科羅拉多州立大學(xué)環(huán)境與放射衛(wèi)生科學(xué)系，人體工程學(xué)與安全項(xiàng)目的研究生對(duì)啤酒廠工位布局和啤酒桶裝卸時(shí)工人腰部的動(dòng)作變化進(jìn)行了研究。該人體工程學(xué)與安全實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)攻研究評(píng)估領(lǐng)域，并著重研究肌骨失常和人機(jī)工程環(huán)境感知領(lǐng)域。荷蘭Xsens公司出品的MVN Analyze讓科研人員可以在真實(shí)的工作環(huán)境中研究工人的動(dòng)作?？蒲泄ぷ髦阅茉诂F(xiàn)實(shí)的啤酒廠里進(jìn)行是因?yàn)槭褂昧?MVN Analyze最新版的估值引擎(XEE)，該引擎消除了酒廠里來(lái)自結(jié)構(gòu)梁和機(jī)械設(shè)備的磁性干擾。
在有磁性干擾的材料或工業(yè)設(shè)備的環(huán)境里，使用內(nèi)置磁力計(jì)的傳感器時(shí)一般都會(huì)有局限性。但通過(guò)使用MVN Analyze內(nèi)置的IMU（慣性測(cè)量單元）抗磁干擾組件，科研人員在這家真實(shí)的酒廠里成功地采集了地動(dòng)作數(shù)據(jù)。
負(fù)重搬運(yùn)或是軀干姿勢(shì)錯(cuò)誤這樣的生物力學(xué)危險(xiǎn)因素都可導(dǎo)致職業(yè)性腰肌損傷的發(fā)生。啤酒裝卸工在工作中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的危險(xiǎn)因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年至2016年美國(guó)小型啤酒廠的數(shù)量從1500家增漲到了5000家。2015年，精釀啤酒業(yè)更是占據(jù)了美國(guó)1059億啤酒市場(chǎng)的20%份額。這些啤酒廠大多是小酒廠，缺乏裝卸設(shè)備，因此他們大多采用人工手動(dòng)搬運(yùn)啤酒桶。
造成腰肌損傷的危險(xiǎn)因素之一是職業(yè)性搬舉。2017年由工人腰部損傷間接導(dǎo)致的損失超過(guò)了1000億美元。測(cè)量工人的動(dòng)作可以幫助進(jìn)行工作設(shè)計(jì)并降低搬舉帶來(lái)的工人腰部受傷風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)動(dòng)學(xué)中的位移、速率、加速度都被用于測(cè)量工人動(dòng)作數(shù)據(jù)。之前，科研人員一直都是通過(guò)使用觀測(cè)技術(shù)和笨重的設(shè)備對(duì)腰部動(dòng)作進(jìn)行評(píng)估，這些工作通常只有在實(shí)驗(yàn)室里才能做到。由于IMU（慣性測(cè)量單元）技術(shù)的發(fā)展，科研人員目前能夠獲得全身運(yùn)動(dòng)學(xué)的詳細(xì)信息，包括腰部的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息。這些小型、無(wú)線、獨(dú)立的IMU設(shè)備讓研究工人動(dòng)作變得更加方便，在真實(shí)的環(huán)境中也更加易用。
在此案例中，研究人員使用 Xsens MVN Analyze測(cè)量酒桶裝卸過(guò)程中工人腰部的生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。具體過(guò)程是由五名工人穿戴上Xsens 動(dòng)作捕捉套裝后分別完成，把空酒桶從托盤(pán)搬到運(yùn)輸機(jī)上，然后清洗這些酒桶、再把它們裝滿啤酒的一系列動(dòng)作?？胀暗闹亓吭?3.5公斤左右。裝滿酒的酒桶重量約為72.8公斤。工人在搬運(yùn)酒桶時(shí)，Xsens MVN Analyze會(huì)記錄數(shù)據(jù)。在酒桶裝卸的過(guò)程中，腰部的角位移會(huì)分別從兩個(gè)高度來(lái)進(jìn)行評(píng)估。該項(xiàng)目中腰骶關(guān)節(jié)角位移數(shù)據(jù)的輸出使用了Xsens的生物力學(xué)模型。酒桶來(lái)自于高低兩個(gè)位置，這兩個(gè)位置被定義為高舉和低舉。項(xiàng)目中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)用于估計(jì)腰骶關(guān)節(jié)壓縮力和剪切力。研究人員對(duì)工人舉起重物時(shí)的每一個(gè)腰部角位移變量進(jìn)行了重復(fù)的記錄和分析。
科研人員對(duì)不同搬舉條件的腰部生物力學(xué)差異進(jìn)行了確認(rèn)。在低搬舉時(shí)，軀干彎曲度比高搬舉時(shí)要大得多。在低搬舉時(shí)，腰骶彎曲度比高搬舉明顯高很多（高搬舉時(shí)為6.3度，而低搬舉時(shí)為10.2度）。在高搬舉情況下記錄的角位移數(shù)據(jù)更為寬泛，也就是說(shuō)在高搬舉搬運(yùn)酒桶時(shí)，腰部動(dòng)作的變量更多（高搬舉腰骶彎曲范圍從5.9度到14.2度不等）。在這兩種情況下，預(yù)估運(yùn)動(dòng)學(xué)上限遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了建議的運(yùn)動(dòng)極限，這導(dǎo)致了工人腰傷的風(fēng)險(xiǎn)增加。低搬舉時(shí)，平均預(yù)估剪切力超出500 N（經(jīng)測(cè)量約為667 N）。高搬舉時(shí)，更大預(yù)估壓縮力超出3400 N（經(jīng)測(cè)量約為4700 N）。工人的工作時(shí)間里只有6%的時(shí)間用在把酒桶搬運(yùn)到運(yùn)輸軌道上。他們大部分的工作時(shí)間都是在管理桶裝線上，如：操作機(jī)械設(shè)備，去除酒桶上的標(biāo)簽，移動(dòng)托盤(pán)，檢查容器氣壓等。減少直接裝卸酒桶的時(shí)間是避免造成工人腰傷的一個(gè)重要因素。在工作繁忙時(shí)，一個(gè)工人可能要裝卸600個(gè)酒桶（空酒桶13.6kg，盛滿酒的酒桶有72.6kg）。因此研究人員建議對(duì)酒廠工人的其他姿勢(shì)和動(dòng)作進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
研究中搬舉酒桶的姿勢(shì)和動(dòng)作具有表征性。Xsens的IMU（慣性測(cè)量單元）便攜、設(shè)計(jì)緊湊小巧，因此數(shù)據(jù)采集工作才能夠在工人實(shí)際工作中進(jìn)行。從有經(jīng)驗(yàn)的工人師傅身上采集的數(shù)據(jù)能被科研人員直接應(yīng)用于其他小酒廠的酒桶搬舉研究中。腰部運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)建立了基礎(chǔ)評(píng)估性，也可用于評(píng)估工位設(shè)計(jì)效果。研究成果可用于改進(jìn)精釀啤酒廠的工位設(shè)計(jì)、降低風(fēng)險(xiǎn)、創(chuàng)造更安全的工作環(huán)境。評(píng)估結(jié)束后，酒廠修改了倉(cāng)庫(kù)管理措施安裝了廣角鏡和微調(diào)了叉車(chē)操作，進(jìn)一步提高工人的操作安全性和效率。
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