Ergonomická rizika opakované výroby

Tags: Dassault Systemès | DMČ | Ergonomie | Human Solutions | Siemens

Za poslední desetiletí došlo k výrazné proměně charakteru výroby. Těžká manuální práce je postupně nahrazována novými technologiemi a zařízeními, v důsledku čehož pracovníci vykonávají méně fyzicky namáhavé úkoly. Jsou však mnohem častěji vystaveni rizikům spojeným s opakovaně prováděnými úkony a monotonií, což jsou hlavní příčiny vzniku muskuloskeletálních chorob. Z hlediska ergonomie je člověk považován za nejslabší článek pracovního prostředí, nicméně rozvoj moderních technologií umožňuje snižovat rizika na pracovištích ještě dříve, než se vůbec objeví. Díky ergonomickým softwarům a možnostem virtuální reality je možné optimalizovat pracoviště a přizpůsobovat ho pracovníkům přímo na míru. Hlavní funkčností těchto softwarů jsou tzv. digitální modely člověka – DMČ (angl. Digital Human Models – DHM).

Ergonomie

Ergonomie je interdisciplinární věda, která se zabývá vztahy mezi člověkem, jeho činností a ostatními prvky pracovního systému. Vznikla spojením aplikovaných věd, které zkoumají pracovní systémy. Multidisciplinarita ergonomie je znázorněna na následujícím obrázku.

Obr. 1 Multidisciplinarita ergonomie

Ergonomie přistupuje k řešení problematiky postavení člověka ve výrobním procesu systémově. Vychází ze skutečnosti, že spojení člověka, stroje a prostředí není jen nějakou skladbou, ale že jejich seskupením dochází k vytvoření nové kvality, nového útvaru se specifickými vlastnostmi a hodnotami.

Zdraví při práci představuje tělesnou, duševní a sociální pohodu. V podmínkách soudobých ekonomických snah o zvýšení kvality i kvantity při současném snižování nákladů sice tato hodnota není považována za prioritní, přesto je evidentní, že ochrana zdraví pracovníků představuje nemalé procento finančních nákladů na ekonomické ztráty způsobené pracovními úrazy a nemocemi spojenými s výkonem pracovní činnosti.

Muskuloskeletální poruchy

Během pracovního procesu je člověk vystaven řadě škodlivých vlivů, které působí na jeho zdravotní stav. Krátkodobé působení těchto vlivů způsobuje především únavu a napětí, které po odpočinku však většinou odezní. Závažnější je dlouhodobé působení, které často vede k nevratnému poškození zdraví. Důsledkem toho pak vznikají tzv. muskuloskeletální onemocnění, která postihují svaly, klouby, šlachy, vazy, nervy a kosti a jsou hlavními příčinami vzniku nemocí z povolání způsobených fyzikálními faktory.

Mezi škodlivé vlivy patří i dlouhodobé nadměrné jednostranné zatěžování. Nejdůležitějším kritériem je nadměrnost. U velmi často se opakujících pohybů se může poškození objevit i při velmi malé části maximální vynaložené síly. Jednostrannost se vyznačuje opakováním úkonů, při nichž jsou v průběhu převažující části směny zatěžovány stejné struktury kosterně svalového systému. Dlouhodobý charakter takové zátěže pak představuje přetěžování nebo poškození kosterně svalových struktur v čase jiným způsobem než úrazovým mechanismem.

Při monotónní práci jsou zatěžovány stejné skupiny muskuloskeletálního systému, v důsledku čehož jsou pak mnohem náchylnější ke vzniku MSD. Monotónnost ovšem představuje řadu dalších rizik. Člověk vykonávající práci monotónního charakteru ztrácí motivaci, neustálým opakováním stejných pohybů dochází i k poklesu spokojenosti s odvedenou prací. Rovněž klesá pozornost, protože pracovník úkoly provádí automaticky, v důsledku čehož může klesat i kvalita vykonané práce.

Nemoci z povolání

Nemoci z povolání (NzP) jsou podle § 1 odst. 1 nařízení vlády č. 290/1995 Sb. nemoci vznikající nepříznivým působením chemických, fyzikálních, biologických nebo jiných škodlivých vlivů, pokud vznikly za podmínek uvedených v Seznamu nemocí z povolání. Tento seznam se člení do šesti oblastí podle faktorů, které NzP způsobují. Jedná se o:

• Nemoci z povolání způsobené chemickými látkami
• Nemoci z povolání způsobené fyzikálními faktory
• Nemoci z povolání týkající se dýchacích cest, plic, pohrudnice a pobřišnice
• Nemoci z povolání kožní
• Nemoci z povolání přenosné a parazitní
• Nemoci z povolání způsobené ostatními faktory a činiteli

Nejvýznamnější skupinou z hlediska ergonomie jsou nemoci z povolání způsobené fyzikálními faktory. Dlouhodobé nadměrné jednostranné přetěžování způsobuje nemoci šlach, šlachových pochev, úponů, svalů nebo kloubů, a nemoci periferních nervů končetin charakteru úžinového syndromu. Nejrozšířenějším onemocněním z této skupiny je syndrom karpálního tunelu, který se dlouhodobě drží na prvním místě všech hlášených nemocí z povolání. Dalšími rozšířenými onemocněními jsou tenisový nebo oštěpařský loket, Morbus de Quervain, která způsobuje zánět šlach zejména při pohybu palce, skákavý prst a další. Tato onemocnění mají společné příčiny, kterými jsou monotónní pohyby, opakovaná mechanická zátěž a vnucené polohy.

Digitální modely člověka

Správnou organizací práce na pracovišti lze většině nemocí z povolání předcházet. K naprojektování ergonomicky vhodného pracoviště již ve stadiu přípravy výroby slouží mimo jiné tzv. digitální modely člověka (DMČ). Zohlednění ergonomických pravidel a aspektů již ve stadiu plánování a projektování je vnímáno ve smyslu tzv. proaktivního přístupu, kdy nedochází k pasívnímu čekání na výskyt problému nebo NzP, ale je vyvíjena aktivní snaha s cílem předcházet těmto skutečnostem a eliminovat možná rizika.

Digitální modely člověka jsou trojrozměrná modelová zobrazení skutečného lidského těla. Od 60. let 20. století, do kterých jsou datovány první náznaky digitalizace původních dvojrozměrných tělesných šablon, uběhla již spousta času. Dnešní řešení jsou značně sofistikovaná. V současné době jsou nejznámější a nejpoužívanější digitální modely člověka obsažené v softwarech Delmia (vývojář spol. Dassault Systemes), Tecnomatix (vývojář spol. Siemens PLM) a Ramsis (vývojář spol. Human Solutions).

Obr. 2 Současně nejpoužívanější digitální modely člověka

Ačkoliv se mohou tyto modely zdát jako zcela odlišné, jejich funkčnost je velice podobná. Každý z těchto digitálních modelů člověka se skládá přibližně ze 70 segmentů. Ke každému z těchto segmentů (částí) digitálního modelu člověka existují minimálně 2–3 stupně volnosti umožňující pohyb v různých směrech. Celkem je tedy možno manipulovat až se 140 stupni volnosti, jejichž kombinací je získána možnost manipulovat s DMČ úplně stejně jako s živým člověkem.

Obr. 3 Příklady polohování digitálního modelu člověka

Při definování postavy lze zvolit, zda má pracovník být muž či žena, jaká je jeho/její tělesná výška a váha, či k jaké národnostní skupině patří. Designéři nebo ergonomové tak mohou do svých analýz zahrnovat různé populace, jako například Američany, Evropany, Asiaty. Nechybí ani možnost definování konkrétních rozměrů jednotlivých tělesných částí. Při hodnocení pracoviště pak existuje možnost vytvoření obrazu fyziologicky zcela stejného pracovníka, jaký je ve výrobě. S takovýmto modelem člověka vzniká následně možnost provádět různé experimenty a testovat navrhované pracoviště zcela bez rizika poškození zdraví skutečného pracovníka.

Případová studie

Na následující případové studii jsou demonstrovány některé návrhy a změny, kde za použití digitálních modelů byla navržena opatření vedoucí ke snížení pracovní zátěže, a tedy i rizika zdravotního poškození. Příklady jsou ze společnosti vyrábějící rozvodové systémy pro transport kapalin a vzduchu v osobních i nákladních automobilech. První ukázkou je problematika dosahů na odkládací plochy pro vyráběné komponenty. Na levé straně obr. 4 je provedena vizualizace současné pracovní polohy při natahování se pro komponenty na odkládací plochy vedle stroje. Jsou zde znázorněni dva odlišní pracovníci pracující na analyzovaném pracovišti, konkrétně pracovník nejmenší postavy (170 cm) a nejvyšší postavy (187 cm). Již z tohoto obrázku je patrné, o jaký problém se v daném případě jedná. Díky malé váze zpracovávaného dílu zde není problém s manipulací s materiálem, ale s pracovní polohou. Zbytečné natahování je pro pracovníky náročné, nehledě na fakt, že se oba pracovníci musí při této činnosti ještě ohýbat v zádech. Řešení, které by znamenalo zlepšení dané situace, je přitom velmi jednoduché. Jak je demonstrováno na pravé straně obr. 4, přiblížením odkládací plochy k tělu dojde ke zlepšení pracovní polohy. Vizualizace je provedena pro nejvyššího pracovníka, který se musel ohýbat více. Nyní je jeho pracovní poloha téměř ideální. Realizace návrhu přitom není složitá, jedná se pouze o otočení odkládací plochy okolo čepu, na který je tato plošina přivařena, o 180°.

Obr. 4 Demonstrace pracovní polohy před (vlevo) a po (vpravo) navržených změnách

Druhá ukázka je podobného charakteru, tedy i zde je poukázáno na nevhodnou pracovní polohu. Na obr. 5 je demonstrován současný stav a pracovní poloha při sahání do zásobníku. Vizualizace je provedena pro všechny pracovníky zapojené do pracovního procesu. Jedná se opět o dva pracovníky výšky postavy 170 cm a 187 cm, ale také o ženu výšky 165 cm, která ze zásobníku díly odebírá. Již z obrázku je patrné značné ohýbání, a tudíž přetěžování bederní části zad. V průběhu analýzy bylo pozorováno, že zásobník je naddimenzován. Jinými slovy nikdy nedojde k celému naplnění zásobníku, tudíž pracovníci stále pokládají nebo odebírají díly přímo ze dna.

Obr. 5 Demonstrace současné pracovní polohy při sahání do zásobníku pro všechny pracovníky

I zde bylo navrženo jednoduché řešení. Byla provedena analýza a zhodnocení situace v případě, kdy by došlo ke zvýšení ložné plochy o 30 cm. Toho lze dosáhnout například zvýšením stolu a zmenšením zásobníku. Z vizualizace na obr. 6 je bez dalších výsledků analýz patrné jasné zlepšení pracovní polohy, kdy se opět oblast bederní páteře dostává do vhodnější polohy.

Obr. 6 Demonstrace pracovní polohy po zvýšení ložné plochy o 30 cm

Přínosy studie:

• Identifikování nevhodných pracovních poloh,
• navržení vhodnějšího řešení, které snižuje pracovní zátěž,
• vizualizace nového řešení a ověření jeho přínosů,
• snížení rizika zdravotního poškození nebo výskytu nemoci z povolání.

Závěr

Dnešní výroba zejména montážního charakteru způsobuje značné zatížení pracovníků. Hlavními rizikovými faktory jsou opakované pohyby, které, byť vykonávány s malou fyzickou zátěží, působí negativně na zdravotní stav zaměstnanců a tím zvyšují riziko výskytu nemocí z povolání. Jediným způsobem, jak tato rizika snižovat, jsou ergonomické úpravy výrobních pracovišť. Velmi dobrým pomocníkem pro ověření vhodnosti navrhovaných změn jsou softwarové aplikace, které umožňují vytvoření 3D modelu pracoviště, na němž je za pomoci digitálního modelu člověka možno ověřit vhodnost nápravného opatření. Díky možnostem přizpůsobení digitálních modelů člověka (např. výška postavy nebo váha) lze provádět různé analýzy a experimenty bez rizika ohrožení skutečného pracovníka. Řešení je pak cíleno na snížení rizika výskytu zdravotních komplikací nebo přímo nemoci z povolání a obecné zlepšení pracovního komfortu.

Tento příspěvek byl vytvořen za podpory projektu NEXLIZ – CZ.1.07/2.3.00/30.0038, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Citovaná literatura

1. Bureš, Marek, Sekulová, Kateřina a Přibáňová, Vendulka. Tvorba a optimalizace pracoviště – cvičení. Plzeň: SmartMotion, 2013. 978-80-87539-33-0.
2. Sekulová, Kateřina, Šimon, Michal a Bureš, Marek. Aplikace moderních metod v péči o zdraví člověka. Zlín: Konference Modelování, simulace a optimalizace podnikových procesů v praxi, 2011. ISBN 978-80-260-0023-5.
3. Miller, Antonín, Bureš, Marek a Šimon, Michal. Proactive approach during desing and optimization of production system. Vienna, Austria: Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22th international DAAAM symposium, 2011. ISBN 978-3-901509-83-4.
4. Bureš, Marek, Görner, Tomáš, Šimon, Michal a Sekulová, Kateřina. Využití digitálních nástrojů ergonomie pro praxi. Časopis výzkumu a aplikací v profesionální bezpečnosti [on-line], 2011, roč. 4, č. 1. Dostupný z http://www.bozpinfo.cz/josra/josra-01-2011/digitalni-nastroje-ergonomie.html. ISSN 1803–3687.
5. Sekulová, Kateřina. Model identifikace rizika nemocí z povolání ve vztahu k pracovní činnosti. Zlín, 2013. Disertační práce. Univerzita Tomáše Bati.

Ing. Marek Bureš, Ph.D. Autor působí v současné době na Západočeské univerzitě v Plzni jako vědecko-výzkumný pracovník v Regionálním technologickém institutu. Jeho hlavní specializací je ergonomie ve výrobě, 3D projektování a časová racionalizace

Ing. Kateřina Sekulová, Ph.D. Autorka působí v současné době na Západočeské univerzitě v Plzni jako akademický pracovník. Jejím hlavním zaměřením je ergonomie s ohledem na nemoci z povolání a zdravotní aspekty a 3D projektování.