طراحی ارگونومیک ایستگاه کاری جرثقیل سقفی با استفاده از شبیه سازی و مدلسازی

Wednesday 22 June 2016

 چکیده:

طراحی مجدد وظایف کاری، تولیدات، محیط کار، و ایستگاه های کاری سبب کاهش جنبه های خطرناك شغل و ایمن نمودن شغل برای انسان میشود. مطلاعه حاضر با هدف بررسی ریسک فاکتورهای ارگونومیکی موجود در ایستگاه کاری جرثقیل سقفی که سبب بروز اختلالات اسکلتی- عضلانی در شاغلین این ایستگاه کاری میشوند، صورت پذیرفت. ابتدا ارزیابی پوسچر شاغلین در این ایستگاه کاری با استفاده از نرم افزار RULA انجام پذیرفت. سپس طراحی مجدد ایستگاه کاری جرثقیل سقفی بر اساس استانداردهای موجود انجام و در نهایت پس از طراحی مجدد و ساخت و نصب کابین، ارزیابی مجدد پوسچر صورت گرفت تا امتیاز نهایی پس از طراحی مجدد جهت تعیین بهبود وضعیت پوسچر فرد شاغل در ایستگاه کاری تعیین گردد. یافته های حاصل از ارزیابی پوسچر با استفاده از نرم افزار RULA قبل از طراحی مجدد ایستگاه کار نشان داد که پوسچر فرد شاغل در ایستگاه کاری جرثقیل سقفی نیاز به ایجاد تغییرات و مداخله ارگونومیک در اسرع وقت دارد. نتایج شبیه سازی و آنلایز تنش و کرنش نشان داد که میزان تحمل تنش و بار استاتیکی کابین طراحی شده در محدوده استانداردهای موجود است. نتایج ارزیابی پوسچر پس از طراحی مجدد ایستگاه کاری نشان از بهبود وضعیت پوسچر پس از طراحی ارگونومیک ایستگاه کاری است. طراحی ارگونومیک ایستگاه کار سبب بهبود وضعیت بدنی شاغلین در حین انجام کار میگردد. استفاده از نرم افزارهای مهندسی در شبیه سازیها و طراحیهای ایستگاه های کاری در جهت بهبود وضعیت ارگونومیکی ایستگاه های کار و پیشگیری از اختلالات اسکلتی -عضلانی سودمند است

 مقدمه :

اختلالات اسکلتي- عضلاني طیف وسیعي از شرايط لاتهابي و تخريبي را شامل ميشوند كه عضلات، تاندونها، رباطها، مفاصل، اعصاب محیطي، و عروق خوني را تحت تاثیر قرار ميدهند. اين اختلالات در بسیاری از كشورها شايع بوده و برای حکومتها هزينه ساز هستند. كیفیت زندگي افراد توسط اين اختلالات تحت تاثیر قرار ميگیرد. اگرچه اين اختلالات منحصر به ريسک فاكتورهای شغلي نیست اما بخش زيادی از موارد ثبت شده از اين بیماری در بسیاری از كشورها در محیطهای شغلي گزارش شده است. نتايج بسیاری از تحقیقات انجام شده در محیطهای كاری نشان داده است كه شیوع اين بیماری بیش از 21% در محیطهای شغلي است. در كشورهايي مانند آمريکا، كانادا، فنلاند و انگلیس، اختلالات اسکلتي- عضلاني يکي از دلايل اصلي غیبتهای كاری يا ناتوانيهای ناشي از كار در گروه های شغلي است. در بسیاری از كشورها پیشگیری از اين اختلالات در جمعیت شاغل بصورت يک برنامه ملي درآمده است. در كشورهای در حلا توسعه مشکلات مرتبط با اين اختلالات حادتر است. حمل بارهای سنگین، انجام وظايف تکراری، پوسچر نامناسب، ويژگيهای دموگرافیک و رواني- اجتماعي از علل ايجاد اختلالات اسکلتي- عضلاني در محیطهای شغلي هستند. هدف از علم ارگونومي شناسايي جنبه های خطرناك شغل و طراحي مجدد و ايمن نمودن شغل برای انسان است. اين هدف با طراحي مجدد وظايف كاری، تولیدات، محیط كار، و ايستگاه های كاری قابل دستیابي است. از آسیبهای ارگونومیکي شايع در محیطهای كاری ميتوان به آسیب اندام فوقاني، بافتهای نرم، تنه، و كمر اشاره نمود. طراحي ايستگاه های كاری ارگونومیک بر اساس آنتروپومتری مهندسي و بیومکانیک شغلي نقش مهمي را در كاهش بسیاری از ريسک فاكتورهای مرتبط با آسیبهای شغلي ايفا ميكند. طراحي موثر در محیطهای كاری بايد در اندازه گیری و ارزيابيهای ارگونومیکي مورد توجه قرار گیرد. وظايف عملیاتي همراه با تاثیر عملکرد ساير سیستمها در سازمان مورد مطلاعه قرار ميگیرد. پوسچر مناسب، ارتفاع كار، مساحت طبیعي و ماكزيمم مساحت محیط كار، و نیازمندیهای بصری بر شرايط ارگونومیک جمعیت مورد استفاده از تجهیزات تاثیر دارد. رويه های لازم برای تعیین ابعاد ايستگاه كار و چیدمان تجهیزات بايد تشريح گردد. يکي از روشهای ارزيابي پوسچر در محیطهای كاری، روش ارزيابي سريع اندام فوقاني ) Rapid Upper Limb Assessment( است. اين روش در طبقه بندی روشهای ارزيابي ارگونومي در محیطهای كاری، در گروه روشهای مشاهدهای قلم– كاغذی قرار ميگیرد. در اين روش، برای ارزيابي ريسک فاكتورهای مرتبط با اختلالات اسکلتي- عضلاني از دياگرامهای مرتبط با پوسچر اندامهای گوناگون استفاده ميگردد. ريسک فاكتورهای مورد بررسي در اين روش شامل تعداد حركات، كار ماهیچهای استاتیک و میزان اعملا نیرو در حین انجام وظیفه است. امتیازات بیشتر نشاندهنده فشارهای اسکلتي- عضلاني بیشتر است. نرم افزار RULA برای تعیین اقدامات اصلاحي و امتیاز نهايي پوسچر در مطلاعات مختلف استفاده ميگردد. مطلاعه حاضر با هدف بررسي ريسک فاكتورهای ارگونومیکي موجود در ايستگاه كاری جرثقیل سقفي كه سبب بروز اختلالات اسکلتي- عضلاني در شاغلین اين ايستگاه كاری ميشوند، صورت پذيرفت. ابتدا با استفاده از نرم افزار RULA ارزيابي پوسچر انجام و سطح اقدامات اصلاحي مورد نیاز مشخص گرديد. سپس با استفاده از استانداردهای موجود طراحي ارگونومیک ايستگاه كار صورت پذيرفته و در نهايت ارزيابي مجدد پوسچر برای تعیین امتیاز نهايي پس از طراحي مجدد ايستگاه كار انجام گرفت.

روش بررسی:

 پیرو بازديدهای بهداشتي و ارگونومي صورت گرفته در ايستگاه كاری جرثقیل سقفي پالايشگاه در مجتمع مس سرچشمه ارزيابي پوسچر نهايي روش RULA نشان داد كه در ايستگاه كاری مذكور ريسک ابتلا به اختلالات اسکلتي- عضلاني در شاغلین بالاست. لذا به منظور صیانت نیروی انساني و تداوم تولید نیاز بود تا تغییرات و مداخله ارگونومیک در اين ايستگاه كاری صورت گیرد. پس از مطلاعات فزونتر، تصمیم به طراحي مجدد ايستگاه كاری جرثقیل سقفي بر اساس استانداردهای موجود و با استفاده از نرم فزار اتوكد گرفته شد. استاندارد ملي شماره 4379 در مورد جرثقیل دروازه ای نیمه دورازه ای بازويي و بازويي گردان  و استاندارد ملي شماره 6313- با موضوع مقررات ايمني ساختمان و نصب آسانسور- قسمت اول- آسانسورهای برقي، برای طراحي مجدد كابین جرثقیل مورد استفاده قرار گرفت. در نهايت پس از طراحي مجدد و ساخت و نصب كابین و متعلقات آن و تجهیزات دروني جرثقیل ارزيابي مجدد پوسچر با استفاده از نرم افزار RULA صورت گرفت تا امتیاز نهايي پس از طراحي مجدد جهت تعیین بهبود وضعیت پوسچر فرد شاغل در ايستگاه كاری صورت پذيرد. استانداردهای ارگونومیکي لازم برای طراحي ايستگاه كار از قبیل وضعیت سر وگردن، زاويه های پشتي صندلي، خط طبیعي منظر، كاهش میزان ارتعاشات منتقله به كابین جرثقیل، و روشنايي و كنتراست لازم در كابین جرثقیل بر اساس استاندادرهای موجود مورد توجه قرار گرفت. به منظور اندازه گیری ارتعاش تمام بدن از دستگاه ارتعاش سنج 4447 كمپاني B&K استفاده گرديد.

یافته ها:

  يافته های حاصل از ارزيابي پوسچر با استفاده از نرم افزار RULA قبل از طراحي مجدد ايستگاه كار نشان داد كه پوسچر فرد شاغل در ايستگاه كاری جرثقیل سقفي در سطح اولويت اقدامات اصلاحي 7 بوده و در اين شرايط نیاز به مطلاعه فزونتر، ايجاد تغییرات و مداخله ارگونومیک در اسرع وقت است. شکل 14 يافته های حاصل از ارزيابي پوسچر را قبل از طراحي مجدد ايستگاه كار نشان ميدهد و جدول 1 نشان دهنده اولويت اقدامات اصلاحي تشريح شده در روش RULA است.

به منظور بهبود وضعیت های بدني كاربران، تغییرات مهندسي و ارگونومیکي لازم بر روی ايستگاه كاری انجام گرفت. بدين منظور، با استفاده از نررم افرزار اتوكرد طراحري لازم صرورت پرذيرفت. شکل 2 نترايج طراحيهای انجام يافته با استفاده از استانداردهای موجود و نرم افزار اتوكد را برای ايستگاه كاری جرثقیرل سقفي نشان ميدهد.

 به منظور آنالیز تنش و تعیین بار استاتیکي قابل تحمل توسط كابین جرثقیل از نرم افزار ABAQUS در ساختاری سه بعدی استفاده شد و نتايج نشان داد كه میزان تحمل تنش و بار استاتیکي كابین طراحي شده در محدوده استانداردهای موجود است. شکل 3، خروجي حاصل از مدلسازی آنلایز تنش بر روی كابین و شرايط مرزی گیر را در نقاط سوراخکاری شده نشان ميدهد.

به منظور اعملا نیرو و بررسي تغییر شکل احتملاي سازه، خواصي از قبیل چگلاي، تنش تسلیم، مدول يانگ و ... وارد نرم افزار شد. پس از اعملا شتاب گرانش، نرم افزار با استفاده از چگلاي و حجم نیروی اعملاي را به صورت اتوماتیک محاسبه ميكند. نتايج بررسي خواص مکانیک و فیزيکي فولاد مورد استفاده در ساخت كابین جرثقیل در جدول 2 آمده است. شکل 4 نتايج آنلایز تنش انجام شده را نشان ميدهد.

شکل5 تصاوير حاصل از نصب جرثقیل سقفي موجود در ايستگاه كاری قبل و بعد از طراحي مجدد ايستگاه كاری می باشد.

 نتايج اندازه گیری ارتعاش قبل و بعد از طراحي ارگونومیک و كاربرد تجهیزات كنترل كننده ارتعاش نشان داد كه مقادير شتاب اندازهگیری شده از 1/9 متر بر مجذور ثانیه به 1/54 متر بر مجذور ثانیه كاهش يافته است. نتايج ارزيابي پوسچر پس از طراحي مجدد ايستگاه كاری نشان داد كه امتیاز نهايي RULA به سطح 3 كاهش يافته است كه نشان از بهبود وضعیت پوسچر پس از طراحي ارگونومیک ايستگاه كار است. شکل 6 نتايج ارزيابي پوسچر را پس از طراحي مجدد ايستگاه كار نشان ميدهد.

بحث:

 نتايج ارزيابي پوسچر به روش RULA قبل از طراحي ارگونومیک ايستگاه كار نشان داد كه گردن فرد شاغل در كابین جرثقیل برای ساعات طولاني بصورت خمیده با زاويه بیش از ˚21 بوده است. مچ دست كارگر با زاويهای بیش از ˚15 به طرفین خم ميشده است و زاويه پیچش و خمش تنه بین ˚60-20 بوده است كه نشان از نامطلوب بودن وضعیت بدني شاغل در اين ايستگاه كاری است كه ميتواند به عنوان ريسک فاكتوری برای بروز اختلالات اسکلتي و عضلاني مطرح باشد. نتايج مطالعه انجام شده بر روی اپراتورهای جرثقیل در سه بندر از بنادر مهم اروپا نشان داد كه وضعیت بدني اپراتورهای جرثقیل در هنگام كار در اين ايستگاه های كاری در وضعیت مطلوبي قرار نداشته است. نتايج آنلایز پوسچر پس از طراحي ارگونومیک ايستگاه كار نشان داد كه وضعیت قرارگیری گردن، تنه، بازوها، و مچ با تغییرات ايجاد شده در محیط كار بهبود يافته و امتیاز نهايي از 7 به 3 تقلیل يافته است كه نشان از بهبود وضعیت ارگونومیک محیط كار پس از طراحي مجدد ايستگاه كار بوده است. نتايج مطلاعه چوبینه و همکاران نشان 11 داد كه مداخله ارگونومیک در محیط كار قلايبافي پس از ارزيابي پوسچر به روش RULA سبب بهبود وضعیت قرارگیری اندامهايي مانند گردن، تنه و پاها شده است. همچنین شاغلین پس از مداخله ارگونومیک از وضعیت كاری حاصل احساس رضايت داشتند.  نتايج آنلایز و شبیه سازی تنش و كرنش وارده به كابین جرثقیل نشان داد كه بیشترين میزان تنش به پروفیل بالايي جرثقیل وارد ميشود اما كابین در برابر بارگذاری پايدار و تنها تغییر شکل ناچیزی در اثر تنش در نقاط سوراخکاری ديده ميشود. با افزايش ضخامت پروفیل در نقاط سوراخکاری اين نقص برطرف گرديده و پس از آنلایز مجدد كاهش تنش در اين ناحیه مشاهده گرديد. نتايج مطلاعه Burdorf نشان داده است كه ارتعاشات كنترل نشده در كابین جرثقیل سبب ايجاد آسیبهايي مانند كمر درد در شاغلین ميگردد. نتايج اين مطلاعه پیشنهاد نموده است كه شاغلین دارای پیشینه كمر درد به عنوان اپراتور جرثقیل بکار گرفته نشوند. در مطلاعه حاضر برای كاهش ارتعاشات وارده به بدن، كابین جرثقیل به ايزولاتورهای صفحهای در كف كابین استفاده گرديد. هچنین صندلي مورد استفاده در كابین مجهز به ابزار كنترل شوك ارتعاشي گرديد و اين كنترلها سبب شد كه میزان ارتعاش وارد شده به بدن از محدوده بالاتر از حد مجاز مواجه ه )1/9 متر بر مجذور ثانیه( به محدود مجاز مواجه ه برای هشت ساعت فعلایت روزانه كاهش يابد )1/54 متر بر مجذور ثانیه( كه اين كاهش سبب گرديد كه ارتعاش وارده به تمام بدن در محدوده استاندارد توصیه شده برای هشت ساعت فعلایت يعني 1/58 متر بر مجذور ثانیه باشد.

نتیجه گیری:

1-طراحي ارگونومیک ايستگاه كار سبب بهبود وضعیت بدني شاغلین در حین انجام كار ميگردد.

 2-با كمک روشهای ارزيابي پوسچر میزان بهبود وضعیت قرارگیری شاغلین قبل و بعد از مداخله ارگونومیک امکانپذير است.

3-با كمک تجهیزات كنترل ارتعاش میزان ارتعاش وارده به بدن شاغلین در كابین جرثقیل به حدود مجاز مواجه ه شغلي كاهش مييابد.

4-نتايج آرمون تنش نشاندهنده پايداری سازه در برابر تنشهای حاصل از نیروی وزن و شتاب اولیه است.

5-استفاده از نرم افزارهای مهندسي در شبیه سازیها و طراحيهای ايستگاه های كاری در جهت بهبود وضعیت ارگونومیکي ايستگاه های كار و پیشگیری از اختلالات اسکلتي -عضلاني سودمند است.

بازگشت به مقالات