2023년 인간공학기사실기(필답형) 2회차

다경로(중복)구조: ② 엔진을 두 개 장착한 비행기
교대구조: ③ 자동차 스페어 타이어

Fail-Safe는 시스템 일부에 고장이 발생해도 안전한 가동이 자동적으로 유지되는 구조로, 설계 방식에는 다경로(중복)구조, 교대구조 등이 있다.

[해설]

Fail-safe는 시스템 일부에 고장이 나도 안전한 가동이 자동으로 유지되도록 한 설계다.

• 엔진을 두 개 장착한 비행기는 한쪽 엔진이 멈춰도 다른 엔진이 비행을 이어 가는 다경로(중복)구조다.
• 스페어 타이어는 고장 난 주 부품을 예비 부품으로 바꿔 기능을 이어 가는 교대구조다.

혼동 주의: 뚜껑을 누르고 돌려야 열리는 약병은 사람의 실수·오사용을 막는 fool-proof다.

① 제조상의 결함: 제조과정에서 원래의 도면이나 제조방법대로 제조되지 않아 발생하는 결함
② 설계상의 결함: 설계대로 제조되었어도 설계 자체에 내재하는 결함
③ 지시·경고상의 결함: 사용상 위험에 대비한 적절한 사용·취급 방법 또는 경고가 포함되지 않은 결함

[해설]

제조물책임법은 결함을 제조상, 설계상, 표시상의 결함으로 나누며, 수험서에서는 표시상의 결함을 지시·경고상의 결함이라고도 부른다.

• 제조상의 결함 — 원래의 도면이나 제조방법과 다르게 만들어져 안전하지 못하게 된 경우로, 흔히 말하는 불량품이다.
• 설계상의 결함 — 설계대로 만들었어도 설계 자체에 위험이 들어 있는 경우다.
• 지시·경고상의 결함 — 제품은 정상이어도 올바른 사용·취급 방법이나 위험 경고를 제대로 알리지 않은 경우다.

외우는 요령: 만들 때(제조), 그릴 때(설계), 알릴 때(지시·경고) 중 어디서 잘못됐는지로 구분한다.

① RWL = $LC \times HM \times VM \times DM \times AM \times FM \times CM = 23 \times 0.45 \times 0.88 \times 1.00 \times 0.95 \times 0.92 \times 0.8 = 6.37$ kg

② LI = $\dfrac{8}{6.37} = 1.26$

③ LI가 1보다 크므로 요통 발생위험이 높다. 따라서 LI가 1 이하가 되도록 작업을 설계/재설계할 필요가 있다.

[해설]

RWL은 권장무게한계로, 기준무게상수 LC=23kg에 수평(HM)·수직(VM)·이동거리(DM)·비대칭(AM)·빈도(FM)·손잡이(CM) 계수를 모두 곱해 산출한다.

$RWL=23\times0.45\times0.88\times1.00\times0.95\times0.92\times0.80=6.37$ kg
$LI=\dfrac{8}{6.37}=1.26$

각 계수는 1 이하이므로 작업조건이 나쁠수록 RWL이 줄어들며, LI가 1을 초과하면 요통 발생위험이 높아 LI가 1 이하가 되도록 작업을 설계·재설계해야 한다. 실제 작업물 무게 8kg이 RWL 6.37kg보다 무겁다는 점이 그 근거다.

① 수의근(voluntary muscle): 뇌와 척수 신경의 지배를 받아 의사에 따라 움직이는 근육으로, 골격근이 이에 속한다.
② 불수의근(involuntary muscle): 자율신경의 지배를 받아 스스로 움직이는 근육으로, 내장근과 심장근이 이에 속한다.

[해설]

근육은 신경이 지배하는 방식, 즉 의지로 조절할 수 있는지에 따라 수의근과 불수의근으로 나뉜다.

• 수의근 — 뇌와 척수 신경의 지배를 받아 마음먹은 대로 움직이는 근육으로, 골격근이 해당한다.
• 불수의근 — 자율신경의 지배를 받아 의지와 무관하게 스스로 움직이는 근육으로, 내장근과 심장근이 해당한다.

혼동 주의: 심장근은 골격근처럼 가로무늬가 있지만 의지로 조절할 수 없으므로 불수의근이다.

①: 안전보건관리규정 및 취업규칙에서 정한 업무
②: 위험성평가에 관한 보좌 및 지도·조언
③: 안전인증대상기계 등과 자율안전확인대상기계 등 구입 시 적격품 선정에 관한 보좌 및 지도·조언
④: 안전교육계획의 수립 및 안전교육 실시에 관한 보좌 및 지도·조언
⑤: 사업장 순회점검·지도 및 조치 건의
⑥: 산업재해 발생 원인조사·분석 및 재발방지를 위한 기술적 보좌 및 지도·조언
⑦: 산업재해 통계의 유지·관리·분석을 위한 보좌 및 지도·조언

[해설]

산업안전보건법 시행령 제18조에 규정된 안전관리자의 업무로, 이 중 5가지를 쓰면 된다.

• 안전보건관리규정 및 취업규칙에서 정한 업무를 수행한다.
• 위험성평가에 관해 보좌하고 지도·조언한다.
• 안전인증대상기계등과 자율안전확인대상기계등을 살 때 적격품 선정을 보좌하고 지도·조언한다.
• 안전교육계획 수립과 안전교육 실시를 보좌하고 지도·조언한다.
• 사업장을 순회점검·지도하고 필요한 조치를 건의한다.
• 산업재해 발생 원인조사·분석과 재발방지를 기술적으로 보좌하고 지도·조언한다.
• 산업재해 통계의 유지·관리·분석을 보좌하고 지도·조언한다.

외우는 요령: 대부분 보좌 및 지도·조언으로 끝나고, 예외는 순회점검·지도 및 조치 건의와 규정·취업규칙상 업무뿐이다.

A대(암대, 暗帶) — 액틴과 미오신이 중첩되어 어둡게 보이는 부분

[해설]

근수축의 활주설(sliding filament theory)에 따르면 액틴이 미오신 사이로 미끄러져 들어갈 뿐, 두 필라멘트의 길이는 변하지 않는다.

액틴과 미오신이 겹쳐 짙게 보이는 구간이 A대(암대)이다. A대는 미오신 길이와 같아서 근육이 수축해도 길이가 일정하다.

혼동 주의: 수축할 때 짧아지는 것은 액틴만 있는 I대(명대), 미오신만 있는 H대, 그리고 근절 전체다.

① 소음노출지수 = $\left(\dfrac{C_1}{T_1} + \dfrac{C_2}{T_2} + \dfrac{C_3}{T_3}\right) \times 100 = \left(\dfrac{4}{8} + \dfrac{3}{4} + \dfrac{1}{2}\right) \times 100 = 175$

② TWA = $16.61 \log\left(\dfrac{D}{100}\right) + 90 = 16.61 \log\left(\dfrac{175}{100}\right) + 90 = 94.04$ dB

[해설]

소음노출지수(D)는 소음수준별 실제 노출시간 C를 허용노출시간 T로 나눈 값을 모두 더해 백분율로 나타낸 것이다.

허용노출시간은 90dB 8시간을 기준으로 5dB 증가할 때 절반이 되어 95dB은 4시간, 100dB은 2시간이다.
$D=\left(\dfrac{4}{8}+\dfrac{3}{4}+\dfrac{1}{2}\right)\times100=175$
$TWA=16.61\log\left(\dfrac{175}{100}\right)+90=94.04$ dB

지수가 100을 넘고 TWA가 90dB을 넘으므로 과다노출로 판단한다.

① 최대집단값에 의한 설계
② 최소집단값에 의한 설계
③ 평균치를 이용한 설계
④ 조절식 설계

[해설]

인체치수 설계원칙은 극단치 설계·조절식 설계·평균치 설계로 나뉜다. 설계 대상의 목적에 따라 어느 집단값을 기준으로 할지 고른다.

• 엘리베이터와 그네의 중량하중은 무거운 사람까지 견뎌야 하므로 최대집단값(예: 95퍼센타일)을 기준으로 설계한다.
• 버스손잡이와 선반 높이는 키 작은 사람도 손이 닿아야 하므로 최소집단값(예: 5퍼센타일)을 기준으로 설계한다.
• 은행 창구는 불특정 다수가 쓰고 높이를 조절하기 어려워 평균치를 이용한 설계를 적용한다.
• 자동차 좌석과 사무실 의자는 사용자마다 맞출 수 있도록 조절식 설계(보통 5~95퍼센타일 범위)를 적용한다.

적용 우선순위는 조절식, 극단치, 평균치 순이다. 평균치 설계는 다른 방법이 곤란할 때만 쓴다.

시각 = $\dfrac{1}{\text{시력}} = \dfrac{1}{0.5} = 2$ 분
시각(분) = $\dfrac{57.3 \times 60 \times H}{D}$ 이므로
$2 = \dfrac{57.3 \times 60 \times 1.5}{D}$
$D = \dfrac{57.3 \times 60 \times 1.5}{2} = 57.3 \times 60 \times 1.5 \times 0.5 = 2578.5$ mm
→ 2.579 m

[해설]

시력 = 1 / 최소분간시각(분)이므로 시력 0.5는 시각 2분을 뜻한다. 시각(분)은 표적 크기 H와 거리 D로 구하며, H와 D의 단위를 맞춰야 한다.

$\text{시각}=\dfrac{57.3\times60\times H}{D}$
$2=\dfrac{57.3\times60\times1.5}{D}$
$D=\dfrac{57.3\times60\times1.5}{2}=2578.5$ mm
2578.5 mm ÷ 1000 = 2.579 m

57.3은 1라디안을 도(°)로, 60은 도를 분(′)으로 바꾸는 환산값이다.

① 주 공정경로(가장 시간이 오래 걸리는 경로): 10 - 20 - 50
② 주 공정시간(가장 긴 시간): 9주

[해설]

PERT에서 주 공정경로(critical path)는 시작 노드에서 끝 노드까지 가는 경로 중 작업시간의 합이 가장 긴 경로다. 그림의 경로 세 개를 모두 더해 비교한다.

10-30-50 (A→E) = 3 + 2 = 5주
10-30-40-50 (A→C→D) = 3 + 2 + 2 = 7주
10-20-50 (B→F) = 4 + 5 = 9주

가장 긴 10-20-50이 주 공정경로이고, 그 합 9주가 전체 공정을 끝내는 데 필요한 주 공정시간이다. 이 경로의 작업은 여유시간이 0이라 조금만 늦어져도 전체 일정이 그만큼 밀린다.

평균효율 = $\dfrac{\text{총 작업시간}}{\text{작업장 수} \times \text{주기시간}} \times 100$
$= \dfrac{5+4+3+4+6}{5 \times 6} \times 100 = 0.7333 \times 100 = 73.33$ %
→ 73.33 %

[해설]

라인밸런스 효율은 총 작업시간 ÷ (작업장 수 × 주기시간)으로 구한다. 라인 전체 가용시간 가운데 실제 작업에 쓰인 시간의 비율이다.

총 작업시간 = 5 + 4 + 3 + 4 + 6 = 22분
분모 = 5 × 6 = 30분
효율 = 22 ÷ 30 × 100 = 73.33 %

주기시간 6분은 가장 긴 5공정(애로공정)의 작업시간이다. 가용시간 30분 중 나머지 8분은 공정 불균형으로 생긴 유휴시간이다.

①: Eliminate(제거) - 불필요한 작업·작업요소의 제거
②: Combine(결합) - 다른 작업·작업요소와의 결합
③: Rearrange(재배열, 재배치) - 작업순서의 변경
④: Simplify(단순화) - 작업·작업요소의 단순화·간소화

[해설]

ECRS는 작업개선 원칙이면서 검토 순서이기도 하다. 개선 효과가 가장 큰 제거부터 차례로 검토한다.

• Eliminate(제거) — 불필요한 작업·작업요소를 없앤다.
• Combine(결합) — 다른 작업·작업요소와 묶어 한 번에 처리한다.
• Rearrange(재배열) — 작업순서를 바꿔 대기·이동을 줄인다.
• Simplify(단순화) — 남은 작업·작업요소를 단순하고 간소하게 만든다.

외우는 요령: '없애고 → 묶고 → 순서 바꾸고 → 단순하게'의 순서로 기억한다.

① 시스템 기준: 시스템이 의도한 바를 얼마나 달성하는가를 나타내는 척도
② 작업성능 기준: 작업 결과의 효율로, 출력의 양·질, 작업시간 등으로 나타냄
③ 인간 기준: 작업 중 인간의 행동과 응답으로, 성능척도·생리학적 지표·주관적 반응 등으로 측정

[해설]

인간공학 실험의 평가기준(종속변수)은 측정 대상의 층위에 따라 시스템 기준·작업성능 기준·인간 기준으로 나눈다.

• 시스템 기준은 시스템이 의도한 목적을 얼마나 달성했는지를 본다.
• 작업성능 기준은 작업 결과의 효율을 출력의 양과 질, 작업시간 등으로 잰다.
• 인간 기준은 작업자의 행동과 응답을 성능척도, 생리학적 지표, 주관적 반응으로 잰다.

외우는 요령: 시스템, 작업, 인간 순서로 갈수록 측정 범위가 좁아진다.

① 수근관 증후군(Carpal Tunnel Syndrome)
② 건염(Tendinitis)
③ 결절종(Ganglion)

[해설]

손·손목을 반복적으로 쓰는 정밀 작업은 누적외상성 질환(근골격계 질환)의 대표적인 원인이다.

• 수근관 증후군 — 손목 터널 안의 정중신경이 눌려 손가락이 저리고 아프다.
• 건염 — 반복된 마찰·긴장으로 힘줄에 염증이 생긴다.
• 결절종 — 손목 관절·힘줄집 주위에 젤리 같은 물혹이 생긴다.

세 질환 모두 반복 동작, 손목을 굽히는 부자연스러운 자세, 과도한 힘이 공통 원인이다.

①: 작업의 다양성 제공(작업확대)
②: 작업일정 및 작업속도 조절
③: 휴식(회복)시간 제공
④: 작업습관·작업관행 개선
⑤: 작업공간·공구·장비의 정기적 청소 및 유지보수
⑥: 근골격계질환 예방체조(직장체조) 도입
⑦: 근골격계질환 관련 교육·훈련 실시
⑧: 작업자 교대 및 적정 배치(직무순환)

[해설]

관리적 개선은 설비나 공구를 바꾸는 공학적 개선과 다르다. 작업 배정·일정·휴식·교육 같은 운영 방식을 바꿔 신체 부담을 줄인다.

• 작업의 다양성 제공(작업확대)은 한 동작만 반복하지 않도록 여러 과업을 섞는 것이다.
• 작업일정 및 작업속도 조절은 과도한 작업량과 속도에서 오는 누적 부담을 줄인다.
• 휴식(회복)시간 제공은 근육 피로가 회복될 틈을 준다.
• 작업습관·작업관행 개선은 부적절한 자세나 무리하게 힘을 쓰는 방식을 바로잡는다.
• 작업공간·공구·장비의 정기적 청소 및 유지보수는 무뎌진 공구나 어수선한 공간 때문에 드는 무리한 힘을 없앤다.
• 예방체조(직장체조) 도입은 작업 전후 스트레칭으로 근육 긴장을 푼다.
• 교육·훈련 실시는 작업자가 위험요인과 올바른 작업법을 알게 한다.
• 작업자 교대 및 적정 배치(직무순환)는 같은 신체 부위에 부담이 몰리지 않게 사람을 돌린다.

문항이 요구하는 개수(6가지)만큼 골라 쓰면 된다. 작업대 높이 조절이나 공구 교체 같은 공학적 개선 항목과 섞지 않도록 주의한다.

눈금 간격은 시거리에 비례하므로
$71 : 1.8 = 91 : x$ (mm 환산 $710 : 1.8 = 910 : x$)
$x = 1.8 \times \dfrac{91}{71} = 2.31$
∴ 약 2.31 mm(≒2.3 mm)

[해설]

눈금은 같은 시각(視角)으로 읽혀야 하므로 눈금 간격은 시거리에 비례해 늘려야 한다.

$71:1.8=91:x$
$x=1.8\times\dfrac{91}{71}=2.31$ mm

71cm는 계기 눈금 설계에서 기준 시거리로 자주 쓰이는 값이다.

①: 근골격계 부담작업
②: 근골격계질환
③: 근골격계질환 예방·관리 프로그램

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙 제656조(정의)에 나오는 세 용어다.

• 근골격계 부담작업은 단순반복 작업이나 과도한 부담을 주는 작업 중 고용노동부장관이 고시한 작업이며, 고시에 11가지가 지정되어 있다.
• 근골격계질환은 반복동작·부적절한 자세·무리한 힘·진동 등으로 목·어깨·허리·팔·다리의 신경과 근육 등에 생기는 건강장해다.
• 근골격계질환 예방·관리 프로그램은 유해요인조사·작업환경 개선·의학적 관리·교육·훈련·평가를 묶은 종합 계획이다.

혼동 주의: 예방·관리 프로그램은 모든 사업장이 아니라 근골격계질환자가 연간 10명 이상(또는 5명 이상이면서 근로자 수의 10% 이상) 발생한 사업장 등에서 수립·시행한다.

조도 = $\dfrac{\text{광도}}{\text{거리}^2}$, $\dfrac{120}{\left(\frac{3}{2}\right)^2} = 53.33$ lux

적정 조명수준이 가장 낮은 기타 작업의 경우 75lux이므로 53.33lux는 작업환경에 부적합하다.

[해설]

점광원의 조도는 거리의 제곱에 반비례하는 역제곱법칙을 따른다.

$\text{광도}=120\times2^2=480$ cd
$\text{조도}=\dfrac{480}{3^2}=53.33$ lux

산업안전보건기준에 관한 규칙의 작업면 조도 기준 가운데 가장 낮은 것은 그 밖의 작업 75lux 이상이다. 53.33lux는 이 기준에도 못 미치므로 부적합하다.

혼동 주의: 나머지 기준은 초정밀작업 750lux, 정밀작업 300lux, 보통작업 150lux 이상이다.