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采用MVN测量装卸啤酒桶过程中的腰部生物力学

文章来源:本站原创 作者:frank 发布时间:2018年05月21日 点击数: 字号:

科罗拉多州立大学环境与放射卫生学系职业人体工学与安全项目的研究生对工位布局和装卸啤酒桶时腰部的动作变化进行了研究。该职业人体工学与安全实验室专注研究接触评估领域,着重研究肌骨失常和人机工程环境感知。荷兰Xsens公司出品的MVN Analyze让科研人员可以在真实的工作环境中研究工人的动作。科研工作之所以能在现实的啤酒厂里进行是因为使用了 MVN Analyze最新版的估值引擎(XEE),它去除了酒厂里来自结构梁和机械设备的铁磁性干扰。

在有铁磁性干扰的物质和工业设备的环境里,使用内置磁力计的传感器时一般都会有局限性。但科研人员在这家真实的酒厂里成功地采集了数据,正是因为MVN Analyze内置的IMU(惯性测量单元)具有抗磁干扰组件。

像重载、躯干姿势错误这样的生物力学危险因素都可导致职业性腰痛。啤酒装卸工经常会遇到这样的危险因素。2006年至2016年美国小型啤酒厂的数量从1500家增涨到5000家,他们做的都比较成功。2015年,精酿啤酒业占据了美国1059亿啤酒市场20%的份额。这些啤酒厂大多是小酒厂,缺乏设备装卸设备等资源,才导致人工手动搬运啤酒桶的现状。

腰痛的危险因素之一是职业性搬举。2017年由腰痛间接导致的损失超过了1000亿美元。测量工人的动作可以辅助工作设计并降低搬举带来的风险。运动学的位移、速率、加速度都是用于测量工人动作的变量。在过去,科研人员一直都是通过使用观测技术和大型设备对腰部动作进行评估,这些工作通常只有在实验室里才能做到。由于无线人体运动IMU(惯性测量单元)技术的发展,科研人员能够获得全身运动学的详细信息,包括腰部的运动学信息。这些小型、无线、独立的IMU设备让研究工人动作变得更加方便,在真实的环境中更易用。

在这个应用案例中,MVN Analyze作为工具被用在啤酒厂酒桶装卸过程中腰部生物力学的研究项目里。具体的用法是五名工人把空酒桶从托盘搬到运输机上,然后清洗这些酒桶、再把它们装满啤酒。空桶的重量在13.5公斤左右。装满酒的桶的重量约为72.8公斤。工人在搬运酒桶时,记录数据。在酒桶装卸的过程中,腰部的角位移用两个高度来评估。该项目使用Xsens公司生物力学模型输出的腰骶关节角位移。酒桶来自于高低两个位置,这两个位置被定义为高举和低举。项目中的运动数据用于估计腰骶关节压缩力和剪切力。研究时进行了重复记录和分析,举重物环境的变量为每一个腰部角位移变量。

科研人员对不同搬举条件的腰部生物力学差异进行了确认。在低搬举时,躯干弯曲比高搬举时大得多。在低搬举时,腰骶弯曲度比高搬举明显高很多(分别是6.3度和10.2度)。在高搬举情况下记录的角位移数据更为宽泛,也就是说在高搬举搬运酒桶时,腰部动作的变量更多(腰骶弯曲从5.9度变为14.2度)。在这两种情况下,估计运动学上限都超出了建议的运动极限,这导致了工人罹患潜在腰痛风险增加。低搬举时,平均估计剪切力超出500 N(667 N)。高搬举时,最大估计压缩力超出3400 N(4700 N)。工人的工作时间里只有6%是用在把酒桶搬运到运输轨道上。他们大部分的工作时间是用在了管理桶装线上:操作机械设备,去除酒桶上的标签,移动托盘,检查容器气压。直接装卸酒桶时间短是职业腰痛的一个保护因素。在工作繁忙时,一个工人可能要装卸600个酒桶(重量在13.6至72.6公斤之间)。建议对酒厂工人的其他体位和动作进行研究。

研究中搬举酒桶的体位和动作具有表征性。由于Xsens公司出品的IMU便携、设计紧凑小巧,数据采集工作才能够在工人实际工作中进行。从老工人师傅身上采集的数据能被科研人员直接应用于其他小酒厂的酒桶搬举研究中。腰部运动学数据建立了基础评估性,也可用于评估工位设计干预的效果。研究成果可用于改进精酿啤酒厂的工位设计、降低风险、创造更安全的工作。科研项目结束后,酿酒厂修改了仓库管理措施,旨在进一步提高安全和装酒线的效率,安装了广角镜和精细桶托叉车操作。

 

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