Biomekanika [PDF]

Citation preview

Topik:



biomekanika ERGONOMI & PERANCANGAN SISTEM KERJA TEKNIK INDUSTRI – UWP SURABAYA



HAKEKAT DASAR ERGONOMI Meneliti tentang kemampuan dan keterbatasan manusia secara fisik maupun non-fisik (psikologik). Berkaitan dengan machine interface”.



“human-



Berkaitan dengan perancangan produk, fasilitas dan area kerja yang efektif, nyaman, aman, sehat dan efisien pada saat dioperasikan.



Tentang dimensi fisik tubuh manusia



Anthropometric



Tentang otot dan jaringan



BioMechanic



Tentang persepsi dari penangkapan mata



Physiology (Fisiologi)



Visual



Tentang energi tubuh manusia



Tentang kajian sistem perusahaan dan sosiomasyarakat



Macro Ergonomic



Psychology



Tentang mental, stress dan prilaku



definisi bio biomekanika mekanika Biomekanika adalah bidang ilmu yang memadukan antara bidang ilmu biologi dan mekanika. Biomekanika menggunakan hukum – hukum fisika, mekanika teknik, biologi, dan prinsip fisiologi untuk menggambarkan kinematika dan kinetik yang terjadi pada anggota tubuh manusia. Mekanika digunakan sebagai penyusun konsep, analisa, dan desain dalam sistem biologi makhluk hidup.



occupational bio biomechanics mechanics Occupational bio biomechanics mechanics adalah sub – disiplin dalam kerangka besar biomekanika yang mempelajari hubungan antara pekerja dengan alat kerja, workstation, mesin, dan material untuk meningkatkan performa dengan meminimalisasi terjadinya cidera musculoskeletal. Sehingga studi utama tentang Occupational bio biomechanics mechanics berkaitan dengan masalah musculoskeletal. Sistem musculoskeletal terdiri atas tulang, otot, dan jaringan penghubung (ligament, tendon, fascia, dan cartilage). Fungsi utama sistem tersebut adalah mendukung dan melindungi tubuh dan bagian – bagian tubuh, menjaga postur tubuh, produce pergerakan tubuh, serta menghasilkan panas dan mempertahankan suhu tubuh.



occupational bio biomechanics mechanics Musculoskeletal...



why occupational bio biomechanics mechanics ??? Jeffress (1999) indicated that approximately 650,000 workers every year suffer serious injuries and illnesses caused by overexertion, repetition, and other types of physical stress. Such injuries cost U.S. business between $15 to $20 billion dollars a year in workman compensation. According to US Department of labor, back injuries accounted for nearly 20% of all injuries and illnesses in the work place. In the UK, similar numbers appear with 27% of all reported accidents involving manual handling.



biomechanical bio mechanical models



The fundamental basis of biomechanical modeling is the set of three Newton’s laws. laws



newton’s first law A particle will move at a constant velocity unless acted upon



A mass remains in uniform motion or at rest until acted on by an unbalanced external force. inertia (the tendency) momentum (mv)



newton’s second law Force is proportional to the acceleration of a mass.



F = m.a Force = mass x acceleration



newton’s third law Any action is opposed by reaction of equal magnitude



For every action, there is an equal and opposite reaction (on different objects)



macam gaya Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada saat kita melakukan aktivitas kerja : 1. Gaya isometris/ statis adalah gaya otot yang dikeluarkan tanpa menghasilkan suatu kerja. Terjadi kontraksi dalam waktu panjang  pembuluh darah ditekan oleh tekanan internal dari jaringan otot  darah tidak mengalir ke otot (tidak ada supply oksigen dan glukosa)  asam laktat terkumpul  lelah otot. Misal : mengangkat beban yang sangat berat. 2. Gaya isotonis/ dinamis adalah memanjang dan memendeknya otot dengan melakukan suatu kerja (panjang otot berubah berirama) sehingga darah dipompa keluar dan darah segar mengalir masuk ke otot.



contoh kerja statis • Contoh kerja statis : – –



– –



Memegang benda dengan tangan (holding) Menyangga beban tubuh pada satu kaki, kaki yang lain mengoperasikan pedal Mendorong/ menarik beban berat Gerakan-gerakan dengan tangan terentang atau diangkat melebihi tinggi bahu



contoh kerja statis



Mengangkat Beban dalam Waktu Lama



Pekerja harus berdiri lama



conditions of static equilibrium When a body or a body segment is not in motion, it is described as in static equilibrium. For an object to be in static equilibrium, two condition must be met : the sum of all external forces acting on an object in static equilibrium must be equal to zero. the sum of all external moments acting on the object must be equal to zero.



SF = 0 SM = 0 15



conditions of static equilibrium 20N



10N F



1m



2m



1m



What force F is needed to hold in static equilibrium ??? ΣM = 0



+



(20N)(1m) + F(2m) – (10N)(3m) = 0 20N + F(2) – 30N = 0 2F = 30N – 20N = 10N F = 5N



single--segment planar : static model single Ex : a person is holding a load of 20 Kg mass with both hands in front of his body and his forearms are horizontal. Distance between the load and elbow = 36 cm. The load is equally balanced between the two hands. The weight of the forearmforearm-hand segment = 16N Distance between the center of mass of the forearmforearm-hand segment and the elbow = 18 cm



single--segment planar : static model single



WTOTAL = m.g = 20 Kg x 9.8 m/s2 = 196 N



W on on--each hand = 196 N / 2 = 98 N



single--segment planar : static model single R elbow must be in the upward direction and large enough to resist the download weight forces of the load and the forearm-hand segment.



 (Forces at the elbow) = 0 -16N - 98 N + R elbow = 0 R elbow = 114 N



single--segment planar : static model single The elbow moment M elbow can be calculated using the second condition of equilibrium. The clockwise moments created by the weight forces of the load and forearm-hand segment must be counteracted by and equalmagnitude, counterclockwise M elbow.  (Moments at the elbow) = 0 (- 16 N x 0.18 m) + (-98 N x 0.36 m) + Melbow = 0 Melbow = 38.16 N-m



two segment planar : static model In order to determine the physical stress at the body joints that are more distant from the external load such as the shoulders and the low back. The body segments involved in handling the load can be treated as a chain of links. Distance between the elbow and the shoulder = 34 cm. The weight of the upper arm = 20 N Upper and Low arm are in a horizontal position.



two segment planar : static model



 (Forces at the shoulder) = 0 - R’ elbow – W upper-arm + R shoulder = 0 R shoulder = R’ elbow + W upper-arm = 114 N + 20 N = 134 N



(Moments at the shoulder) = 0 -38.16 N-m + (-114N x 0.34m) + (-20N x 0.14m) + M shoulder = 0 M shoulder = 79.72 N-m (counterclockwise)



two segment planar : static model Karena momen merupakan akibat dari gaya dan jarak yang tegak lurus terhadap titik rotasinya, maka beban yang sama akan mengakibatkan momen yang lebih besar. Karena low back lebih jauh dari beban yang diterima oleh tangan, sehingga low back lebih sering mengalami stress pada proses material handling.



Pada material handling, low back merupakan sistem musculoskeletal yang paling peka, karena memiliki jarak yang plaing jauh dari beban yang di handle oleh tangan. Kriteria keselamatan didasarkan pada beban tekan (compression load) pada intervertebral disk antara lumbar nomor 5 dan sacrum nomor 1.



klasifikasi dan kodifikasi pada vertebrae



Herniated disk yang menyebabkan tekanan pada akar syaraf.. syaraf



anulus layer



low--back biomechanical model of static coplanar lifting low Beban dan upper torso menghasilkan kombinasi momen searah jarum jam : M load & torso = (W load x h) + (W torso x b)



M load & torso harus dinetralkan dengan momen berlawanan jarum jam yang dihasilkan oleh back muscles dengan jarak 5 cm : M back back--muscle = F back back--muscle x 5 (N.cm)



FA= PA+ 465 (stlh konversi PA jadi N/cm dimana, PA=10-4[43 ̶ 0,36 36((θH+ θT)][MH]1,8 mm Hg dan MH = M load & torso F muscle xE= = M load & torso ̶ (D x FA ) Dimana, D = jarak FA ke L5/S1



F muscle x 5 = (W load x h) + (W torso x b) F muscle = (W load x h)/5 h)/5 + (W torso x b)/5 b)/5



low--back biomechanical model of static coplanar lifting low Range kapabilitas kekuatan untuk normal low back



2200 – 5500 N Contoh : Seseorang memiliki berat torso sebesar 350 N dan mengangkat beban sebesar 300N. Misal, h = 40 cm dan b = 20 cm, MAKA : F muscle = (300 x 40)/5 + (350 x 20)/5= = 3800 N



low--back biomechanical model of static coplanar lifting low compression force ??? Asumsi : mengabaikan FA  (forces at the L5/S1 disc) = 0 F com = (W load x cos ) + (W torso x cos ) + F muscle Contoh : seseorang memiliki berat torso sebesar 350 dan mengangkat beban sebesar 450 N. Sudut antara bidang horisontal dan sacral cutting plane () = 55o. F com = (450 x cos 55o) + (350 x cos 55o) + 5000 F com = 5458 N



muscle activity depends on position



Correct & Incorrect Techniques



NIOSH lifting index The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) developed and equation in 1981 to assist ergonomics and occupational safety and health practitioners analyze lifting demands on low back. TUJUAN : membantu mencegah atau mengurangi terjadinya low – back pain dan injuries bagi pekerja dalam melakukan aktivitas pengangkatan beban secara manual. Recommended weight limit (RWL) = nilai beban angkat secara teoritis yang dianjurkan untuk MMH. Lifting Index (LI) = nilai estimasi dari tingkat tegangan dalam suatu kegiatan MMH.



NIOSH lifting index RWL = LC x HM x VM x DM x AM x FM x CM LC : Load constant (max recommended weight) HM : Horizontal multiplier VM : Vertical multiplier DM : Distance multiplier AM : asymmetric multiplier FM : Frequency multiplier CM : Coupling multiplier



LI = L/ RWL L : Load weight



NIOSH lifting index



Component Metric System LC 23 kg HM (25/ H) VM (1 - 0.003 I V-75 I) DM (0.82 + 4.5/D) AM (1 - 0.0032 A) FM from table 1 CM from table 2



NIOSH lifting index



Horisontal & Vertical Position



Asymetry Position



NIOSH lifting index Tabel 1. Frequency Multiplier



Tabel 2. Coupling Multiplier



CASE STUDY BIOMEKANIKA SEHARI - HARI



PERBAIKAN



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM KESEHATAN :



Material



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM KESEHATAN:



Kinematics



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM KESEHATAN:



Kinematics



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM KESEHATAN :



Electro--Mechanics Device Electro



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM MILITER:



BLEEX (the Berkeley Lower Extremities Exoskeleton)



APLIKASI BIOMEKANIKA DALAM OLAH RAGA:



Weight Resistance



Home Coming ????



Contoh Perbaikan Kerja Statis



Operator tidak perlu memegang gelas untuk mengisinya dengan minuman, tinggal menekan tombol dan beberapa saat minuman siap diambil (operator bisa melakukan hal lain saat proses tsb)



Contoh Perbaikan Kerja Statis



Adanya penyangga tangan  mengurangi kerja statis  lebih nyaman bekerja



Tugas (tugas individu ditulis tangan discan  lalu dikumpulkan melalui OLP) Seorang pekerja mengangkat beban seberat 450 Newton dengan menggunakan metode seperti pada gambar gambar.. Dimana diketahui:: diketahui • •



•



Berapa gaya yg dihasilkan dari tekanan perut tsb (FA) ? Berapa Besar gaya otot (Fmuscle) tulang belakang (spinal erector muscle force) pada daerah L5/S1 ? Berapa Besar gaya tekan pada segmen disk L5/S1 ?



-



Diasumsikan tekanan didalam perut pekerja (PA) = 0,32 N/cm2 Jarak sumbu pikul ke pusat masa beban beban,, h=30 h= 30 cm Jarak L5/S /S1 1 ke pusat massa badan badan,, b=20 b=20 cm Berat badan yg berada di atas L5/S /S1 1 = 350 Newton Luasan diafragma perut perut= =465 cm2 Jarak dari gaya perut FA ke L5/S /S1 1, D=11 D=11 cm Jarak dari otot spinal erector ke L5/S1, E= 5cm Sudut antara bidang horisontal dan sacral cutting plane () = 55o.



[thank you you]]