2021년 인간공학기사실기(필답형) 3회차

[해설]

C/R비가 작을수록 조종장치를 조금만 움직여도 표시장치가 크게 움직여 민감하고, 크면 둔감하다.

• A — C/R비가 작아 민감하므로 목표 근처까지 가는 이동시간은 짧지만, 정확히 멈추는 조종시간은 길다.
• B — C/R비가 커 둔감하므로 이동시간은 길지만, 미세하게 맞추기 쉬워 조종시간은 짧다.

외우는 요령: 이동시간과 조종시간은 서로 반대로 움직이며, 두 시간의 합이 최소가 되는 지점이 최적 C/R비다.

①: 허리
②: 팔
③: 다리
④: 하중(무게)

[해설]

OWAS는 핀란드 철강회사에서 개발한 전신 작업자세 평가법으로, 신체 부위 자세와 하중을 코드로 조합해 조치수준을 정한다.

• 허리 — 곧음·굽힘·비틀림·굽히고 비틂의 4가지로 분류한다.
• 팔 — 양팔이 어깨 아래인지 위인지에 따라 3가지로 분류한다.
• 다리 — 앉기·서기·한 다리 서기·쪼그리기·무릎 꿇기·걷기 등 7가지로 분류한다.
• 하중(무게) — 10kg 이하, 10~20kg, 20kg 초과의 3단계로 분류한다.

평가 결과는 4단계 조치수준(AC1~AC4)으로 나오며, 목·손목 등 상지 세부 자세는 평가하지 못하는 것이 한계다.

①: 정의 - 숙련된 사용자가 인터페이스에서 목표를 달성하기까지의 행위를 예측하여, 과제 수행시간·학습시간 등을 평가(예측)하는 모델
②: 구성요소 - 목표(Goals), 연산자·조작(Operators), 방법(Methods), 선택규칙(Selection rules)

[해설]

GOMS는 숙련된 사용자가 인터페이스로 목표를 달성하는 행위를 분석해 과제 수행시간·학습시간을 예측하는 모델이다. 이름은 네 구성요소의 머리글자에서 왔다.

• 목표(Goals) — 사용자가 이루려는 최종 상태다.
• 연산자(Operators) — 키 입력·마우스 이동 같은 기본 동작이다.
• 방법(Methods) — 목표를 이루는 연산자들의 절차다.
• 선택규칙(Selection rules) — 여러 방법 중 하나를 고르는 기준이다.

오류 없는 숙련자를 전제하므로 초보자의 실수나 학습 과정 예측에는 한계가 있다.

①: 근전도(EMG) — 근육 활동의 전위차 측정
②: 심전도(ECG) — 심장근 활동의 전위차 측정
③: 뇌전도(EEG) — 대뇌 활동의 전위차 측정
④: 안전도(EOG) — 안구 운동의 전위차 측정
⑤: 전기피부반응(GSR) — 피부 전기저항 변화 측정

[해설]

인체가 스트레스를 받아 나타나는 생리적 반응이 스트레인이며, 이를 생체 전기신호로 정량화한 것이 이 척도들이다.

• 근전도(EMG) — 근육 수축 때의 전위차로 국부적 근육 부담을 본다.
• 심전도(ECG) — 심장근의 전위차로 심박수를 구해 전신 작업부하를 본다.
• 뇌전도(EEG) — 대뇌의 전위차로 각성 수준과 정신적 부담을 본다.
• 안전도(EOG) — 안구가 움직일 때의 전위차로 눈 움직임과 시각 피로를 본다.
• 전기피부반응(GSR) — 땀 분비에 따른 피부 전기저항 변화로 정서적 긴장을 본다.

외우는 요령: 근육·심장·뇌·눈은 전위차를, 피부만 전기저항 변화를 잰다.

[해설]

Barnes의 동작경제 원칙은 작업자의 피로를 줄이고 동작을 효율화하기 위한 지침을 세 관점으로 나눈 것이다.

• 신체의 사용 — 양손을 동시에 대칭으로 쓰고 가장 낮은 등급의 동작을 쓰게 한다.
• 작업영역의 배치 — 공구·재료를 정위치에 가까이 두어 동작거리를 줄인다.
• 공구 및 설비 설계 — 지그·고정구 등을 활용해 손의 부담을 덜어 준다.

외우는 요령: 몸 → 작업장 → 도구 순으로 범위가 넓어진다고 기억한다.

[해설]

신호검출이론에서는 실제 신호·잡음의 존재 여부와 관찰자의 판정 결과를 교차시켜 네 가지 반응 유형으로 분류한다.

잡음을 잡음으로 옳게 판정하면 ①(Correct Noise), 신호를 잡음으로 잘못 판정해 검출에 실패하면 ②(Miss), 잡음을 신호로 잘못 판정하면 ③(False Alarm), 신호를 신호로 옳게 판정하면 ④(Hit)이다.

d'는 신호 분포와 잡음 분포의 평균 차이를 표준편차로 나눈 값으로, 두 분포가 얼마나 잘 구분되는지 즉 관찰자의 민감도를 나타낸다.

[해설]

물체를 시각적으로 식별하는 능력은 빛·대비·시간 같은 물리적 조건과 관찰자의 개인차에 함께 좌우된다.

• 조도 — 대상면을 비추는 빛의 양으로, 부족하면 식별이 어렵다.
• 대비 — 대상과 배경의 밝기 차이로, 클수록 잘 보인다.
• 노출시간 — 대상을 볼 수 있는 시간이 길수록 식별이 쉽다.
• 광도비 — 시야 안 주변과 대상의 휘도 비로, 차이가 크면 눈이 쉽게 피로해진다.
• 과녁의 이동 — 대상이 움직이면 동적 시력이 필요해 식별이 떨어진다.
• 휘광 — 눈부심이 대비를 떨어뜨려 식별을 방해한다.
• 연령 — 나이가 들수록 시력과 조절 능력이 떨어진다.
• 훈련 — 숙련될수록 같은 조건에서도 더 잘 식별한다.

3가지만 쓸 때는 조도·대비·노출시간이 가장 무난하다.

[해설]

FT도에서 OR게이트는 하나만 일어나도 발생하므로 1-(1-p₁)(1-p₂), AND게이트는 모두 일어나야 발생하므로 확률을 곱한다.

그림에서 A는 OR(0.1, 0.15), B는 AND(0.15, 0.2), T는 A와 B의 AND다.
$P(A)=1-(1-0.1)(1-0.15)=0.235$
$P(B)=0.15 \times 0.2=0.03$
$P(T)=0.235 \times 0.03=0.00705$

T의 신뢰도는 발생확률의 여사건이다.
$1-0.00705=0.99295$ ≈ 99.3%

①: 정미시간 $NT = 10 \times \dfrac{110}{100} =$ 11분
②: 표준시간 $ST = 11 \times (1 + 0.15) =$ 12.65분

[해설]

정미시간은 관측평균시간에 레이팅계수를 곱해 정상 속도로 보정한 시간이다. 외경법은 정미시간을 기준으로 여유를 더한다.

정미시간 = 관측평균시간 × 레이팅계수
= 10 × 1.1 = 11분

표준시간(외경법) = 정미시간 × (1 + 여유율)
= 11 × 1.15 = 12.65분

혼동 주의: 내경법은 표준시간 = 정미시간 ÷ (1 − 여유율)로, 이 값이면 12.94분이 된다.

①: 정상작업영역 - 상완을 자연스럽게 수직으로 늘어뜨린 채 전완만으로 편하게 뻗어 파악할 수 있는 구역(34~45cm)
②: 최대작업영역 - 상완과 전완을 모두 곧게 펴서 파악할 수 있는 구역(55~65cm)
③: 파악한계 - 앉은 작업자가 특정 수작업 기능을 편히 수행할 수 있는 공간의 외곽한계

[해설]

수평면 작업영역은 앉은 작업자가 팔을 어디까지 뻗느냐에 따라 구분한다.

• 정상작업영역 — 위팔(상완)은 자연스럽게 늘어뜨린 채 아래팔(전완)만 뻗어 닿는 범위로 34~45cm이다.
• 최대작업영역 — 위팔과 아래팔을 모두 곧게 뻗어 닿는 범위로 55~65cm이다.
• 파악한계 — 앉은 작업자가 특정 수작업을 편히 해낼 수 있는 공간의 바깥 경계다.

자주 쓰는 공구·부품은 정상작업영역 안에 두고, 최대작업영역 밖은 상체를 굽혀야 하므로 피한다.

①: 형태학적 측정. 표준자세에서 움직이지 않는 피측정자를 인체측정기로 측정한 정적 치수
②: 동적 인체측정. 상지·하지의 운동, 체위 변화에 따른 자세에서 측정한 치수

[해설]

인체측정은 몸을 움직이지 않고 재는 구조적 치수와 동작 중에 재는 기능적 치수로 나뉜다.

• 구조적 인체치수 — 표준자세로 정지한 상태를 인체측정기로 잰 정적 치수(형태학적 측정)다.
• 기능적 인체치수 — 팔을 뻗거나 몸을 굽히는 등 움직이는 자세에서 잰 동적 치수다.

기능적 치수는 여러 관절이 함께 움직이므로 구조적 치수를 단순히 더한 값과 다르며, 작업공간·조작범위 설계에 쓰인다.

산소 1L당 5kcal이므로 작업 에너지소비량
$E = 1.1 \times 5 = 5.5$ kcal/min

Murrell 공식 $R = \dfrac{T(E - S)}{E - 1.5}$ (T = 480분)
①: 남자 $R = \dfrac{480 \times (5.5 - 5)}{5.5 - 1.5} =$ 60분
②: 여자 $R = \dfrac{480 \times (5.5 - 3.5)}{5.5 - 1.5} =$ 240분

[해설]

산소 1L를 소비하면 약 5kcal가 나오므로 작업 에너지소비량을 먼저 구한 뒤 Murrell 공식에 넣는다.
E = 1.1 × 5 = 5.5kcal/min

R = T(E − S)/(E − 1.5)에서 T = 480분, S는 권장 에너지소비량, 1.5는 휴식 중 에너지소비량(kcal/min)이다.

남자
R = 480 × (5.5 − 5)/(5.5 − 1.5)
= 60분

여자
R = 480 × (5.5 − 3.5)/(5.5 − 1.5)
= 240분

권장치가 낮은 여성은 초과분(E − S)이 커서 필요한 휴식시간이 훨씬 길다.

①: 제조상의 결함
②: 설계상의 결함
③: 표시(지시·경고)상의 결함

[해설]

제조물책임법 제2조는 결함을 제조상·설계상·표시상의 3가지로 나눈다.

• 제조상의 결함 — 원래 설계와 다르게 제조·가공되어 안전하지 못하게 된 경우다.
• 설계상의 결함 — 합리적인 대체설계를 채용했다면 피할 수 있었던 위험이 설계 자체에 남은 경우다.
• 표시상의 결함 — 합리적인 설명·지시·경고를 하지 않아 피해를 막지 못한 경우다.

외우는 요령: 만들 때(제조)·그릴 때(설계)·알릴 때(표시)의 순서로 묶는다.

[해설]

표시장치 눈금은 보는 거리에 비례해서 크게 해야 같은 크기로 보인다. 눈에 보이는 크기(시각)는 눈금 크기를 시거리로 나눈 값으로 정해지기 때문이다.

비례식을 세우고 x를 구한다.
$71 : 1.3 = 100 : x$
$x=\dfrac{1.3\times100}{71}$
$x=1.83$ cm

시거리가 약 1.4배 늘었으므로 눈금도 약 1.4배인 1.83cm로 커져야 한다.

[해설]

관절(O)을 회전축으로 잡고 모멘트 평형과 힘의 평형을 세운다. 거리는 m로 바꾼다(3 cm=0.03 m, 15 cm=0.15 m, 35 cm=0.35 m).

전완 무게 15 N과 손의 물체 20 N이 만드는 모멘트를 이두근 힘이 상쇄한다.
$\sum M = 0$
$(-15 \times 0.15)+(-20 \times 0.35)+(MF \times 0.03)=0$
$MF = 9.25 / 0.03 = 308.33$ N

위쪽을 +로 두고 상하 방향 힘을 합한다.
$\sum F = 0$
$JF + MF - 15 - 20 = 0$
$JF = 35 - 308.33 = -273.33$ N

JF의 음(−) 부호는 관절반작용력이 아래쪽으로 작용한다는 뜻이다(그림의 JF 화살표 방향). 이두근이 관절 가까이 붙어 있어 작은 하중에도 큰 근력이 필요하다.

①: 3cm
②: 5cm
③: 65cm
④: 40cm
⑤: 90°
⑥: 90°

[해설]

영상표시단말기(VDT) 취급근로자 작업관리지침의 작업설계 기준값이다.

• 키보드 두께는 3cm 이하이고, 경사는 5°~15°로 손목이 꺾이지 않게 한다.
• 의자 좌면 높이는 40±5cm, 즉 35~45cm 범위에서 조절할 수 있어야 한다.
• 높이조정형 작업대는 바닥에서 65cm 전후로 체형에 맞춰 고정한다.
• 화면과의 거리는 최소 40cm 이상 확보한다.
• 팔꿈치 내각은 90° 이상, 무릎 내각은 90° 전후로 한다.

외우는 요령: 두께 3, 좌면 40±5, 작업대 65, 화면 40, 각도는 둘 다 90으로 묶는다.

①: Fool Proof — 신체적·정신적 능력이 낮은 사용자라도 사고를 낼 확률을 낮게 해주는 설계원칙
②: Fail Safe — 부품이 고장 나더라도 재해로 이어지지 않도록 안전장치를 통해 사고를 예방하는 설계원칙
③: Tamper Proof — 사용자가 임의로 안전장치를 제거하면 장비가 작동되지 않도록 하는 설계원칙

[해설]

안전설계 원칙 세 가지는 각각 사람의 실수, 기계 고장, 고의적인 방호장치 무력화가 사고로 이어지는 것을 막는다.

• Fool Proof — 서툴거나 부주의한 사람이 잘못 조작해도 사고가 나지 않게 한다(예: 문이 열리면 멈추는 전자레인지).
• Fail Safe — 부품이 고장 나도 안전한 쪽으로 동작해 재해로 이어지지 않게 한다(예: 정전되면 자동으로 정지).
• Tamper Proof — 사용자가 안전장치를 임의로 떼어 내면 기계가 아예 작동하지 않게 한다(예: 방호덮개를 제거하면 기동 불가).

외우는 요령으로, 사람의 실수는 Fool Proof, 기계 고장은 Fail Safe, 고의적 무력화는 Tamper Proof로 짝지어 둔다.

[해설]

근육은 현미경으로 봤을 때 가로 줄무늬(횡문)가 보이는지에 따라 가로무늬근과 민무늬근으로 나뉜다.

골격근·심장근은 수축 단백질 필라멘트가 규칙적으로 배열되어 줄무늬가 보이므로 가로무늬근(횡문근)이다.

소화관·혈관 벽의 내장근은 필라멘트 배열이 불규칙해 줄무늬가 없으므로 민무늬근(평활근)이다.

혼동 주의: 심장근은 무늬로는 골격근과 같은 가로무늬근이지만, 의지로 움직일 수 없는 불수의근이라는 점은 내장근과 같다.