인간공학 - 인체계측

 

1. 에너지 대사(일반적으로 kcal, cal로 표시)

- 기초 대사량

  : 전날 저녁식사로부터 10시~18시쯤 경과한

   공복 상태에 있을 때의 에너지 대사,

   보통 깨어 있을 때의 최저 에너지 대사

- 안정 시 대사량

  : 작업 자세로 안정하고 있을 때의 

   소비 칼로리이며 대개 식사 후 2시간 이상

   경과 했을 때의 상태로서 대략 상온에서의

   기초 대사량보다 20% 정도 증가

- 작업시 대사량

  : 어떤 작업을 하고 있을 때의 

   노동에 소비되는 열량 측량법

  : 호흡기에서 배출되는 탄산가스를 모두 

   흡수하는 장치를 사용하여 간접적으로 

   소비열량을 계산하는 방법

- 에너지 대사율(RMR : Relative Metabolic Rate)

  : 일정한 작업을 수행하기 위해 소비된 O₂

   소비량이 기초 대사량의 몇 배인지를 나타낸다.

  : 산소호흡량을 측정하여 에너지 소모량을 

   결정하는 방식

  : 여러 작업에 대한 그 강도에 해당하는 

   에너지 대사를 나타내는 지수가 된다.

   : 작업강도의 구분 

   ⓐ 경작업 : 1~2 RMR

   ⓑ 中작업 : 2~4 RMR

   ⓒ 重작업 : 4~7 RMR

   ⓓ 超重작업 : 7 RMR 이상

 

2. 신체 활동의 에너지

(1) 육체 활동에 따른 에너지 소비량

- 수면 : 1.3

- 앉은 자세 : 1.6

- 선 자세 : 2.25

- 벽돌 쌓기 : 4.0

- 톱질 : 6.8

- 앉은 자세의 작업 : 2.7

- 도끼질 : 8.0

- 삽질 : 8.5

- 짐 나르기(어깨) : 16.2

 

(2) 작업의 효율

- 최적의 조건 하에 인체의 노력은 30%의

  효율이 있으며 나머지 70%는 열로 발산한다.

- 보통 사람이 하루에 낼 수 있는 에너지 :

  약 4,300 kcal/d 정도

  (기초 대사와 에너지 대사 : 2,300 kcal,

  작업 : 2,000 kcal/d 정도)

- 효율(%) = 한 일/에너지 소비 x 100

 

3. 관절에 관한 용어

- 굴곡 : 신체 부분을 좁게 구부리거나 각도를

  좁히는 동작으로 팔과 다리의 굴곡 외에

  몇 가지의 굴곡 동작이 있다.

- 신전 : 신체의 부위를 곧게 펴거나 각도를

  늘리는 동작으로 굴곡에서 다시 돌아보는

  동작을 말한다.

  보통의 범위 이상의 관절운동을 최대 신장

  이라고 한다.

- 내전 : 신체의 부분이나 부분의 조합이 신체의

  중앙이나 그것이 붙어있는 방향으로 움직이는

  동작

- 외전 : 신체의 중앙이나 신체의 부분이 붙어있는 

  부위에서 멀어지는 방향으로 움직이는 동작

- 중앙회전(내선) : 신체의 중앙 쪽으로 회전하는 운동

- 측회전(외선) : 신체의 바깥 방향으로 회전하는 운동

- 손의 내전(하향) : 손바닥을 위로해서 아래팔을

  회전하는 운동

- 발의 외전 : 발의 측면을 발바닥 바깥쪽으로

  회전하는 운동

- 발의 내전 : 엄지발가락 쪽으로 발을 움직여

  발바닥 안쪽으로 회전하는 운동

 

1) 관절의 자유도

- 어깨 : 굴곡 180 º, 신전 60 º, 외전 130 º, 내전 50 º

- 팔꿈치 : 외선 30 º, 내선 100 º

- 손목 : 외전 30 º, 내전 15 º

- 무릎 : 굴곡 135 º, 외선 35º, 내선 30 º

* 어깨 : 자유도가 가장 큰 관절

 

 

4. 감각기관별 자극에 대한 반응시간

- 청각 : 0.17초

- 촉각 : 0.18초

- 시각 : 0.20초

- 미각 : 0.29초

- 통각 : 0.70초

 

5. 동작 시간

- 신호에 따라 동작을 수행하는 데 

  걸리는 시간

- 조종 활동에서의 최소치는 0.3초이다.

  여기에 반응시간 0.2초를 더하면 

  총 반응시간은 0.5초가 된다.

- 그러나 이 수치는 반응 장치의 성질,

  거리, 위치에 의해서 영향을 받는다.

 

6. 부하 염력

- 사람이 물건을 들거나, 밀고 당길 때에는

  특정 방향에서 작용하는 주어진 부하와

  신체부위의 중량으로 인하여 몸의 각 관절에

  부하(염력)가 걸린다.

- 부하 염력은 각 관절을 건너 작용하는 

  골격근에 의해서 생기는 반대 방향의

  반염력에 의해서 균형된다.

  특정한 반염력을 내기 위해서 필요한 

  근육의 장력은 근육이 작용되는 지레 팔에

  의해서 결정된다.

- 또한 이 장력은 관절 접촉면에 작용하는

  압축력 및 전단 응력에 의해서 균형된다.

 

7. 근력과 지구력

- 근력

  : 한 번의 수의적인 노력에 의해서 근육이

   등척적으로 낼 수 있는 힘의 최대치

  : 흔히 압력계나 힘을 재는 장치로 측정

- 지구력

  : 사람이 근육을 사용하여 특정한 힘을 

   유지할 수 있는 시간은 부하와 근력의 

   비의 함수이다.

  : 사람은 자기의 최대 근력을 잠시 동안만

   낼 수 있으며 근력의 15% 이하의 힘은

   상당히 오래 유지할 수 있다.

 

8. 신체활동의 생리학적 측정법

(1) 생리적 부담의 측정

작업이 인체에 미치는 생리적 부담을

측정하는 것으로는 맥박수와 산소소비량

측정이 있다.

- 심장 활동의 측정

  : 심장 수축에 따르는 전기적 변화를 

   피부에 부착한 전극들로 검축-증폭 

   기록한 것을 심전도라 한다.

  : 맥박수도 심장 활동의 측정 중 하나로

   감정적 압박의 영향을 잘 나타낸다.

  : 개인차가 심하므로 작업 부하의 지표로는

   부적합하다.

- 산소소비량

  : 이를 측정하기 위해서는 우선 더글라스 낭을

   사용하여 배기를 수집한다.

  : 낭(bag)에서 배기의 표본을 취하여 가스분석장치로

   성분을 분석하고 나머지 배기는 가스미터를

   통과시켜 배기량을 측정한다.

  : 흡기의 부피

성분	흡기(%)	배기(%)
O₂	21	O₂
CO₂	-	CO₂
N₂	79	-

  : 흡기량과 산소소비량은 체내에서 대사 되지

   않는 질소의 부피 비율 변화로부터 

   다음과 같이 구한다.

   흡기량 x 79% = 배기량 x N₂%

 

(2) 생리학적 측정법

- 정적 근력 작업

  : 에너지 대사량과 맥박수(심박수)와 상관관계

   및 시간적 경과, 근전도 등을 측정한다.

- 신경적 작업

  : 매회 평균 호흡 진폭, 맥박수, 피부 전기 반사

   등을 측정한다.

- 동적 근력 작업

  : 에너지 대사량, 산소소비량 및 CO₂ 배출량

   등과 호흡량, 맥박수, 근전도 등을 측정한다.

- 심적 작업

  : 프릿가 값 등을 측정한다.  

  * 프릿가 값 : 정신적 부담이 대뇌 피질의

    활동 수준에 미치고 있는 영향을 측정한

    값이다.

 

(3) 정신 활동의 측정

호흡량, 근전도, 프릿가 값 등이 많이 쓰이고

긴장감을 측정하는 데는 맥박수, GSR 등이 

쓰인다.

- 부정맥

  : 심장 활동의 불규칙성의 척도로서 매우 

   어려우나 뇌파기록 및 근전도, 부정맥, 

   점멸 융합 주파수 등이 사용되나

   미비한 점이 많다.

- 점멸 융합 주파수

  : 시각 또는 청각에 계속 점멸되는 

   자극들이 점멸하는 것 같이 보이지 않고

   연속적으로 느껴지는 주파수로 중추신경에

   피로(정신 피로)의 척도로 사용된다.

 

 

9. 인체치수의 약산치

- 인체 치수는 신장을 기준으로 각 부위의

  약산치를 구할 수 있다.

  신장과 인체 각 부위의 계측치와의 사이에

  거의 비례적인 관계가 있기 때문이다.

 

10. 디자인에 있어서 인체 측정치의 적용

(1) 퍼센타일(percentiles)

일정한 어떤 부위의 신체 규격을 가진 사람들과

이보다 작은 사람들의 비율을 말한다.

디자인의 특성에 따라 5 퍼센타일, 95 퍼센타일을

주로 수용하며 이렇게 하는 것이 보다 많은

사람들에게 만족되는 수치가 된다.

 

(2) 인체 측정치 적용의 원칙

(인체계측자료의 응용 3원칙)

1) 최대 최소 치수

- 최소 집단치 설계(도달거리에 관련된 설계)

  : 의자의 높이, 선반의 높이, 엘리베이터 

   조작 버튼의 높이, 조종 장치의 거리 등과

   같이 도달거리에 관련된 것들을

   5 퍼센타일을 사용한다

- 최대 집단치 설계(여유공간에 관련된 설계)

  : 문, 탈출구, 통로와 같은 여유공간에

   관련된 것들은 95 퍼센타일을 사용한다.

   보다 많은 사람을 만족시킬 수 있는 

   설계가 되는 것이다.

2) 조절 범위

통상 5% 차에서 95% 차까지의 90% 범위를

수용대상으로 설계하는 것이 관례이다.

예) 자동차의 좌식의 전후 조절,

   사무실 의자의 상하 조절

3) 평균치 설계

특정한 장비나 설비의 경우 최소 집단치나

최대 집단치를 기준으로 설계하는 것이 

부적합하고 조절식으로 하기에도 부적절한

경우 부득이하게 평균치를 기준으로 

설계해야 할 경우가 있다.

예) 손님 평균 시장 기준의 은행의 계산대