[논문]Digital Human Simulation을 활용한 방사성 폐기물 처리장 주제어실의 인체공학적 평가

이백희; 장윤; 정기효; 정일호; 유희천

doi:10.5143/jesk.2010.29.3.383

[국내논문] Digital Human Simulation을 활용한 방사성 폐기물 처리장 주제어실의 인체공학적 평가
Ergonomic Evaluation of a Control Room Design of Radioactive Waste Facility using Digital Human Simulation 원문보기

Journal of the Ergonomics Society of Korea = 大韓人間工學會誌, v.29 no.3, 2010년, pp.383 - 391

이백희 (포항공과대학교 기계산업공학부) , 장윤 (포항공과대학교 기계산업공학부) , 정기효 (Pennsylvania State University 산업공학과) , 정일호 (현대엔지니어링 원자력부) , 유희천 (포항공과대학교 기계산업공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The present study evaluated a preliminary control room (CR) design of radioactive waste facility using the $JACK^{(R)}$ human simulation system. Four digital humanoids ($5^{th}$, $50^{th}$, $95^{th}$, and $99^{th}$ percentiles) were used in the ergonomic evaluation. The first three were selected to represent 90% of the target population (Korean males aged 20 to 50 years) and the last to reflect the secular trend of stature for next 20 years in South Korea. The preliminary CR design was assessed by checking its compliance to ergonomic guidelines specified in NUREG-0700 and conducting an in-depth ergonomic analysis with a digital prototype of the CR design and the digital humanoids in terms of postural comfort, reachability, visibility, and clearance. For identified design problems, proper design changes and their validities were examined using JACK. A revised CR design suggested in the present study would contribute to effective and safe operations of the CR as well as operators' health in the workplace.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 DHS를 활용해 방폐장 주제어실의 예비 설계(preliminary design)를 평가하고 개선 설계요소를 분석하였다. 먼저, DHS 평가를 위해 H사에서 개발한 방폐장 주제어실의 예비 설계에 대해 3차원 가상 시제품을 개발하였다.
본 연구의 평가 결과 중 방폐장 주제어실의 대표적인 세가지 설계요소(console, LDP, LCD)에 대한 인간공학적 적합성 평가 사례를 소개한다. 먼저, console의 최소여유 공간은 가상인체모델 4명에 대해 1.
본 연구는 Jack을 활용하여 방폐장 주제어실의 개념 설계에 대한 인간공학적 평가와 NUREG-0700 설계 기준 충족 여부를 분석하였다. 방폐장 주제어실의 설계 적합성은 네 가지 인간공학적 측면(자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간)에서 NUREG-0700에서 제시된 원전 관련 설계 지침과 기타 인간공학 문헌에서 제시된 지침의 충족 여부를 종합적으로 고려하여 분석되었다.
본 연구는 기존 연구에서 제시한 computer workstation 작업 자세에 근간해 평가 기준 자세를 설정하였다. 그러나, 본 연구의 방폐장 주제어실은 두 개의 표시장치(LCD와 LDP)가 설치되어 있어 computer workstation과는 작업자세가 상이할 수 있다.
표 6에 예시된 NUREG-0700 지침에 따르면, console의 여유공간은 5^th percentile과 95^th percentile 운전원 착석 시 적절한 다리 움직임 공간을 제공할 수 있도록 설계되어야 하며, LDP의 위치는 다양한 위치에서 근무하는 모든 운전원들이 화면을 볼 수 있도록 결정되어야 하고, LCD의 높이는 시야 범위 -40~20° 내에 있도록 설계할 것을 추천한다. 본 연구는 NUREG-0700에 제공된 설계 지침을 적용하여 방폐장 주제어실의 설계 적합성을 평가하였다.

제안 방법

본 연구는 DHS를 활용해 방폐장 주제어실의 예비 설계(preliminary design)를 평가하고 개선 설계요소를 분석하였다. 먼저, DHS 평가를 위해 H사에서 개발한 방폐장 주제어실의 예비 설계에 대해 3차원 가상 시제품을 개발하였다. DHS 평가는 Jack^®을 활용하여 이루어졌으며, 2004년 Size Korea 인체측정자료와 향후 20년간의 신장 추세변동(secular trend)을 고려하여 4명의 대표인체모델(5^th, 50^th, 95^th, and 99^th percentiles)이 생성되었다.
65cm 성장하였다. 마지막으로, 국내 신장 성장분 특성과 국외 신장 성장분 특성에 근간해 방폐장 주제어실이 20년 후에도 목표 수용률을 최대한 충족시킬 수 있도록 보수적인 시대적 성장분 추정값을 적용하였다.
Jack에서 가상 인체모델을 생성하기 위해서는 27개 인체변수에 대한 크기를 입력해야 하나, 한국인 인체측정자료는 그 중에서 24개 인체변수에 대한 자료만을 제공하고 있다. 따라서, 본 연구는 한국인 인체측정자료에 제공되어 있는 24개 인체변수의 치수는 직접 입력하고, 나머지 3개 인체변수(손 너비, 머리 길이, 엄지 손끝 길이)는 입력된 인체변수 값에 근간한 Jack의 추정치를 사용하였다.
기존 연구들은 컴퓨터 작업 자세에 대한 관찰 및 자세 분석을 통해 표 3에 나타낸 것과 같은 컴퓨터 작업에 대한 추천 자세를 제시하고 있다. 본 연구는 방폐장 주제어실 감시 작업과 특성이 유사한 컴퓨터 작업에 대한 기존 연구의 추천 자세를 참고하여 평가 기준 자세(그림 4 참조)를 설정하였다. 표 3을 예로 들면, 어깨 굽힘 동작에 대한 컴퓨터 작업 추천 자세는 0~25°이며, 방폐장 평가 기준 자세로 관련 추천 범위의 중간 값 13°가 선정되었다.
방폐장 주제어실은 그림 11에 나타낸 것과 같이 한 명의 운전원(좌측 7개 console 담당)과 한 명의 감독관(우측 3개 console 담당)에 의해 운영될 계획이다. 운전원과 감독관 모두에 대해 LDP 수평 시야 범위는 LDP 중앙을 바라보는 시선을 기준으로 LDP의 좌/우 모서리를 바라보는 시선의 사이 각도로 계산되었다. 운전원의 수평 시야 범위는 console의 착석 위치에 따라 12~27°인 것으로 나타났고, 감독관의 수평 시야 범위는 14~26°로 파악되었다.
본 연구는 Jack을 활용하여 방폐장 주제어실의 개념 설계에 대한 인간공학적 평가와 NUREG-0700 설계 기준 충족 여부를 분석하였다. 방폐장 주제어실의 설계 적합성은 네 가지 인간공학적 측면(자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간)에서 NUREG-0700에서 제시된 원전 관련 설계 지침과 기타 인간공학 문헌에서 제시된 지침의 충족 여부를 종합적으로 고려하여 분석되었다. 또한, DHS 평가를 통해 설계 개선이 요구되는 것으로 파악된 설계 항목에 대해 설계 개선 방안을 개발하고 개선 효과를 분석하였다.
방폐장 주제어실의 설계 적합성은 네 가지 인간공학적 측면(자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간)에서 NUREG-0700에서 제시된 원전 관련 설계 지침과 기타 인간공학 문헌에서 제시된 지침의 충족 여부를 종합적으로 고려하여 분석되었다. 또한, DHS 평가를 통해 설계 개선이 요구되는 것으로 파악된 설계 항목에 대해 설계 개선 방안을 개발하고 개선 효과를 분석하였다. 본 연구를 통해 평가 및 개선된 방폐장 주제어실 예비 설계는 방폐장 주제어실 구축 시 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

대상 데이터

DHS 평가를 위한 대표인체모델은 설계대상인구의 90% 수용(5^th ~ 95^th percentiles) 특성과 향후 20년간의 신장 추세변동을 고려해 표 1에 나타낸 것과 같은 4명으로 선정되었다. 설계대상인구는 방폐장 운전원 인력 소요계획을 감안하여 20~50대 남성으로 설정되었으며, 2004년 한국인 인체측정자료(n = 1,992; Size Korea, 2004)의 90%를 수용할 수 있도록 3명의 대표인체모델(5^th, 50^th, 95^th percentiles)이 생성되었다.
percentiles) 특성과 향후 20년간의 신장 추세변동을 고려해 표 1에 나타낸 것과 같은 4명으로 선정되었다. 설계대상인구는 방폐장 운전원 인력 소요계획을 감안하여 20~50대 남성으로 설정되었으며, 2004년 한국인 인체측정자료(n = 1,992; Size Korea, 2004)의 90%를 수용할 수 있도록 3명의 대표인체모델(5^th, 50^th, 95^th percentiles)이 생성되었다. 또한, 본 연구는 평가에 추세변동을 고려하기 위해 세 가지 측면(한국인 남성의 성장분, 국외 신장 성장분 정보, 그리고 보수적 추정)을 반영한 99^th percentile 인체모델(20년 후 95^th percentile)이 추가로 생성되었다.
본 연구의 평가에는 한국인 인체크기 정보와 추세변동을 적용하여 생성된 가상인체모델들이 활용되었다. 대표인체 모델은 방폐장 주제어실 운전원의 인구학적 특성을 고려하여 2004년 Size Korea 인체측정자료의 20~50대 남성의 90%를 수용하는 3명(5^th ~ 95^th percentiles)으로 정의되었다.
대표인체 모델은 방폐장 주제어실 운전원의 인구학적 특성을 고려하여 2004년 Size Korea 인체측정자료의 20~50대 남성의 90%를 수용하는 3명(5^th ~ 95^th percentiles)으로 정의되었다. 또한, 본 연구는 1979년부터 2004년까지의 한국인 신장 정보에 근간하여 향후 20년의 추세적 성장을 반영한 99^th percentile 인체모델을 추가로 선정하여 분석하였다.

이론/모형

방폐장 주제어실의 설계 적합성 판단은 인간공학적 평가 결과의 NUREG-0700 설계 지침(O'Hara et al., 2002) 충족 여부 분석을 통해 이루어졌다.
본 연구의 평가에는 표 4와 같은 네 가지 인간공학적 평가 기준이 고려되었으며, 주제어실 설계요소 별 평가 기준은 해당 설계요소의 특성을 고려해 표 5와 같이 설정되었다. 인간공학적 평가 기준은 기존 DHS 평가 연구들(박장운 외, 2008; Bowman, 2001; Nelson, 2001)에서 활용된 자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간으로 결정되었다. 또한, 선정된 인간공학적 평가 기준은 평가 대상 설계요소의 특성에 따라 선택적으로 적용되었다.

성능/효과

DHS 평가는 Jack^®을 활용하여 이루어졌으며, 2004년 Size Korea 인체측정자료와 향후 20년간의 신장 추세변동(secular trend)을 고려하여 4명의 대표인체모델(5^th, 50^th, 95^th, and 99^th percentiles)이 생성되었다. 방폐장 주제어실의 설계는 4가지 인간공학적 기준(자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간)을 적용해 평가되었으며, 인간공학적 평가 결과를 토대로 개선이 요구되는 설계요소와 개선 방향이 분석되었다.
본 연구의 평가 결과 중 방폐장 주제어실의 대표적인 세가지 설계요소(console, LDP, LCD)에 대한 인간공학적 적합성 평가 사례를 소개한다. 먼저, console의 최소여유 공간은 가상인체모델 4명에 대해 1.6~6cm로 분석되어 NUREG-0700의 설계 기준을 만족하는 것으로 파악되었다. 최소여유공간 크기는 다리와 console간의 최단 거리로 계산되었으며, 가상인체모델의 인체크기가 클수록 감소한다.
6~6cm로 분석되어 NUREG-0700의 설계 기준을 만족하는 것으로 파악되었다. 최소여유공간 크기는 다리와 console간의 최단 거리로 계산되었으며, 가상인체모델의 인체크기가 클수록 감소한다. 예를 들면, 그림 5는 95^th percentile 인체모델에 대한 최소여유공간 크기는 3.
본 연구에서 개선된 LDP 시야 범위는 기존 시야 범위(-1~23°)보다 낮아진 것으로 분석되었다.
LCD 수직 시야 범위는 NUREG-0700의 설계 기준을 만족하는 것으로 분석되었다. LCD 수직 시야 범위는 그림 6에 나타낸 것과 같이 평가 기준 자세에서 가상인체모델이 LCD를 바라보는 시야 각으로 계산되었다.
LDP의 수직 시야는 그림 7에 나타낸 것과 같이 수평 시선보다 높게 형성되어 장시간 감시 작업을 수행할 경우 자세가 불편할 수 있는 것으로 나타났다. LDP 수직 시야 범위는 LCD를 넘어 125cm 높이에 설치된 LDP를 볼 수 있는 시야 각으로 계산되었다.
LDP의 수평 시야 범위는 NUREG-0700에 명시된 LDP 중앙을 기준으로 좌우 수평 시야 각 30° 내의 설계 지침을 만족하는 것으로 분석되었다.
본 연구는 가상인체모델 생성 시 한국인 인체측정자료에 누락된 3개 인체변수(손 너비, 머리 길이, 엄지 손끝 길이)에 대해 Jack에서 제공하는 추정치를 사용하였으나, 이들 변수들은 다른 인체변수들과 통계적 연관관계가 높은 것으로 분석되었다. Jack은 27개 인체변수에 대한 수치를 사용하여 가상인체모델을 생성하는데, 입력되지 않은 인체변수는 자동으로 추정하게 된다.
Jack은 27개 인체변수에 대한 수치를 사용하여 가상인체모델을 생성하는데, 입력되지 않은 인체변수는 자동으로 추정하게 된다. 본 연구에서는 사후 분석(post hoc analysis)으로 US Army 인체측정자료(Gordon et al., 1988)를 이용하여 누락된 3개의 인체변수와 나머지 인체 변수들에 대해 stepwise regression 분석을 수행한 결과(p_in = 0.05, p_out= 0.1), 누락된 3개의 인체변수의 회귀식들이 높은 수정회귀계수(adj. R² = 52%, 손 너비; 83%, 머리 길이; 84%, 엄지 손끝 길이)를 가지는 것으로 파악되었다.

후속연구

또한, DHS 평가를 통해 설계 개선이 요구되는 것으로 파악된 설계 항목에 대해 설계 개선 방안을 개발하고 개선 효과를 분석하였다. 본 연구를 통해 평가 및 개선된 방폐장 주제어실 예비 설계는 방폐장 주제어실 구축 시 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Hwang et al.(2009)는 인간공학적인 주제어실 평가를 수행해 무엇을 파악하였는가?	Hwang et al.(2009)은 신형 원전의 본격적인 가동에 앞서 인간공학적인 주제어실 평가를 수행하여 세 가지 측면(주제어실 설비 배치, 표시장치와 제어장치의 인터페이스, 그리고 업무 절차서의 사용성)의 주요한 사용성 개선사항을 파악하였다. 또한, 구진영 외(2007)는 주기적 안정성 평가의 일환으로 평가 checklist를 적용하여 국내 운영중인 원전 주제어실(고리 1~4호, 영광 1, 2호)을 인간공학적으로 평가하고 개선 요구 항목을 분석하였다.
	방사성 폐기물 처리장은 무엇인가?	방사성 폐기물 처리장(이하, 방폐장)은 원자력발전소(이하, 원전)에서 발생하는 중·저준위 방사성 폐기물을 처리하는 시설이다. 중·저준위 방사성 폐기물은 원전에 사용된 연료를 비롯해 방사선 관리구역에서 사용된 작업복, 장갑, 기기 교체 부품 등으로써 안전하게 관리되도록 법적으로 지정되어 있다(한국방사성 폐기물관리공단, 2009a).
	본 연구에서 DHS를 활용해 방폐장 주제어실의 예비 설계를 어떤 기준을 통해 평가했는가?	DHS 평가는 Jack®을 활용하여 이루어졌으며, 2004년 Size Korea 인체측정자료와 향후 20년간의 신장 추세변동(secular trend)을 고려하여 4명의 대표인체모델(5th, 50th, 95th, and 99th percentiles)이 생성되었다. 방폐장 주제어실의 설계는 4가지 인간공학적 기준(자세 안락도, 도달성, 시계성, 그리고 여유공간)을 적용해 평가되었으며, 인간공학적 평가 결과를 토대로 개선이 요구되는 설계요소와 개선 방향이 분석되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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