1.
서 론1.1 연구의 배경 및 목적
적극적인 방화개념으로서 소화설비는 소화기를 비 롯한 소화기구, 자동소화장치, 소화전설비, 스프링클러 설비 등을 들 수 있을 것이다 1) . 그 중 소화기는 초기대 응용 소화설비로서 일반 사용자가 직접 다뤄야하는 번 거로움은 있지만 시간과 공간 설비의 제약이 적으면서 유사시 소방차 다섯 대의 위력을 지닐 만큼 신속하게 대응할 수 있는 장비이다. 하지만 아무리 뛰어난 장비 라 하더라도 일반사용자가 회피한다면 그 기능을 다하 지 못할 것이다. 소화기에 있어서 소화약재의 성능개
선, 가압방식의 개선 등 지금까지 성능 개선에 대한 노 력은 꾸준히 이뤄진 것 같다. 하지만 직접조작이라는 특성을 지니고 있으면서 사용자들로부터 적극적인 접 근을 유도케 하는 디자인개선에 대한 연구는 미흡했던 것 같다. 이에 본 연구자는 사용성을 높일 수 있는 디 자인 연구를 통하여 일반 사용자들로부터 유사시 적극 적인 진화의지를 끌어낼 수 있는 계기를 마련하고자 한다 .
1.2 연구범위 및 방법
본 연구의 범위는 소화설비 중 축압식 분말소화기를 2) 대상으로 소화기의 사용성을 떨어뜨리는 부하요인을
RULA 평가기법을 활용한 분말소화기 디자인 연구
강채우⋅김덕남 †
강원대학교 멀티디자인학과(2017. 1. 2. 접수 / 2017. 2. 28. 수정 / 2017. 4. 18. 채택)
A Study on Powder Fire Extinguisher Design with RULA Technique Used
Chaewoo Kang⋅Dueknam Kim †
Department of Multidesign, Kangwon Natonal University
(Received January 2, 2017 / Revised February 28, 2017 / Accepted April 18, 2017)
Abstract : This study was intended to find methods of fire extinguishing system designs that can improve the equipment's
usability. In this study, the fire suppression experiment through fire extinguishers and the data drawn through the experiment were analyzed, and then the guideline for the improvement of designs was presented. The procedure is as follows. A fire suppression experiment with the use of fire extinguishers was done by 43 average adults. The whole process of the fire suppression was videotaped, and then captured major scenes were analyzed with the use of RULA, a human engineering measurement tool. The analyzed data were divided into 4 steps, and then the guideline for design improvement was presented.The summary of the study is as follows. Step 1, Fire extinguisher distance step. To reduce overload occurring at the process of holding fire extinguishers suddenly, wheels are attached to the body of extinguishers, or pedestals are installed. Step 2, Fire extinguisher transportation step. The length of hose is extended, or fire fighting water is sprayed far, so that overload of legs occurring at the process of travel can be reduced. In addition, the weight of fire extinguisher shouldn't be over 2 ㎏. Step 3, Safety pin removal stage. Safety pins should be applied with button type, so that excessive posture of lower limbs and excessive twisting of wrists won't happen during safety pin removal process. Besides, safety pins should be designed for easy identification and operation. Step 4, Fire extinguishing agent spraying step. To reduce overload occurring at sudden spraying of fire fighting water, pressure should be increased gradually until high pressure. With the above study results applied to existing fire extinguisher design, it may contribute to reducing any fire damage.
Key Words : RULA, fire extinguisher, product design, prevention of disaster
†
Corresponding Author : Kim Dueknam, Tel : +82-33-570-6681, E-mail : [email protected]
발견하고 문제점을 해결하기 위한 디자인 방안을 모색 해 보는 것으로 한다. 연구진행은 먼저 일반 사용자들 을 대상으로 화재진화실험을 실시한다. 실험을 통해 도출된 데이터는 문제점인 부하요인을 발견하기 위해 서 인간공학적 분석도구를 활용하여 평가하고 분석한 다. 분석된 자료는 진화행위의 순서에 따라 4단계로 나 눠 디자인 방안을 제시한다.
1) 실험 절차
○ 실험장소: 3 ㎏의 축압식 분말소화기가 비치된 일반건축물의 옥내
○ 실험대상: 진화작업에 참여할 일반성인 43명(남 성23명, 여성20명)
① 가상 화재발생
② 실험자는 비치된 소화기 위치로 신속히 이동
③ 소화기 파지 후 발화지점 까지 소화기 운반
④ 소화기 착지 후 안전핀 제거
⑤ 소화약재 분사 - 끝
연구자는 관찰과 동시에 전 행위를 동영상으로 촬영 한다.
2) 실험데이터 평가기법
본 실험의 데이터를 분석 하는데 있어서 인간공학적 평가기법인 RULA기법을 활용한다. RULA(Rapid Upper Limb Assessment)는 의류업과 VDU(visual display unit) 작업을 기반으로 영국 노팅험 대학에서 개발된 상지 자세 분석에 초점이 맞추어진 자세 분류 체계이다. 본 기법은 근육의 피로를 유발시킬 수 있는 부적절한 자 세, 힘, 그리고 작업과 관련한 신체적 부담을 파악하고 그에 따른 보다 포괄적인 인간공학적 평가를 도출해내 는 기법중 하나다 3) . 그러므로 근골격계 질환과 관련한 유해인자를 파악하기 위한 연구 뿐 아니라 소화기 사 용시 발생할 수 있는 신체적 부하를 평가하고 분석하 는데 있어서 적절한 기법이라 본다. RULA 평가 기법 은 Fig. 1과 같이 먼저 A그룹과 B그룹으로 나누는데 A 그룹에서는 위팔, 아래팔, 손목, 손목 비틀림에 자세점 수를 구하고 거기에 근육사용과 힘에 대한 점수를 더 해서 C점수를 구한다. B그룹에서도 목, 몸통, 다리에
Fig. 1. RULA application procedures.
관한 점수에 근육과 힘에 대한 점수를 더해서 D점수를 구한다 . 조치수준을 결정하는 최종부하점수는 C점수와 D점수를 대입해 산출한 값은 1점에서 7점 사이의 값으 로 나타나며 그 값이 클수록 부하가 커지게 된다 4,5) . 즉 부하점수가 높아질수록 사용성은 줄어들고 점수가 낮 아질수록 사용성은 증대되는 6) 것으로 간주하면 된다.
3) 실험데이터 평가 장면
화재발생 직후 일반 사용자가 화염을 발견 하는 시 점에서 소화기를 사용하여 진화행위를 한 후 상황이 종료된 시점까지의 영상 중 디자인 개선과 관련성이 큰 장면 7) 을 아래와 같이 캡처한 8) 후 평가한다.
① 소화기를 지면으로부터 이격시키기 장면
② 진화 위치까지의 소화기 운반장면
③ 안전핀 제거장면
④ 소화약제 분사장면
2. RULA
평가를 통한 자세부하 분석결과본 실험은 다수의 피험자를 대상으로 실험한 것으로 서 측정 데이터 값이 서로 일치하지 않을 수 있다. 따 라서 서로간의 일치도를 파악하기 위해 표준편차를 활 용해 보았다 . 표준편차에 있어서 편차가 큰 경우 점수 간의 떨어진 정도가 비교적 크고 편차가 작은 경우 점 수간의 떨어진 정도가 작거나 동일한 것으로 볼 수 있 기 때문에 편차 값이 작은 경우에 한해서 평균값을 본 연구에 반영하였다 9) . 단 RULA평가의 특성상 소수점이 있는 평균값은 그대로 반영할 수 없음으로 평균값에 가장 근접한 부하점수와 최빈값이 일치하는 수치에 한 해서 그 값(최빈값)을 평가에 반영하였다 8,10) .
2.1 소화기 이격
Fig. 2는 화재발생시 소화기를 발화지점 가까이 운
반하기 위하여 바닥으로부터 이격시키는 동작을 캡처
한 것으로 아래 동작을 참고로 실험결과에 대한 통계
치를 분석해 보았다 . 먼저 그룹A에 있어서 상지의 평
균점수 1.95에 표준편차 0.38, 하지의 평균점수 1.95에
표준편차 0.30, 손목의 평균점수 2.07에 표준편차 0.40,
손목 비틀림의 평균점수 1.12에 표준편차 0.32로 나타
났다 . 그룹B에 있어서 목의 평균점수 1.07에 표준편차
0.26, 몸통의 평균점수 2.93에 표준편차 0.34, 다리의
평균점수 1.07에 표준편차 0.26로서 위의 각각의 모든
표준편차 값은 평균값을 신뢰할 수 있는 수준이다. 따
라서 위의 데이터를 대입해 산출한 최종 점수를 Table
1에서 보면 그룹A에서 상지 2점, 하지 2점, 손목 2점,
Scores of Group A and Group B
Mean Min Max Mode Var Stdev
A
Upper arm 1.95 1 3 2 0.14 0.38
Lower arm 1.95 1 3 2 0.77 0.30
Wrist 2.07 1 3 2 0.16 0.40
Twisting the wrist 1.12 1 2 1 0.11 0.32 B
Neck 1.07 1 2 1 0.07 0.26
Body 2.93 2 4 3 0.11 0.34
Leg 1.07 1 2 1 0.07 0.26
Fig. 2. Posture in the fire extinguisher separation step.
Table 1. Results of RULA application in the fire extinguisher separation step
Upper arm Lower
arm Wrist Twisting
the wrist Score A Muscle use Force Score C Total Score Behavioral
level
2 2 2 1 3 0 3 6
7 4
Neck Body Legs Score B Muscle use Force Score D
1 3 1 3 0 3 6
손목 비틀림 1점으로 이 점수를 대입해 산출한 A점수 는 3점이다. 그룹B에서 목 1점, 몸통 3점, 다리 1점으 로 이 점수를 대입해 산출한 B점수는 3점이다. A점수 에 근육사용 0점과 갑작스럽게 소화기를 드는 외부힘 3점을 추가한 C점수 6점, B점수에 근육사용 0점, 갑작 스럽게 소화기를 드는 외부힘 3점을 추가한 D점수 6점 이다. 따라서 C점수와 D점수를 대입해 산출한 최종 점 수는 7점으로 조치단계 4단계에 준하는 디자인 개선이 요구된다.
2.2 소화기 운반
Fig. 3은 진화작업을 원활히 하기 위해서 발화지점 주변까지 소화기를 운반하는 동작을 캡처한 것으로 아 래의 동작을 참고로 실험결과에 따른 통계치를 분석해 보았다 . 먼저 그룹A에 있어서 상지의 평균점수 1.07에 표준편차 0.34, 하지의 평균점수 1.95에 표준편차 0.30, 손목의 평균점수 2.05에 표준편차 0.30, 손목 비틀림의 평균점수 1.16에 표준편차 0.37로 나타났다. 그룹B에
Scores of Group A and Group B
Mean Min Max Mode Var Stdev
A
Upper arm 1.07 1 3 1 0.11 0.34
Lower arm 1.95 1 3 2 0.70 0.30
Wrist 2.05 1 3 2 0.09 0.30
Twisting the wrist 1.16 1 2 1 0.14 0.37 B
Neck 1.05 1 2 1 0.05 0.21
Body 2.05 1 3 2 0.09 0.30
Leg 1.84 1 2 2 0.14 0.37
Fig. 3. Posture in the fire extinguisher transport step.
Table 2. Results of RULA application in the fire extinguisher transport step
Upper arm Lower
arm Wrist Twisting
the wrist Score A Muscle use Force Score C Total
Score Behavioral level
1 2 2 1 2 0 1 3
4 2
Neck Body Legs Score B Muscle use Force Score D
1 2 2 3 0 1 4
있어서 목의 평균점수 1.05에 표준편차 0.21, 몸통의 평 균점수 2.05에 표준편차 0.30, 다리의 평균점수 1.84에 표준편차 0.37로서 위의 각각의 모든 표준편차 값은 평 균값을 신뢰할 수 있는 수준이다 . 따라서 위의 데이터 를 대입해 산출한 최종 점수를 Table 2에서 보면 그룹A 에서 상지 1점, 하지 2점, 손목 2점, 손목 비틀림 1점으 로 이 점수를 대입해 산출한 A점수는 2점이다. 그룹B 에서 목 1점, 몸통 2점, 다리 2점으로 이 점수를 대입해 산출한 B점수는 3점이다. A점수에 근육사용 0점과 간 헐적으로 2 ㎏∼10 ㎏짐을 드는 외부힘 1점을 추가한 C 점수 3점, B점수에 근육사용 0점, 간헐적으로 2 ㎏∼10
㎏짐을 드는 외부힘 0점을 추가한 D점수 4점이다. 따라 서 C점수와 D점수를 대입해 산출한 최종 점수는 4점으 로 조치단계 2단계에 준하는 디자인 개선이 요구된다.
2.3 안전핀 제거
Fig. 4는 본격적 진화작업을 위해 안전핀을 제거하
는 동작을 캡처한 것으로 아래 동작을 참고로 실험결
Scores of Group A and Group B
Mean Min Max Mode Var Stdev
A
Upper arm 2.95 2 4 3 0.19 0.43
Lower arm 1.98 1 3 2 0.64 0.34
Wrist 2.95 2 4 3 0.14 0.38
Twisting the wrist 1.86 1 2 2 0.12 0.35 B
Neck 2.02 1 3 2 0.07 0.27
Body 3.88 2 4 4 0.15 0.39
Leg 1.07 1 2 1 0.07 0.26
Fig. 4. Posture in the safety pin removal step.
Table 3. Results of RULA application in the safety pin removal step
Upper arm Lower
arm Wrist Twisting
the wrist Score A Muscle use Force Score C Total Score Behavioral
level
3 2 3 2 4 0 0 4
5 3
Neck Body Legs Score B Muscle use Force Score D
2 4 1 5 0 0 5
과에 따른 통계치를 분석해 보았다 . 먼저 그룹A에 있 어서 상지의 평균점수 2.95에 표준편차 0.43, 하지의 평균점수 1.98에 표준편차 0.34, 손목의 평균점수 2.95 에 표준편차 0.38, 손목 비틀림의 평균점수 1.86에 표 준편차 0.35로 나타났다. 그룹B에 있어서 목의 평균점 수 2.02에 표준편차 0.27, 몸통의 평균점수 3.88에 표준 편차 0.39, 다리의 평균점수 1.07에 표준편차 0.26으로 서 위의 각각의 모든 표준편차 값은 평균값을 신뢰할 수 있는 수준이다. 따라서 위의 데이터를 대입해 산출 한 최종 점수를 Table 3에서 보면 그룹A에서 상지 3점, 하지 2점, 손목 3점, 손목 비틀림 2점으로 이 점수를 대입해 산출한 A점수는 4점이다. 그룹B에서 목 2점, 몸통 4점, 다리 1점으로 이 점수를 대입해 산출한 B점 수는 5점이다. A점수에 근육사용 0점과 외부힘 0점을 추가한 C점수 4점, B점수에 근육사용 0점, 외부힘 0점 을 추가한 D점수 5점이다. 따라서 C점수와 D점수를 대입해 산출한 최종 점수는 5점으로 조치단계 3단계에 준하는 디자인 개선이 요구된다 .
2.4 소화약재 분사
Fig. 5는 소화약재를 발화지점에 분사하는 동작을 캡처한 것으로 아래 동작을 참고로 실험결과에 따른 통계치를 분석해 보았다 . 먼저 그룹A에 있어서 상지의 평균점수 2.00에 표준편차 0.31, 하지의 평균점수 1.98 에 표준편차 0.34, 손목의 평균점수 2.09에 표준편차 0.29, 손목 비틀림의 평균점수 1.98에 표준편차 0.15로 나타났다. 그룹B에 있어서 목의 평균점수 1.07에 표준 편차 0.34, 몸통의 평균점수 2.00에 표준편차 0.31, 다 리의 평균점수 1.07에 표준편차 0.26으로서 위의 각각 의 모든 표준편차 값은 평균값을 신뢰할 수 있는 수준 이다 . 따라서 위의 데이터를 대입해 산출한 최종 점수 를 Table 4에서 보면 그룹A에서 상지 2점, 하지 2점, 손목 2점, 손목 비틀림 2점으로 이 점수를 대입해 산출 한 A점수는 3점이다. 그룹B에서 목 1점, 몸통 2점, 다 리 1점으로 이 점수를 대입해 산출한 B점수는 2점이 다. A점수에 근육사용 0점과 소화약제 분사시 발생하
Scores of Group A and Group B
Mean Min Max Mode Var Stdev
A
Upper arm 2.00 1 3 2 0.10 0.31
Lower arm 1.98 1 3 2 0.28 0.34
Wrist 2.09 2 3 2 0.09 0.29
Twisting the wrist 1.98 1 2 2 0.02 0.15 B
Neck 1.07 1 3 1 0.11 0.34
Body 2.00 1 3 2 0.10 0.31
Leg 1.07 1 2 1 0.07 0.26
Fig. 5. Posture in the fire extinguishing agent spray step.
Table 4. Results of RULA application in the fire extinguishing agent spray step
Upper arm Lower
arm Wrist Twisting
the wrist Score A Muscle use Force Score C Total Score Behavioral
level
2 2 2 2 3 0 3 6
5 3
Neck Body Legs Score B Muscle use Force Score D
1 2 1 2 0 1 3
는 갑작스런 외부힘 3점을 추가한 C점수 6점, B점수에 근육사용 0점, 간헐적으로 2 ㎏∼10 ㎏짐을 드는 외부 힘 1점을 추가한 D점수 3점이다. 따라서 C점수와 D점 수를 대입해 산출한 최종 점수는 5점으로 조치단계 3 단계에 준하는 디자인 개선이 요구된다.
3.
부하를 줄이기 위한 디자인 제안3.1 소화기 이격
1) 그룹A
① 하지 굴곡 0∼60°를 굴곡 60∼100°로, 손목의 굴 곡 또는 신전 0∼15°를 중립에 위치시킴으로 부하점수 3점을 2점으로 낮춘다.
② 상지 굴곡 20∼45°를 굴곡 0∼25°낮춰주어 부하 점수 3점을 2점으로 낮춘다.
- 소화기 무게를 줄여 상지의 부담을 경감시키며 하 지가 안정적인 자세에 놓이도록 한다.
Fig. 6. Load reduction in the fire extinguisher separation step.
2) 그룹B
몸통 굴곡 20∼60°를 굴곡 0∼20°에 위치시킴으로 부하점수 3점을 2점으로 낮춘다.
- 소화기 받침대를 설치하여 파지 위치를 높여주므 로 몸통의 부하를 줄인다.
3) 종합점수
① 그룹A 2점, 그룹B 2점으로 종합점수 7점을 6점으 로 낮춘다.
② 그룹A 2점, 그룹B 2점에 소화기를 이격 시키는데 소요되는 갑작스런 외부힘을 제거해서 종합점수 7점을 2점으로 낮춘다.
- 갑작스럽게 소화기를 드는 과정에서 발생하는 과 도한 부하를 줄이기 위해 소화기 몸체에 바퀴를 부착 한다 11) .
3.2 소화기 운반
1) 그룹A① 손목의 굴곡 또는 신전 0∼15°를 중립에 위치시 킴으로 부하점수 2점을 1점으로 낮춘다.
② 하지 굴곡 0∼60°를 굴곡 60∼100°로 맞춰주고 손목의 굴곡 또는 신전 0∼15°를 중립에 위치시킴으로 부하점수 2점을 1점으로 낮춘다.
- 운반시 손목과 하지의 부하를 줄이기 위해 별도의 손잡이를 적용한다 .
Fig. 7. Load reduction in the fire extinguisher transport step.
2) 그룹B
불안정한 다리와 발이 잘 지탱되도록 하여 3점을 2 점으로 낮춘다 .
- 호스의 길이를 늘이거나 소화약제가 원거리 까지 분사 가능하도록 하여 이동시 발생하게 되는 다리 부 하를 줄인다.
3) 종합점수
① 그룹A 2점, 그룹B 3점으로 종합점수 4점을 3점으 로 낮춘다.
② 그룹A 2점, 그룹B 3점에 소화기무게 2 ㎏∼10 ㎏ 을 2 ㎏ 이내로 줄임으로서 종합점수 4점을 2점으로 낮춘다 .
- 외부힘에 의한 부하를 줄이기 위해 소화기 총 중 량이 2 ㎏이 초과되지 않도록 한다. 만약 초과가 불가 피할 경우 소화기호스 길이를 늘이거나 소화약재가 원 거리 까지 분사 가능 하도록 한다 2) .
3.3 안전핀 제거
1) 그룹A① 손목의 굴곡 15°를 중립에 위치시키고, 손목이 비 틀림 최대값의 절반이내에 놓이게 함으로서 부하점수 4점을 3점으로 낮춘다.
② 하지 굴곡 0∼60°를 굴곡 60∼100°에 놓이게 하
여 부하점수 4점을 3점으로 낮춘다.
- 안전핀 제거행위 시 하지의 무리한 자세와 손목의 무리한 비틀림이 생기지 않도록 디자인한다.
2) 그룹B
① 몸통 굴곡 60°이상을 20∼60°로 완화시킴으로 부 하점수 5점을 4점으로 낮춘다.
② 목 굴곡 10∼20°를 0∼10°로 하고, 몸통 굴곡 60°
이상을 20∼60°로 완화시킴으로 부하점수 5점을 3점으 로 낮춘다.
- 안전핀은 식별(야광)이 용이하면서 조작(버튼식)이 간편하도록 디자인 한다 12) .
3) 종합점수
① 그룹A 3점, 그룹B 4점으로 종합점수 5점을 4점으 로 낮춘다.
② 그룹A 3점, 그룹B 3점으로 종합점수 5점을 3점으 로 낮춘다.
- 안전핀 역할을 대신할 감지기를 부착한다.
Fig. 8. Load reduction in the safety pin removal step.
3.4 소화약제 분사
1) 그룹A상지 굴곡 0∼60°를 굴곡 60∼100°위치시킴으로 서 부하점수 3점을 2점으로 낮춘다.
- 소화기 무게를 줄여 상지의 부담을 경감시키며 하 지이 안정적인 자세에 놓이도록 한다.
2) 그룹B
몸통 굴곡 20∼60°를 굴곡 0∼20°에 위치시킴으로 부하점수 2점을 1점으로 낮춘다.
- 소화기 파지가 용이하도록 디자인하여 몸통의 부 하를 줄인다.
3) 종합점수
① 소화기무게 2 ㎏∼10 ㎏을 2 ㎏ 이내로 줄임으로 서 종합점수 5점을 4점으로 낮춘다.
② 소화약제 분사 시 나타나는 갑작스런 외부힘을 줄이고 소화기무게 2 ㎏∼10 ㎏을 2 ㎏ 이내로 줄임으 로서 종합점수 5점을 2점으로 낮춘다.
- 소화약재 분사시 압축된 가스의 분출로 인한 순간 적 부하를 줄이기 위해 압력이 서서히 증가하여 고압 이 발생되도록 한다 4) .
Fig. 9. Load reduction in the fire extinguishing agent spray step.