荷役運搬作業における　 　　　　筋疲労の見える化

1

荷役運搬作業における　　　　　筋疲労の見える化

　　　　　 0655018　　田中　翔

2

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

3

物流作業の現状

新総合物流施策大綱（ H13.7 ）

物流現場

消費者ニーズへの対応 労働人口の減少・少子高齢化

物流作業の効率性の向上 女性・高齢者の労働力確保

物流フォーラム 21

人力が必要な物流作業環境の整備

4

包装13%

流通加工3%荷役

27%

保管13%

情報22%

輸送22%

荷役運搬作業の定義物資の積卸し、運搬、積付け、取出し、仕分け、荷揃えなどの作業

＝

荷役運搬作業

5

作業改善の必要性運搬交通業及び貨物取り扱い業の疾病分類別業務上疾病発生状況

負傷に起因する疾病 負傷に起因する腰痛

負傷に起因するその他の疾病

90％

88％

腰痛やその他の疾病について考える必要がある

6

作業負荷について

作業負荷一時的負荷

繰り返し負荷肉体疲労・・・筋肉痛など

慢性疲労・・・慢性的腰痛など

ある作業における人体への負担量作業負荷

筋骨格系疾患や事故の原因

作業負荷を減らす作業改善が必要

作業負荷大

7

0

1

2

3

首 左肩

右肩

背部

胸（前面）

腹（前面）

左上腕

右上腕

左肘・前腕

右肘・前腕

左手・手首

右手・手首

腰 左臀部・大腿

右臀部・大腿

左膝・下腿

右膝・下腿

左足・足首

右足・足首

疲労度

荷役運搬作業における筋電位と腰の圧力の評価　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2006年　物流学会　田坂　晃一　　田中　翔　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

筋系と骨格系の負荷を同時かつ定量的評価

8

0

0.3

0.6

0.9

最大筋電位

(

mV

)

荷物の重さ15ｋｇ荷物の重さ10ｋｇ荷物の重さ5ｋｇ

首 肩 上腕 手首 大腿 下腿

荷物の重さ15ｋｇ荷物の重さ10ｋｇ荷物の重さ5ｋｇ

首 肩 上腕 手首 大腿 下腿

0

0.3

0.6

0.9

最大筋電位

（

ｍV

)

5荷物の重さｋｇ10荷物重さ ｋｇ

15荷物の重さ ｋｇ

重さ別の圧迫力

01000

20003000

40005000

6000

0 50 100 150 200

(cm)換算高さ

最大圧力

(

N

)

重さ別の圧迫力

01000

20003000

40005000

6000

0 50 100 150 200

(cm)換算高さ

最大圧力

(

N

)

01000

20003000

40005000

6000

0 50 100 150 200

5kg15kg10kg

重さ別の圧迫力

0100020003000400050006000

0 50 100 150 200換算高さ(cm)

圧力

(

N

)

15kg10kg5kg

01000

20003000

40005000

6000

0 50 100 150 200

5kg15kg10kg

重さ別の圧迫力

0100020003000400050006000

0 50 100 150 200換算高さ(cm)

圧力

(

N

)

15kg10kg5kg

腰の圧力 最大筋電位

作業者の負荷評価をすべき部位を特定・・・上腕、手首、腰

首、肩、脚の負荷評価はできていない

9

問題点作業負荷

一時的負荷

繰り返し負荷

肉体疲労慢性疲労

0

1

2

3

首 肩 背部

胸（前面）

腹（前面）

上腕

肘・前腕

手・手首

腰 臀部・大腿

膝・下腿

足・足首

平均疲労度

0

0.3

0.6

0.9

最大筋電位

(mV

)

首 肩 上腕 手首 大腿 下腿

評価できた部位 評価できていない部位

10

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

11

研究目的

実際の荷役運搬作業において首と肩の筋疲労の見える化を実現

本研究では、繰り返し負荷を対象とし、肉体疲労の中でも、首と肩にかかる筋疲労を対象とし、その計測・算出方法について検討

計測・算出結果から筋疲労についての検討

12

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

13

検索結果2004年 82005年 62006年 142007年 27

見える化

ただ見えるようにするだけでなく、見えた結果を利用し、考え、行動するという過程

見える化とは

新聞における「見える化」検索結果

近年注目された言葉

物流改善事例大会での報告・・・ 12 件

作業時間の効率化コストの削減

人体負荷の見える化は行われてない

見える化の目的

14

見える化

対象 施設 貨物 人 情報

レイアウトロケーション

ラベルリスト 在庫管理目的

評価指標 動作解析 筋電位 筋硬度 心拍 脳波 腰の圧力

負荷の定量的な計測・算出方法を用いて負荷を定量的に計測・算出するだけでなく、計測・算出結果を評価し、作業改善案を考え、実際に作業改善を行う

負荷の見える化

作業負荷問題の早期発見

15

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

16

疲労

疲労

末梢性疲労 中枢性疲労

作業の結果、筋肉・神経などの機能が低下する状態。末梢性疲労の中でも、短期間で回復する疲労を肉体疲労、回復するのに著しく長い時間を有する疲労を慢性疲労とする

疲労とは

肉体疲労 慢性疲労

筋系 骨格系

筋疲労

神経疲労

17

筋収縮のための刺激が過剰になり徐々に収縮力が低下し、筋肉痛や凝りの原因となる現象

筋疲労とは

筋疲労の計測・算出

筋電位 筋硬度 血中乳酸濃度

現場での計測が容易

筋疲労

エネルギー消費

筋電位・筋硬度筋疲労を計測・算

出

18

負荷と疲労の関係

作業時間

負荷

大

大

瞬間疲労 慢性疲労筋疲労骨格疲労

19

筋硬度筋硬度とは

「身体を押圧した時に感じる硬さ」を数値化したもの

　特徴　　・押圧し置き針の数値を読むだけで筋硬度測　　　　　定が可能　　・測定値の偏差をなくすために、押圧が一定　　になる工夫

NEUTONE 　 TDM-N1

誰にでも計測可能

問題点深部にある筋肉は計測できず、表面にある筋肉しか測定できない

20

筋疲労を計測・算出する人体部位

：筋電位測定部位 ：筋硬度測定部位 ：筋電位及び筋硬度測定部位

僧帽筋（上部）

僧帽筋（中部）

三角筋

21

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

22

予備実験　ー目的ー

本実験を行うにあたり①作業回数の決定②作業時間、作業ペースの決定③筋硬度の計測方法の決定

23

予備実験　－結果ー

実験回数は 30回以上必要

①作業回数

0

5

10

15

20

25

30

35

40

実験前 1 2 3 4 5 6 7

右左

筋硬度

N

実験前 １０ ２０ ３０ ５０４０ ６０ ７０

実験回数回

ショルダー・シュラッグ

・重さ　 23kg ・ 10 回 1 セット・回数　 7 セット

条件

24

②作業時間、作業ペース

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

被験者A 被験者B 被験者C 被験者D

30回の総作業時間

約50秒

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

被験者A 被験者B 被験者C 被験者D

30回の総作業時間

約50秒

160ｃｍ165ｃｍ

棚 棚

60cm

　・荷物の重さ　 5kg 　10kg 　 15kg　・作業回数　 30 回　・作業ペース　自由

条件

作業時間に差がある

計測・測定結果が違ってくる

一定時間で行う

25

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

A被験者B被験者C被験者D被験者

平均

1回あたりの作業時間

ｓ

作業回数

0 5 10 15 20 25 30回

3.6秒 ４秒

実験ペースは４秒に１回

26

（１）点計測

③筋硬度の計測方法

０ ２０

27

① ② ③

（２）線計測

０ ２３

１５

28

本実験　目的

筋電位及び筋硬度の計測・算出結果から筋疲労の評価可能性

棚の高さの違いによる筋疲労変化 作業回数による筋疲労変化

29

連続ピッキング作業概要

160ｃｍ165ｃｍ

棚 棚

60cm

実験目的

・荷物の重さ　 5kg・棚の高さ　 160cm・作業回数　 60回（ 4分間）・作業ペース　 2秒毎に積み付け　　　　　　　　　　　　積み下ろし作業・筋電位計測　実験中・筋硬度計測　実験前と実験後・実験後アンケートを実施

実験内容

筋電位及び筋硬度の計測・算出結果から筋疲労の評価可能性の検討

30

160ｃｍ

4ｃｍ

80ｃｍ

120ｃｍ

20ｃｍ40ｃｍ

・荷物の重さ　 5kg・棚の高さ　 4cm　 20cm　40cm　　　　　　 80cm　120cm　 160cm

・作業回数　 105回・作業ペース　 2秒毎に積み付け　　　　　　　　　　　　積み下ろし作業・筋硬度計測　計 8回計測　　　　　　　　　　　（計測時間 30秒）・実験後アンケートを実施

実験内容

実験目的・棚の高さの違いによる筋硬度を用いた筋疲労の評価可能性の検討・作業回数による筋疲労の変化の検討

棚の高さの異なる連続ピッキング作業概要

31

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

32

連続ピッキング作業　‐筋硬度‐

0

5

10

15

20

25

30

実験前 実験後

筋硬度 １回目

2回目３回目４回目

N

変動要因 変動 自由度 分散 観測された分散比 P-値 F 境界値( )僧帽筋 中部 128 1 128 48 0.000448 5.987374

有意水準５％

僧帽筋 ( 中部 )

33

0

1

2

3

首 肩 背部

胸及び腹

上腕

肘・前腕

腰 手・手首

賢部・大腿

膝・下腿

足・足首

平均疲労度

・実験翌日上腕が筋肉痛になったという回答があった・その他の部位に関しては実験後にはハリがあるとしても、翌日には何もなかった

連続ピッキング作業　‐アンケート‐

34

変動要因 変動 自由度 分散 観測された分散比 P-値 F 境界値10 -20回 回 0.011947 1 0.011947 17.08015173 0.000625 4.41387320 -30回 回 0.003925 1 0.003925 10.27378822 0.004905 4.41387330 -40回 回 5.53E-08 1 5.53E-08 0.000197551 0.98894 4.41387340 -50回 回 1.75E-06 1 1.75E-06 0.003830908 0.951329 4.41387350 -60回 回 0.001816 1 0.001816 3.749765351 0.068676 4.413873

0

0.5

1

回数 10 20 30 40 50

1/3最大筋電位

1回目2回目3回目4回目平均

mV

有意水準５％

連続ピッキング作業　‐筋電位‐

僧帽筋 ( 中部 )

35

連続ピッキング作業　‐まとめ‐

筋疲労を筋硬度により計測・算出できる可能性がある

筋疲労を評価するには筋電位では困難

36

目次 研究背景　　－物流作業の現状　　－作業改善の必要性　　－共同研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

37

変動 自由度 分散 観測された分散比 P-値 F 境界値4cm 10.125 1 10.125 3.626865672 0.105519 5.98737420cm 0.125 1 0.125 0.021582734 0.888015 5.98737840cm 10.125 1 10.125 2.271028037 0.182533 5.98737880cm 10.125 1 10.125 3.24 0.121952 5.987378120cm 15.125 1 15.125 3.666666667 0.104006 5.987378160cm 55.125 1 55.125 9.8 0.020312 5.987378

有意水準５％-5

0

5

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160

棚の高さ

実験前後の筋硬度の差

１回目 ２回目 ３回目 ４回目

棚の高さの異なる連続ピッキング作業　　　　　　　　　　　　　‐棚の高さと筋硬度‐　

実験前後の筋硬度の分散分析僧帽筋 ( 中部 )

38

α (0.01) 0.000667 t(α (0.01), n-k)4.10364α (0.05) 0.003333 t(α (0.05), n-k)3.380337

項目名 項目名 ni nj T P値 判定4cm 20cm 4 4 1.744206 0.098175 [ ]4cm 40cm 4 4 0.581402 0.56818 [ ]4cm 80cm 4 4 0.581402 0.56818 [ ]4cm 120cm 4 4 0.290701 0.774603 [ ]4cm 160cm 4 4 1.162804 0.260094 [ ]20cm 40cm 4 4 1.162804 0.260094 [ ]20cm 80cm 4 4 1.162804 0.260094 [ ]20cm 120cm 4 4 1.453505 0.163297 [ ]20cm 160cm 4 4 2.907009 0.009402 [ ]40cm 80cm 4 4 0 1 [ ]40cm 120cm 4 4 0.290701 0.774603 [ ]40cm 160cm 4 4 1.744206 0.098175 [ ]80cm 120cm 4 4 0.290701 0.774603 [ ]80cm 160cm 4 4 1.744206 0.098175 [ ]120cm 160cm 4 4 1.453505 0.163297 [ ]

多重比較法　結果

39

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目

7計測回目

筋硬度 0cm 20cm

40cm 80cm

120cm 160cm

N

棚の高さの異なる連続ピッキング作業　　　　　　　　　　　　　　‐筋硬度の時間変化‐

40

棚の高さの異なる連続ピッキング作業　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‐結果‐ 棚の高さ１６０ cmでは筋硬度は出たが、

その他の高さでは明確に出なかった 棚の高さの影響はない 計測２回目から３回目にかけて上昇傾向

41

目次 背景　　－作業改善の必要性　　－先行研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 研究まとめ 今後の課題

42

まとめ

僧帽筋（中部）の筋硬度の結果から繰り返し負荷による筋疲労を筋硬度により計測・算出することができた

僧帽筋（中部）に関しては、棚の高さ１６０cmでは筋硬度は明確な差が出た。その他の高さについては明確な差が出なかった。

筋疲労の評価するには、筋電位では難しく、筋硬度によって評価できる可能性がある

２～３分で繰り返し負荷が出る

首と肩にかかる筋疲労を対象とし、その計測・算出方法について検討計測・算出結果から筋疲労についての検討

43

目次 背景　　－作業改善の必要性　　－先行研究 研究目的 見える化 筋疲労 実験概要 実験結果及び考察　　－連続ピッキング作業　　－棚の高さの異なる連続ピッキング作業 まとめ 今後の課題

44

今後の課題

その他の荷役運搬作業で筋疲労を確認 本研究では、繰り返し負荷の中でも、筋

疲労に注目したが、慢性疲労についての検討

肩の筋疲労の評価、改善案の提案など見える化の完成

45

ご清聴ありがとうございました

46

疾病分類負傷に起因する腰痛負傷に起因する疾病(2)有害光線による疾病(3)電離放射線による疾病(4)異常気圧下異常温度条件(6)騒音による耳の疾病(7)(2)～(6)以外の原因による疾病(8)重激業務による運動器疾患と内蔵脱(9)負傷によらない業務上の腰痛(10)振動障害(11)手指前腕の障害および頚肩腕症候群(12)(8)～(11)以外の原因による疾病(13)酸素欠乏(14)化学物質による疾病(がんを除く)(15)じん肺及びじん肺合併症(16)病原体による疾病(17)電離放射線によるがん(18)化学物質によるがん(19)(17)，(18)以外の原因によるがん(20)その他業務によることの明らかな疾病

47

物流作業改善の事例

運搬25%

荷卸し4%

検品15%

仕分け15%

荷揃え13%

ピッキング28%

包装13%

流通加工3%荷役

27%

保管13%

情報22%

輸送22%

内訳

48

本研究の評価方法Ⅰ　筋系と骨格系の負荷をそれぞれ筋収縮による筋電位と腰の圧迫力であらわし、筋電位と腰の圧力による負荷を作業の限界のときの負荷の値との比率（負荷率）であらわす。

Ⅱ　実際に複数の作業者で複数回作業を行い、そのデータによる各作業、各人体部位ですべての負荷率を求め、統計上 95％の作業者に当てはまるように負荷率の 95％タイル値を求める。

Ⅲ　作業者の人体にかかっている筋肉への負荷と腰の骨への負荷を評価する。

　　　・負荷率１との大小関係による比較検討　　　・作業同士の負荷率の比較検討や、作業改善の効果を定量

的に　　 air検討　　　・人体部位同士（筋肉と筋肉、筋肉と骨等）の負荷率の比較検討

49

荷物の重さと棚の高さから作業者が安全に作業できる範囲を決定動作の違いによる負荷の違いから改善案を提案

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8

0 40 80 120 160

( )換算高さｃｍ

負荷率

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8

0 40 80 120 160

15荷物の重さ： ｋｇ10荷物の重さ： ｋｇ5荷物の重さ：ｋｇ

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

負荷率

上腕 手首 腰

持ち上げ動作 スライド動作

上腕 手首 腰

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

スライド

持ち上げ

95%タイル値

上腕 手首 腰

持ち上げ動作 スライド動作

上腕 手首 腰

共同研究の結果

50

見える化と可視化の違い

ただ見えるようにするだけでなく、見えた結果を利用し、考え、行動するという過程

見える化

ただ単に視覚的に見えるようにしただけの状態

可視化

51

52

53

大分類 中分類

容器 ダンボール ダンボール性質 可変性 可変性寸法 40cm 30cm 30cm幅 、高さ 、奥行き 40cm 30cm 30cm幅 、高さ 、奥行き数量 1個 1個重量 ○5kg ○5kg路面 舗装 舗装

通路の床 水平 水平通路寸法格納場所 4cm 160cm、高さ 4cm 20cm 40cm 80cm 120cm 160cm、 、 、 、 、条件態様 ピッキング ピッキング

作業方式 筋肉労働 筋肉労働連続性 連続的 連続的定期性 定期的 定期的方向 単独方向 単独方向

作業時間 ○4分間 ○10 1 + 30 7分間（作業 分 計測 秒を セット）速度 ○4 /秒 回 ○4 /秒 回

距離・高さ 4cm 160cm、 4cm 20cm 40cm 80cm 120cm 160cm、 、 、 、 、体勢 立位 立位

体のひねり なし なし歩行 なし なし持つ場所 底部 底部持ち手 両手持ち 両手持ち性別 男性 男性年齢 20代 20代身長体重

運搬機器 機械 なし なし※ 165cm格納場所の高さは身長 の場合

棚の高さの異なる連続ピッキング作業条件

運搬物

環境

作業

人

荷役運搬作業の分類 連続ピッキング作業条件荷役運搬作業の要素と本実験の条

件

54

筋電位　その２

1/3最大値は波の高さを計測する時に使われる値で、有義波高と言い一般的に人間が感じる平均的な波の高さに近い値である

注）　筋電図は全て絶対値に変換し、　その最大値、 1/3最大値、平均値

を算出

筋電位最大値 1.068

1/ 3最大値の平均 0.343平均値 0.169

本研究では筋電位による負荷は 1/3最大値であらわす

55

実験風景

ビデオカメラ

筋電計

被験者

56

計測部位（筋電位）

57

疲労部位調査票

58

実験前計測

計測 1回目

計測 5回目

計測 4回目

計測 3回目

計測 2回目

計測 6回目

計測 7回目

： 1分間の連続ピッキング作業

計測について

59

連続ピッキング作業　三角筋　筋硬度

0

5

10

15

20

25

30

実験前 実験後

筋硬度 １回目

2回目３回目４回目

N

60

連続ピッキング作業　三角筋　筋電位

0

0.5

1

回数 10 20 30 40 50

1/3最大筋電位

1回目2回目3回目4回目平均

V

61

連続ピッキング作業　僧帽筋（上部）　筋硬度

0

5

10

15

20

25

30

実験前 実験後

筋硬度 １回目

2回目３回目４回目

N

62

連続ピッキング作業　僧帽筋（上部）　筋電位

0

0.5

1

回数 10 20 30 40 50

1/3最大筋電位

1回目2回目3回目4回目平均

V

63

棚の高さの異なる連続ピッキング作業（三角筋）

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目実験後

筋硬度 0cm 20cm

40cm 80cm

120cm 160cm

N

64

棚の高さの異なる連続ピッキング作業（僧帽筋（上部））

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目実験後

筋硬度

0cm 20cm

40cm 80cm

120cm 160cm

N

65

棚の高さ４ cm

0

5

10

15

20

25

30

筋硬度

( )僧帽筋 中部三角筋

( )僧帽筋 上部

N

66

棚の高さ 20cm

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目

7計測回目

筋硬度

( )僧帽筋 中部三角筋

( )僧帽筋 上部

N

67

棚の高さ 40cm

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目

7計測回目

筋硬度

( )僧帽筋 中部三角筋

( )僧帽筋 上部

N

68

棚の高さ 80cm

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目

7計測回目

筋硬度

( )僧帽筋 中部三角筋

( )僧帽筋 上部

N

69

棚の高さ 120cm

0

5

10

15

20

25

30

実験前

1計測回目

2計測回目

3計測回目

4計測回目

5計測回目

6計測回目

7計測回目

筋硬度

( )僧帽筋 中部三角筋

( )僧帽筋 上部

N