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1. 인체 활동의 생리학적 측정법
(1) 생리적 부담의 측정
- 심장 활동 측정: 심전도는 심장 수축에 따른 전기적 변화를 피부에 부착한 전극으로 측정하며, 맥박수 또한 심장 활동의 중요한 지표로 사용됩니다. 그러나 개인차가 커서 작업 부하의 지표로는 제한적일 수 있습니다.
- 산소소비량 측정: 더글러스 주머니를 사용하여 배기가스를 수집한 뒤, 가스 분석 장치로 성분을 분석하여 산소 소비량을 측정합니다. 이는 신체의 에너지 소비를 정확히 평가하는 방법의 하나입니다.
(2) 생리학적 측정법
- 정적 근력 작업: 정적 근력 작업에서는 에너지 대사량, 맥박수, 근전도 등을 측정하여 작업의 생리적 부담을 평가합니다.
- 신경적 작업: 매회 평균 호흡 진폭, 맥박수, 피부 전기 반사 등을 측정하여 신경적 부담을 분석합니다.
- 동적 근력 작업: 동적 근력 작업에서는 에너지 대사량, 산소소비량, CO₂ 배출량과 함께 호흡량, 맥박수, 근전도 등을 측정하여 생리적 부담을 평가합니다.
-심적 작업: 심적 작업의 생리적 부담은 자유가 값 등을 통해 측정합니다. 자유가 값은 정신적 부담이 대뇌 피질의 활동 수준에 미치는 영향을 나타냅니다.
(3) 정신 활동의 측정
- 부정맥**: 심장 활동의 불규칙성을 측정하기 위해 뇌파 기록, 근전도, 부정맥 등을 사용합니다.
- 점멸 융합 주파수: 시각 또는 청각 자극의 점멸이 연속적으로 느껴지는 주파수를 측정하여 정신적 피로를 평가합니다.
2. 신체 활동의 에너지 소비
(1) 육체 활동에 따른 에너지 소비량
- 수면: 1.3 RMR
- 앉은 자세: 1.6 RMR
- 선 자세: 2.25 RMR
- 벽돌 쌓기: 4.0 RMR
- 톱질: 6.8 RMR
- 앉은 자세의 작업: 2.7 RMR
- 도끼질: 8.0 RMR
- 삽질: 8.5 RMR
- 짐 나르기 (어깨): 16.2 RMR
(2) 작업의 효율
- 정의: 인체의 노력이 에너지 소비에 비해 얼마나 효율적인지를 나타내는 지표로, 인체의 노력은 30%의 효율을 가지며 나머지 70%는 열로 발산됩니다. 일반적으로 하루에 4 정도의 에너지를 소모하며, 기초 대사량과 에너지 대사량은 약 2 소모하고 작업에 의한 에너지는 2 정도입니다.
- 효율 계산식: 효율(%) = (한 일 / 에너지 소비) x100
3. 에너지 대사
기초 대사량
- 정의: 공복 상태에서의 에너지 대사량으로, 전날 저녁 식사 후 10시부터 18시까지의 시간이 지난 후 측정됩니다. 이는 깨어 있을 때의 최저 에너지 대사량을 의미합니다.
안정 시 대사량
- 정의: 작업 자세로 안정하고 있을 때의 소비 열량으로, 대개 식사 후 2시간 이상 지난 상태에서 측정됩니다. 기초 대사량보다 약 20% 증가한 값을 가집니다.
작업 시 대사량
- 정의: 작업 중 소비되는 에너지를 측정한 값으로, 호흡기에서 배출되는 탄산가스를 측정하여 간접적으로 계산합니다.
에너지 대사율 (RMR: Relative Metabolic Rate)
- 정의: 일정한 작업을 수행하기 위해 소비된 산소량이 기초 대사량의 몇 배인지를 나타내는 지표입니다. 산소호흡량을 측정하여 에너지 소모량을 결정하며, 다음과 같은 작업강도 구분이 있습니다:
- 경작 업: 1~2 RMR
- 중 작업: 2~4 RMR
- 중량 작업: 4~7 RMR
- 초중량 작업: 7 RMR 이상
4. 관절에 관한 용어
주요 용어
- 굴곡 (Flexion): 신체 부분을 구부리거나 각도를 좁히는 동작
- 신전 (Extension): 신체의 부위를 곧게 펴거나 각도를 늘리는 동작
- 내전 (Adduction): 신체의 부분이 신체 중앙 방향으로 움직이는 동작
- 외전 (Abduction): 신체의 부분이 신체 중앙에서 멀어지는 방향으로 움직이는 동작
- 중앙회전 (Medial Rotation): 신체의 중앙 쪽으로 회전하는 운동
- 측 회전 (Lateral Rotation): 신체의 바깥 방향으로 회전하는 운동
- 손의 내전 (Pronation): 손바닥을 위로 해서 아래팔을 회전하는 운동
- 발의 외전 (Eversion): 발의 측면을 발바닥 바깥쪽으로 회전하는 운동
- 발의 내전 (Inversion): 발의 엄지발가락 쪽으로 발을 움직여 발바닥 안쪽으로 회전하는 운동
관절의 자유도
- 어깨: 굴곡 180º, 신전 60º, 외전 130º, 내전 50º (가장 자유도가 큰 관절)
- 팔꿈치: 외선 30º, 내선 100º
- 손목: 외전 30º, 내전 15º
- 무릎: 굴곡 135º, 외선 35º, 내선 30º
5. 감각기관별 자극에 대한 반응 시간
- 청각: 0.17초
- 촉각: 0.18초
- 시각: 0.20초
- 미각: 0.29초
- 통각: 0.70초
6. 부하 염력
- 정의: 물건을 들거나 밀고 당길 때 신체 각 관절에 작용하는 부하를 의미합니다. 특정 방향의 부하와 신체 부위의 중량으로 인해 각 관절에 부하가 발생하며, 이러한 부하는 근육의 반대 방향 힘으로 균형을 이루게 됩니다. 근육의 장력은 지레 팔에 의해 결정되며, 관절 접촉면에 작용하는 압축력 및 전단 응력에 의해 균형이 맞춰집니다.
7. 근력과 지구력
근력
-정의: 한 번의 수의적인 노력으로 근육이 발휘할 수 있는 최대 힘입니다. 보통 압력계나 힘을 측정하는 장치를 통해 측정합니다.
지구력
- 정의: 근육을 사용하여 특정 힘을 얼마나 오랫동안 유지할 수 있는지를 의미합니다. 지구력은 근력의 15% 이하의 힘을 오랫동안 유지할 수 있는 능력으로, 최대 근력을 유지할 수 있는 시간은 제한적입니다.
8. 디자인에 있어서 인체 측정치의 적용
(1) 퍼센트일 (Percentiles)
-정의: 신체 규격의 분포에서 특정 부위의 신체 치수를 기준으로, 그보다 작은 사람들의 비율을 나타냅니다. 주로 5 퍼센트 타일과 95 퍼센트 타일을 고려하여 더 많은 사람이 만족할 수 있는 설계를 추구합니다.
(2) 인체 측정치 적용의 원칙
- 최대 최소 치수:
- 최소 집단이 설계: 도달거리에 관련된 설계에서 5 퍼센트 타일을 사용하여 설계합니다. 예를 들어, 의자 높이, 선반 높이, 엘리베이터 조작 버튼의 높이 등이 이에 해당합니다.
- 최대 집단이 설계: 여유 공간에 관련된 설계에서 95 퍼센트 타일을 사용합니다. 예를 들어, 문, 탈출구, 통로 등과 같은 공간 설계가 이에 해당합니다.
- 조절 범위: 통상 5% 차에서 95% 차까지의 90% 범위를 고려합니다.
9. 신체 치수를 양산치
- 정의: 신장을 기준으로 인체 각 부위의 치수를 구하는 방법입니다. 신장과 각 부위의 치수는 거의 비례적인 관계를 맺으므로 이를 활용하여 설계에 적용할 수 있습니다.
10. 동작 시간
- 정의: 신호에 따라 동작을 수행하는 데 걸리는 시간으로, 조종 활동의 최솟값은 0.3초입니다. 여기에 반응 시간 0.2초를 더하면 총 반응 시간은 0.5초가 됩니다. 이 수치는 반응 장치의 성질, 거리, 위치에 따라 달라질 수 있습니다.