对木材削片机与人工作业姿势进行风险评估

一些研究针对手动进料式木材削片机在人机交互方面的动作风险进行了调查。这项研究的目的在于,根据操作员在操作木材削片机时不同的动作,从而得出最有效和合适的方法来对生物力学过载进行评估—Margherita Micheletti Cremasco and Ambra Giustetto,都灵大学,Federica Caffaro and Eugenio Cavallo, 意大利国家研究委员会(CNR),Andrea Colantoni, 图西亚大学, Stefano Grigolato, 帕多瓦大学

 

在评估和预防工作场所的生物力学过载风险时,分析工作人员与工作站和工作环境的相互作用时所使用的动作是必不可少的。

快速上肢评估(RULA)和快速全身评估(REBA)是工作场所动作风险评估的两种最简单的方法。 很少有研究调查林业部门在人机交互方面的动作风险,特别是需要人工手动进给材料的木材削片机。一些研究针对手动进料式的木材削片机在人机交互方面的动作风险进行了调查。

这项研究的目的在于,根据操作员在操作木材削片机时动作的不同和对比RULA与REBA的数据,从而得出最有效和合适的方法来对生物力学过载进行评估。

根据报告所述,这项研究同时也致力于通过在受控的实验环境中,分析操作员在手动操作木材削片机的动作,以此了解RULA和REBA在评估生物力学过载时,哪一种会显得更为有效。

这项研究进一步探讨了在两种评估方法中,哪一种方法能够在特定的场合下,更仔细地评估动作风险和报告更高的风险指数。

 

林业

林业被普遍认为是一个高度危险的行业,而在工作人员安全风险方面,工作姿势也是最受到重视的调查项目之一。但是在行业中,对人机交互姿势的调查评估却远远不够。

在机械方面,手动式进料的木材削片机是林业,农业,园林绿化和城市树木维护中使用最广泛的机器之一,主要减少用于后续处理或用于生物能源生产的木材数量。

由于对如生物燃料等生物量生产的兴趣逐渐的提升,这类机器受到了更广泛的关注,而容易使操作员受伤等问题也同时进入了人们的视野。

事故的报告证明了操作机械时是存在潜在危险因素的,而这也是为何要尽早确定主要是什么原因造成此类事故的频发。

在农林业方面,研究报告的动作风险评估主要指手动工具。

Gallo和Mazzetto采用不同的方法来评估切割锯切操作的动作风险,以表明它们对林业中与工作有关肌肉骨骼疾患(WMSD)的评估也具有良好的适用性。

 

生物力学的过载风险

在评估和预防工作场所的生物力学过载风险时,分析工作人员与工作站和工作环境的相互作用时所使用的姿势是必不可少的。

奇怪的工作姿势可能会降低工作人员的注意力,增加事故发生的频率和生物力学的过载,导致不同身体区域的肌肉骨骼疾病,如主要的关节和脊柱。

对于处理由动态和静态的动作失调引起的生物力学过载已经开发出了一些标准,并以此对操作过程中的作业,工作站特性以及人机交互进行风险评估。这些标准也在国际和国家立法时得到引用,目的就是为了保障工作人员的健康与安全。

 

快速上肢评估(RULA)和快速全身评估(REBA)

快速上肢评估(RULA)和快速全身评估(REBA)是两种评估工作姿势风险的方法。根据先前的研究表明,相比于在实验室里计算分析,以实地观察的方式进行评估在具有更全面的优势的同时,也节省了许多时间与资源。

RULA和REBA都通过获得一个数值的方式,计算出工作人员暴露在特定工作活动下的风险值,从而得出优先干预类型和措施。

快速上肢评估(RULA)可以识别上肢部分的失调,如与颈部和背部相关的肌肉运动和施加在身体上的外部负荷。

快速全身评估(REBA)则用于识别全身肌肉运动相关的失调,也包括施加于身体上的外部负荷。

根据国际人体工程学协会(IEA)和世界卫生组织(WHO),这两种评估方法也在职业风险评估中作为预防工作有关肌肉骨骼疾患(WMSDs)的国际标准。

这些方法也在其他行业中得到使用,主要用于工业(第二产业)和生产服务和产品(第三产业)。其特点是对作业,几何学,动作和相关操作频率进行标准化,并预测和控制系统和生物力学过载可能导致的风险。

除此之外,这两种方式在相结合后,也与工业,建筑,超市,医院与牙科领域的动作风险,视频终端工作,废物收集活动,消防员,紧急医疗技术人员,工匠和锯木操作的动作风险评估进行了对比。

在农林业中,已多次采用了RULA和REBA方法进行风险评估,因为对第一产业的生物力学过载风险评估相对而言更为困难。其原因在于工作人员需要使用机械和工具,依照作物特性作业(包括播种,除草,修剪,收获等),有时候甚至还要在极端天气下,根据日常和季节性变化,在缺乏严格标准化工作的情况下采取各种不同的作业方式。

因此,在农林业,与机械,工具和环境的互动中需要特别注意对其他方面进行风险指数分析,或者针对特殊作业的特点制定相对应的评估方式。

而在专门处理农业的人机交互研究中,通常利用RULA方法进行评估。

 

木材削片机

手动式进料的木材削片机通常包括了一个进料系统,刀盘(鼓式或盘式)和电控装置。用于燃料的优质木屑生产则可通过替换粉碎装置来完成。

作为典型的手动式木材机械,在手动操作木材削片机进料过程中,操作员用手将小树,部分树木和/或树枝放入进料口时,都会产生生物力学动作过载的风险。

如今,小型手动式进料木材削片机比较受欢迎:

(1)农林业和城市绿化养护管理者中更多地使用小型木材削片机。

(2)主要作业之外的临时和辅助作业也使用类似的木材削片机。

(3)通常经验丰富但非专业的操作员在进行木材削片机作业时将会有更高的安全风险。

 

在这项研究中所使用的是Tirex型手动式进料木材削片机,由Peruzzo(Peruzzo Srl,库尔塔罗洛,意大利)制造。此机器连接至55千瓦拖拉机的后三点悬挂装置和利用后置式动力输出装置(PTO)提供动力。

进料系统包含了一个距离地面600毫米以上,外缘宽度为1200毫米的进料槽。

跟据国际标准EN 13525-2005 + A2-2009,进料系统由两个水平滚筒组成,这两个水平滚筒位于进料槽的末端,距离外部进料槽极限1200毫米,通过电液控制。

在机器底部和进料槽的两侧则配有一个电动液压进料控制杆。

切削部分包含了转速1500 rpm和扭矩33Nm的切削刀片(直径620毫米,厚30毫米)。飞轮上配有四个刀片(长200毫米,厚25毫米)而铁砧则固定在机器上。制造商声称该机器能够切割直径达180-200毫米的木材。

在1992年至2002年之间,美国总共发生了31起和2042起因木材削片机导致的致命与非致命事故。这些致死事故的社会成本在2003年的评估大约为2850万美元。此外,根据深入分析显示,58%的致命事故涉及到了农林业的场地管理人员和机械操作员。

对非致命事故的分析则表明,60%的事故对受害者造成了直接伤害或需要进行截肢。而在这些事故中,25%的受害者在最多30个工作日内无法返回工作岗位。

更有研究表明,这类事故中,三分之一的受害者都只有不到11个月的工作经验。

在之后的2008至2018年间,据美国劳工部职业安全和健康管理局的统计数据显示,由切削作业导致的事故共有56起,64%的事故发生在进料操作中,而其中的36%造成了操作员的死亡。依照相同的统计数据,与木材削片机进料操作无关的致命事故发生率较低,仅为16%。

大多数欧盟国家都没有关于木材削片机事故的准确统计数据。

只有法国农业,食品及林业部的报告表明了,法国每年至少发生一次与木材削片机有关的致命事故,而涉及的多数为年轻的学徒,这类操作员一般都对可能发生危险的操作行为警惕性较低并不太注意如何去安全地使用机械。

 

研究的设计方案与使用材料

展开这项研究的企业是位于意大利帕多瓦大学的实验性农业公司L.Toniolo。

由于我们对如何尽可能去控制可变因素以更好地比较RULA和REBA十分感兴趣,所以我们在保持机器和操作员特征的情况下,通过改变木材大小,来计算出两种方法之间的风险等级差异。

为了减少动作的差异,这项研究只有一名测试人员担任了操作员的角色。他不是一位专业的操作员,之前也没有任何职业事故和肌肉骨骼疾病史。

测试全程由操作员手动操作,所使用木材的长度和直径也都经过准确测算,重量也在2至10公斤之间。

为了观察根据木材大小而改变的动作姿势能否对动作风险指数产生变化,在测试中所使用的木材皆为不同长度和直径的梧桐木原木和树枝。

原木制备成三种长度(1米,1.5米,2米)和两种直径(65毫米和135毫米)。 每一个长度和直径的原木组合和树枝都会分别重复三次重复的测试。

因此,操作员根据动作和姿势的不同,总共进行了六种原木组合加一种树枝的测试。

整个测试完成了对七种原木的21次随机测试(六种原木,每种重复测试三次,外加三次的树枝测试)。

 

RULA和REBA的风险评估

通过使用RULA和REBA的风险评估报告表明了所有的测试结果都均为中高危险等级。虽然没有任何测试结果达到了较低的危险等级,但也没有呈现出需要立刻进行干预的高危险等级。

尽管每项测试的风险指数都有着一定的差异,但可从不同原木的维度中看出,更长和更宽的原木的风险等级并没有小型原木来的高。

这可能是因为长度较短的原木会由于面向机器而对关节角度更为不利,而造成更大的生物力学动作过载。

而和原木相比,树枝的风险指数都处于一个较低的水平。

基于中型长度(1.5米)和小型直径(65毫米)原木的测试,把RULA和REBA的结果进行比对并重点关注了两者重合的数据。

在这种情况下,RULA的评估显得更为谨慎,和同水平的REBA相比,RULA的行动等级相对较高。

而在标准数值的比较中,所有测试结果的RULA指数都比同水平的REBA要高。

这项研究的结果表明,由于测试都由一名操作员完成,所以并不能断定所有的结果都完全准确。而RULA的分析更注重上肢和躯干,所以对负荷评估也更为精确。

另一方面,REBA则将下肢的安全风险加入了计算中,所以风险指数都比RULA要更低一些。而这个结果也表明了,操作木材削片机时,下肢并没有任何风险(否则,REBA指数会强调这一点)。

因此,当操作机械时的下肢危险比较小的情况下,RULA更适用于进行人机交互风险的评估。之前的研究报告也证明了RULA在评估工作人员在操作机械的结果会更为有效。

分析指出,RULA数值依照木材长度和直径的不同产生变化,而较短的原木则呈现出更为不协调的姿势(即如果使用的木材长度较短,会导致操作者工作时采用的姿势奇怪或不协调)。

这种结果为人-木-削片机交互的研究开辟了崭新的视角,并且强调了在切削作业期间尽可能地避免小型原木的重要性。因为尽管重量减轻了,但是在动作上反而将更为不利。

今后的调查应该通过分析更多操作员的实际情况。除长度外,不同的木材重量会如何影响到动作失调(高RULA指数)和体力(外力和感知疲劳)。

这些研究结果能为原木“最佳”切割长度提供建议,也确保手动式木材削片机的操作员能在更有利的姿势下进行作业。

实际上,就人体工程学而言,参考国际标准和研究报告的结论,对人机交互方面进行一个整体的改良是非常重要的,而不仅仅只专注于机械设计上。

除了对林业机械的安全性和技术特点关注外,此项研究也强调了根据人体工程学原理,训练操作员手势和动作的重要性。

通过这种方式,不但能够优化人机交互,还可以影响到整个作业的组织和管理。 这种综合方法可以有助于降低风险,提高生产率的同时也对操作员的人身安全有所保障。

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