Mechanical Exposure Variability in Industrial Assembly Work

Abstract

Many industrial assembly tasks may be characterised as repetitive and monotonous, which increases the risk of developing musculoskeletal disorders, in particular in the upper limbs. Hence, an increased variation within the job, both physical and mental variation, is a common suggestion for ergonomic interventions. By applying different strategies for job enlargement e.g. job rotation it may be possible to achieve more variation, but few interventions studies have focused on the results in terms of variation. Analysis of mechanical exposure variability may facilitate the evaluation of variability in work tasks and may also function as a measure of motor flexibility and work technique. Another important purpose for analysing exposure variability data is to improve and develop more effective measurement strategies in the planning of ergonomic intervention studies. Both studies included in this thesis are based on field studies in industrial assembly plants; however, the set-up in the first study was more of an experimental character. The assembly task in the experimental study was nutrunning in three different locations with two different tools. The work tasks in the second study predominantly involved light electronic assembling and testing in work cycles lasting approx 3 1/2 minutes. Variability was analysed by ANOVAs on the mechanical exposure data collected by electromyography and inclinometry. The exposure level was analysed in study I while both exposure level and frequency as well as duration of work cycles were analysed in study II. The results showed that by enlarging the nutrunning task from securings with a specified location and tool to a mix of all locations and tools, the within-subject variance increased 2- to 37-fold, depending on exposure variable. Subjects differed systematically in responsiveness to this transition. The necessary number of subjects to arrive at a group mean exposure in mixed work with 95 percent confidence limits corresponding to ±10 percent of the mean ranged between 8 and 158, depending on exposure variable. Job rotation between three workstations compared to working only at one, changed the within subject variance between nil up to fourfold for the different exposure variables. Since the difference in mean exposure between workstations was larger for the trapezius EMG variables than for the extensor EMG and the postures, the effects of job rotation was larger for the trapezius. Both enlargement of the nutrunning task and job rotation increased the variation according to most of the used exposure variables; although the effects in terms of changed risk for disorders is not known. Important ergonomic effects of job enlargement may be quantified using exposure variability information. It is concluded that exposure variability may serve both as ergonomic information i.e. description of work tasks or an individual's work technique. The procedure used for incorporating exposure variability data in study design showed that statistical power is largely dependent on exposure variable and thereby useful information in the planning of new ergonomic studies, intervention as well as epidemiological studies.

Variabilitet i mekanisk exponering vid industriellt monteringsarbete Många industriella monteringsarbeten kan karaktäriseras som repetitiva och monotona, vilket är faktorer som ökar risken att utveckla muskuloskeletala besvär i synnerhet i de övre extremiteterna. Därför är en ökning i variationen av arbetet, både fysisk och mental variation, ett vanligt förslag för ergonomiskt förändringsarbete. Genom att tillämpa olika strategier för arbetsutvidgning, t.ex. arbetsrotation, kan en ökad variation möjligtvis åstadkommas, men få förändringsstudier har hittills fokuserat på resultaten i form av variation. Analys av mekanisk exponeringsvariabilitet kan underlätta utvärdering av variationen i olika arbetsuppgifter men kan också fungera som ett mått på individens motoriska flexibilitet samt arbetsteknik. Ett annat skäl till att analysera data på exponeringsvariabilitet är att förbättra och utveckla mer effektiva mätstrategier användbara i planeringen av nya ergonomiska förändringsstudier. Båda studierna inkluderade i denna avhandling är baserade på fältstudier i industriella monteringsmiljöer; även om uppställningen i den första studien var mer av experimentell karaktär. Monteringsuppgiften i denna studie var mutterdragning i tre olika positioner med två olika verktyg. Arbetsuppgifterna i den andra studien dominerades av lätt elektronisk montering och testning i arbetscykler som varade ca 3 1/2 minuter. Variationen i mekanisk exponeringsdata, mätt med elektromyografi och inklinometri, analyserades med hjälp av ANOVA. Exponeringsnivån analyserades i studie I medan exponeringsnivå, frekvens samt durationen av arbetscykler analyserades i studie II. Resultaten visade att utvidgning av mutterdragningsuppgiften från dragning i en specifik position med ett visst verktyg till att blanda alla positioner och verktyg medförde en ökning av inomindividsvariansen mellan 2 till 37 gånger, beroende på exponeringsvariabel. Individerna skiljde sig systematiskt åt i mottaglighet till denna förändring. Det nödvändiga antalet individer för att nå ett gruppmedelvärde för det 'blandade' arbetet med ett 95 % konfidensintervall motsvarande ±10 procent av medelvärdet, varierade mellan 8 och 158, beroende på exponeringsvariabel. Rotation mellan de tre arbetsstationerna jämfört med att arbeta i endast en, förändrade inomindividsvariansen med noll upp till fyra gånger, beroende på exponeringsvariabel. Eftersom skillnaderna i medelexponering vid de olika arbetsstationerna var större för trapezius EMG variabler än för extensor EMG variabler och vinklar, blev effekterna av arbetsrotation större för trapezius. Både utvidgning av mutterdragningen och arbetsrotation ökade alltså variationen enligt de flesta av de använda exponeringsvariablerna; även om effekterna i förhållande till förändrad risk för besvär är okänd och de ergonomiska effekterna av arbetsutvidgning kan kvantifieras med hjälp av exponeringsvariabilitet. Exponeringsvariabilitet kan tjäna både som ergonomisk information vid beskrivning av arbetsuppgifter såväl som individens arbetsteknik. Proceduren som användes för att införliva data från exponeringsvariabilitet i studiedesignen, visade att statistisk styrka är till stor del beroende på exponeringsvariabel och därmed värdefull information vid planering av nya ergonomiska studier, såväl vid förändrings- som epidemiologiska studier. Nyckelord: arbetscykel, arbetsrotation, arbetsställning, arbetsutvidgning, arm, elektromyografi, inklinometri, muskuloskeletal belastning, mutterdragare, repetitivt arbete, skuldra