RAPORTTI Inhimillinen työ Ergonomia ja käytettävyys Risto Toivonen. Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomian ja käytettävyyden testaaminen

Transkriptio

1 RAPORTTI Inhimillinen työ Ergonomia ja käytettävyys Risto Toivonen Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomian ja käytettävyyden testaaminen

2 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys Sisällysluettelo 1 TAUSTA TAVOITE AINEISTO Koehenkilöt Laitteisto MENETELMÄT Työsimulaatiot Tutustuminen kahvaan ja harjoittelu Lihassähköinen aktiivisuus (EMG) Mittauskalibraatio Nivelkulmamittaukset Subjektiiviset arviot Tulosten analysointi ja tilastollinen analyysi Lihassähköinen aktiivisuus Nivelkulmamittaukset Subjektiiviset arviot TULOKSET Lihassähköinen aktiivisuus Nivelkulmamittaukset Subjektiiviset arviot YHTEENVETO, JOHTOPÄÄTÖKSET JA POHDINTA KIRJALLISUUS...15

3 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 1/15 1 Tausta Hitsaustyön tiedetään kuormittavan liikuntaelimistöä. Fyysisesti hitsaustyö vaatii hyvän tasapainon sekä työvälineen hallinnan eri työasennoissa. Tutkimuksissa on raportoitu hitsaajien kärsivän erityisesti niska-hartia-alueen ja alaselän oireista (Törner et al., 1991). Syynä oireisiin pidetään staattista työasentoa ja jatkuvaa staattista lihasjännitystä niska-hartia-seudulla ja alaselässä (Järvholm et al., 1991; Torner et al., 1991). Lisäksi työn tarkkuusvaatimukset entisestään lisäävät staattista lihasjännitystä (Sporrong et al., 1998). Eräässä tutkimuksissa on raportoitu hitsausasennon ja erilaisten hitsauskahvojen vaikuttavan työn kuormittavuuteen (Beauchamp et al., 1997). Tutkimuksessa nähtiin hitsauskahvan rakenteen vaikutus erityisesti hartialihaksen etuosan aktiivisuudessa. Hitsauskohteen paikan ja hitsausasennon vaikutus näkyi kyynärvarren (flexor carpi ulnaris) lihaksessa. Tarkkaa staattista työtä tehdessään hitsaajan on vaikea vaihdella työasentoja. Usein työkohde määrittää työasennon ja seurauksena on työskentelyä hankalissa asennoissa. Tämä näkyy etenkin yläraajan ja ranteen asennoissa. Huonossa asennossa työ kuormittaa enemmän, työvälineen hallinta on heikompaa ja sitä kautta työn jälki ja tuottavuus mahdollisesti huonompaa kuin optimaalisessa asennossa työskenneltäessä. 2 Tavoite Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida uudentyyppisen MIG/MAG -hitsauskahvan käytettävyyttä ja selvittää liikuntaelimistön kuormittumista simuloidussa työtilanteessa tehtävillä mittauksilla ja koehenkilöiden subjektiivisilla arvioilla. 3 Aineisto 3.1 Koehenkilöt Mittaukset suoritettiin STX Europen Turun telakalla Mittauksiin osallistui kahdeksan koehenkilöä. Henkilöistä kaksi oli naisia, miehiä oli kuusi. Henkilöiden keski-ikä oli 43 vuotta (vaihteluväli vuotta). Kaikki koehenkilöt olivat oikeakätisiä. Kuusi koehenkilöistä oli kokeneita hitsaajia (hitsaustyökokemus 2-39 vuotta). Kaksi henkilöistä kävi telakan hitsaajakurssia, heillä mig -hitsauskokemusta oli parin kuukauden ajalta. 3.2 Laitteisto Mittauksissa oli käytössä kaksi erillistä hitsauslaitekokoonpanoa, jotka erosivat toisistaan ainoastaan hitsauspistoolin osalta. Kummassakin kokoonpanossa langansyöttölaite oli Kemppi WeldForce KWD 200. Perinteisenä hitsauspistoolina käytettiin Kemppi MMT 40 -pistoolia. Uudentyyppisen kahvan prototyyppi on rakennettu MT 32 pistoolin pohjalle (Kuva 1). Uusi kahva mahdollistaa sekä pistoolimallisen että perinteisen otteen hyödyntämisen. Tutkimuksessa prototyyppiä käytettiin ainoastaan pistoolimallisessa asettelussa (Kuva 2a). Kummankin kahvan kaulaa oli mahdollista kääntää hitsauskohteen mukaisesti.

4 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 2/15 a) b) Kuva 1. Koeasetelmassa käytetyt hitsauskahvat. Uudentyyppinen hitsauskahva (a) ylhäällä ja perinteinen (b) kuvassa alhaalla. a) b) Kuva 2. Ote-esimerkit uudesta (a) ja perinteisestä (b) hitsauskahvasta. 4 Menetelmät 4.1 Työsimulaatiot Tutkimuksessa tarkasteltaviksi työsimulaatioiksi valittiin seuraavat kuusi tehtävää (Kuva 3): w1 - pystyhitsi w2 - alapiena w3 - vaakahitsi w4 - yläpiena w5 - alapiena polvillaan w6 - pystyhitsi polvillaan Työsimulaatiot w1-w4 tehtiin seisten, simulaatiot w5 ja w6 polvillaan hitsaten. Simulaatioissa w1-w3 henkilö saattoi asettaa kohteen parhaaksi katsomalleen korkeudelle. Yläpienan hitsauksessa (w4) kohdesauma oli n. 180 cm korkeudella. Simulaatioissa w5 ja w6 kohde oli asetettu lattialle joko vaakatasoon (w5) tai pystyyn (w6). Simulaatioista kolme ensimmäistä (w1-w3) ja niistä erityisesti alapienan hitsaus (w2) edustavat konepajoilla yleisesti esille tulevia hitsaustehtäviä. Polvillaan suoritetut simulaatiot (w5 ja w6) sekä yläpienan hitsaus valittiin mukaan edustamaan esim. telakkaympäristössä esiintyviä hitsaustehtäviä, joissa työntekijän ei ole mahdollista lainkaan säätää työkohteen sijaintia. Simulaatioiden suoritusjärjestys oli arvottu kullekin henkilölle erikseen. Käytännössä henkilölle asetettiin kuusi simulaatiota satunnaiseen järjestykseen. Koetilanteessa henkilö suoritti ensimmäiset kuusi simulaatiota tässä arvotussa järjestyksessä vuorotellen uutta ja perinteistä kahvaa käyttäen. Kuuden simulaation jälkeen arvottu järjestys toistettiin käänteisessä järjestyksessä ja

5 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 3/15 edelleen kahvaa vuorotellen. Ensimmäisessä simulaatiossa käytettävä kahva vuorotteli koehenkilöstä toiseen perinteisen ja uuden kahvan välillä. Yksittäinen simulaatio piti sisällään 60 sekunnin mittaisen hitsauksen. Henkilö sai itse määritellä hitsaussuunnan ja asennon, jota käyttää. Katsottuaan olevansa valmis simulaation suorittamiseen, koehenkilö sai aloittaa tehtävän itsenäisesti. Hitsauksen aloitushetkellä tutkimuksen avustaja käynnisti sekuntikellon. Vaaditun 60 sekunnin ajan täytyttyä avustaja ilmoitti koehenkilölle, että hän voi päättää tehtävän. a) b) c) d) f) e) Kuva 3. Esimerkkejä työsimulaatioiden asetteluista. a) Pystyhitsi b) alapiena c) vaakahitsi d) yläpiena e) alapiena polvillaan f) pystyhitsi polvillaan Tutustuminen kahvaan ja harjoittelu Kullakin koehenkilöllä oli mahdollisuus tutustua uuteen kahvaan ennen simulaatioiden alkua. Tutkimuksen avustaja esitteli kahvan toimintaperiaatteet koehenkilölle ja opasti kahvan käyttämisessä lähinnä sopivan työasennon löytämiseksi. Samalla koehenkilö sai kokeilla kahvalla hitsaamista haluamissaan asetteluissa. Tässä vaiheessa koehenkilöille kerrottiin myös tulevan mittauksen sisältö, esitettiin työpisteen säätömahdollisuudet (simulaatiot w1-w3) ja miten heitä tullaan mittauksen aikana ohjaamaan. 4.2 Lihassähköinen aktiivisuus (EMG) Työsimulaatioiden aikaista voimankäyttöä ja liikuntaelimistön kuormittumista

6 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 4/15 käytetyllä hitsauskahvalla arvioitiin lihassähköisellä mittauksella (EMG, electromyography) koehenkilön oikeasta yläraajasta ja hartiasta. Mittauksessa käytettiin pintaelektrodeja (Ag/AgCl elektrodit, M-00-S, Blue Sensor, Medicotest, Ølstykke, Denmark) ja ns. bipolarista elektrodiasettelua, jossa mittauselektrodien välimatka oli n. 2 cm. Elektrodien välinen keskikohta asetettiin (Zipp, 1982) ja (Hermens et al., 1999) suositusten mukaisesti. Elektrodit asetettiin viidelle mittauskanavalle seuraavasti (Kuva 4, Kuva 5): ch1 Epäkäslihaksen yläosa (m. trapezius pars descendes) (maaelektrodi: T4- nikama) ch2 Hartialihaksen keskiosa (m. deltoideus medius) (maaelektrodi: olkalisäkkeen päällä) ch3 Hauislihas (m. biceps brachii) (maaelektrodi: joko kyynärvarren ulomman tai sisemmän sivunastan päällä) ch4 Ranteen kyynärluunpuoleinen ojentaja (m. extensor carpi ulnaris) (maaelektrodi: kyynärvarren ulomman sivunastan päällä) ch5 Sormien pinnallinen koukistaja (m. flexor digitorum superficialis) (maaelektrodi: kyynärvarren sisemmän sivunastan päällä) Signaalit kerättiin 1000 Hz näytteenottotaajuudella ME6000 laitteistolla. Kaikki työsimulaatiot videoitiin, jolloin jälkikäteen voitiin poimia mittaussignaalista kutakin simulaatiota vastaavat näytejonot. Analyysiä varten mittaussignaali rms-muunnettiin käyttäen 0,1 sekunnin aikaikkunaa. a) b) c) Kuva 4. Elektrodiasettelu mittauskanavissa ch1 - ch3. Kuvissa keltainen rasti esittää elektrodiparin keskipisteen, jonka ympärille elektrodit asetettiin. a) epäkäslihas b) hartialihaksen etuosa c) hauislihas a) b) Epicond. humeri lat. Central lead point a 4 Epicond. humeri med. Central lead point Lead line Proc. styloid. ulnae Midpoint Proc. styloid. radii a Lead line Sulc. carpi dist. Kuva 5. Elektrodiasettelu mittauskanavissa ch4 - ch5. Elektrodiparin keskipiste on merkitty kuvaa rastilla. a) ranteen kyynärluunpuoleinen ojentaja b) sormien pinnallinen koukistaja Mittauskalibraatio Tutkimuksessa lihassähköisen aktiivisuuden vertailutasoina käytettiin kullekin henkilölle mittausjakson alussa määriteltyjä submaksimaalisia aktiivisuuksia (RVC-tasot, submaximal reference voluntary contraction). Elektrodien kiinnityksen jälkeen, ennen työsimulaatioihin siirtymistä, koehenkilö suoritti ohjatusti testiliikkeitä. Lihassähköisen aktiivisuuden osalta liikkeet sisälsivät metallisen astian kannattelua kolmessa eri staattisessa asennossa (Kuva 6), kussakin n. 5 sekunnin ajan. Asentojen välillä pidettiin n. 30 sekunnin tauko. Mieshenkilöt

7 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 5/15 kannattelivat 4,9 kg ja naiset 3,3 kg painoista astiaa. Tutkijan ohjeistuksen mukaisesti koehenkilö nosti astian pöydältä edestään ja kannatteli astiaa suoraksi eteen ojennetulla yläraajalla (kyynärvarsi sisäkierrossa, yläraaja 90 asteen fleksiossa) ja tauon jälkeen suoraan sivulle ojennetulla yläraajalla (90 asteen sivuloitonnus). Näiden liikkeiden jälkeen henkilö kannatteli astiaa siten, että olkavarsi oli kiinni vartalossa, kyynärkulma 90 astetta ja kyynärvarsi ulkokierrossa. Liikkeet toistettiin kaksi kertaa. Liikkeiden aikaisista rmsmuunnetuista emg-signaaleista poimittiin kanavittain suurimmat arvot, joita käytettiin analyysissä henkilön lihassähköisen aktiivisuuden vertailutasoina (RVC, [uv]). Analyysissä lihassähköistä aktiivisuutta käsiteltiin prosentteina alkukalibraation aikaisesta vertailutasosta (%RVE, reference voluntary electrical activation). Kuva 6. Testiliikkeet submaksimaalisen lihasaktiivisuuden määrittämiseksi. 4.3 Nivelkulmamittaukset Hitsaustehtävien aikaista yläraajan asentoa selvitettiin nivelkulmamittauksilla. Ranteen sivutaivutusta sekä ojennusta ja koukistusta mitattiin SG65 goniometrillä (Biometrics Ltd. Great Britain), kyynärvarren kiertoa goniometrillä Q150, kyynärkulmaa goniometrillä SG110. Olkavarren sivuloitonnusta sekä taivutusta eteen sekä taakse mitattiin kulma-anturilla SC90 (Mega Elektroniikka Oy, Kuopio). Signaalit kerättiin 1000 Hz näytteenottotaajuudella ME6000 laitteistolla. Analyysia varten signaalit keskiarvoistettiin 0,1 sekunnin aikaikkunalla, eli mittauskanavittain laskettiin sadan peräkkäisen näytteen keskiarvo. Kerätyt signaalit eivät esitä absoluuttisia nivelkulmia, vaan kertovat koehenkilöittäin nivelkulmien suhteellisen muutoksen simulaatioiden aikana. Mittaussignaalien tulkinta on esitetty taulukossa 1. Näin esimerkiksi ranteen sivutaivutusta kuvaavan signaalin pienentyessä (siirtyessä kohti negatiivista arvoa) ranteen sivutaivutus tapahtuu enemmän peukalon puolelle. Vastaavasti ranteen ojennusta ja koukistusta kuvaavan signaalin suurentuessa rannetta koukistetaan. Taulukko 1. Nivelkulmamittausten signaalien tulkinta mittauskanavittain suhteessa signaalin suuruuteen. Kulma Mittaussignaalin tulkinta ranne, sivutaivutus (deviaatio) ranne, ojennus ja koukistus (fleksio) kyynärkulma - taivutus peukalon puolelle <-> + taivutus pikkusormen puolelle - ojennus <-> + koukistus - taivutus <-> + ojennus kyynärkierto - pronaatio (kierto sisäänpäin) <-> + supinaatio (kierto ulospäin) olka, taivutus eteen tai taakse - taivutus taakse <-> + taivutus eteen (fleksio) olka, sivuloitonnus - sivuloitonnus (poispäin vartalosta, abduktio) <-> + olkavarsia (kohti vartaloa, adduktio)

8 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 6/ Subjektiiviset arviot Mittausjakson jälkeen koehenkilö arvioi uuden ja vanhan kahvan käytettävyyttä Liitteen 1 mukaisella lomakkeella. Lomakkeella koehenkilöä pyydettiin arvioimaan kahvoja seuraavien ominaisuuksien perusteella: 1) Yläraajojen tukeminen, 2) Ranteen asento, 3) Työskentelyn helppous, 4) Työskentelyn tarkkuus ja 5) Kokonaisarvio. Arvio merkittiin 10 cm:n mittaiselle, ns. VAS -janalle, johon henkilö merkitsi pystyviivan arvioitavaa tekijää parhaiten kuvaavaan kohtaan. Janan vasen reuna edustaa arviota "erittäin huono", oikea reuna arviota "erittäin hyvä". Lomakkeella tarjottiin myös mahdollisuutta vastata kysymyksiin koskien uudentyyppistä kahvaa. Kysymyksinä esitettiin: Mitä hyvää uudessa kahvassa oli? Mitä huonoa uudessa kahvassa oli? Parannusehdotuksia, vapaita kommentteja? Viimeisenä osiona lomakkeessa pyydettiin henkilöä asettamaan testatut kahvat paremmuusjärjestykseen kussakin simuloidussa työtehtävässä sekä valitsemaan kahdesta kahvasta yleisesti parempana pitämänsä. 4.5 Tulosten analysointi ja tilastollinen analyysi Lihassähköinen aktiivisuus Kahvatyypin vaikutusta lihassähköiseen aktiivisuuteen eri työsimulaatioiden aikana arvioitiin kaksisuuntaisella t-testillä parittaisille otoksille. Tarkastelu tehtiin erikseen kullekin työsimulaatiolle ja lihasryhmälle. Riippumattomana muuttujana analyysissä käytettiin kahvatyyppiä (uusi/vanha) ja riippuvanana muuttujana henkilön työsimulaation aikaista keskimääräistä lihassähköistä aktiivisuutta tarkasteltavassa lihaksessa. Keskiarvon laskennassa työsimulaatioiden alusta ja lopusta poistettiin 5 sekunnin ajalta näytteitä. Näin poistettiin näytteet, joissa lihassähköinen aktiivisuus oli mahdollisesti kohonnut johtuen tehtävän aloittamiseen tai päättämiseen liittyvistä liikkeistä/voimankäytöistä. Analyysissä nollahypoteesina pidettiin, ettei kahvalla ole vaikutusta keskimääräiseen lihasaktiivisuuteen tarkasteltavassa lihaksessa. Nollahypoteesi hylättiin, mikäli t-testin p-arvo < 0,05. Analyysi tehtiin Octave -ohjelmiston t_test -funktiolla Nivelkulmamittaukset Nivelkulmamittausten analyysi tehtiin kuten lihassähköisen aktiivisuuden analyysikin kaksisuuntaisella t-testillä parittaisille otoksille mittauksille. Riippuvana muuttujana käytettiin henkilön työsimulaation aikaista keskimääräistä nivelkulma-arvoa tarkasteltavassa mittauskanavassa. Nollahypoteesina pidettiin, ettei kahvan tyypillä (uusi/vanha) ole vaikutusta työsimulaation aikaiseen keskimääräiseen nivelkulma-arvoon. Nollahypoteesi hylättiin, mikäli t-testin p- arvo < 0,05. Analyysi toteutettiin Octave -ohjelmistolla t_test -funktiolla Subjektiiviset arviot Hitsauskahvan vaikutusta henkilöiden subjektiivisiin arvioihin selvitettiin parittaisella kaksisuuntaisella t-testillä. Analyysi tehtiin MS Excel 2003 ohjelman Analysis Toolpak -lisäpaketin t-test: Paired Two Sample for Means -funktiolla. Nollahypoteesina oli, että henkilöiden VAS -janalla arvioimien kahvan käytettävyysominaisuuksien keskiarvot eivät uudella ja vanhalla kahvalla eroa toisistaan. Nollahypoteesi kumottiin, mikäli t-testin p-arvo oli pienempi kuin 0,05. 5 Tulokset Kaikkiaan seitsemän henkilön EMG- ja nivelkulmamittaukset analysoitiin kokonaisuudessaan. Yhden koehenkilön mittaukset jätettiin käyttämättä EMG-analyysissä puuttuvan alkukalibraation vuoksi. Nivelkulmamittausten analyysissä sa-

9 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 7/15 malta koehenkilöltä jätettiin käyttämättä olkavarren kulmamittaustieto, koska mitta-anturin asettelu oli hänellä muista koehenkilöistä poikkeava. Subjektiivisten arvioiden osalta analyysissä käytettiin kaikkien kahdeksan koehenkilön vastauksia. 5.1 Lihassähköinen aktiivisuus Analyysin tulokset EMG:n osalta on esitetty taulukossa 2 ja seuraavissa kuvissa. Taulukossa 2 on esitetty keskimääräiset EMG tasot (%RVE) työsimulaatio- ja kahvakohtaisesti. Taulukosta nähdään, että yläpienan hitsauksessa epäkäslihaksen keskimääräinen aktiivisuus on merkitsevästi suurempi uutta kahvaa käytettäessä kuin vanhaa käytettäessä. Sen sijaan alapienan hitsauksessa sekä hartialihaksessa että hauislihaksessa uudella kahvalla aktiivisuustasot ovat alhaisempia kuin vanhalla kahvalla. Lisäksi hauislihaksen keskimääräinen aktiivisuustaso on pystyhitsauksessa uudella kahvalla hitsattaessa merkitsevästi alhaisempi kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Taulukko 2. Työsimulaatiokohtaiset keskimääräiset EMG tasot (%RVE) ja keskiarvojen keskihajonnat mittauskanavittain ja kahvatyypeittäin (n=7). Solussa perinteisen kahvan arvot ylinnä, uuden kahvan arvot alempana. Tilastollisesti merkitsevät (p<0,05) erot kahvojen välillä on merkitty soluihin tähdellä (*). T-testin p-arvo < 0,075 on merkitty taulukkoon - merkinnällä. ch1 epäkäslihas w1 - pystyhitsi 7,1±4,7 6,6±3,4 w2 - alapiena 9,5±4,3 5,9±4,1 w3 - vaakahitsi 7,2±4,8 3,8±2,4 w4 - yläpiena 12,1±6,8 * 19,5±4,7 w5 - alapiena polvillaan w6 - pystyhitsi polvillaan 3,6±3,0 3,2±3,2 3,7±4,4 1,6±1,1 ch2 hartialihas 3,1±2,8 3,6±2,3 4,8±2,9 * 1,5±0,6 3,1±1,6 1,9±1,0 11,7±11,0 13,3±8,3 2,4±2,0 3,6±2,2 3,8±2,5 2,2±1,7 ch3 hauis 21,1±8,7 * 13,7±4,5 19,9±8,3 * 8,6±3,9 20,3±9,4 12,4±4,0 15,5±9,4 16,8±7,5 7,1±3,4 8,6±7,4 6,3±4,6 6,9±4,2 ch4 ranteen ojentaja 15,0±5,4 17,1±10,0 16,6±8,0 13,4±7,0 17,2±5,2 14,3±10,0 14,0±5,5 16,6±11,7 19,0±12,4 15,6±7,4 24,5±13,0 13,6±3,8 ch5 sormien koukistaja 8,6±7,4 8,9±7,6 9,5±9,6 8,9±8,5 11,2±11,3 11,1±8,0 9,2±9,8 8,8±9,3 9,4±7,2 9,8±7,9 10,5±10,9 9,1±7,4 Kuvissa 7-11 on esitetty keskimääräiset työsimulaatioiden aikaiset EMG tasot kullekin lihakselle erikseen. Epäkäslihaksen osalta (Kuva 7) lihassähköinen aktiivisuus oli kaikissa työsimulaatioissa yläpienan hitsausta lukuun ottamatta uudella kahvalla hitsatessa jonkin verran pienempi verrattuna vanhalla kahvalla työskentelyyn. Hartialihaksen osalta (Kuva 8) uudella kahvalla hitsaaminen oli jonkin verran kuormittavampaa pystyhitsissä, yläpienan hitsauksessa ja alapienaa polvillaan hitsattaessa. Alapienaa hitsatessa hartialihaksen kuormitus oli merkitsevästi alhaisempaa uudella kahvalla työskenneltäessä.

10 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 8/15 Kuva 7. Keskimääräiset EMG tasot epäkäslihaksessa työsimulaatioiden ajalta (n=7). Tilastollisesti merkitsevä ero merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Kuva 8. Keskimääräiset EMG tasot työsimulaatioiden ajalta hartialihaksen keskiosasta mitattuna (n=7). Tilastollisesti merkitsevä ero merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Hauislihaksen aktiivisuuksissa nähtiin selkeitä eroja kahvatyyppien välillä (Kuva 9). Pysty-, alapiena- ja vaakahitsauksessa hauislihaksen kuormittuminen oli uudella kahvalla vähäisempää kuin vanhalla kahvalla. Pystyhitsauksessa ja alapienan hitsauksessa uuden kahvan aiheuttama hauislihaksen kuormittuminen oli merkittävästi vähäisempää kuin perinteisen kahvan aiheuttama kuormitus. Sen sijaan kolmessa muussa simulaatiossa perinteistä kahvaa käytettäessä lihaksen aktiivisuudet olivat jonkin verran alhaisempia kuin uudella kahvalla hitsatessa. Kuva 9. Keskimääräiset EMG tasot työsimulaatioiden ajalta hauislihaksesta mitattuna (n=7). Tilastollisesti merkitsevä ero merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Ranteen ojentajalihaksesta mitatut keskimääräiset EMG tasot (Kuva 10) olivat pystyhitsiä ja yläpienan hitsausta lukuun ottamatta uudella kahvalla hitsattaessa

11 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 9/15 alhaisempia kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Mikään eroista ei kuitenkaan ollut tilastollisesti merkitsevä. Kuva 10. Keskimääräiset EMG tasot työsimulaatioiden ajalta ranteen kyynärluun puoleisesta ojentajasta mitattuna (n=7). Sormien pinnallisesta koukistajalihaksesta (Kuva 11) mitatuista keskimääräisistä EMG -arvoista ei nähty eroa kahvojen välillä. Kuva 11. Keskimääräiset EMG tasot työsimulaatioiden ajalta sormien pinnallisesta koukistajasta mitattuna (n=7). 5.2 Nivelkulmamittaukset Nivelkulmamittausten tulokset on esitetty taulukossa 3 ja kuvissa Lisäksi liitteessä 2 on esitetty rannekulmien (sivutaivutus ja taivutus ylös/alas) käyttäytyminen koehenkilöittäin eri työsimulaatioissa. Taulukko 3. Työsimulaatiokohtaiset keskimääräiset nivelkulmat ja keskiarvojen keskihajonnat mittauskanavittain ja kahvatyypeittäin (n=7-8). Solussa perinteisen kahvan arvot ylinnä, uuden kahvan arvot alempana. Tilastollisesti merkitsevät (p<0,05) erot kahvojen välillä on merkitty soluihin tähdellä (*). T-testin p-arvo < 0,075 on merkitty taulukkoon -merkinnällä pystyhitsi alapiena vaakahitsi yläpiena alapiena polvillaan pystyhitsi polvillaan ranne/deviaatio (n=8) 6,7±14,1 3,2±14,4 9,2±15,1-0,8±14,7 3,3±16,4 1,6±15,1 8,1±14,2 9,9±7,7 9,4±16,4 * -0,5±11,2 1,1±20,1 3,3±14,3 ranne/fleksio (n=8) -15,8±20,9-10,0±14,4-0,6±15,2 * -21,7±13,9-20,1±10,0-13,8±22,2-22,3±13,9-1,3±11,3 * -6,5±14,1-4,5±17,6-25,5±19,0-14,4±16,6 kyynärkulma (n=8) -69,2±14,3-75,5±12,1-70,5±11,0-69,8±9,0-76,0±19,3-75,2±13,8-80,9±18,3-78,3±20,0-50,1±8,9-47,9±23,0-52,4±13,4-47,4±17,7 kyynärkierto (n=8) 24,5±10,4 25,6±18,6 28,8±8,6 20,5±8,9 24,6±14,0 26,5±8,5 28,5±22,2 40,2±15,3 16,9±21,0 15,6±8,9 6,6±13,5 16,1±12,3 olka/fleksio (n=7) -5,0±10,5-1,4±8,0-22,5±26,5-11,2±9,9-4,1±11,0-4,7±25,0 35,8±25,3 43,2±17,5-13,3±17,5-8,5±15,5-8,5±12,6-8,3±16,7 olka/loitonnus (n=7) -16,5±6,9-21,3±8,2-23,2±8,7 * -8,2±7,1-16,3±11,1-11,9±9,6-22,5±17,7-36,1±23,9-8,5±6,4-10,0±7,1-13,6±3,8-9,9±6,7

12 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 10/15 Työsimulaatiokohtaisissa keskimääräisissä nivelkulmissa nähtiin suuria eroja kahvojen välillä. Toisaalta henkilökohtaisien työskentelytapojen erilaisuus lisäsi keskimääräisten nivelkulma-arvojen vaihtelua, jolloin merkitseviä eroja löytyi vain muutamassa mittauksessa. Simulaatiossa 'alapiena polvillaan' uudella kahvalla asento oli merkitsevästi vähemmän taipuneena pikkusormen suuntaan kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa (Kuva 12). Myös alapienan hitsauksessa keskimääräinen sivutaivutus uudella kahvalla oli pienempi kuin perinteisellä kahvalla, mutta suuren henkilökohtaisen vaihtelun vuoksi tässä ei ollut merkitsevää eroa. Kuva 12. Ranteen keskimääräinen sivutaivutus simulaatioittain ja kahvoittain (n=8). Tilastollisesti merkitsevä ero on merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. Suurempi arvo kuvaa voimakkaampaa taivutusta pikkusormen puolelle. Ranteen ojennusta ja koukistusta tarkasteltaessa nähtiin merkitseviä eroja alapienan ja yläpienan hitsauksessa (Kuva 13). Alapienan hitsauksessa uudella kahvalla ranteen asento oli merkitsevästi enemmän ojentuneena kuin perinteisellä kahvalla. Yläpienan hitsauksessa sen sijaan ranteen asento uudella kahvalla oli merkitsevästi vähemmän ojentunut kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Kuva 13. Ranteen keskimääräinen koukistus (fleksio) työsimulaatioiden ajalta (n=8). Tilastollisesti merkitsevä ero on merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. Suurempi arvo (positiivinen suunta) kuvaa ranteen voimakkaampaa taivutusta kämmenen puolelle (fleksio) ja negatiiviset arvot ranteen ojennusta (taivutus kämmenselän puolelle) Kyynärvarren kulmassa ja kierrossa ei nähty merkitseviä eroja kahvojen välillä (Kuva 14 ja Kuva 15). Alapienan hitsauksessa kyynärvarsi oli jonkin verran enemmän kiertynyt sisäänpäin (pronaatio) uudella kahvalla hitsattaessa kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Sen sijaan yläpienan hitsauksessa uudella kahvalla kyynärvarsi oli enemmän kiertynyt ulospäin (supinaatio) kuin perintei-

13 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 11/15 sellä kahvalla hitsattaessa. Nämä erot eivät kuitenkaan olleet tilastollisesti merkitseviä (p-arvot 0,06 ja 0,07). Kuva 14. Keskimääräinen kyynärkulma työsimulaatioiden ajalta (n=8). Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. Kuva 15. Keskimääräinen kyynärvarren kierto työsimulaatioiden ajalta (n=8). Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. Kuvassa suurempi arvo merkitsee kyynärvarren voimakkaampaa uloskiertoa (supinaatio) Olkavarren taivutus eteen tai taakse -kulmassa ei nähty merkitseviä eroja kahvojen välillä (Kuva 16). Alapienan hitsauksessa sekä seisten että polvillaan uudella kahvalla olkavarsi oli keskimäärin jonkin verran vähemmän taivutettuna taaksepäin kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Yläpienan hitsauksessa olkavarsi oli uutta kahvaa käytettäessä jonkin verran enemmän kohotettuna eteen kuin perinteistä kahvaa käytettäessä.

14 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 12/15 Kuva 16. Olkavarren keskimääräinen taivutus työsimulaatioiden ajalta (n=7). Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. Kuvassa positiiviset arvot kuvaavat olkavarren taivutusta eteen, negatiiviset arvot kuvaavat taivutusta taakse. Olkavarren sivuloitonnuksessa (Kuva 17) nähtiin kahvojen välillä merkitsevä ero alapienan hitsauksessa. Siinä uudella kahvalla hitsattaessa olkavarsi on merkitsevästi vähemmän sivuloitonnuksessa kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Yläpienan hitsauksessa uudella kahvalla sivuloitonnusta on keskimäärin jonkin verran enemmän kuin perinteisellä kahvalla, mutta ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä. Kuva 17. Olkavarren keskimääräinen sivuloitonnus työsimulaatioiden ajalta (n=8). Tilastollisesti merkitsevä ero on merkitty riskitasolla 'p<0,05'. Kuvassa keskiarvot ja keskiarvojen keskihajonnat. 5.3 Subjektiiviset arviot Subjektiivisten arvioiden keskiarvot arviointikohteittain ja kahvoittain on esitetty kuvassa 18. Arviointikohteissa 'yläraajan tukeminen' ja 'ranteen asento' uuden kahvan saamat arviot olivat merkitsevästi parempia kuin vanhan kahvan arviot. Myös muissa kohteissa uuden kahvan keskimääräinen arvio laskettuna yli koehenkilöjoukon oli suurempi kuin vanhan kahvan arvio. Näissä t-testin p-arvo oli välillä 0,08-0,09, joten niitä ei katsottu tilastollisesti merkitseviksi eroiksi.

15 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 13/15 Kuva 18. Subjektiivisten arvioiden keskiarvot arviointikohteittain ja kahvatyypeittäin (n=8). Kuvassa palkkien mustat vaakaviivat esittävät arviointikohteen keskiarvoa, palkin reunat keskiarvon keskiarvoa ja ns. viikset keskiarvojen keskihajontaa. Tilastollisesti merkitsevät erot kahvojen välillä on merkitty kuvaan riskitasolla 'p < 0,05'. Subjektiivisen arvioinnin lopuksi tehdyn järjestykseen laittamisen tulokset ovat taulukossa 4. Uusi kahva oli suosituin valinta vaakahitsin hitsaukseen, johon seitsemän koehenkilöä piti uutta kahvaa parempana. Vähinten suosittu valinta kahva oli yläpienan hitsaukseen, johon viisi henkilöä piti kahvaa parempana. Kokonaisarvioinnissa seitsemän henkilöä kahdeksasta piti uutta kahvaa parempana vaihtoehtoa testin aikana tehtyihin hitsaussimulaatioihin. Taulukko 4. Subjektiivisen arvioinnin järjestykseen laitossa kahvojen saamat maininnat (n=8). Perinteinen kahva (kpl) Uusi kahva (kpl) w1 - pystyhitsi 2 6 w2 - alapiena 3 5 w3 - vaakahitsi 1 7 w4 - yläpiena 3 5 w5 - alapiena polvillaan 2 6 w6 - pystyhitsi polvillaan 2 6 kokonaisarvio Yhteenveto, johtopäätökset ja pohdinta Tutkimuksessa verrattiin uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomiaa ja käytettävyyttä perinteiseen, yleisessä käytössä olevaan hitsauskahvaan. Menetelminä käytettiin lihassähköisen aktiivisuuden mittausta (EMG), nivelkulmamittausta ja subjektiivisia arvioita. Koehenkilöt (n=8) suorittivat kuusi erilaista työsimulaatiota kummallakin kahvamallilla. Koetilanteissa uutta kahvaa käytettiin ainoastaan pistoolimallisella otteella. Vaaka- ja pystyhitsissä sekä alapienan hitsauksessa koehenkilöillä oli mahdollisuus säätää hitsauskohteen korkeus itselleen sopivalle tasolle. Kaikki henkilöt eivät tätä kuitenkaan tehneet, vaan tyytyivät kohteen oletuskorkeuteen. Tällä tekijällä lienee jonkinlainen vaikutus lopputuloksiin näiden simulaatioiden (w1- w3) osalta. Nämä oletuskorkeuteen tyytyneet henkilöt kuitenkin suorittivat hitsauksen samalla asettelulla sekä perinteisellä että uudella kahvalla, joten heidän tuloksensa kuvastavat kahvojen eroa työkohteen ollessa kiinteästi asetettu (vrt. simulaatiot w4-w6). Lihassähköisessä aktiivisuudessa nähtiin uutta pistoolia käytettäessä merkitsevästi alhaisempaa kuormittumista hauislihaksessa sekä pystyhitsissä että ala-

16 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 14/15 pienan hitsauksessa. Myös hartialihaksen aktiivisuus alapienaa uudella kahvalla hitsattaessa oli merkitsevästi alhaisempi kuin perinteistä kahvaa käytettäessä. Sen sijaan yläpienan hitsauksessa perinteisellä kahvalla epäkäslihaksen kuormittuminen oli merkitsevästi vähäisempää kuin uudella kahvamallilla. Uudentyyppisessä kahvassa pistooliotetta käytettäessä kahvan painopiste asettuu lähemmäksi kyynärpäätä, jolloin kahvan aiheuttama momentti ja kuormitus hauislihakselle pienenevät verrattuna perinteiseen kahvaan. Samoin ranteen yli kulkeva kaapeli vähentää kaapelin painon aiheuttaa kuormitusta hauislihakselle. Uudella kahvalla ulottuvuus oli kuitenkin pienempi kuin perinteisellä kahvalla, jolloin yläpienan hitsauksessa koehenkilöiden tuli kurkottaa uudella kahvalla ylemmäs kuin perinteisellä kahvalla. Tämän vaikutus nähtiin epäkäslihaksen kohonneena aktiivisuutena. Ranteen ns. neutraaliasentona pidetään asentoa, jossa sormet ovat kevyesti koukistuneet nyrkkiin ja ranne on asettunut lievään kämmenselän puoleiseen ojennukseen. Ranteen kulma on tällöin n. 20 astetta. Tässä asennossa käden voimantuotto on parhaimmillaan. Käden terveyden kannalta epäedullisena pidetään ranteen liiallista taipumista joko pikkusormen tai peukalon puolelle. Mittauksissa merkitseviä eroja kahvojen välillä nähtiin ranteen sivutaivutuksessa hitsattaessa alapienaa polvillaan, ranteen ojennuksessa ala- ja yläpienan hitsauksessa sekä olkavarren loitonnuksessa alapienan hitsauksessa. Ranteen sivutaivutuksen osalta ranteen asento oli uudella kahvalla yläpienan hitsausta lukuun ottamatta keskimäärin vähemmän pikkusormen puolelle taipunut kuin perinteisellä kahvalla hitsattaessa. Alapienaa uudella kahvalla hitsattaessa olkavarren keskimääräinen sivuloitonnus oli merkittävästi vähäisempää kuin perinteistä kahvaa käytettäessä. Kulman vaikutus työskentelyasennolle käy ilmi kuvasta 19. Olkavarren laskiessa lähemmäs vartaloa hitsausasennosta tulee levollisempi ja vakaampi. Asennon muutoksen vaikutus nähtiin myös hartialihaksen EMG-tasojen laskemisena. Alapienan hitsauksessa uudella kahvalla havaittiin siis myös keskimääräisen ranteen ojennuksen kasvavan merkitsevästi ja ranteen sivutaivutuksen pikkusormen puolelle vähenevän jonkin verran. Alapienan hitsauksessa uudella kahvalla käsi onkin lähes neutraaliasennossa, jota voi pitää kädelle optimaalisena ja vähiten kuormittavana asentona. Subjektiivisissa arvioissa seitsemän koehenkilöä kahdeksasta piti uudentyyppistä kahvaa parempana kuin perinteistä kahvaa. Alapienan ja yläpienan hitsauksessa perinteistä kahvaa piti parempana vaihtoehtona kolme henkilöä kahdeksasta. Koeasettelu oli järjestetty siten, että uudentyyppistä kahvaa käytettiin ainoastaan pistoolimallisessa asennossa. Näin ollen uuden kahvan ulottuvuus yläpienaan oli huonompi kuin perinteisellä kahvalla. Onkin luontevaa, että perinteinen kahva arvioitiin tässä tilanteessa paremmaksi. Myös epäkäslihaksen EMG tasot yläpienaa hitsattaessa osoittivat perinteisen kahvamallin edullisuutta kyseisessä hitsaussimulaatiossa.

17 Uudentyyppisen hitsauskahvan ergonomia ja käytettävyys 15/15 a) b) Kuva 19. Olkavarren sivuloitonnus hitsattaessa alapienaa perinteisellä kahvalla (a) ja uudella kahvalla (b). Kuva mittaustilanteesta. Tutkimuksessa nähtiin uudenmallisen hitsauskahvatyypin edullisuus verrattuna perinteiseen kahvaan tietyissä hitsaustehtävissä lihassähköisten aktiivisuuksien ja nivelkulmien mittauksiin sekä koehenkilöiden subjektiivisiin arvioihin perustuen. Yläraajan ja niska-hartiaseudun kuormittumisen vähentämiseksi uudenmallisen kahvan käyttö on edullista etenkin alapienan hitsauksessa. Koska uutta kahvaa voidaan käyttää myös perinteisessä asettelussa, mahdollistaa uusi kahva hitsaajan työskentelyotteiden vaihtamisen siten, että hän työskentelee optimaalisessa, tilanteeseen nähden vähiten kuormittavassa asennossa. Hyvällä työasennolla voidaan ajatella olevan positiivista vaikutusta sekä hitsaustyön laatuun että tuottavuuteen. Edelleen parantuneella yläraajan asennolla, etenkin ranteen osalta sekä pienemmällä kuormittumisella voidaan olettaa olevan myös terveydellisiä vaikutuksia. Tuottavuuden lisääntyminen, parantunut laatu ja terveydelliset vaikutukset käytettäessä uutta kahvaa ovat asioita, joita tässä tutkimuksessa ei selvitetty ja ne vaatisivat lisätutkimuksia. 7 Kirjallisuus Herberts, P. and Kadefors, R.. (1976) A study of painful shoulder in welders Acta Orthop Scand 47, Herberts, P., Kadefors, R., Andersson, G. and Petersen, I.. (1981) Shoulder pain in industry: an epidemiological study on welders Acta Orthopaedica Scandinavica 52, Lowe, BD., Wurzelbacher, SJ., Shulman, SA. and Hudock, SD.. (2001) Electromyographic and discomfort analysis of confined-space shipyard welding processes Applied Ergonomics 32, Törner, M., Zetterberg, C., Andén, U., Hansson, T. and Lindell, V.. (1991) Workload and musculoskeletal problems: a comparison between welders and office clerks (with reference also to fishermen) Ergonomics 34, Björing, G., Johansson, L. and Hägg, GM.. (1999) Choice of handle characteristics for pistol grip power tools International Journal of Industrial Ergonomics 24, Dababneh, A., Lowe, B., Krieg, E., Kong, Y. and Waters, T.. (2004) A checklist for the ergonomic evaluation of nonpowered hand tools J Occup Environ Hyg 1, Hermens, H. J.et al. (1999). European Recommendations for Surface ElectroMyoGraphy. Roessingh Research and Development. Zipp P. (1982). Recommendations for the standardization of lead positions in surface electromyography. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 50,