이동할 수 있도록 함으로써 사용자의 편의성을 향상시켰다.
- 조건 1과 조건 2 사이에는 통계적으로 유의하지 않았으나 한계적인 차이(marginal difference)는 보였다. 그룹 2와 그룹 3에 대한 ANOVA 결과는 유의한 차이를 보이고 있지 않으며 쌍대비교분석 결과 또한 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 또한 이들 2개 요인이 상호작용 하여 선호도에 미치는 영향을 분석한 결과 작업위치와 의자높이는 유의한(p=0.034) 상호 작용 효과를 보였다. 즉, 조건 1처럼 작업위치가 5cm 이하이고 의자높이가 10cm인 경우, 조건 5처럼 작업위치가 20cm이고 의자높이가 15cm인 경우, 조건 9처럼 작업위치가 40cm이고 의자 높이가 20cm인 경우에 매우 높은 선호도를 보인다는 것이다.
- 모든 그룹을 묶어서 1개 그룹으로 구성한 ANOVA 결과도 유의(p<0.001)한 차이를 보였으며 9개 쌍대비교 중 1개는 0.001 수준에서, 1개는 0.01 수준에서 유의한 차이를 보였다. 그러나 7개의 쌍대비교는 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 본 연구결과 개발된 쪼그려 앉아 작업하는 작업자를 위한 이동성을 고려한 착용의자의 프로토타입은 작업 보조도구 없이 쪼그리고 앉을 때에 비하여 다리 저림 현상을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 깔판과 같이 작업 보조도구를 사용하는 경우라도 작업장소 이동시 마다 깔판을 들고 오리걸음을 하거나 일어섰다 앉았다 하는 불편 없이 착용한 채로 전후·좌우 방향으로 간단히 이동할 수 있다. 결과적으로 작업조건이 향상되어 편안하고 안전한 자세로 작업을 할 수 있기 때문에 인력작업에 따른 무리한 힘의 소모를 감소시켜 노동력절감은 물론 허리, 어깨, 다리 등의 근골격계 질환을 감소시킬 수 있음은 물론 생산성 향상을 가져올 수 있기 때문에 이의 기대효과는 지대하다고 말할 수 있다.
- 본 연구는 쪼그려 앉아서 수행하는 작업에 있어서 작업위치에 따라 작업 시 편안함을 느끼는 의자의 적절한 높이에 대한 사용자 선호도를 평가하여 시사점을 제공하고자 하였다. 연구 결과를 요약하자면 쪼그려 앉아서 작업을 수행해야 하는 유사한 작업이라도 작업위치에 따라 쪼그려 앉는 의자의 적절한 높이는 달라져야 한다는 것을 발견하였다. 즉, 작업위치가 5cm 이하이면 의자높이는 10cm가 적절하며 작업위치가 20cm이면의자높이가 15cm, 작업위치가 40cm이면 의자높이는 20cm가 적절함을 알 수 있었다.
- 여기서 작업위치 요인은 의자높이 요인보다 더 큰 주효과를 보였다. 이 같은 주효과를 풀어서 설명하자면 작업위치가 높아질수록 작업의 편안함의 측면에서 낮은 작업위치보다 선호하여 이 같은 조건을 충족한 작업위치가 40cm인 조건 7∼9를 가장 선호하며 역으로 작업위치가 5cm 이하로 낮은 조건 1∼3은 매우 낮게 선호되었다는 것을 실증분석 자료는 보여주고 있다.
- 01 수준에서 유의한 차이를 보였다. 이들 조건간의 쌍대비교 결과 조건 1이 가장 선호되었으며 조건 3이 가장 낮은 선호도를 보였다. 조건 1과 조건 2 사이에는 통계적으로 유의하지 않았으나 한계적인 차이(marginal difference)는 보였다.
- 연령에 따른 선호도 차이는 연령의 차이가 많지 않으므로 분석의 의미가 없다고 판단된다. 인체 측정자료들과 각각의 실험조건과의 선호도 차이에 대한 상관분석을 실시한 결과를 표 4에서 살펴보면 조건 2에서 손끝길이, 몸무게, 허리둘레, 허벅지둘레 등이 상관관계 있음을 알 수 있으며 조건 4에서 신장, 손끝 길이, 몸무게, 허리둘레, 허벅지둘레 등이 상관관계 있음을 알 수 있다. 하지만 나머지 조건들에 있어서는 상관관계가 존재하지 않음을 알 수 있으며 조건에 상관없이 통합한 선호도의 상관관계는 존재하지 않는 것으로 나타났다.
- 따라서 인체치수 차이에 따른 의자높이의 고려는 그다지 중요하지 않다고 할 수 있다. 인체측정치수에 따른 선호도 차이에 대한 ANOVA 결과 또한 모든 조건(1∼9)에 있어서 통계적으로 유의하지 않는(p>0.05) 것으로 나타났다.
- 그러나 7개의 쌍대비교는 유의한 차이를 보이지 않았다. 전반적으로 보아서 조건 1, 조건 5, 조건 9가 가장 선호되며 다음으로 조건 2, 조건 4, 조건 8이 선호되었고, 조건 3, 조건 6, 조건 7은 낮은 선호도를 보였다.
- 연구 결과를 요약하자면 쪼그려 앉아서 작업을 수행해야 하는 유사한 작업이라도 작업위치에 따라 쪼그려 앉는 의자의 적절한 높이는 달라져야 한다는 것을 발견하였다. 즉, 작업위치가 5cm 이하이면 의자높이는 10cm가 적절하며 작업위치가 20cm이면의자높이가 15cm, 작업위치가 40cm이면 의자높이는 20cm가 적절함을 알 수 있었다.
- 착용의자의 좌판치수는 33(W)×25(D)이며 등받이 높이는 의자의 좌판에서 20cm이다. 착용의자의 의자의 재질은 착용과 이동이 편리하도록 비교적 가벼운 재질인 polypropylene 이나 polyethylene 열가소성 수지를 사용하여 사출성형 함으로써 중량은 대략 1.5kg을 넘지 않는 수준에서 제작하며 나일론 소재의 벨트 부착으로 인한 의자의 자체 무게 증가는 사용자가 인식할 수 없을 만큼 아주 미미할 것으로 판단된다.
후속연구
- 동일한 작업위치라도 각기 다른 개인의 신체크기나 특성에 따라 선호되는 의자의 높이도 다르게 나타난다. 그러므로 쪼그려 앉아서 수행해야 하는 작업에 있어서 각기 다른 작업위치에 따라 편안함을 제공할 수 있는 적절한 의자의 높이에 대한 연구가 필요하다.
- 그러나 실제 용접작업에 있어서는 용접모재의 크기와 용접봉의 위치에 따라 작업하는 높이가 달라지므로 이를 쪼그려 앉아 작업하는 모든 작업자에게 일괄적으로 적용하는 데는 무리가 따른다고 할 수 있다. 또한 각각 다른 개인의 앉은 눈높이나 다리길이 등의 신체치수에 따라 쪼그린 자세에서의 편안함을 느끼는 의자의 높이는 달라질 수 있으므로 이에 대한 연구도 필요하다.
- 장래에 요구되는 관련연구 내용 및 방향에 대해 살펴보면, 작업위치에 따른 적절한 의자높이의 평가를 위해서 작업위치와 의자높이를 세분화하고 좀더 많은 피실험자를 대상으로 한편리성 및 선호도 조사가 뒤따라야 할 것이다. 또한 피실험자의 주관적인 선호도 조사뿐만 아니라 객관적인 평가방법, 즉 생체역학적 방법과 생리학적인 평가방법의 도입도 필요하다고 사료된다. 한편 본 연구에서 개발된 착용의자 프로토타입의 실용성과 효과를 검증하기 위한 추후 연구도 뒤따라야 한다고 판단되며 이를 위해 개발된 착용의자를 실제 작업현장에 적용하여 개발된 착용의자를 사용해본 후의 불편사항, 즉 ‘중량감’, ‘착용감’, ‘이동편리성’ 등에 대한 사용성 평가와 생산성 향상 여부, 무릎관절 통증 감소 여부 등의 변화에 대한 조사가 필요하다고 판단된다.
- 장래에 요구되는 관련연구 내용 및 방향에 대해 살펴보면, 작업위치에 따른 적절한 의자높이의 평가를 위해서 작업위치와 의자높이를 세분화하고 좀더 많은 피실험자를 대상으로 한편리성 및 선호도 조사가 뒤따라야 할 것이다. 또한 피실험자의 주관적인 선호도 조사뿐만 아니라 객관적인 평가방법, 즉 생체역학적 방법과 생리학적인 평가방법의 도입도 필요하다고 사료된다.
- 결과적으로 작업조건이 향상되어 편안하고 안전한 자세로 작업을 할 수 있기 때문에 인력작업에 따른 무리한 힘의 소모를 감소시켜 노동력절감은 물론 허리, 어깨, 다리 등의 근골격계 질환을 감소시킬 수 있음은 물론 생산성 향상을 가져올 수 있기 때문에 이의 기대효과는 지대하다고 말할 수 있다. 특히 가정에서 손빨래, 레저용으로 낚시, 산업 현장에서 용접작업 등 다양한 작업장에서의 활용과 다른 의자에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 또한 피실험자의 주관적인 선호도 조사뿐만 아니라 객관적인 평가방법, 즉 생체역학적 방법과 생리학적인 평가방법의 도입도 필요하다고 사료된다. 한편 본 연구에서 개발된 착용의자 프로토타입의 실용성과 효과를 검증하기 위한 추후 연구도 뒤따라야 한다고 판단되며 이를 위해 개발된 착용의자를 실제 작업현장에 적용하여 개발된 착용의자를 사용해본 후의 불편사항, 즉 ‘중량감’, ‘착용감’, ‘이동편리성’ 등에 대한 사용성 평가와 생산성 향상 여부, 무릎관절 통증 감소 여부 등의 변화에 대한 조사가 필요하다고 판단된다.
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