Pewne detale związane z ergonomią są trudne w dostrzeżeniu lub ocenie ze względu na niewielką widoczność, ale z perspektywy wielu godzin pracy mają bardzo duży wpływ na pracę na stanowisku. Te niewielkie, lecz istotne kwestie doskonale można uchwycić poprzez precyzyjne systemy do przechwytywania ruchu (z ang. „motion capture” lub w skrócie mocap).

Damian Dudło

Wiele firm w celu utrzymania lub zwiększenia sprawności stanowisk prowadzi analizy ergonomiczne. Polegają ona na porównaniu czynności wykonywanych podczas pracy na badanym stanowisku z obowiązującymi standardami czy potrzebami osób wykonującymi pracę.

Toyota jako lider w dziedzinie zarządzania produkcją w celu poprawy procesów i eliminacji wszelkich niepożądanych wpływów na jej przebieg od lat z powodzeniem wykorzystuje zaawansowane narzędzia do analizy ergonomicznej. Niektórzy czytelnicy mogli się już zetknąć z terminem motion capture lub też widzieć działanie sytemu do przechwytywania ruchu podczas wizyty w Toyota Motor Manufacturing Poland. Wraz z rozwojem tej technologii systemy do przechwytywanie ruchu stały się coraz bardziej przystępne i powszechnie możliwe do wykorzystania. Jak zatem tego typu rozwiązania są w stanie pomóc podczas analiz ergonomicznych?

System motion capture - czujniki i oprogramowanie.

Od dłuższego czasu przedsiębiorstwa wykorzystują tradycyjną, manualną analizę stanowisk pracy w celu zwiększenia ich efektywności. Niestety pewne detale związane z ergonomią są trudne w dostrzeżeniu lub ocenie ze względu na niewielką widoczność, ale z perspektywy wielu godzin pracy mają bardzo duży wpływ na pracę na stanowisku. Te niewielkie, lecz istotne detale doskonale można uchwycić poprzez precyzyjne systemy do przechwytywania ruchu (z ang. „motion capture” lub w skrócie mocap).

Systemy mocap z dużą dokładnością przechwytują ruch, a co ważniejsze wykluczają subiektywne obserwacje osoby analizującej nagranie video ruchu ciała na danym stanowisku. System rejestruje ruch takim jaki jest, zawężając do minimum ryzyko wystąpienia błędu pomiaru, który ma ogromny wpływ na ocenę pracy analizowanego stanowiska.

Przemysł filmowy oraz producenci gier komputerowych od lat wykorzystują te rozwiązania do wspomagania własnych projektów, podnosząc dokładności ruchów wirtualnych postaci i skracając czas realizacji produkcji. Aktualnie rozwiązania do przechwytywania ruchu, poza filmami i grami, wykorzystywane są również w rehabilitacji ludzi po wszelkiego rodzaju urazach, optymalizacji ruchu w sporcie oraz w analizach ergonomicznych stanowisk pracy. Systemy mocap z dużą dokładnością przechwytują ruch, a co ważniejsze wykluczają subiektywne obserwacje osoby analizującej nagranie video ruchu ciała na danym stanowisku. System rejestruje ruch takim, jaki jest, zawężając do minimum ryzyko wystąpienia błędu pomiaru, który ma ogromny wpływ na ocenę pracy analizowanego stanowiska. Aktualne rozwiązania mocap nie wymagają szczególnych warunków działania, dzięki czemu koszty są niewielkie w stosunku do możliwości. Nie bez znaczenia jest również krótki czas potrzebny do wykonania pomiarów w porównaniu do analogowych metod. W przypadku analizy RULA jest to czas ubrania zestawu, jego kalibracji oraz przesłania nagrania do oprogramowania. Czas oceny i dostarczania raportu jest znacznie krótszy aniżeli tradycyjna metoda oparta na obserwacji wzrokowej i pomiarach.

Systemy motion capture dzielą się głównie na optyczne i inercyjne. Systemy optyczne bazują na kamerach do rejestracji ruchu a inercyjne na czujnikach umieszczonych na ciele. W zastosowaniach przemysłowych systemy inercyjne zdecydowanie wiodą prym ze względu na możliwość rejestracji ruchu w obszarach niewidocznych dla systemów optycznych. W tych systemach problematyczne może okazać się pole magnetyczne oraz elementy stalowe, które mogą zakłócać działanie tego typu systemów, istnieją jednak rozwiązania które są w stanie sobie z tym problemem poradzić. Systemy inercyjne dostępne są w wersjach przewodowych oraz bezprzewodowych - te drugie szybciej się zakłada i co najistotniejsze w badaniu ergonomii nie krępują i nie ograniczają naturalnych ruchów.

Do poprawnego działania systemu konieczne jest wprowadzenie niezbędnych danych antropometrycznych takich jak wzrost, rozmiar stopy oraz opcjonalnie dodatkowych wymiarów, takich jak długość poszczególnych części ciała. W przypadku rozwiązania Xsens podczas analizy dane z czujników są przesyłane do komputera poprzez stację odbiorczą, gdzie oprogramowanie interpretuje sygnały tworząc model 3D w formie awataru poruszającego się zgodnie z ruchami osoby wykonującej pracę na stanowisku. Zasięg pomiarów wynosi około 50 m w zależności od rodzaju stacji odbiorczej i jest w zupełności wystraczający do rejestracji ruchu w otoczeniu przemysłowym. Sam system może rozróżniać zmianę poziomów np. wchodzenie po drabinie lub po schodach. Efekt jest dość spektakularny, ponieważ widzimy model 3D na ekranie komputera, który wykonuje dokładnie te same ruchy, co osoba w rzeczywistości. Jednak sama wizualizacja jest jedynie widowiskowym dodatkiem do tego, co dzięki takiemu rozwiązaniu możemy uzyskać. Prócz możliwości rejestracji ruchu, w ramach dodatkowych narzędzi jest możliwość realizacji analizy RULA, analizy chodu oraz analiza kątów poszczególnych części ciała.

Inne współpracujące oprogramowanie z motion capture o nazwie ViveLab Ergo jest bardziej zaawansowane w obszarze analiz i pozwala na ocenę i szybkie wygenerowanie raportów: RULA, OWAS, NASA-OBI, ISO 11226, EN 1005-4, test dosięgalności i mapę ciepła. W wielu sytuacjach po analizie nagrań może się okazać, że konieczne są działania korygujące. Oczywiście dysponując odpowiednimi pakietami oprogramowania jesteśmy w stanie sprawdzić alternatywne scenariusze, „co, jeśli” i poddać je ponownej ocenie. Wszystko po to, aby mieć pewność, że działania korygujące przyniosą pożądany skutek.

Ocena metodą RULA przy użyciu motion capture

Dostęp do wymienionych narzędzi do analiz ruchu jest realizowany za pośrednictwem chmury i w obu przypadkach opłacamy subskrypcje wyłącznie na potrzeby bieżącego użycia (cena kompleksowego badania to 545 Euro za stanowisko). Bardziej zaawansowane rozwiązania pozwalają na określenie energii metabolicznej lub ryzyka wystąpienia urazu dolnej części pleców. W drugim przypadku konieczne jest nadanie ciężarów i sił działających na pracownika. Taką funkcjonalność posiadają rozwiązania firmy Siemens. Oczywiście tego typu aplikacje można użyć zanim stanowisko będzie istnieć, już na etapie koncepcji. W takim przypadku korzystamy ze standardów MTM lub rozszerzonej rzeczywistości (ang. AR - Augmented reality) czy też wirtualnej rzeczywistości (ang. VR - Virtual reality).

Niektóre problemy związane z ergonomią stanowisk pracy mogą zostać rozwiązana przez automatyzację lub robotyzację. Wiele jednak nie, ze względu na niekorzystny wskaźnik rentowności wdrożeń lub też znaczny poziom skomplikowania procesów. W takich wypadkach konieczne jest szukanie innych skutecznych i możliwości rozwiązań, jednym z których może być system motion capture, który przyspieszy analizy i pozwoli na miarodajną ocenę z wykluczeniem ryzyka błędów pomiarów.

Więcej informacji o systemie można uzyskać kontaktując się z redakcją portalu (link).

Damian Dudło

CTO Virtuity sp. z o.o.