ワークステーションの設計における統合アプローチ

人間工学において、ワークステーションの設計は重要なタスクです。 ブルーカラーであろうとホワイトカラーであろうと、どのような職場環境においても、適切に設計されたワークステーションは労働者の健康と福利だけでなく、生産性と製品の品質も促進するという一般的な合意があります. 逆に、ワークステーションの設計が不十分であると、健康上の不満や慢性職業病の発症、および製品の品質と生産性を所定のレベルに維持する上での問題を引き起こしたり、助長したりする可能性があります。

すべてのエルゴノミストにとって、上記のステートメントは些細なことに思えるかもしれません。 また、すべての人間工学者は、世界中の労働生活が人間工学的な欠点だけでなく、基本的な人間工学的原則のあからさまな違反に満ちていることも認識しています。 ワークステーション設計の重要性について、生産技術者、監督者、管理者などの担当者の間で広く認識されていないことは明らかです。

人間工学的要因の重要性を強調しているように見える産業作業に関する国際的な傾向があることは注目に値します。改善された製品品質、柔軟性、および製品配送精度に対する需要の増加です。 これらの要求は、仕事や職場の設計に関する保守的な見方と相容れないものです。

現在の状況では、ワークスペース設計の物理的要因が主な関心事ですが、ワークステーションの物理的設計は実際には作業の組織から切り離すことはできないことに留意する必要があります。 この原則は、次に説明する設計プロセスで明らかになります。 プロセスの最終結果の品質は、人間工学的知識、生産性と品質要求との統合、および参加という XNUMX つのサポートに依存します。 の 実装のプロセス 新しいワークステーションは、この統合に対応する必要があり、この記事の主な焦点です。

設計上の考慮事項

ワークステーションは仕事のためのものです。 ワークステーションの設計プロセスの出発点は、特定の生産目標を達成する必要があることです。 デザイナー (多くの場合、生産技術者またはその他の中間管理職レベルの人) は、社内で職場のビジョンを策定し、そのビジョンを自分の計画媒体を通じて実装し始めます。 このプロセスは反復的です。最初の試みは大雑把なものですが、解決策は徐々に洗練されていきます。 作業が進むにつれて、反復ごとに人間工学的な側面を考慮することが不可欠です。

それは、ことに留意すべきである 人間工学に基づくデザイン と密接に関連しているワークステーションの割合 人間工学的評価 ワークステーションの。 実際、ここで従うべき構造は、ワークステーションがすでに存在する場合、または計画段階にある場合にも同様に適用されます。

設計プロセスでは、関連するすべての側面が考慮されることを保証する構造が必要です。 これを処理する従来の方法は、考慮すべき一連の変数を含むチェックリストを使用することです。 ただし、特定の設計状況では、チェックリストの一部のみが関連する場合があるため、汎用チェックリストは膨大で使いにくい傾向があります。 さらに、実際の設計状況では、いくつかの変数が他の変数よりも重要であることが際立っています。 設計状況でこれらの要因を一緒に考慮する方法論が必要です。 この記事では、そのような方法論を提案します。

ワークステーションの設計に関する推奨事項は、関連する一連の要求に基づいている必要があります。 一般に、個々の変数の限界値を考慮するだけでは不十分であることに注意してください。 生産性と健康の維持という認識された複合目標は、従来の設計状況よりも野心的である必要があります。 特に、筋骨格疾患の問題は、多くの産業状況において主要な側面ですが、このカテゴリーの問題は決して産業環境に限定されるものではありません。

ワークステーションの設計プロセス

プロセスのステップ

ワークステーションの設計および実装プロセスでは、最初にユーザーに通知し、ユーザーが完全に参加できるようにプロジェクトを編成し、最終結果を全従業員が受け入れる可能性を高める必要があります。 この目標の扱いは、ワークステーションの物理的設計の最適解に到達する問題に集中する本論文の範囲内ではありませんが、それでも設計プロセスはそのような目標の統合を可能にします。 このプロセスでは、次の手順を常に考慮する必要があります。

1. ユーザー指定の要求のコレクション
2. 需要の優先順位付け
3. (a) 技術仕様および (b) ユーザー用語の仕様への要求の転送
4. ワークステーションの物理レイアウトの反復開発
5. 物理的な実装
6. 製作試用期間
7. フル生産
8. 残りの問題の評価と識別。

ここでは、ステップ XNUMX から XNUMX に焦点を当てます。 多くの場合、これらすべてのステップのサブセットのみが実際にワークステーションの設計に含まれています。 これにはさまざまな理由が考えられます。 一部の VDU 作業状況など、ワークステーションが標準設計である場合、一部の手順は除外される場合があります。 ただし、ほとんどの場合、リストされている手順の一部を除外すると、ワークステーションの品質が許容範囲を下回ります。 これは、経済的または時間的な制約が厳しすぎる場合、または経営陣レベルでの知識や洞察の欠如のために完全に無視されている場合に当てはまります。

ユーザー指定要求の収集

職場のユーザーを、その設計に関する限定的な意見を提供できる生産組織のメンバーとして識別することが不可欠です。 ユーザーには、たとえば、作業員、監督者、生産計画担当者、生産技術者、および安全担当者が含まれる場合があります。 経験上、これらのアクターはすべて、プロセスで利用すべき独自の知識を持っていることが明らかです。

ユーザー指定の要求のコレクションは、いくつかの基準を満たす必要があります。

1. 開放性. プロセスの初期段階ではフィルターを適用しないでください。 批判を表明することなく、すべての観点に注意する必要があります。
2. 無差別. プロセスのこの段階では、すべてのカテゴリの視点を平等に扱う必要があります。 一部の人は他の人よりも率直である可能性があり、他のアクターの一部を沈黙させるリスクがあるという事実に特別な考慮を払う必要があります。
3. 対話による発展. 異なるバックグラウンドを持つ参加者間の対話を通じて、要求を調整し発展させる機会が必要です。 優先順位付けは、プロセスの一部として対処する必要があります。
4. 多才. ユーザー指定の要求を収集するプロセスは、合理的に経済的である必要があり、専門のコンサルタントの関与や参加者側の長時間の要求を必要としません。

上記の一連の基準は、以下に基づく方法論を使用することによって満たすことができます。 品質機能の展開 (QFD) Sullivan (1986) による。 ここで、ユーザの要求は、アクターの混合グループ（８人から１０人まで）が存在するセッションで収集されてもよい。 すべての参加者には、取り外し可能な粘着メモのパッドが与えられます。 彼らは、関係があると思うすべての職場の要求を、それぞれ別の紙片に書き留めるよう求められます。 作業環境と安全性、生産性と品質に関する側面をカバーする必要があります。 この活動は、必要に応じて、通常 XNUMX ～ XNUMX 分間継続します。 このセッションの後、参加者は次々と自分の要求を読み上げ、グループの全員が見ることができる部屋のボードにメモを貼るように求められます. 要求は、照明、持ち上げ補助、生産設備、到達要件、柔軟性要求などの自然なカテゴリにグループ化されます。 ラウンドの完了後、グループには、関連性と優先度に関して、一度に XNUMX カテゴリずつ、一連​​の要求について話し合い、コメントする機会が与えられます。

上記のようなプロセスで収集された一連のユーザー指定の要求は、要求仕様の開発の基礎の XNUMX つを形成します。 プロセスの追加情報は、製品デザイナー、品質エンジニア、エコノミストなど、他のカテゴリのアクターによって生成される場合があります。 ただし、ユーザーがこのコンテキストで行うことができる潜在的な貢献を実現することが重要です。

優先順位付けと要求仕様

仕様策定プロセスに関しては、さまざまな種類の要求をそれぞれの重要性に応じて考慮することが不可欠です。 そうしないと、考慮されたすべての側面を並行して考慮する必要があり、設計状況が複雑になり、扱いが難しくなる可能性があります。 これが、特定の設計状況でチェックリストを管理するのが難しい傾向にある理由です。

すべてのタイプのワークステーションに同等に役立つ優先度スキームを考案するのは難しい場合があります。 ただし、材料、ツール、または製品の手作業による取り扱いがワークステーションで実行される作業の重要な側面であると仮定すると、筋骨格負荷に関連する側面が優先リストの一番上にある可能性が高くなります。 この仮定の妥当性は、プロセスのユーザー要求収集段階で確認できます。 関連するユーザーの要求は、たとえば、筋肉の緊張と疲労、手の届くこと、見ること、または操作の容易さに関連している可能性があります。

ユーザーが指定したすべての要求を技術的な要求仕様に変換することは不可能な場合があることを認識しておくことが不可欠です。 このような要求は、快適さなどのより微妙な側面に関連する場合がありますが、それでも関連性が高く、プロセスで考慮する必要があります。

筋骨格負荷変数

上記の理由に沿って、筋骨格負荷に関連する一連の基本的な人間工学的変数があるという見解をここで適用します。 仕事関連の筋骨格障害 (WRMD)。 このタイプの障害は、筋骨格系に局在する疼痛症候群であり、特定の身体部分に繰り返しストレスがかかる結果として長期間にわたって発症します (Putz-Anderson 1988)。 重要な変数は次のとおりです (たとえば、Corlett 1988)。

• 筋力要求

• 作業姿勢の要求

• 時間の要求。

に関して 筋力、基準設定は、生体力学的、生理学的、および心理的要因の組み合わせに基づく場合があります。 これは、たとえばハンドルの操作に必要なハンドル質量または必要な力の観点から、出力要求の測定によって操作化される変数です。 また、非常に動的な作業に関連するピーク負荷を考慮する必要がある場合もあります。

作業姿勢 要求は、(a) 関節構造が自然な可動範囲を超えて伸ばされている状況、および (b) ひざまずく、ひねる、前かがみの姿勢、または肩の上に手を持って作業するなど、特定の特に厄介な状況をマッピングすることによって評価できます。レベル。

時間の要求 (a) 短いサイクルの反復作業、および (b) 静的な作業のマッピングに基づいて評価できます。 静的な作業評価は、作業姿勢を維持することや、長時間にわたって一定の出力を生み出すことのみに関係するわけではないことに注意してください。 特に肩関節の筋肉を安定させるという観点から見ると、動的に見える作業は静的な性質を持っている可能性があります。 したがって、長期間の共同動員を考慮する必要があるかもしれません。

ある状況が受け入れられるかどうかは、もちろん、実際には、最も高い負担にさらされている身体の部分への要求に基づいています。

これらの変数は一度に XNUMX つずつではなく、まとめて考慮する必要があることに注意することが重要です。 たとえば、まれにしか発生しない場合は、大きな力の要求が許容される場合があります。 たまに腕を肩より上に上げることは、通常は危険因子ではありません。 しかし、そのような基本変数間の組み合わせを考慮する必要があります。 これにより、基準の設定が難しく複雑になる傾向があります。

手動操作タスクの設計と評価のための修正された NIOSH 方程式 (Waters et al. 1993)、この問題は、水平距離、垂直持ち上げ高さ、持ち上げ非対称性、ハンドルの結合、持ち上げ頻度などの媒介要因を考慮した、推奨される重量制限の式を考案することによって対処されます。 このように、理想的な条件下での生体力学的、生理学的、および心理的基準に基づく 23 キログラムの許容負荷制限は、作業状況の詳細を考慮して大幅に変更される場合があります。 NIOSH 式は、持ち上げ作業を伴う作業と作業場の評価の基礎を提供します。 ただし、NIOSH 方程式の有用性に関しては厳しい制限があります。 片手リフトの分析に関する科学的証拠はまだ決定的ではありません。 これは、科学的証拠をもっぱら仕事と職場設計の基礎として適用することの問題を示しています。実際には、科学的証拠は、考慮されている種類の仕事の直接的または間接的な経験を持つ人々の教育を受けた見解と統合されなければなりません。

立方体モデル

考慮する必要がある変数の複雑なセットを考慮に入れて、職場の人間工学的評価は、大部分がコミュニケーションの問題です。 上記の優先順位付けの議論に基づいて、職場の人間工学的評価のためのキューブ モデルが開発されました (Kadefors 1993)。 ここでの主な目標は、大多数の状況におけるアウトプット力、姿勢、および時間測定値が相互に関連し優先順位付けされた基本変数を構成するという仮定に基づいて、コミュニケーション目的のための教訓的なツールを開発することでした。

基本的な変数のそれぞれについて、需要が重大度に関してグループ化される可能性があることが認識されています。 ここでは、そのようなグループ化を 1 つのクラスで行うことが提案されています。 (XNUMX) 低い要求（2） 中程度の要求 または（3） 高い需要. 需要レベルは、利用可能な科学的証拠を使用するか、ユーザーのパネルとのコンセンサス アプローチを採用することによって設定できます。 もちろん、これらの XNUMX つの選択肢は相互に排他的ではなく、同様の結果をもたらす可能性がありますが、おそらく一般性の程度は異なります。

上記のように、基本的な変数の組み合わせが、筋骨格系の愁訴および累積的な外傷障害の発症に関するリスクレベルを大部分決定します。 例えば、力と姿勢に関して少なくとも中レベルの要求もある場合、長時間の要求は作業状況を受け入れられないものにする可能性があります。 職場の設計と評価では、最も重要な変数を一緒に考慮することが不可欠です。 ここで 立方体モデル そのような評価目的のために提案されています。 基本的な変数 (力、姿勢、時間) は、立方体の 27 つの軸を構成します。 需要の組み合わせごとに、サブキューブを定義できます。 全体で、モデルには 1 のそのようなサブキューブが組み込まれています (図 XNUMX を参照)。

図 1. 人間工学評価のための「キューブ モデル」。 各立方体は、力、姿勢、時間に関連する要求の組み合わせを表しています。 光: 許容可能な組み合わせ。 グレー: 条件付きで受け入れ可能。 黒: 受け入れられない

モデルの重要な側面は、需要の組み合わせの許容度です。 このモデルでは、受容性のために 1 ゾーン分類スキームが提案されています。 (XNUMX) 状況は次のとおりです。 ことができます。、（2）状況は 条件付きで受け入れられる または（3）状況は 容認できない. 教訓的な目的で、各サブキューブに特定のテクスチャまたは色 (たとえば、緑、黄、赤) を指定できます。 繰り返しますが、評価はユーザーベースまたは科学的証拠に基づく場合があります。 条件付きで許容される（黄色の）ゾーンは、「問題のオペレーター集団の全体または一部について、無視できない病気または怪我のリスクが存在する」ことを意味します（CEN 1994）。

このアプローチを開発するために、ケースを考慮することが有用です: 適度なペースの片手でのマテリアルハンドリングにおける肩への負荷の評価. これは良い例です。このような状況では、通常、肩の構造に最も大きな負担がかかるからです。

力の変数に関しては、分類はこの場合、処理された質量に基づくことができます。 ここに、 低力需要 最大自発的持ち上げ能力 (MVLC) の 10% 未満のレベルとして識別されます。これは、最適な作業ゾーンで約 1.6 kg になります。 力の要求が高い 30% 以上の MVLC、約 4.8 kg が必要です。 中程度の力の需要 これらの制限の間に収まります。 姿勢への負担が少ない 上腕が胸部に近いときです。 高い姿勢負担 上腕骨の外転または屈曲が 45°を超える場合です。 中程度の姿勢負担 外転/屈曲角度が 15° ～ 45° の場合です。 時間の需要が少ない 取り扱いがオンとオフの 10 日あたり XNUMX 時間未満、または XNUMX 日あたり連続して XNUMX 分未満の場合です。 時間の需要が高い 取り扱いが 30 営業日あたり XNUMX 時間以上、または XNUMX 分以上連続して (持続的または反復的に) 行われる場合です。 中程度の時間の需要 露出がこれらの制限の間にあるときです。

図 1 では、許容度が要求の組み合わせに割り当てられています。 例えば、時間の要求が高い場合は、力と姿勢の要求が低い場合にのみ組み合わせることができます。 許容できないものから許容できるものへの移行は、いずれかの次元の需要を削減することによって実行できますが、多くの場合、時間の需要を削減することが最も効率的な方法です。 つまり、ワークプレイスの設計を変更する必要がある場合もあれば、作業の構成を変更した方が効率的な場合もあります。

以下で考察するように、要求レベルの定義と許容度の分類のために一連のユーザーとのコンセンサス パネルを使用すると、ワークステーションの設計プロセスが大幅に向上する可能性があります。

追加の変数

上記の基本的な変数に加えて、分析する状況の特定の条件に応じて、人間工学の観点から職場を特徴付ける一連の変数と要因を考慮する必要があります。 それらには以下が含まれます：

• 事故のリスクを軽減するための予防措置

• 騒音、照明、換気などの特定の環境要因

• 気候要因への暴露

• 振動への曝露（手持ち工具または全身から）

• 生産性と品質の要求を満たす容易さ。

これらの要因の大部分は、一度に 1988 つずつ考慮することができます。 したがって、チェックリスト アプローチが役立つ場合があります。 Grandjean (1990) は、彼の教科書で、この文脈で通常考慮に入れる必要がある本質的な側面をカバーしています。 Konz (XNUMX) はそのガイドラインで、ワークステーションの編成と設計について、製造システムにおけるワーカーとマシンのインターフェースに焦点を当てた主要な質問のセットを提供しています。

ここで説明する設計プロセスでは、チェックリストをユーザー指定の要求と併せて読む必要があります。

ワークステーションの設計例: 手動溶接

実例となる (仮説的な) 例として、手動溶接用のワークステーションの実装につながる設計プロセス (Sundin et al. 1994) をここで説明します。 溶接は、高い筋肉力の要求と手作業による精度の高い要求を頻繁に組み合わせた活動です。 作品には静的な特徴があります。 多くの場合、溶接工はもっぱら溶接を行っています。 溶接作業環境は一般に、高騒音レベル、溶接煙、および光放射への暴露の組み合わせにより、敵対的です。

課題は、作業場環境で中型物体 (最大 300 kg) の手動 MIG (金属不活性ガス) 溶接用の作業場を考案することでした。 さまざまなオブジェクトを製造する必要があったため、ワークステーションは柔軟でなければなりませんでした。 生産性と品質に対する高い要求がありました。

ユーザー用語で一連のワークステーション要求を提供するために、QFD プロセスが実行されました。 溶接工、生産技術者、製品設計者が参加しました。 ここに記載されていないユーザーの要求は、人間工学、安全性、生産性、品質など、幅広い側面をカバーしていました。

立方体モデル アプローチを使用して、コンセンサスにより、高、中、低負荷の制限を特定したパネル:

1. 力変数. 取り扱い質量が1kg未満を低荷重、3kg以上を高荷重と呼びます。
2. 姿勢ひずみ変数. 高負担を意味する作業姿勢は、腕を上げたり、ねじったり深く前屈したり、膝をついたりする姿勢であり、手首が極端に屈曲/伸展または偏位している状況も含まれます。 姿勢が真っ直ぐ立っているか座っている場合、および手が最適な作業ゾーンにある場合は、負担が少なくなります。
3. 時間変数. 溶接に費やされる作業時間の 10% 未満は低需要と見なされ、総作業時間の 40% 以上は高需要と呼ばれます。 中程度の需要は、変数が上記の範囲内にある場合、または状況が不明な場合に発生します。

立方体モデル (図 1) を使用した評価から、力と姿勢の緊張に関して高いまたは中程度の要求が同時に存在する場合、高い時間の要求を受け入れることができないことが明らかでした。 これらの要求を軽減するために、機械化された物体の取り扱いとツールの吊り下げが必要であると考えられました。 この結論については、コンセンサスが形成されました。 シンプルなコンピューター支援設計 (CAD) プログラム (ROOMER) を使用して、機器ライブラリーが作成されました。 さまざまな職場ステーションのレイアウトを非常に簡単に開発し、ユーザーとの緊密な対話で変更することができました。 この設計アプローチは、図面を見るだけに比べて大きな利点があります。 ユーザーは、意図した職場がどのように見えるかを即座に把握できます。

図 2. 設計プロセスでたどり着いた手動溶接用ワークステーションの CAD バージョン

図 2 は、CAD システムを使用して到達した溶接ワークステーションを示しています。 これは、力と姿勢の要求を軽減し、残りのユーザーの要求をほぼすべて満たす作業場です。

図 3. 実装された溶接ワークステーション

設計プロセスの最初の段階の結果に基づいて、溶接作業場 (図 3) が実装されました。 この職場の資産には次のものがあります。

1. 最適化されたゾーンでの作業は、コンピュータ化された溶接対象物のハンドリング デバイスを使用して容易になります。 運搬用のオーバーヘッドホイストがあります。 代わりに、バランスのとれた持ち上げ装置が提供され、オブジェクトの取り扱いが容易になります。
2. 溶接ガンと研削盤が吊り下げられているため、必要な力が軽減されます。 それらは、溶接オブジェクトの周りのどこにでも配置できます。 溶接椅子が付属しています。
3. すべてのメディアは上から来るため、床にケーブルはありません。
4. ワークステーションには、一般、職場、プロセスの XNUMX つのレベルの照明があります。 職場の照明は、壁要素の上の傾斜路から来ています。 プロセス照明は、溶接煙換気アームに組み込まれています。
5. ワークステーションには、一般置換換気、可動アームを使用した作業場換気、MIG 溶接ガンの統合換気の XNUMX つのレベルの換気があります。 作業場の換気は溶接ガンから制御されます。
6. 作業場の XNUMX 面に吸音壁要素があります。 透明な溶接カーテンが第 XNUMX の壁を覆っています。 これにより、溶接工はワークショップ環境で何が起こっているかを常に把握することができます。

実際の設計状況では、経済、スペース、およびその他の制約により、さまざまな種類の妥協が必要になる場合があります。 ただし、認可された溶接工は世界中の溶接業界で手に入れるのが難しく、かなりの投資が必要であることに注意してください。 現役の溶接工として定年退職する溶接工はほとんどいません。 熟練した溶接工を仕事に留めておくことは、関係するすべての関係者 (溶接工、会社、社会) にとって有益です。 たとえば、物体の取り扱いと位置決めのための機器が多くの溶接作業場の不可欠な構成要素であるべき非常に正当な理由があります。

ワークステーション設計のデータ

職場を適切に設計できるようにするためには、広範な基本情報セットが必要になる場合があります。 このような情報には、ユーザー カテゴリの人体測定データ、男性と女性の人口の持上げ強度およびその他の出力容量データ、最適な作業ゾーンを構成するものの仕様などが含まれます。 現在の記事では、いくつかの重要な論文への参照が示されています。

仕事とワークステーションの設計の事実上すべての側面を最も完全に扱っているのは、おそらく今でも Grandjean (1988) の教科書です。 ワークステーションの設計に関連するさまざまな人体計測の側面に関する情報は、Pheasant (1986) によって提示されています。 Chaffin と Andersson (1984) は、大量の生体力学および人体測定データを提供しています。 Konz (1990) は、多くの有用な経験則を含む、ワークステーション設計の実用的なガイドを提示しました。 特に累積的な外傷障害に関する上肢の評価基準は、Putz-Anderson (1988) によって提示されています。 ハンドツールを使用した作業の評価モデルは、Sperling et al。 （1993）。 手作業による持ち上げに関して、Waters と共同研究者は、この主題に関する既存の科学的知識を要約して、修正された NIOSH 方程式を開発しました (Waters et al. 1993)。 機能的人体測定と最適なワーキング ゾーンの仕様は、たとえば、Rebiffé、Zayana、Tarrière (1969)、および Das と Grady (1983a、1983b) によって提示されています。 Mital と Karwowski (1991) は、特に工業作業場の設計に関連するさまざまな側面をレビューする有用な本を編集しました。

関連するすべての側面を考慮してワークステーションを適切に設計するために必要な大量のデータは、生産技術者やその他の責任ある人々による最新の情報技術の使用を必要とします。 近い将来、さまざまなタイプの意思決定支援システムが利用可能になる可能性があります。たとえば、知識ベースのシステムやエキスパート システムなどです。 このような展開に関する報告は、たとえば、DeGreve と Ayoub (1987)、Laurig と Rombach (1989)、および Pham と Onder (1992) によって行われています。 しかし、特定の設計状況で必要とされるすべての関連データにエンドユーザーが簡単にアクセスできるようにするシステムを考案することは、非常に困難な作業です。

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