Ergonomics Studies on Foot Reach Tasks for Obese Individuals

Abstract

세계보건기구(World Health Organization)에 따르면, 비만이란 과도하게 신체에 지방이 축적된 물리적 상태로 정의된다. 비만을 정의하는 변수 중 널리 쓰이는 것으로 BMI(Body mass index)가 있으며, 체중을 키의 제곱으로 나눈 값으로 계산된다. BMI가 30 이상인 경우 비만으로 분류되고, 35 이상인 경우 고도비만으로 분류된다. 비만 인구는 매년 증가하는 추세로, WHO에 따르면 2016년 성인 중 19억명이 과체중(BMI 25 이상 30 이하)에 해당한다. 이 중 6억 5천만명이 비만으로 분류되어, 전체 성인 중 13%에 달한다. 2020년 기준 5세 이하의 아동 3900만명이 과체중이거나 비만인 것으로 추정되며, 3억 4천만명의 청소년 인구도 과체중이거나 비만으로 집계되고 있어 앞으로도 계속 비만인구는 증가할 것으로 예측되었다. 비만인구가 증가함에 따라 비만인 작업자의 비율도 꾸준히 증가하고 있으며, 결국 비만으로 발생하는 작업자의 능률 및 지각불편도에 대한 연구가 점점 더 필요한 실정이다. 많은 일상 생활과 작업활동에서 인간은 계속해서 육체적 과업 또는 자세를 유지하는 과업을 수행하고 있다. 따라서, 비만인들이 이런 육체적 과업을 수행할 때, 어떠한 양상을 보이는지에 대해 연구하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다. 기존 인간공학 연구에서 비만 관련 연구는 주로 자세 유지나 걷기 등과 같은 기초적인 것에 국한되어 있었다.

위에서 언급한 중요성에도 불구하고, 아직까지 일반적인 과업을 수행할 때, 비만이 신체적 능력 및 불편도에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 특히, 발 도달 작업 같은 기본적인 동작 같은 경우에도 비만의 영향을 알아본 연구는 전무하다. 따라서, 본 연구의 목적은 발 도달 작업에서 비만이 미치는 영향에 관해 파악하는 것이다. 이러한 연구 목적의 달성을 위해 크게 3가지 주요 연구가 수행되었다.

연구 1에서는 앉은 자세에서 발 도달 작업을 수행할 때 비만이 미치는 영향에 대해서 파악하였다. 비만인 그룹과 일반인 그룹을 모집하여 다양한 타겟의 위치 배치에 따른 발 도달 능력을 알아보았다. 실험 결과, 비만인 그룹과 일반인 그룹간 반응 시간, 이동 시간, 과업 수행 시간에 통계적으로 유의한 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. 지각불편도는 비만인 그룹과 일반인 그룹간 유의한 차이가 나타나지 않았다.

연구 2에서는 연구 1의 확장으로 자세 요인을 추가적으로 넣어 실험을 수행하였다. 기존 연구 1의 데이터를 활용하여, 추가적인 비만인 모집을 수행한 후 데이터 수집을 진행하였다. 실험 분석 결과, 서 있는 자세에서도 앉은 자세와 마찬가지로 비만의 영향이 나타남을 확인할 수 있었다. 앉은 자세에서 먼 거리를 이동하는 발 도달 과업의 경우, 더 많은 이동 시간이 발생함을 알 수 있었다. 앉아 있는 자세에서 발 도달 과업을 수행할 때 지각불편도가 더 큰 값을 보임을 관측하였다.

연구 3에서는 연구1, 2의 결과 데이터를 통해 예측 발 도달 과업 범위를 제안하는 연구를 수행하였다. 기존 도달 범위 모델의 경우 대부분 손을 활용한 도달 범위를 제안하는 경우가 많았다. 일부 모델 생성 연구에서 최적 발 도달 범위를 제안하는 연구가 있었지만, 비만과 같은 인적 변수를 고려하지 않고 신체치수 등과 같은 변수만을 활용하였다. 본 연구의 데이터를 활용하여, 인적 요인에 따른 최적 발 도달 범위값을 제안하였다. 회귀분석을 통해 수행시간과 불편도에 대한 높은정확도의 예측추정식을 제안하였다. 앉은 자세일 때 수용될 수 있는 최대기준값이 더 작게 나타나는 것으로 보이며, 이를 고려한 발 도달 작업 가이드라인을 제시하였다.

본 연구의 결과를 통해 비만이 발 도달 과업에서 미치는 영향에 대한 이해를 향상시켰으며, 비만인 작업자들을 위해 최적의 발 도달 작업을 할 수 있는 작업장 설계에 도움이 되는 방법론을 제시하였다. 또한, 본 연구를 통해 기존 발 도달 작업 관련 인간공학 분야에 도움이 되는 지식을 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 비만이 발 도달 작업에 미치는 영향을 알 수 있게 되며, 발 도달 작업에서 발생하는 주관적 불편도에 대한 예측 모델을 생성할 때 비만요인과 작업자세를 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 본 연구를 통해 실제 산업현장에서 비만인을 위한 작업 설계를 도와줄 수 있을 것이다. 추후 여성 작업자들의 발도달 작업 데이터를 수집하여 모든 작업자들에 대한 디지털 휴먼 모델링을 생성하는 것을 기대하고 있다. 비만인들의 부상 및 근골격계 질환 위험을 예방하여 경제적 이득을 가져올 수 있으며, 실제 비만인 작업자의 능률을 향상시켜 작업자의 사용자경험(UX) 개선에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

Obesity is prevalent worldwide and the obese population continues to increase. Therefore, research is needed to find out the impacts of obesity in basic tasks, and, it could help with ergonomic design in the workplace. Existing ergonomic studies have examined the basic physical abilities of obese people, such as walking and balancing. Through an understanding of the physical capabilities of obese individuals, it is possible to design a workplace that is suitable for obese individuals. Foot reach work is a basic movement that occurs frequently in the workplace. In light of the results of ergonomic research related to obesity, it is possible that the foot reach task will exhibit a different result.

Despite the importance mentioned above, understanding how obesity impacts physical performance and discomfort rating is still insufficient. Particularly, no studies have been found that have examined the effects of obesity on foot reach. Therefore, this study aims to investigate the impact of obesity on foot reach and develop a method to improve the performance of obese groups. To accomplish the objectives, three major studies were conducted.

In the study 1, the impact of obesity was investigated in the foot target reach in a seated position. Task performance and discomfort rating data were analyzed. The differences between the participant groups (non-obese, obese) were compared statistically. It was found that the obese group had a statistical difference from the non-obese group in reaction time, movement time, and task completion time. In terms of discomfort rating, there was no significant difference between the obese and the non-obese group.

In the study 2, the impact of obesity in standing posture was investigated as an expanding study of study 1. In the standing position, the movement time decreased, but the reaction time increased. There was no significant interaction effect between participant group and posture factors. Foot reach in a seated position was more uncomfortable. As a result of task performance time analysis, a significant interaction effect between posture and target distance was observed.

In the study 3, a study was conducted to propose the prediction model. It describes the possible range of foot reach for workers using the existing prediction model. Task performance time data is used to present an area that optimizes the foot reach task of obese/non-obese workers. It was found that obese people have a smaller foot reach area.

The above-mentioned findings investigate the impact of obesity on foot reach task and provide an understanding that helps design workplaces for obese people. Based on the findings from study 1, it was possible to understand how obesity affects foot reach in a seated position. The findings provided in the study 2 would be helpful to provide an understanding of the possible changes in performance in standing posture. The results of study 3 provide inspiration for workplace improvements for obese workers. For obese workers, it is possible to propose increasing the size of the target where the reduced foot reach performance is evident.