科羅拉多州立大學(xué)環(huán)境與放射衛(wèi)生學(xué)系職業(yè)人體工學(xué)與安全項(xiàng)目的研究生對(duì)工位布局和裝卸啤酒桶時(shí)腰部的動(dòng)作變化進(jìn)行了研究。該職業(yè)人體工學(xué)與安全實(shí)驗(yàn)室專注研究接觸評(píng)估領(lǐng)域，著重研究肌骨失常和人機(jī)工程環(huán)境感知。荷蘭Xsens公司出品的MVN Analyze讓科研人員可以在真實(shí)的工作環(huán)境中研究工人的動(dòng)作。科研工作之所以能在現(xiàn)實(shí)的啤酒廠里進(jìn)行是因?yàn)槭褂昧?MVN Analyze全新版的估值引擎(XEE)，它去除了酒廠里來(lái)自結(jié)構(gòu)梁和機(jī)械設(shè)備的鐵磁性干擾。

在有鐵磁性干擾的物質(zhì)和工業(yè)設(shè)備的環(huán)境里，使用內(nèi)置磁力計(jì)的傳感器時(shí)一般都會(huì)有局限性。但科研人員在這家真實(shí)的酒廠里成功地采集了數(shù)據(jù)，正是因?yàn)?a class="insidelink" href="http://www.www.skcmold.com/Shop/mc/Suits/XsensMoven/" title="MVN慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)">MVN Analyze內(nèi)置的IMU（慣性測(cè)量單元）具有抗磁干擾組件。

像重載、軀干姿勢(shì)錯(cuò)誤這樣的生物力學(xué)危險(xiǎn)因素都可導(dǎo)致職業(yè)性腰痛。啤酒裝卸工經(jīng)常會(huì)遇到這樣的危險(xiǎn)因素。2006年至2016年美國(guó)小型啤酒廠的數(shù)量從1500家增漲到5000家，他們做的都比較成功。2015年，精釀啤酒業(yè)占據(jù)了美國(guó)1059億啤酒市場(chǎng)20%的份額。這些啤酒廠大多是小酒廠，缺乏設(shè)備裝卸設(shè)備等資源，才導(dǎo)致人工手動(dòng)搬運(yùn)啤酒桶的現(xiàn)狀。

腰痛的危險(xiǎn)因素之一是職業(yè)性搬舉。2017年由腰痛間接導(dǎo)致的損失超過(guò)了1000億美元。測(cè)量工人的動(dòng)作可以輔助工作設(shè)計(jì)并降低搬舉帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)動(dòng)學(xué)的位移、速率、加速度都是用于測(cè)量工人動(dòng)作的變量。在過(guò)去，科研人員一直都是通過(guò)使用觀測(cè)技術(shù)和大型設(shè)備對(duì)腰部動(dòng)作進(jìn)行評(píng)估，這些工作通常只有在實(shí)驗(yàn)室里才能做到。由于無(wú)線人體運(yùn)動(dòng)IMU（慣性測(cè)量單元）技術(shù)的發(fā)展，科研人員能夠獲得全身運(yùn)動(dòng)學(xué)的詳細(xì)信息，包括腰部的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息。這些小型、無(wú)線、獨(dú)立的IMU設(shè)備讓研究工人動(dòng)作變得更加方便，在真實(shí)的環(huán)境中更易用。

在這個(gè)應(yīng)用案例中，MVN Analyze作為工具被用在啤酒廠酒桶裝卸過(guò)程中腰部生物力學(xué)的研究項(xiàng)目里。具體的用法是五名工人把空酒桶從托盤搬到運(yùn)輸機(jī)上，然后清洗這些酒桶、再把它們裝滿啤酒。空桶的重量在13.5公斤左右。裝滿酒的桶的重量約為72.8公斤。工人在搬運(yùn)酒桶時(shí)，記錄數(shù)據(jù)。在酒桶裝卸的過(guò)程中，腰部的角位移用兩個(gè)高度來(lái)評(píng)估。該項(xiàng)目使用Xsens公司生物力學(xué)模型輸出的腰骶關(guān)節(jié)角位移。酒桶來(lái)自于高低兩個(gè)位置，這兩個(gè)位置被定義為高舉和低舉。項(xiàng)目中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)用于估計(jì)腰骶關(guān)節(jié)壓縮力和剪切力。研究時(shí)進(jìn)行了重復(fù)記錄和分析，舉重物環(huán)境的變量為每一個(gè)腰部角位移變量。

科研人員對(duì)不同搬舉條件的腰部生物力學(xué)差異進(jìn)行了確認(rèn)。在低搬舉時(shí)，軀干彎曲比高搬舉時(shí)大得多。在低搬舉時(shí)，腰骶彎曲度比高搬舉明顯高很多（分別是6.3度和10.2度）。在高搬舉情況下記錄的角位移數(shù)據(jù)更為寬泛，也就是說(shuō)在高搬舉搬運(yùn)酒桶時(shí)，腰部動(dòng)作的變量更多（腰骶彎曲從5.9度變?yōu)?4.2度）。在這兩種情況下，估計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)上限都超出了建議的運(yùn)動(dòng)極限，這導(dǎo)致了工人罹患潛在腰痛風(fēng)險(xiǎn)增加。低搬舉時(shí)，平均估計(jì)剪切力超出500 N（667 N）。高搬舉時(shí)，最大估計(jì)壓縮力超出3400 N（4700 N）。工人的工作時(shí)間里只有6%是用在把酒桶搬運(yùn)到運(yùn)輸軌道上。他們大部分的工作時(shí)間是用在了管理桶裝線上：操作機(jī)械設(shè)備，去除酒桶上的標(biāo)簽，移動(dòng)托盤，檢查容器氣壓。直接裝卸酒桶時(shí)間短是職業(yè)腰痛的一個(gè)保護(hù)因素。在工作繁忙時(shí)，一個(gè)工人可能要裝卸600個(gè)酒桶（重量在13.6至72.6公斤之間）。建議對(duì)酒廠工人的其他體位和動(dòng)作進(jìn)行研究。

研究中搬舉酒桶的體位和動(dòng)作具有表征性。由于Xsens公司出品的IMU便攜、設(shè)計(jì)緊湊小巧，數(shù)據(jù)采集工作才能夠在工人實(shí)際工作中進(jìn)行。從老工人師傅身上采集的數(shù)據(jù)能被科研人員直接應(yīng)用于其他小酒廠的酒桶搬舉研究中。腰部運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)建立了基礎(chǔ)評(píng)估性，也可用于評(píng)估工位設(shè)計(jì)干預(yù)的效果。研究成果可用于改進(jìn)精釀啤酒廠的工位設(shè)計(jì)、降低風(fēng)險(xiǎn)、創(chuàng)造更安全的工作。科研項(xiàng)目結(jié)束后，釀酒廠修改了倉(cāng)庫(kù)管理措施，旨在進(jìn)一步提高安全和裝酒線的效率，安裝了廣角鏡和精細(xì)桶托叉車操作。