ANALIZA OBCIE PRAC NA PODSTAWIE WSKANIKA WYKORZYSTANIA REZERWY TTNA I OBCIE STATYCZNYCH METOD OWAS(1).pdf

BIO-ALGORITHMS AND MED-SYSTEMS

JOURNAL EDITED BY MEDICAL COLLEGE – JAGIELLONIAN UNIVERSITY

Vol. 1, No. 1/2, 2005, pp. 291-296.

ANALIZA OBCIĄŻEŃ PRACĄ NA PODSTAWIE WSKAŹNIKA

WYKORZYSTANIA REZERWY TĘTNA I OBCIĄŻEŃ

STATYCZNYCH METODĄ OWAS

ANALYSIS OF WORKLOADS ON THE BASIS OF THE HEART RATE

INDEX AND OWAS METHOD

A NNA G ROBORZ , T ADEUSZ J ULISZEWSKI , M ARCIN G ONCIARZ

Wydział Agroinżynierii, Akademia Rolnicza, Kraków

agroborz@tier.ar.krakow.pl, rtjulisz@cyf-kr.edu.pl, marcin@gonciarz.name

Streszczenie. W artykule przedstawiono analizę obciążeń

pracą osób zatrudnionych w gospodarstwach rolnych. Na pod-

stawie pomiarów tętna obliczono wskaźnik wykorzystania re-

zerwy tętna (WRT), który posłużył do oceny fizjologicznego

obciążenia pracą. Do pomiarów i zapisu tętna zastosowana

została aparatura firmy Polar wraz z dołączonym oprogramo-

waniem Polar Precision Performance. W celu analizy obciążeń

statycznych wykorzystano metodę OWAS (Ovako Working

Posture Analysis System), która została zaimplementowana

jako autorski program komputerowy.

Abstract. Publication presents workload analysis of people

employed on farms. On the basis of pulse measurement Heart

Rate Reserve index was estimated, was used for the evaluation

of the physiological workload. The pulse was measured and

recorded by the Polar tool operating with Polar Precision

Performance software. In order to analyse static loads, the

OWAS (Ovako Working Posture Analysis System) method was

implemented as computer program.

Key words: workload, Heart Rate Reserve, OWAS method

Słowa kluczowe: obciążenie pracą, wskaźnik wykorzystania

rezerwy tętna (WRT), metoda OWAS

1. Wprowadzenie

wego. Zmiany składające się na zmęczenie obwodowe

i ośrodkowe prowadzą do dolegliwości, a nawet urazów

układu mięśniowo-szkieletowego, wyczerpania zasobów

energetycznych i metabolicznych, zaburzenia czynności

percepcyjnych, w tym i koordynacji wzrokowo-ruchowej

i obniżenia sprawności umysłowej [7].

Rozwój technologii, w tym mechanizacja i automatyzacja,

znacznie zmniejsza liczbę osób zatrudnionych przy pracach

wykonywanych ręcznie: podnoszeniu, przenoszeniu,

ciągnięciu, pchaniu dużych i ciężkich przedmiotów i narzędzi.

Jednak nadal istnieją zawody, w których wielu spośród

wykonywanych czynności nie da się zastąpić rozwiązaniami

technicznymi, przykładowo prace naprawcze, wykonawcze

w budownictwie czy rolnictwie.

2. Cel i zakres

Celem badań była analiza obciążeń pracą osób pracują-

cych w rolnictwie, w fermie drobiu (kur niosek), na podstawie

wskaźnika wykorzystania rezerwy tętna i metody OWAS .

Zakres badań obejmował siedem osób (dwie kobiety

i pięciu mężczyzn) pracujących przy produkcji jaj konsumpcyj-

nych w systemie klatkowym w obrębie jednej fermy z woje-

Badaniem obciążenia fizycznego zajmuje się fizjologia

pracy, która jest nauką odgrywającą istotną rolę w badaniach

ergonomicznych. Wyniki badań fizjologicznych mają na celu

opracowanie praktycznych zaleceń dotyczących sposobu

wykonywania pracy i warunków, w jakich powinna ona

przebiegać. Obciążenie pracą fizyczną na stanowisku pracy

dzieli się na dynamiczne i statyczne. Podział ten jest związany

z charakterem pracy mięśni – ich skurczem. Wysiłek

dynamiczny przebiega w warunkach ruchu w związku

z przemieszczeniem ciała ludzkiego lub jego części w prze-

strzeni i zachodzi przy udziale izotonicznych skurczów mięśni,

podczas których następuje skrócenie włókien – okresy

skurczu i rozkurczu mięśni [19], [9], [15]. Wysiłek statyczny

jest wykonywany przy udziale skurczów izometrycznych, które

powodują wzrost napięcia mięśni bez wyraźnego ich

skrócenia. Praca statyczna przebiega w warunkach bezruchu,

wiąże się przede wszystkim z koniecznością utrzymania

niewygodnej i wymuszonej pozycji ciała [15].

Nadmierne obciążenie organizmu związane z pracą

zawodową jest przyczyną zmęczenia obwodowego,

obejmującego układ mięśniowo-szkieletowy i ogólne zmiany

czynnościowe oraz zmęczenia ośrodkowego układu nerwo-

292

A. Groborz et al., Analiza obciążeń pracą na podstawie wskaźnika wykorzystania rezerwy...

wództwa śląskiego. Charakterystykę badanych osób przed-

stawia tab. 1.

Tab . 1. Charakterystyka badanych osób

umożliwia obliczanie między innymi średniej wartości tętna

badanej osoby podczas pracy w wybranym przedziale

czasowym [10]. Metoda bezprzewodowego pomiaru tętna

została opracowana w 1983 r. na Uniwersytecie w Oulu,

w Katedrze Elektroniki (Finlandia). Spośród metod pomiaru

i rejestracji tętna powszechnie stosuje się obecnie bezprzewo-

dowe mierniki. Metoda ta wykorzystywana jest do ergono-

micznych badań obciążenia pracą personelu zatrudnionego

w przemyśle [15], usługach transportowych [11], a także

w rolnictwie [12]. Na Wydziale Agroinżynierii Akademii

Rolniczej w Krakowie od kilku lat prowadzone są badania

obciążenia pracą osób zatrudnionych w rolnictwie, m.in.

traktorzystów, osób zatrudnionych przy pracach polowych,

w ogrodnictwie i w fermach drobiu czy krów mlecznych.

Wskaźnik wykorzystania rezerwy tętna [4], [16] został

obliczony według następującego wzoru (2):

A K 37 72

1,66 26,1 pali papierosy

B K 48 65

1,65 23,9 pali papierosy

C M 21 71

1,80 21,9 brak

D M 25 75

1,82 22,6 pali papierosy

E M 27 73

1,70 25,3 pali papierosy

F M 40 65

1,70 22,5 brak

G M 41 67

1,69 23,5 pali papierosy

*K – kobieta

M – mężczyzna,

**Wskaźnik BMI (1).

WRT

pracy

−

min ⋅

100

[%]

(2)

−

max

min

gdzie:

HR pracy – średnie tętno danej czynności [ud/min],

HR min – tętno bazowe [ud/min],

HR max – tętno maksymalne dla danej osoby [ud/min].

BMI =

⎡

⎤

masa

[

]

(1)

⎣

⎦

wzrost

[

]

Wartość wskaźnika BMI [kg/m 2 ] wg WHO (World

Health Organization):

BMI <18,5

− niedowaga,

Klasyfikacja wysiłku na podstawie wykorzystania rezerwy

tętna przy długotrwałym obciążeniu jest następująca [2]:

do 25% − wysiłek bardzo mały,

25 – 35% − wysiłek relatywnie mały,

35 – 50% − wysiłek średni (niem . mittelstark ),

50 – 65% − wysiłek dopuszczalny tylko dla osób ze

BMI 18,5-24,9

– normalna waga,

BMI 25-29,9

– nadwaga,

BMI 30 –34,9

– I klasa otyłości,

BMI 35-39,9

– II klasa otyłości,

zdrowym układem krążenia,

65 – 80 % − wysiłek dopuszczalny tylko warunkowo,

powyżej 80 % − wysiłek niedopuszczalny.

BMI >40

– III klasa otyłości.

3. Metodyka

Analizę obciążeń pracą badanych osób przeprowadzono

przy pomocy:

- wskaźnika wykorzystania rezerwy tętna obliczonego na

podstawie pomiarów tętna (obciążenie dynamiczne),

- metody OWAS − Ovako Working Posture Analysis System

(obciążenie statyczne).

Tętno (HR) jest najłatwiejszym do zmierzenia i zarejestro-

wania wskaźnikiem reakcji układu krążenia na wysiłek [20].

Maksymalne tętno (HR max ) zależne jest przede wszystkim od

wieku człowieka i można je obliczyć z zależności [1]:

HR max = 220 – wiek osoby (w latach).

Minimalne tętno, zwane też tętnem bazowym , (HR min )

występujące podczas snu jest zróżnicowane indywidualnie

w zakresie od 45 do 70 ud/min. Różnica pomiędzy maksymal-

nym tętnem a tętnem minimalnym jest nazywana rezerwą

tętna , tj. swego rodzaju „zapasem” częstości skurczów serca

jako reakcji na wysiłek. Wykorzystanie rezerwy tętna można

wyrazić w wartościach bezwzględnych (ud/min), tj. wzrostem

częstości skurczów serca w porównaniu do HR min lub

w jednostkach względnych (%) jako iloraz wzrostu częstości

skurczów serca (w porównaniu do HR min ) do rezerwy tętna [2].

Pomiary wykonywano miernikiem tętna POLAR VAN-

TAGE, który umożliwia także bezprzewodową rejestrację wy-

ników. Przy pomocy interfejsu zarejestrowane dane, tj. tętno,

przenoszone są do komputera, gdzie mogą być analizowane

programem dostarczanym przez producenta miernika.

Program komputerowy Polar Precision Performance

Analiza obciążenia metodą OWAS służy do oceny wiel-

kości obciążenia statycznego na stanowiskach pracy. Jest

powszechnie stosowanym systemem identyfikacji i oceny

postawy całego ciała ludzkiego podczas pracy. Metoda ta

została opracowana w Finlandii przez firmę Ovako [13], [14]

w odpowiedzi na potrzebę prostej, jasnej i uzasadnionej

metody analitycznej. Ich celem była analiza obciążeń postawy

ciała ludzkiego i poprawa czynników ergonomicznych

w miejscu pracy. Stworzenie stanowiska pracy, które nie

powodowałoby nadmiernego obciążenia i zmęczenia układu

mięśniowo-szkieletowego pracownika, wymaga przeanalizo-

wania parametrów związanych z pozycją przy pracy, siłą

wywieraną podczas pracy oraz czasem oddziaływania siły

przy określonej pozycji. Parametry te powinny być rozpatry-

wane łącznie. Metoda OWAS bierze pod uwagę obciążenie

pochodzące od czterech czynników:

- pozycji pleców (cztery zakodowane pozycje:

1 − wyprostowane, 2 – zgięte do przodu, 3 – skręcone,

4 – zgięte i skręcone),

- położenia przedramion (trzy pozycje: 1 – obydwa poniżej

stawu łokciowego, 2 – jedno powyżej stawu łokciowego,

3 – obydwa powyżej stawu łokciowego),

- pracy nóg (siedem pozycji: 1 – pozycja siedząca,

2 – stojąca z nogami wyprostowanymi, 3 – stojąca z jedną

nogą wyprostowaną, 4 – stojąca z nogami zgiętymi,

5 – stojąca z jedną nogą zgiętą, 6 – klęczenie na jednym

lub obu kolanach, 7 - chodzenie) [18],

A. Groborz et al., Analiza obciążeń pracą na podstawie wskaźnika wykorzystania rezerwy...

293

- wielkości obciążenia zewnętrznego (trzy wielkości,

zróżnicowane według obciążonych osób, oparte na aktach

prawnych - tab. 2) [6], [7].

Tab. 3. Opis kategorii

Kategoria

Opis kategorii

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy

są naturalne,

- obciążenie jest optymalne lub akceptowalne,

- nie ma potrzeby dokonywania zmian na stanowi-

sku;

Tab. 2. Kody obciążenia zewnętrznego w zależności od populacji [7]

Kategoria 1

Mężczyźni

Kobiety

i młodociani

chłopcy

Dziewczęta

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy

mogą mieć negatywny wpływ na układ mięśniowo-

szkieletowy,

- obciążenie jest prawie akceptowalne,

- nie ma potrzeby dokonywania natychmiastowych

zmian na stanowisku, ale należy wziąć pod uwagę

konieczność przeprowadzania takich zmian

w bliskiej przyszłości;

Kod obciążenia

zewnętrznego

Kategoria 2

[kg]

< 10

< 5

< 2

10 - 20

5 - 10

2 - 6

> 20

> 10

> 6

Na podstawie pełnego kodu pozycji ciała ludzkiego skła-

dającego się z czterech cyfr (po jednej od każdego czynnika

obciążającego) należy odczytać typ kategorii z diagramu

(rys. 1).

Kategoria 3

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy

mają negatywny wpływ na układ mięśniowo-

szkieletowy,

- obciążenie jest duże,

- zmiany na stanowisku należy przeprowadzić tak

szybko, jak to możliwe;

Kategoria 4

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy

mają bardzo negatywny wpływ na układ mię-

śniowo-szkieletowy,

- obciążenie jest bardzo duże,

- zmiany na stanowisku należy przeprowadzić

natychmiast.

Tab. 4. Ocena obciążenia statycznego w zależności od czasu

utrzymywania pozycji ciała

Ocena

obciążenia

Pozycja ciała przy pracy

(kategorie OWAS)

Czas

utrzymywania

jednej pozycji

[% zmiany

roboczej]

Rys. 1. Diagram do określania kategorii według kodu pozycji

Pozycja niewymuszona

kategorii 1

małe

do 70

Dokładny opis kategorii oraz zalecenia odnośnie ewentu-

alnych zmian na stanowisku pracy przedstawiono w tabeli 3.

Do celów analizy obciążenia układu mięśniowo-szkieletowego

dla każdej z utrzymywanych pozycji istotny jest czynnik czasu

trwania określonej czynności opisanej przez kategorię. W

zależności od czasu utrzymywania pozycji ciała określonej

zgodnie z kategoriami metody OWAS dokonano oceny

obciążenia statycznego jako duże, średnie lub małe (tab. 4).

Pozycje ciała zostały zróżnicowane na wymuszoną i

niewymuszoną. Pozycja wymuszona to taka, która jest

narzucona konstrukcją stanowiska pracy lub rodzajem

wykonywanych czynności, a jej modyfikacja pod wpływem

subiektywnego odczucia pracownika i zgodnie z jego

preferencjami nie jest możliwa. Natomiast pozycja niewymu-

szona to taka, która może być zmieniana zgodnie z poczu-

ciem wygody pracownika, bez wpływu na jakość wykonywanej

pracy.

Ze względu na adaptowalność do analizy codziennego

miejsca pracy i możliwości oceny różnych postaw ciała

metoda ta była stosowana w wielu badaniach pozycji ciała

w różnych zawodach: konstruktorzy budowlani [21], praca

przy uprawie roślin leczniczych i włókienniczych [5], kobiety

pracujące w fermach krów mlecznych [22], osoby zatrudnione

przy produkcji owoców [3] czy przy sadzeniu roślin

w leśnictwie [8].

Pozycja wymuszona kategorii 1

lub niewymuszona kategorii 2

do 50

Pozycja wymuszona kategorii 2

do 30

średnie

Pozycja niewymuszona

kategorii 1

powyżej 70

Pozycja wymuszona kategorii 1

lub niewymuszona kategorii 2

50 - 70

Pozycja wymuszona kategorii 2

30 - 50

Pozycja wymuszona kategorii 3

lub 4

do 30

Pozycja wymuszona kategorii 1

lub niewymuszona kategorii 2

duże

powyżej 70

Pozycja wymuszona kategorii 2

powyżej 50

Pozycja wymuszona kategorii 3

lub 4

powyżej 30

Metoda OWAS została zaimplementowana jako autorski

program komputerowy wspomagający analizę obciążeń

statycznych.

4. Wyniki

Analiza wskaźników wykorzystania rezerwy tętna podczas

czynności wykonywanych przy produkcji jaj konsumpcyjnych

pozwoliła na klasyfikację stopnia ciężkości wysiłku fizycznego

według skali Buchbergera. Wyniki badań przeprowadzonych

294

A. Groborz et al., Analiza obciążeń pracą na podstawie wskaźnika wykorzystania rezerwy...

na podstawie pomiarów tętna oraz obliczonego wskaźnika

wykorzystania rezerwy tętna przedstawiono w tab. 5, w której

dokonano także oceny wysiłku fizycznego badanych osób.

Obciążenie pracą podczas poszczególnych czynności

oceniono jako relatywnie małe (11 zapisów czynności), bardzo

małe (10 zapisów), średnie (7 zapisów – np. załadunek jaj do

samochodu, przenoszenie jaj posortowanych według klas

wagowych na półki wózków transportowych) oraz dopusz-

czalne tylko dla osób ze zdrowym układem krążenia (1 zapis –

w sytuacji awaryjnej ręczny zbiór jaj).

Na rys. 2 przedstawiono wykres tętna w czasie jednej

z badanych osób (osoba B) podczas sortowania i przenosze-

nia posortowanych jaj na wózki transportowe. Czynność ta

została zaklasyfikowana według wskaźnika WRT [%] jako

wysiłek średni.

Tab. 5. Tętno, wskaźnik wykorzystania rezerwy tętna badanych osób

podczas pracy w fermie drobiu (kur niosek) oraz ocena wysiłku

fizycznego

kontrola produkcji,

chodzenie między

bateriami klatek

i wzdłuż linii

technologicznej

87 195 50 25,5

relatywnie

mały

sprzątanie

samochodu

dostawczego

102 193 57 33,1

relatywnie

mały

telefonowanie,

administracja

85 193 57 20,6

b. mały

załadunek jaj

109 193 57 38,2 średni

sprzątanie hal,

zamiatanie

80 180 53 21,3

b. mały

naprawa silnika

elektrycznego w

pozycji stojącej

75 179 43 23,5

b. mały

sortownia,

wybieranie

stłuczek

76 179 43 24,3

b.mały

usuwanie awarii

maszyny w linii

technologicznej

(przekładnia),

zatrzymanie

produkcji

WRT

Czynność

[ud/min]

[%]

104 179 43 44,9 średni

dop. dla osób

relatywnie

mały

zamiatanie hal

91 183 44 33,8

ze zdr. ukł.

krąż.

odpoczynek w

pozycji siedzącej 68 183 44 17,3

b. mały

G ręczny zbiór jajek 118 179 43 55,1

sortownia,

wybieranie

stłuczek

sortownia,

wybieranie

stłuczek

95 179 43 38,2 średni

76 183 44 23,0

b. mały

kontrola maszyn,

chodzenie wzdłuż

linii technologicz-

nej

relatywnie

mały

zamiatanie hal

79 183 44 25,2

relatywnie

mały

sortownia,

przenoszenie jaj 111 172 60 45,5 średni

89 179 43 33,8

administracja

92 172 60 28,6

relatywnie

mały

sortownia,

przenoszenie jaj 108 172 60 42,9 średni

wydawanie i

sprzedaż jajek

94 172 60 30,4

relatywnie

mały

naprawa silnika

elektrycznego w

pozycji stojącej

76 199 44 20,6

b. mały

odpoczynek w

pozycji siedzącej 80 199 44 23,2

b. mały

ręczny zbiór jaj 108 199 44 41,3 średni

zamiatanie hal

117 199 44 47,1 średni

odpoczynek w

pozycji siedzącej 88 199 44 28,4

relatywnie

mały

wnoszenie do kla-

tek uwolnionych

przypadkowo kur 96 199 44 33,5

relatywnie

mały

Rys. 2. Wykres tętna w czasie (w programie Polar Precision

Performance SW 3) podczas sortowania jaj konsumpcyjnych

(układanie i przenoszenie wytłaczanek z jajkami) przy sortowni

MOBA 1500

prace remontowo-

porządkowe,

naprawa taśmy

pomiotowej

82 199 44 24,5

b. mały

Do analizy obciążenia statycznego metodą OWAS wzięto

pod uwagę osobę B podczas sortowania jaj. Pomiar polegał

na obserwacji osoby sortującej jaja konsumpcyjne, przenoszą-

cej posortowane wytłaczanki z jajami na wózki transportowe.

Masa przenoszonych jajek wynosiła 10-11 kg. Czynność

zarejestrowano metodą filmową (kamera cyfrowa). Następnie

analizowano poszczególne pozycje ciała w interwałach

czasowych, co 10 sekund i zapisywano kod w programie

komputerowym. Na rys. 3 przedstawiono określanie kodu po-

prace domowe:

zmywanie naczyń,

wycieranie kurzu 84 199 44 25,8

relatywnie

mały

rozłupywanie

drewna siekierką

w pozycji

pochylonej

93 199 44 31,6

relatywnie

mały

naprawa łopaty w

pozycji pochylonej 82 199 44 24,5

b. mały

A. Groborz et al., Analiza obciążeń pracą na podstawie wskaźnika wykorzystania rezerwy...

295

zycji ciała przy wykorzystaniu programu komputerowego.

Ocena obciążenia statycznego zależy od kategorii oraz czasu

trwania poszczególnej czynności (pozycji ciała). Przykładową

ocenę pokazano na rys. 4.

kategorii pierwszej (54% całego czasu badania). Nieco

mniejszy procent czasu pracy (32%) zawierał się w kategorii

drugiej oraz 14% do kategorii trzeciej. Do kategorii czwartej

nie zakwalifikowano żadnej postawy ciała badanej osoby. Na

podstawie czasu pracy i kategorii poszczególnych pozycji

ciała obciążenie statyczne oceniono jako średnie (tab. 7).

Tab. 6. Kody pozycji ciała badanej osoby metodą OWAS (plecy,

przedramiona, nogi, obciążenie zewnętrzne) wraz z klasyfikacją do

odpowiedniej kategorii

Plecy

Przedramiona

Nogi

Obciążenie

zewnętrzne

Kategoria

Rys. 3. Określenie kodu pozycji ciała w programie komputerowym

OWAS

Tab. 7. Ocena obciążenia statycznego

Kategoria

Ilość

pozycji

w danej

kategorii

Udział

procentowy

[%]

Ocena

obciążenia

statycznego

Rys. 4. Zestawienie wyników oceny obciążenia statycznego

54 średnie

Wyniki pomiarów obciążenia statycznego metodą OWAS

przedstawiono w tab. 6, w której zapisano występujące kody

pozycji ciała (plecy, przedramiona, nogi, obciążenie ze-

wnętrzne) oraz klasyfikację danego kodu do odpowiedniej

kategorii. Następnie w tab. 7 zamieszczono sumaryczny

i procentowy udział kategorii poszczególnych pozycji ciała

w stosunku do całkowitego czasu badania. Najczęściej

przyjmowaną pozycję ciała przez badaną osobę zaliczono do

32 średnie

14 średnie

brak

Suma

100 średnie

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: