啤酒桶裝卸過程中測量腰部生物力學(xué)
科羅拉多州立大學(xué)環(huán)境與放射衛(wèi)生學(xué)系職業(yè)人體工學(xué)與安全項(xiàng)目的研究生對工位布局和裝卸啤酒桶時(shí)腰部的動作變化進(jìn)行了研究。該職業(yè)人體工學(xué)與安全實(shí)驗(yàn)室專注研究接觸評估領(lǐng)域,，著重研究肌骨失常和人機(jī)工程環(huán)境感知,。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)境中研究工人的動作。科研工作之所以能在現(xiàn)實(shí)的啤酒廠里進(jìn)行是因?yàn)槭褂昧?MVN Analyze全新版的估值引擎(XEE),，它去除了酒廠里來自結(jié)構(gòu)梁和機(jī)械設(shè)備的鐵磁性干擾,。
在有鐵磁性干擾的物質(zhì)和工業(yè)設(shè)備的環(huán)境里，使用內(nèi)置磁力計(jì)的傳感器時(shí)一般都會有局限性,。但科研人員在這家真實(shí)的酒廠里成功地采集了數(shù)據(jù),，正是因?yàn)?a class="insidelink" href="http://m.shcjtec.com/Shop/mc/Suits/XsensMoven/" title="MVN慣性動作捕捉系統(tǒng)">MVN Analyze內(nèi)置的IMU（慣性測量單元）具有抗磁干擾組件。
像重載,、軀干姿勢錯(cuò)誤這樣的生物力學(xué)危險(xiǎn)因素都可導(dǎo)致職業(yè)性腰痛,。啤酒裝卸工經(jīng)常會遇到這樣的危險(xiǎn)因素。2006年至2016年美國小型啤酒廠的數(shù)量從1500家增漲到5000家,，他們做的都比較成功,。2015年，精釀啤酒業(yè)占據(jù)了美國1059億啤酒市場20%的份額,。這些啤酒廠大多是小酒廠,，缺乏設(shè)備裝卸設(shè)備等資源，才導(dǎo)致人工手動搬運(yùn)啤酒桶的現(xiàn)狀,。
腰痛的危險(xiǎn)因素之一是職業(yè)性搬舉,。2017年由腰痛間接導(dǎo)致的損失超過了1000億美元。測量工人的動作可以輔助工作設(shè)計(jì)并降低搬舉帶來的風(fēng)險(xiǎn),。運(yùn)動學(xué)的位移,、速率,、加速度都是用于測量工人動作的變量,。在過去，科研人員一直都是通過使用觀測技術(shù)和大型設(shè)備對腰部動作進(jìn)行評估,，這些工作通常只有在實(shí)驗(yàn)室里才能做到,。由于無線人體運(yùn)動IMU（慣性測量單元）技術(shù)的發(fā)展,，科研人員能夠獲得全身運(yùn)動學(xué)的詳細(xì)信息，包括腰部的運(yùn)動學(xué)信息,。這些小型,、無線、獨(dú)立的IMU設(shè)備讓研究工人動作變得更加方便,，在真實(shí)的環(huán)境中更易用,。
在這個(gè)應(yīng)用案例中,，MVN Analyze作為工具被用在啤酒廠酒桶裝卸過程中腰部生物力學(xué)的研究項(xiàng)目里。具體的用法是五名工人把空酒桶從托盤搬到運(yùn)輸機(jī)上,，然后清洗這些酒桶,、再把它們裝滿啤酒?？胀暗闹亓吭?3.5公斤左右,。裝滿酒的桶的重量約為72.8公斤。工人在搬運(yùn)酒桶時(shí),，記錄數(shù)據(jù),。在酒桶裝卸的過程中，腰部的角位移用兩個(gè)高度來評估,。該項(xiàng)目使用Xsens公司生物力學(xué)模型輸出的腰骶關(guān)節(jié)角位移,。酒桶來自于高低兩個(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)動數(shù)據(jù)用于估計(jì)腰骶關(guān)節(jié)壓縮力和剪切力,。研究時(shí)進(jìn)行了重復(fù)記錄和分析，舉重物環(huán)境的變量為每一個(gè)腰部角位移變量,。
科研人員對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)，軀干彎曲比高搬舉時(shí)大得多,。在低搬舉時(shí),，腰骶彎曲度比高搬舉明顯高很多（分別是6.3度和10.2度）。在高搬舉情況下記錄的角位移數(shù)據(jù)更為寬泛,，也就是說在高搬舉搬運(yùn)酒桶時(shí),，腰部動作的變量更多（腰骶彎曲從5.9度變?yōu)?4.2度）。在這兩種情況下,，估計(jì)運(yùn)動學(xué)上限都超出了建議的運(yùn)動極限,，這導(dǎo)致了工人罹患潛在腰痛風(fēng)險(xiǎn)增加。低搬舉時(shí),，平均估計(jì)剪切力超出500 N（667 N）,。高搬舉時(shí)，最大估計(jì)壓縮力超出3400 N（4700 N）,。工人的工作時(shí)間里只有6%是用在把酒桶搬運(yùn)到運(yùn)輸軌道上,。他們大部分的工作時(shí)間是用在了管理桶裝線上：操作機(jī)械設(shè)備，去除酒桶上的標(biāo)簽,，移動托盤,，檢查容器氣壓。直接裝卸酒桶時(shí)間短是職業(yè)腰痛的一個(gè)保護(hù)因素。在工作繁忙時(shí),，一個(gè)工人可能要裝卸600個(gè)酒桶（重量在13.6至72.6公斤之間）,。建議對酒廠工人的其他體位和動作進(jìn)行研究。
研究中搬舉酒桶的體位和動作具有表征性,。由于Xsens公司出品的IMU便攜、設(shè)計(jì)緊湊小巧,，數(shù)據(jù)采集工作才能夠在工人實(shí)際工作中進(jìn)行,。從老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)動學(xué)數(shù)據(jù)建立了基礎(chǔ)評估性,，也可用于評估工位設(shè)計(jì)干預(yù)的效果,。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,。科研項(xiàng)目結(jié)束后，釀酒廠修改了倉庫管理措施,，旨在進(jìn)一步提高安全和裝酒線的效率,，安裝了廣角鏡和精細(xì)桶托叉車操作。
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