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문제 정의
- (2004)은 손잡이가 휜 plier를 다루었으나, 이들 연구에서는 손잡이가 휜 것과 그렇지 않은 것의 비교에 그치고 있고 손잡이 각도도 밝히지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 산업 현장 및 생활 주변에서 해머와 더불어 많이 사용되는 공구 중의 하나인 plier 의 바람직한 손잡이 각도를 실험적 연구를 통하여 제시하고자 한다. 본연구의 결과는 plier 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 plier를 이용하여 철판 구부리기와 철사 끊기 작업을 수행할 때 plier 손잡이 각도가 수행시간, 손목 동작 및 만족도에 미치는 영향을 실험적으로 다루었다. 본연구에서 얻은 다음 결과를 고려할 때 plier 손잡이 각도는 20~30°가 적절한 것으로 판단된다: 1) 수행시간은 철판 구부리기와 철사 끊기에서 plier 손잡이 각도에 따라 유의한 차이를 보이지 않았으나, 손잡이 각도가 20°일 때 가장 짧았다; 2) 만족도는 두 작업 모두에서 20°일 때 가장 높았고, 30°일 때 다음으로 높았다; 3) 철판 구부리기에서 준비 단계의 손목 동작은 20°일 때가 가장 작았고, 동작범위는 40° 일 때가 가장 작았으나 (10°, 20°, 30°) 그룹이 두 번째로 작았다; 4) 철사 끊기에서 준비 단계 및 손잡이를 벌릴 때 모두 40°일 때 손목 측골편향 정도가 가장 작았으나(20°, 30°) 그룹에서 측골편향이 두 번째로 작게 나타났다.
제안 방법
- 철판 구부리기 작업에서와 같이 피실험자는 본 실험 전에 충분한 연습을 하게 하였다. Plier 손잡이 각도는 랜덤하게 제시되었으며, 각 plier로 10회의 철사 끊기 작업을 수행하였다. 철사 끊기에 소요된 수행시간, 손목편향 동작 및 plier에 대한 만족도를 종속변수로 사용하였다.
- 손목 동작 분석을 위하여 실험 장면은 캠코더(camcorder)로 촬영되었으며, 스톱워치(stop watch)로 수행시간을 측정하였다. 각 plier에 대한 실험이 끝난 후 plier에 대한 만족도를 피실험자 자신의 scale로 답하게 하였다. 모든 plier에 대한 만족도 평가가 끝난 후 피 실험자 자신이 만족도 평가 시 사용한 scale 에 대한 의미를 9개의 verbal category-극히 불만족, 매우 불만족, 불만족, 약간 불만족, 보통, 약간 만족, 만족, 매우 만족, 극히 만족-로 평가하게 하였다.
- Plier 손잡이 각도는 plier 축과 손잡이가 이루는 각으로 정의하였으며, 다음 그림 1과 같다. 공구관련 기존 연구(Cacha, 1999; Emanuel et al., 1980)와 50° 를 넘으면 사용이 어려운 현실적 제약을 고려하여 손잡이 각도는 0°, 10°, 20°, 30°, 40°의 5 수준을 사용하였다. 실험은 완전요인계획법(full factorial design)으로 설계되었으며, 실험에서 실험 처치는 피실험자에게 랜덤하게 제시되었다.
- 6mm인 철사를 끊는 작업을 10회 수행하도록 하였다. 긴 철사를 구입하여 60cm 길이로 자른 다음 끊는 작업 수행 시 한 손으로 잡는 부분을 제외한 앞쪽 50cm 부분에 5cm 간격으로 끊을 위치를 10곳 표시하였다. 철사 끊기 작업은 작업 시 신체 부위의 움직임이 거의 없으며 입식에 비하여 자세의 안정에 도움이 되어 생리적 부하가 작은 좌식으로 이루어졌다.
- 각 plier에 대한 실험이 끝난 후 plier에 대한 만족도를 피실험자 자신의 scale로 답하게 하였다. 모든 plier에 대한 만족도 평가가 끝난 후 피 실험자 자신이 만족도 평가 시 사용한 scale 에 대한 의미를 9개의 verbal category-극히 불만족, 매우 불만족, 불만족, 약간 불만족, 보통, 약간 만족, 만족, 매우 만족, 극히 만족-로 평가하게 하였다. 이는 막연한 수치로 표현되는 만족도를 의미있는 단어에 대응시켜 만족도의 정도를 쉽게 가늠하게 하기 위한 것이다.
- 본 연구의 실험에서 plier 손잡이의 휜 각도 및 손목편향 정도 측정 시점을 독립변수로 하였다. Plier 손잡이 각도는 plier 축과 손잡이가 이루는 각으로 정의하였으며, 다음 그림 1과 같다.
- 손목 동작 분석에서는 plier 손잡이 각도와 측정 시점에 따른 손목의 요골 및 측골편향 정도를 측정하였다. 편향 동작은 초기 준비 단계(철판 구부리기 작업을 하기 위하여 plier를 철판에 물리고 작업을 시작하려고 할 시점), plier 머리 부분이 수평선과 45° 및 90°를 이루는 시점에서 측정되었다.
- 실험자의 신호에 따라 실험이 시작되며 피실험자는 가능하면 빠른 시간 내에 철판 구부리는 작업을 마치도록 하였다. 손목 동작 분석을 위하여 실험 장면은 캠코더(camcorder)로 촬영되었으며, 스톱워치(stop watch)로 수행시간을 측정하였다. 각 plier에 대한 실험이 끝난 후 plier에 대한 만족도를 피실험자 자신의 scale로 답하게 하였다.
- 손목 동작 분석을 위하여 실험 장면을 캠코더로 촬영하였으며, plier 손잡이 각도와 측정 시점에 따른 손목편향 동작을 측정하였다. 손목편향 동작은 철사 끊기 작업에 소요된 시간을 5등분하여 시점, 중간 3 시점 및 종점과 끊겨진 철사를 떨어뜨리기 위하여 손잡이를 최대로 벌릴 때 측정하였다.
- 측정하였다. 손목편향 동작은 철사 끊기 작업에 소요된 시간을 5등분하여 시점, 중간 3 시점 및 종점과 끊겨진 철사를 떨어뜨리기 위하여 손잡이를 최대로 벌릴 때 측정하였다. 철판 구부리기에서처럼 plier의 위치가 아닌 수행 시간의 등간격 시점에 편향 동작을 측정한 것은, 철사 끊기는 철판 구부리기와 달리 움직임이 거의 없는 정적 자세로 이루어지기 때문이다.
- 앞서 언급한 바와 같이 철판 구부리기에서는 세 시점(초기 준비 단계, plier가 수평선과 45° 및 90°를 이루는 시점) 의 손목편향 동작과 plier 동작범위를 측정하였다. Plier 손잡이 각도 및 측정 시점에 따른 이들의 영향을 알아보기 위하여 분산분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 정리되어 있다.
- 이상에서 plier 손잡이 각도가 수행시간, 손목편향 동작 및 동작범위, 만족도에 미치는 영향을 다루었다. 본 연구에서 다룬 철판 구부리기와 철사 끊기 작업별로 분석 결과를 다음 표 4에 정리한다.
- 작업을 실험 대상 작업으로 하였다. 종속변수는 철판 구부리기 작업에서는 실험에서 제시한 작업을 수행하는데 소요된 시간, 손목편향 동작 정도, plier 동작범위 및 만족도로, 철사 끊기 작업에서는 수행시간, 손목편향 정도 및 만족도로 하였다.
- 철사 끊기 작업에서는 시점과 종점 사이를 등간격으로나눈 다섯 시점과 끊겨진 철사를 떨어뜨리기 위하여 손잡이를 벌릴 때의 편향 동작을 측정하였다. 편향 동작에 대한 plier 손잡이 각도의 영향을 알아보기 위하여 분산분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 3에 정리되어 있다.
- 철사 끊기 작업에서는 직경이 0.6mm인 철사를 끊는 작업을 10회 수행하도록 하였다. 긴 철사를 구입하여 60cm 길이로 자른 다음 끊는 작업 수행 시 한 손으로 잡는 부분을 제외한 앞쪽 50cm 부분에 5cm 간격으로 끊을 위치를 10곳 표시하였다.
- Plier 손잡이 각도는 랜덤하게 제시되었으며, 각 plier로 10회의 철사 끊기 작업을 수행하였다. 철사 끊기에 소요된 수행시간, 손목편향 동작 및 plier에 대한 만족도를 종속변수로 사용하였다. 만족도는 각 plier에 대한 실험이 끝난 후 피실험자 자신의 scale로 답하게 하였다.
- 철판 구부리기 작업에서는 두께 0.5mm, 가로 120cm, 세로 12cm인 철판을 10cm 간격으로 90° 구부리는 작업을 10회 수행하게 하였다. 철판 두께를 0.
- 철판 구부리기와 철사 끊기 작업에서 각 plier에 대한 실험이 끝난 후 피실험자 자신의 scale로 만족도를 답하게 하였다. 따라서 분석에 앞서 피실험자별로 다른 scale을 통일할 필요가 있다.
- Plier 머리 부분이 수평선과 45° 및 90° 를 이루는 시점에서 편향 동작을 측정한 이유는 이러한 각도가 육안으로 구분하기 쉽기 때문이었다. 초기 준비 단계와 철판을 구부리는 마지막 단계, 즉 종점에서 손목편향 정도가 plier 손잡이 각도에 따라 다를 것으로 예상되며, 따라서 plier의 동작범위(range of motion)도 다를 것으로 추정되어 이를 종속변수로 측정하였다. Plier의 동작범위는 철판 구부리기 작업의 시점과 종점에서의 plier 머리 부분이 이루는 각도로 정의하였다.
- 편향 동작은 초기 준비 단계(철판 구부리기 작업을 하기 위하여 plier를 철판에 물리고 작업을 시작하려고 할 시점), plier 머리 부분이 수평선과 45° 및 90°를 이루는 시점에서 측정되었다. 편향 동작은 동일한 시점에서 측정하는 것이 바람직하나 각 실험 반복 간 및 처치(treatment) 간 수행 시간이 각기 다르고 동기화(synchronization)가 어렵기 때문에, 시간 간격이 아닌 plier 머리 부분의 위치를 기준으로 편향 동작을 측정하였다. Plier 머리 부분이 수평선과 45° 및 90° 를 이루는 시점에서 편향 동작을 측정한 이유는 이러한 각도가 육안으로 구분하기 쉽기 때문이었다.
대상 데이터
- Plier가 주로 철로된 물체를 구부리거나 끊기와 같은 작업에 사용되므로, 본 연구에서도 철판 구부리기 작업과 철사 끊기 작업을 실험 대상 작업으로 하였다. 종속변수는 철판 구부리기 작업에서는 실험에서 제시한 작업을 수행하는데 소요된 시간, 손목편향 동작 정도, plier 동작범위 및 만족도로, 철사 끊기 작업에서는 수행시간, 손목편향 정도 및 만족도로 하였다.
- 본 연구의 실험에는 plier 사용과 관련된 손 및 팔 부위의 근골격계질환 병력이 없는 건강한 14명의 남녀 대학생이 참여하였다. 성별로는 11명의 남자, 3명의 여자로 구성되었으며, 남자 1명을 제외한 모두가 오른손잡이였다.
- 성별로는 11명의 남자, 3명의 여자로 구성되었으며, 남자 1명을 제외한 모두가 오른손잡이였다. 피실험자 정보는 다음 표 1과 같다.
- 실험은 완전요인계획법(full factorial design)으로 설계되었으며, 실험에서 실험 처치는 피실험자에게 랜덤하게 제시되었다. 손잡이가 휜 plier는 손잡이가 일직선인 보통의 plier를 구입하여 철공소에서 제작하였다.
- 5mm로 한 것은 이보다 얇을 경우 길이가 120cm인 것을 수평으로 유지하기가 힘들고, 두꺼울 경우는 plier를 사용하여 인력으로 구부리기 어렵기 때문이다. 큰 철판을 구입하여 위의 규격에 맞게 절단하여 사용하였다. 철판은 두 개의 철재 봉으로 피실험자의 팔꿈치 높이보다 약 5~10cm 정도 낮은 높이가 되도록 수평으로 고정한다(그림 2 참조).
데이터처리
- 손목편향 동작과 plier 동작범위를 측정하였다. Plier 손잡이 각도 및 측정 시점에 따른 이들의 영향을 알아보기 위하여 분산분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 정리되어 있다. 초기 준비 단계, 세 측정 시점(초기 준비 단계 및 plier가 수평선과 45° 및 90°를 이루는 시점), 동작범위 모두에서 손목편향 동작 정도가 plier 손잡이 각도에 따라 통계적으로 유의하게 다름을 보였다缶<0.
- 편향 동작의 정도는 plier 손잡이가 20° 일 때가 가장 작고, 다음으로 10°일 때가 작았다. 사후 검증 빙법 중 Duncan의 다중범위 검정 (multiple range test) (유의수준 5%)에서 준비 단계에서의 손목편향 정도는(30°, 40°), (10°, 20°)와 0°의 세 그룹으로 나누어졌다. Duncan 의 다중범위 검정 결과가 그림에 병기되어 있다.
- 벌릴 때의 편향 동작을 측정하였다. 편향 동작에 대한 plier 손잡이 각도의 영향을 알아보기 위하여 분산분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 3에 정리되어 있다. 준비 단계, 여섯 시점(등간격 다섯 시점 및 손잡이를 벌릴 때), 손잡이를 벌릴 때의 편향 동작 모두에서 plier의 손잡이 각도가 유의한 영향을 미침을 보이고 있다(q<0.
이론/모형
- 따라서 분석에 앞서 피실험자별로 다른 scale을 통일할 필요가 있다. 본 연구에서는 다음 식과 같은 최대-최소 변환(min-max transformation) 을 이용하여 scale을 통일하였다.
성능/효과
- 4) 철사 끊기에서 준비 단계 및 손잡이를 벌릴 때 모두 40°일 때 손목 측골편향 정도가 가장 작았으나(20°, 30°) 그룹에서 측골편향이 두 번째로 작게 나타났다.
- Plier 손잡이 각도에 따른 수행시간에 대한 일원분산분석 (one way ANOVA)에서 철판 구부리기와 철사 끊기 모두에서 plier 손잡이의 영향은 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났다(각각 Q0.80, °>0.30). 즉 plier 손잡이 각도를 달리 하더라도 철판 구부리기와 철사 끊기에 소요된 시간은 유의하게 달라지지 않음을 보였다.
- 근골격계질환이 2005년에 발생한 직업병 6, 400건의 절반 가까이를차지하고 있어, 직업병 예방을 위한 노력이 근골격계질환 분야에 집중되어야 함을 보이고 있다. 근골격계질환의 발생 원인으로는 반복적인 동작 45.4%, 부자연스러운 자세 12.2% 등 자세와 동작 반복이 약 57.6%를 차지하는 것으로 나타났다. 근골격계질환의 발생 부위별로는 체간부 36.
- (2002)의 연구 결과와 일치한다고 할 수 있다. 만족도는 작업 내용에 따라 차이를 보이기는 하였으나 20~30°일 때 만족도가 높았다.
- 본 연구에서 plier 손잡이를 20~30° 정도 휘게 하면 작업 수행도에는 유의한 차이가 없으나 손목 자세가 개선됨을 보였다. 이러한 결과는 해머를 다룬 Schoenmarkin과 Marras(1989a, b)오牛 Dempsey et al.
- Schoenmarkin과 Marras(1989a, b)는 연구 결과에 근거하여 해머 손잡이를 20~40° 정도 기울일 것을 제안하였다. 본 연구에서는 손목 동작에서 조금 다른 결과를 보이기는 하나 본 연구에서 다룬 종속변수를 종합적으로 고려할 때 plier 손잡이를 20~ 30° 정도 휘게 하는 것이 바람직함을 보여, Schoenmarkin 과 Marras(1989a, b)의 해머에 대한 연구와 차이를 보였다. 이는 두 연구의 연구 방법, 수행 작업의 차이 때문으로 보이며, 또한 공구의 종류에 따라 손잡이 각도를 달리하여야 함을 보인 것이라 할 수 있다.
- 0001). 세 측정 시점에 대한 분석에서는 측정 시점, 손잡이 각도와 측정 시점 간의 교호작용이 유의하게 나타났다(冰0.0001).
- 본 연구에서 다룬 철판 구부리기와 철사 끊기 작업별로 분석 결과를 다음 표 4에 정리한다. 수행시간은 본 연구에서 수행한 두 작업 모두에서 통계적 유의차가 없었으며, 만족도는 20°에서 유의하게 가장 높았다. 철판 구부리기에서 손목 동작은 준비 단계에서는 20°일 때가 편향 동작 정도가 가장 작았고, 동작범위는 40°일 때가 가장 작았다.
- , 1980)와 50° 를 넘으면 사용이 어려운 현실적 제약을 고려하여 손잡이 각도는 0°, 10°, 20°, 30°, 40°의 5 수준을 사용하였다. 실험은 완전요인계획법(full factorial design)으로 설계되었으며, 실험에서 실험 처치는 피실험자에게 랜덤하게 제시되었다. 손잡이가 휜 plier는 손잡이가 일직선인 보통의 plier를 구입하여 철공소에서 제작하였다.
- 위의 결과와 표 4의 분석 결과에서 작업의 내용, 즉 철판 구부리기와 철사 끊기 작업에 따라 손목 동작 및 만족도에서 약간의 차이를 보였다. 이는 철판 구부리기와 같이 작업대상물이 수평으로 고정되어 있어 작업 시 플라이어를 집는 손목 자세를 작업 대상물에 맞춰야 할 때, 즉 손목 자세를 피실험자에게 편하게 조절할 수 없을 때는 손잡이가 10~ 20° 휘게 하는 것이 손목편향 동작을 최소화함을 나타낸 것으로 볼 수 있다.
- 측골편향 정도는 그림 10에 나와 있다. 준비 단계에서와 같이 손잡이를 벌릴 때도 plier 손잡이 각도가 증가할수록 측골편향 정도가 감소함을 보였다. Duncan의 다중범위검정에서도 준비 단계에서와 같이 0°, 10°(20°, 30°), 40° 의 네 그룹으로 나누어졌다.
- 30). 즉 plier 손잡이 각도를 달리 하더라도 철판 구부리기와 철사 끊기에 소요된 시간은 유의하게 달라지지 않음을 보였다. Plier 손잡이 각도에 따른 수행시간은 그림 4에 나와 있다.
- 철사 끊기 작업이 진행되어 감에 따라 손목의 측골편향정도는 감소하다, 네 번째 혹은 다섯 번째 단계에서 편향 정도가 조금 증가하는 추세를 보였다(그림 9). Plier 손잡이를 벌릴 때는 철사 끊기 작업 중일 때보다 측골편향 정도가 큰 것으로 나타났다.
- 수행시간은 본 연구에서 수행한 두 작업 모두에서 통계적 유의차가 없었으며, 만족도는 20°에서 유의하게 가장 높았다. 철판 구부리기에서 손목 동작은 준비 단계에서는 20°일 때가 편향 동작 정도가 가장 작았고, 동작범위는 40°일 때가 가장 작았다. 철사 끊기에서는 준비 단계와 손잡이를 벌릴 때 모두 40°일 때 편향 동작 정도가 가장 작았다.
- Plier 손잡이 각도 및 측정 시점에 따른 이들의 영향을 알아보기 위하여 분산분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 정리되어 있다. 초기 준비 단계, 세 측정 시점(초기 준비 단계 및 plier가 수평선과 45° 및 90°를 이루는 시점), 동작범위 모두에서 손목편향 동작 정도가 plier 손잡이 각도에 따라 통계적으로 유의하게 다름을 보였다缶<0.0001). 세 측정 시점에 대한 분석에서는 측정 시점, 손잡이 각도와 측정 시점 간의 교호작용이 유의하게 나타났다(冰0.
후속연구
- 반복 효과를 분석할 수 없었다. 따라서 장시간에 걸쳐 실험 처치를 반복하는 실험을 수행하여 동작 반복 효과를 살펴보는 추후 연구가 요망된다.
- 본 연구에서는 손목 동작 중 요골 및 측골편향 동작만을 측정하였으나, 굴곡, 신전 동작을 포함하는 3차원 동작에 대한 연구가 요망된다. 그러나 본 연구의 실험에서 채택한 철판 구부리기와 철사 끊기는 2차원의 시상면(sagittal plane) 에서 대부분 이루어지기 때문에, 굴곡, 신전 동작은 많이 일어나지 않아 본 연구의 결과에 큰 문제는 없을 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 산업 현장 및 생활 주변에서 해머와 더불어 많이 사용되는 공구 중의 하나인 plier 의 바람직한 손잡이 각도를 실험적 연구를 통하여 제시하고자 한다. 본연구의 결과는 plier 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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