Etat de l`art des méthodes et outils utilisés pour l`évaluation en

Transcription

INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE ET DE SÉCURITÉ
pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles
Rapport Technique
IET - S/06RT-076/JMs/LCn
Octobre 2006
PERF-RV 2 Lot 1.1
Etat de l'art des méthodes et outils utilisés pour l'évaluation
en conception d’un poste de travail
MARSOT Jacques, CLAUDON Laurent
SIÈGE SOCIAL
30, rue Olivier-Noyer
75680 PARIS CEDEX 14
01.40.44.30.00
CENTRE DE LORRAINE
avenue de Bourgogne - B.P. n° 27
54501 VANDOEUVRE CEDEX
03.83.50.20.00
INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE ET DE SÉCURITÉ
Centre de Lorraine
Département Ingénierie des Equipements de Travail
Avenue de Bourgogne
B.P. 27
54501 Vandoeuvre-Les-Nancy
Rapport Technique
IET - S/06RT-076/JMs/LCn
Octobre 2006
PERF-RV 2 Lot 1.1
Etat de l'art des méthodes et outils utilisés pour l'évaluation
en conception d’un poste de travail
Diffusion externe :
Claude ANDRIOT (CEA-Coordinateur de PERF-RV 2)
Diffusion interne :
L / IET (G. Lovat, J. Ciccotelli, J. Marsot, L. Claudon, ICS, SCt, Chrono)
IET – S/06RT-076/JMs/LCn, octobre 2006
Page 2
Sommaire
1
Avant propos ........................................................................................................................... 3
2
Problématique ......................................................................................................................... 3
3
Estimation du risque accident ................................................................................................ 5
4
5
3.1
Matrice de risque............................................................................................................... 7
3.2
Graphe de risque............................................................................................................... 7
3.3
Equation numérique .......................................................................................................... 8
3.4
Abaques............................................................................................................................ 8
3.5
Autres méthodes ............................................................................................................... 9
Evaluation ergonomique....................................................................................................... 10
4.1
Evaluation des manutentions manuelles.......................................................................... 10
4.2
Evaluation des facteurs de risque de survenue de tms .................................................... 11
4.3
Evaluation des postes d'assemblage et de montage........................................................ 11
4.4
Moyens de mesure.......................................................................................................... 11
Mannequins numériques ...................................................................................................... 13
5.1
Jack™............................................................................................................................. 13
5.2
Safework®pro™/ delmia human™ .................................................................................. 15
6
Conclusion............................................................................................................................. 18
7
Références bibliographiques................................................................................................ 20
Annexe I : principales méthodes d'estimation des risques "machines".............................................. 23
Annexe II : principaux évaluateurs ergonomiques ............................................................................ 25
Annexe III : les outils logiciels pour les « méthodistes » ................................................................... 37
Annexe IV : logiciels de mannequins numériques ............................................................................ 42
v
v
v
v
Page 3
1
Avant propos
Nous rappelons que les objectifs du lot 1.1 de la plate forme PERF-RV2 concernent
le développement de nouveaux modules logiciels de Réalité Virtuelle (RV),
complémentaires aux outils de CAO 1 actuels, afin de mieux prendre en compte les
facteurs humains lors de la (re)conception de postes de travail.
Il s'agit plus particulièrement de permettre une meilleure estimation, dès les
premières phases de la conception, des critères utilisés pour l'évaluation des postes
de travail et, ce, tant du point de vue de la prévention du risque accident que de
l'ergonomie. In-fine, il s'agit d'améliorer la santé, la sécurité et le confort des
opérateurs.
Ainsi, après un bref rappel de la problématique, ce document présente un état de l'art
des méthodes et outils permettant aux concepteurs de réaliser une estimation du
risque accident et ergonomique d'un poste de travail.
2
Problématique
La notion de « Prévention intégrée », qui consiste à appliquer au plus tôt des
principes de conception sûre à un futur équipement de travail, est édictée par la
directive européenne codifiée 98/37/CE dite « Machines » [1] et les normes
associées2.
La stratégie de prévention préconisée dans ces textes est centrée autour de
l’estimation à priori des risques ; elle fixe comme objectif au concepteur
d'équipements de travail d'obtenir le niveau de risque résiduel le plus faible possible
compte tenu de l'état de la technique (cf. figure 1).
R
e
t
o
u
r
d'
e
x
p
é
r
i
e
n
c
e
Concepteur
Risque
Mesures de prévention intrinsèques
Mesures de prévention complémentaires
(protecteurs, dispositifs de protection, etc.)
Information pour l'utilisation (notice,
signalisation, etc.
Utilisateur
Mesures de protection complémentaires
Mesures organisationnelles
Equipements de protection individuelle
Formation
Figure 1 : Processus de réduction du risque d'après [2]
1 CAO : Conception Assistée par Ordinateur
2 http://ec.europa.eu/enterprise/newapproach/standardization/harmstds/reflist/machines.html
Page 4
Si les outils logiciels de conception en 3D, de simulation numérique ont contribué à
réduire les risques de dommage liés à des défaillances techniques, le concepteur
dispose de peu de moyens pour anticiper les futures situations d’usage et ainsi
prévenir des situations accidentelles, des postures de travail inadaptées, et plus
généralement des situations à risque pour les utilisateurs.
Depuis peu, l’exploitation de modèles anthropométriques (cf. chapitre 5) et/ou de
prototypes [3] facilitent le dimensionnement des postes de travail et la prise en
compte d’un premier niveau d’interaction Homme-Système.
En faisant intervenir physiquement, en tant qu’acteur, l'utilisateur dans le cycle de
conception, la RV ouvre la possibilité de mieux appréhender les futures interactions
Homme - Système – Environnement. En dotant le concepteur de moyens
d'exploitation virtuels, celui-ci peut vérifier par itérations successives, que les
procédures, modes opératoires..., envisagés en exploitation n'introduisent pas de
risques spécifiques, ne dégradent pas le niveau de sécurité du système. Le schéma
initial de la figure 1 s’enrichit d’une boucle de rétroaction permettant d’exploiter les
analyses et résultats issus de la simulation dans un environnement virtuel ; les
niveaux de risques résiduels hérités de la conception devraient en être diminués
(cf. figure 2).
R
e
t
o
u
r
d'
e
x
p
é
r
i
e
n
c
e
Concepteur
Réduction
du risque
satisfaisante ?
Non
Simulation de la tâche
en environnement
virtuel
Oui
Utilisateur
Figure 2 : Processus de réduction du risque et RV
Pour que les premières applications de RV dans le domaine de l'analyse de risques et
de l’application de mesures de prévention et de l'ergonomie [4] à [7] soient réellement
appliquées à des cas industriels concrets, nous attendons de ces simulations qu’elles
rendent réellement compte de l’activité future de l’opérateur dans les conditions de
travail envisagées. Pour cela, la simulation doit reproduire le plus fidèlement possible
une situation de travail pour que l’opérateur puisse « exercer » son activité dans les
conditions de réalisation prévues et permettre l'estimation des critères utilisés pour
l'évaluation des postes de travail et, ce tant du point de vue de la prévention du
risque accident (cf. chapitre 3) que de l'ergonomie (cf. chapitre 4).
Page 5
3
Estimation du risque Accident
En prévention technique des machines et systèmes de production, on représente
schématiquement la chaîne des événements conduisant à l’accident par une suite de
conjonctions telle que représentée par la figure 3.
Un équipement de travail, de par les énergies en présence (de nature électrique,
thermique, cinétique, etc.), est considéré comme étant une entité dangereuse.
Associer à ce sous-système technique une présence humaine implique la survenue
de
situations
potentiellement
dangereuses.
Toute
situation
potentiellement
dangereuse ne conduit pas pour autant au dommage. Encore faut il que
l’enchaînement des différentes étapes soit conditionné par d'autres facteurs ;
persistance de phénomènes dangereux, apparition d'événements critiques, nonpossibilités d'évitement.
sous-système
humain
(homme)
sous-système
technique
(entité dangereuse)
et
situation
potentiellement
dangereuse
Evénement critique
(défaillance du circuit de
commande par
exemple)
non annihilation
du phénoméne
dangereux
et
Fexpo
situation
dangereuse
et
non
évitement
Pocc
et
Pévit
accident
(dommage)
Gravité
Figure 3 : Chaîne des événements conduisant à l’accident
Le risque « Machine » est donc fonction de la gravité (G) et de la probabilité
d’occurrence de la blessure ou dommage encouru [8]. Cette probabilité dépend ellemême de trois paramètres :
•
la fréquence et/ou la durée d’exposition (F expo),
•
la probabilité de d’occurrence de l’événement dangereux (Pocc). Cette
probabilité
d’occurrence
peut
d’être
d’origine
humaine
(manœuvre
inappropriée par exemple) ou technique (défaillance de composant, erreur
logicielle, etc.). Elle est également influencée par l’environnement du poste
de travail et des aptitudes de(s) personne(s) exposée(s) à maîtriser les
risques encourus,
•
la possibilité d’éviter ou de limiter le dommage (Pévit ).
Page 6
En ce qui concerne la démarche d'estimation du risque, c'est à dire la détermination
d'un indice de risque permettant d’ordonner les niveaux de risque, il existe une
diversité des pratiques lors de la manipulation des concepts et paramètres attachés
au risque [9]. En effet, plusieurs méthodes applicables à la conception d'équipements
de travail ont été recensées (cf. annexe I). Toutefois, les paramètres utilisés restent
assez semblables d’une méthode à l’autre. La principale différence porte sur le
nombre de paramètres utilisés dans ces méthodes et le nombre de niveaux utilisés
pour évaluer chacun de ces paramètres3 (cf. tableau I).
Mention du
Paramètres
paramètre
d'estimation du risque
2
3
4
5
6
7
100
4%
22%
43%
19%
7%
2%
18
11%
33%
11%
22%
11%
11%
6
25%
48
12%
18%
16%
32%
12%
8%
24
4%
25%
29%
29%
13%
31
3%
23%
10%
43%
10%
17
73%
7%
(%)
Gravité
Fréquence
d'exposition
Durée
d'exposition
Fréquence et durée
d'exposition
Prob. d'occurrence du
dommage
Prob. d'occurrence de
l'événement dangereux
Possibilité d'évitement
du dommage
Nombre de niveaux
8
9
10
1%
2%
2%
7%
13%
Tableau I : Répartition (%) des paramètres et du nombre de niveaux utilisés
pour l'estimation des risques
La définition de ces facteurs d'entrée est essentiellement basée sur de l'observation
et sur du dire d'expert. Ils sont combinés afin d’obtenir un niveau de risque. Nous
avons classé ici en 5 grandes familles les différentes représentations utilisées pour
déterminer un niveau de risque (cf. figure 5)
Graphe
10%
Matrice
54%
Equation
15%
Hybrides
18%
Abaques
3%
Figure 5 : répartition des principaux modes de représentation pour l'estimation
du risque
3 Pour plus de détails, nous invitons le lecteur à se reporter à la référence bibliographique [9)
3%
7%
Page 7
3.1
Matrice de risque
Une matrice de risque (cf. tableau II) est une table dont la forme la plus courante est
bidimensionnelle et qui permet de combiner toutes les classes de toutes les entrées
(une entrée correspond à la "gravité du dommage" et la seconde correspond à la
"probabilité d’occurrence de ce dommage").
L’utilisation d’une telle méthode est simple. Pour chaque situation dangereuse
identifiée, une catégorie est affectée à chaque critère d’entrée. Le niveau de risque
de la situation dangereuse étudiée est obtenu par projection des catégories des
entrées sur le référentiel de risque (ici la matrice). Il existe des matrices qui peuvent
prendre en facteur d’entrée plus de deux facteurs mais leur utilisation est plus
délicate (cf. tableau II). Par exemple, pour une gravité élevée (S2) et une exposition
faible (F1), l’intersection avec les critères d'occurrence (élevée-O3) et d'évitement
(faible-A1) donne un niveau de risque de 3.
S : Severity
F : frequency of Exposure
O: probability of Occurrence
A : possibility of Avoidance
Tableau II: Exemple de matrice de risque d'après [10]
3.2
Graphe de risque
Un graphe de risque a une structure d’arbre de décision que l’on lit de gauche à droite
(cf. figure 6). Chaque nœud de l’arbre représente un facteur. Chaque facteur a au
moins deux classes, et chaque classe est représentée par une ramification du nœud.
Pour chaque situation dangereuse, on alloue une classe à chaque critère d’entrée. Un
chemin est alors tracé en fonction des classes des différents critères d’entrée. La
ramification finale donne un niveau de risque en accord avec le chemin suivi.
Figure 6: Exemple de graphe de risque d'après [10]
Page 8
3.3
Equation numérique
Ce type de méthode utilise plusieurs facteurs qui sont généralement définis en
niveaux.
Le
fonctionnement
reste
sensiblement
identique
aux
méthodes
précédentes : une catégorie est choisie pour chacun des facteurs et les valeurs
numériques ou poids associés sont alors combinés (soit par addition et/ou par
multiplication) afin de donner une valeur numérique pour le risque estimé.
Un exemple de ce type de méthode est celui donné par l’AISS 4 [11]. Le risque
résultant (cf. figure 7) est obtenu en utilisant une expression analytique du type :
R = M (E −
P
)
30
avec "M" = Gr
(gravité)
x Ex
(exposition)
x Pr
(prob. d'occurrence)
x Ev
(évitement).
"E" et "P" sont respectivement des paramètres relatifs l'environnement de travail
(bruit, éclairage, etc.) et à l'opérateur (qualification, formation, etc.).
60
Indice de risque
30
10
Figure 7 : Illustration d'une représentation numérique
3.4
Abaques
L’utilisation d'un abaque se fait en tirant une ligne entre le niveau de probabilité
représentatif de la situation analysée et l’exposition au danger. Cette ligne est
prolongée jusqu’à la ligne centrale (tie line). A partir de ce point, le niveau de risque
est obtenu en traçant une ligne passant par la conséquence estimée pour la situation
de travail analysée.
Ils permettent une représentation visuelle du processus menant à l’estimation du
niveau de risque et de ce fait, peuvent être plus facilement utilisables par certaines
personnes (en fonction de leurs habitudes et de leur perception de l’outil).
4 AISS : Association Internationale de Sécurité Sociale
Page 9
Probability
Level
1 in 10
Exposure
Frequent
to hazard
HIGH
Ris k
Level
Consequences
1 in 100
Proba ble
1%
1 in 1000
Occa siona l
25 %
VI
Fa ta lity
V
Severe
IV
Ma jor
III
Minor
II
50 %
75 %
1 in 10 000
Remote
100 %
co ntinuo us
I mprobable
1 in million
Ex tremely
Remote
I
LOW
I nsignifia nt
1 in 100 000
Substantial Moderate
<1%
Very rare
Multiple
Fa ta lities
A
B
C
D
TIE LINE
Figure 7: Abaque : le calculateur de risque de Raafat [12]
3.5
Autres méthodes
Les méthodes hybrides sont des méthodes qui combinent plusieurs approches (de
celles présentées ci-dessus). On peut ainsi avoir, par exemple, la détermination des
facteurs sous forme numérique puis la détermination du niveau de risque à l’aide
d’une matrice et/ou d'un graphe.
Signalons également les tentatives pour appliquer la théorie des sous-ensembles
flous [13] [14], dans ce domaine afin de pouvoir modéliser les incertitudes et les
imprécisions.
Page 10
4
Evaluation ergonomique
L’accroissement très important, depuis le début des années 80, du nombre de
troubles musculosquelettiques (TMS) a conduit au développement d'un certain
nombre de méthodes et/ou outils permettant le prise en compte de critères
ergonomiques lors de la conception de postes de travail et de machines.
Järvinen et Karwowski [15] puis Laurig [16] ont réalisé un état de l’art dans ce
domaine et ils ont identifié différentes familles d'évaluateurs ergonomiques. Les
différents outils listés ci-après font l’objet d’une description plus complète en annexe
II.
4.1
Evaluation des manutentions manuelles
Dans ce cas, les données d'entrées sont des caractéristiques relatives à l’opérateur
(anthropométrie, âge, genre), à l'objet manutentionné (dimension, poids, hauteur et
distance des emplacements de départ et d’arrivée) et à la fréquence de la
manutention. A partir de calculs d’efforts agissant sur la colonne vertébrale, de la
dépense énergétique et de comparaison par rapport à des données issues de la
littérature, ces outils fournissent en sortie soit un niveau de risque ou soit des
recommandations concernant les valeurs limites de poids et de fréquence de
manutention si ces dernières n’étaient pas indiquées en entrée (cf. figure 8). Les plus
connus sont ErgonLIFT [17], LIFTAN [18], ERGON-EXPERT [19], MMH-EXPERT [20]
ainsi que les travaux de Jung et Freivalds [21].
Plusieurs outils logiciels sont commercialisés dans ce domaine par exemple :
• Ergoweb : Job Evaluator ToolBox™ Software5,
• Nexgenergo : ErgoIntelligenceTM Manual Materials Handling (MMH) 6,
• Université de Michigan : EEPP 7 et 3DSSPP8.
Figure 8 : exemple de présentation du logiciel 3DSSPP permettant
le calcul des efforts lors de lever de charges
5 http://www.ergoweb.com/software/jet
6 http://www.nexgenergo.com/ergonomics/ergointelmmh.html
7 http://www.engin.umich.edu/dept/ioe/engexp/
8 3DSPP : Three-Dimensional Static Strength Prediction Program (http://www.umichergo.org/)
Page 11
4.2
Evaluation des facteurs de risque de survenue de TMS
A partir d’informations relatives aux postures adoptées et aux efforts développés par
les opérateurs, différents outils tels que RULA, STRAIN INDEX, OCRA, CTD RISK
INDEX, 3DSSPP (cf. annexe II) délivrent un indice de risque permettant de savoir si
une action corrective du poste de travail doit être menée. Une analyse des points
forts et points faibles de ces différents outils est proposée dans [22].
Une version informatisée, sous forme de feuilles Excel, de pratiquement toutes les
méthodes
décrites
ci-dessus
est
disponible
sur
le
site
web
http://www.hsc.usf.edu/~tbernard/ergotools/.
Par ailleurs, différents outils logiciels relatifs à ce domaine sont commercialisés,
notamment Nexgenergo : ErgoIntelligenceTM UEA9 et Ergoweb : Job Evaluator
ToolBox™ Software.
4.3
Evaluation des postes d'assemblage et de montage
A partir d’un descriptif des pièces à assembler, des outils utilisés et des différentes
opérations à effectuer, ces outils ont pour objet d’optimiser l’emplacement des
différents composants sur le poste de travail afin de minimiser à la fois les contraintes
de l’opérateur en termes de posture, d’amplitude et de répétitivité des gestes et les
coûts liés aux temps d’assemblage généralement calculés au moyen de la méthode
MTM10. Les principaux outils de ce type publiés dans la littérature scientifique sont
MAID [23], EASY [24], EMMA [25] [26] ainsi que les travaux de Kengskool et al. [27],
Pham et Onder [28], Choon et Ek [29] et Ben-Gal et Bukchin [30].
Les outils logiciels présentés en annexe III permettent donc au méthodiste qui
conçoivent les postes d'assemblages d’évaluer certains aspects ergonomiques du
poste de travail et d’essayer plusieurs solutions afin de trouver celle qui répond à la
fois aux exigences de production et qui sollicite le moins l’opérateur.
4.4
Moyens de mesure
Les moyens utilisés pour évaluer ces différents facteurs sont listés dans le tableau III
ci dessous On distingue deux types :
• les équipements "lourds" qui nécessitent une instrumentation complexe et
une expertise en biomécanique et/ou physiologie. Ils sont donc plutôt
réservés à des expérimentations de laboratoire,
• les moyens "simples" facilement utilisables sur le terrain car sans
instrumentation.
9 http://www.nexgenergo.com/ergonomics/ergointeluea.html
Page 12
Type
Efffort
Postures
Répétitivité
Echelles d'auto évaluation
Check-list
Observation directe ou Vidéo
"Simple"
Mesure des temps (Chronos)
Dynamomètre / Pesée
Goniomètre
EMG11
(dérivée)
"Lourd"
Capture de mouvement
Tableau III : Principaux moyens de mesures des paramètres utilisés
dans les évaluateurs ergonomiques
Comme nous venons de le voir, ces outils d'évaluation se basent principalement sur
de l'observation (directe ou vidéo) et/ou de la mesure. De ce fait, ils sont difficiles à
mettre en œuvre dès les premières phases de la conception d'autant plus que, mis à
part quelques logiciels de mannequin numériques (cf. chapitre 5), ils ne sont pas
intégrés dans les outils CAO habituellement utilisés par les concepteurs.
10 MTM : Methods-Time Measurement
11 EMG : ElectroMyoGraphie de surface (EMGs).
Page 13
5
Mannequins numériques
Les années 60 et suivantes ont vu apparaître dans la littérature scientifique un grand
nombre de mannequins numériques encore appelés humanoïdes ou avatar.
Initialement, ces modèles numériques permettaient la représentation graphique d’une
forme humaine numérique en conditions statiques et pour laquelle il était
essentiellement possible de faire varier les dimensions anthropométriques et certains
éléments de sa posture.
Aujourd’hui, ces mannequins numériques peuvent être insérés dans un des modèles
CAO complexes, tel qu’un poste de travail. L’objectif étant de simuler différents types
de situation afin d’observer comment certaines évolutions de conception peuvent
affecter les performances humaines ou créer des risques pour la santé des
opérateurs. Les principales situations d’utilisation de mannequins sont celles
concernant la conception de produits, les lignes de production, la maintenance
d’installations ainsi que la formation de personnels [31] à [34].
Les principales fonctions dévolues à ces logiciels concernent :
• la représentation numérique (mannequin) d'opérateurs dans des plans CAO 3D
de postes de travail. Ces mannequins sont paramétrables du point de vue
anthropométrique (modèles féminins et masculins en fonction des différents
percentiles de taille) et biomécanique (limites angulaires des articulations),
• la simulation de postures et/ou de séquences d'activité (gestes, changement de
posture, saisie d'un objet, déplacement, etc.),
• la vérification de prescriptions anthropométriques telles que des données
dimensionnelles du poste, les zones d’atteintes et le champ de vision du futur
opérateur,
• la vérification de contraintes biomécaniques et/ou physiologiques à l'aide des
évaluateurs décrit précédemment (cf. chapitre 4).
Les principaux logiciels commerciaux de mannequins intégrés à l’univers de la
conception d'équipements de travail sont listés dans la tableau IV ci-après. Les deux
principaux sont JACK™ (UGS) et DELMIA HUMAN™ (Dassault Systèmes). Les
autres logiciels sont présentés en annexe IV.
5.1
JACK™
Le développement de Jack débuté au milieu des années 80 dans le Department of
Computer and Information Science de l’Université de Pennsylvania sur des fonds de
la NASA. Aujourd’hui, il fait partie de la gamme des outils de conception proposés par
la société UGS-PLM Solutions12. Il est constitué de 69 segments (dont 17 segments
pour représenter la partie de colonne vertébrale située en dessous du cou), de 68
12 http://www.ugs.com/products/tecnomatix/human_performance/jack/
Page 14
articulations, de mains totalement articulées à 16 segments et d’un modèle d’épaule
sophistiqué, les articulations sterno-claviculaire, acromio-claviculaire et glenohumérale sont simultanément animées lors d’un mouvement du bras (cf. figure 9).
Jack dispose plusieurs bases de données pour les dimensions anthropométriques
telles que la base ANSUR 1988 qui offre la possibilité de paramétrer plus de 120
mesures par personne. Il peut être animé manuellement soit par cinématique directe
et/ou inverse soit en précisant le point à atteindre. Il est également possible d’animer
ce mannequin grâce à des données provenant de systèmes d’analyse de mouvement
(Viconä par exemple), de gants numériques de type Cybergloveä ou d’intégrer des
systèmes de vision stéréoscopique tels que des casques immersifs. Les collisions
entre le mannequin et son environnement sont également automatiquement
détectées [35].
Les outils d’analyse ergonomique fournis sont très complets et comprennent
l’équation du port de charge du NIOSH, l’estimation du risque de lombalgie, le calcul
des efforts statiques (3DSSPP), les valeurs limites de port de charge et de
tirer/pousser, l’analyse de la fatigue, le calcul de la dépense énergétique, des
évaluateurs ergonomiques de type RULA et OWAS (cf. annexe II).
Jack permet également de prédire le temps nécessaire à la réalisation de la tâche
simulée grâce au moyen d’une analyse MTM [36].
Figure 9 : le mannequin Jack™
Page 15
5.2
SAFEWORK®Pro™/ DELMIA HUMAN™
Le développent de SAFEWORK a débuté durant les années 80 à l’Ecole
Polytechnique de Montréal. Ce mannequin est aujourd’hui commercialisé par 2
sociétés : SAFEWORK Inc13 et DELMIA, filiale de Dassault Système, sous le nom de
HUMAN14.
DELMIA HUMAN est composé de 5 modules : un module de construction du
mannequin, un module de définition des grandeurs anthropométriques et d’animation
manuelle, un module d’analyse la posture, un module d’analyse de l’activité et un
module de simulation permettant d’animer le mannequin dans un environnement 3D.
SAFEWORK/HUMAN
est
composé de 100 corps rigides (permettant une
représentation anatomique complète de la colonne vertébrale, des mains, de l’épaule
et des hanches) paramétrables au moyen de 104 variables anthropométriques
(cf. figure
11).
SAFEWORK/HUMAN
s’appuie
sur
des
bases
de données
anthropométriques très complètes (US Army Natick and KRISS 1997). Le champ de
vision, les zones d’atteintes et la détection de collision du mannequin avec son
environnement sont proposés. L’animation de ce mannequin se fait soit par
cinématique directe ou inverse, par atteinte d’un point dans l’espace ou par définition
d’une trajectoire pour la marche.
Les outils d’analyse ergonomique fournis dans HUMAN comprennent un modèle
permettant le calcul des efforts en condition statiques, les valeurs limites de port de
charge et de tirer/pousser, le calcul de la dépense et l’évaluateur ergonomique RULA
(cf. annexe II).
Figure 10: Exemple de visualisation des zones d’atteintes (Human™)
13 http://www.safework.com/safework_pro/sw_pro.html
14 http://www.delmia.com/gallery/pdf/DELMIA_V5Human.pdf
Page 16
Modèle
Société
Nbre
segm.
Nbre
artic.
69/
68
UGS/
Jack
Tecnomatix
UGS/
eM-Human
?
Process
Engineer
Delmia
H/F
inverse
P/M/G
Directe/
H/F
Vision
Zones
attein.
Détect.
Collis.
Boite
outils
sujet
assis
Eff.
stat.
Levé/po
sé
manut.
man.
Dép.
énerg.
Fatigue
Owas
RULA
MTM
Capt.
mvt.
ANSUR
88
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
?
Oui
Oui
Oui
Non
Oui
Oui
Non
Non
Oui
Non
Oui
Non
Non
Non
?
Oui
Oui
Oui
Non
Oui
Oui
Oui
Non
Non
Oui
Directe/
104
safework
Directe/
Base de
donnéesa
nthrop.
inverse
Demia/
Safework
Popul.
100
Tecnomatix
Delmia/
Anim.
100
H/F
inverse
?
?
/oui
Directe
H/F
Directe/
H/F/E
inverse
P/M/G
?
Oui
Oui
Non
Non
Oui
Human
Ramsis
Solutions
54
53
SAMMIE
Sammie
18
H/F
?
?
Boeing
Directe
Human
Anthropos
Non
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
?
Oui
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Oui
Oui
Non
Non
Oui
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Ramsis dispose de nombreux outils pour l’étude de mannequins
placés à l’intérieur d’un véhicule (confort, sécurité, ...)
Natick
88
H/F
?
Oui
Oui
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
H/F/E
oui
Oui
Oui
Non
Non
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Directe/
90
Solutions
Non
≠ pays
H/F
inverse
Boeing
Human
Modeling
Non
inverse
Directe/
Nexgenergo
Non
Directe/
21
CAD Ltd
Mannequin
Oui
90
inverse
Tableau IV : Principaux logiciels commerciaux de mannequins numériques
Page 17
Page 18
6 Conclusion
Comme rappelé en début de ce document, nous attendons des simulations en RV
qu’elles permettent l'estimation des paramètres utilisés pour l'évaluation du risque et
de l'ergonomie d'un poste de travail.
Bien qu'il existe de nombreuses méthodes d'évaluation, tant pour le risque accident
que pour l'ergonomie, les paramètres utilisés restent assez semblables d’une
méthode à l'autre.
Les principaux paramètres d'estimation du risque sont la gravité potentielle du
dommage (G r), la fréquence et/ou la durée d’exposition (Fexpo), la probabilité de
d’occurrence de l’événement dangereux (Pocc) et la possibilité d’éviter ou de limiter le
dommage (Pévit ).
En ce qui concerne les évaluateurs ergonomiques, ils utilisent principalement comme
données d'entrées des valeurs angulaires définissant la posture, des valeurs efforts
développés par certaines segments corporels de l’opérateur et des informations
relatives à la répétitivité des gestes (temps de cycle, fréquence de mouvement, etc.).
Il ne s'agit pas de valeurs précises, mais des classes dont l’amplitude peut être
relativement grande (cf. annexe II).
Bien que dédiés à la conception, ces méthodes/outils se basent principalement sur de
l'observation (directe ou vidéo), du dire d'expert et/ou de la mesure. De ce fait, elles
sont difficiles à mettre en œuvre dès les premières phases de la conception d'autant
plus qu'ils ne sont pas ou peu intégrés dans les outils CAO habituellement utilisés par
les concepteurs.
L'utilisation des logiciels de mannequins numériques permet une première prise en
compte des interactions Homme-système. Toutefois, bien que performants, ces
logiciels demeurent d’une relative complexité d'utilisation, notamment pour la
simulation de séquences d'activité. Par ailleurs, les modèles biomécaniques utilisés
sont encore très rudimentaires. Ils ne prennent généralement pas en compte les
aspects dynamiques et/ou les efforts externes dans le calcul des efforts articulaires.
Ainsi pour une meilleure estimation des risques et de l'ergonomie dès les premières
phases de la conception, il faut pouvoir évaluer les paramètres listés dans le tableau
V ci-après. Pour cela, il est nécessaire de donner à un avatar15 un comportement
réaliste du point de vue bio-mécanique dans son environnement en termes de
posture, de préhension, d'effort, d’équilibre, de mouvement et de travail. C'est là
l'enjeu de PERF-RV2.
15 Avatar : Représentation de l’utilisateur dans le monde virtuel
Page 19
Il est important de rappeler que le paramétrage ainsi que le choix de l'évaluateur
ergonomique les plus appropriés nécessitent des connaissances dans les domaines
de l’ergonomie, de la biomécanique et de la physiologie.
Paramètres
Fexpo
Fréquence / durée
d’exposition
Risque
"Accident"16
Pocc
Probabilité de
d’occurrence de
l’événement dangereux
Pévit
Possibilité d’éviter ou de
limiter le dommage
Effort
(articulaire ou musculaire)
Posture
Ergonomie
(angles des segments
corporels
Répététivité
(temps, vitesse de
déplacement, ..)
Intérêt de la RV+mannequin numérique
Permet d'obtenir en temps réel des indications de
positionnement de l'opérateur (main, bras, …) vis à vis
de zones dangereuses pendant la simulation de la tâche
Permet d'obtenir des indications sur des positions et/ou
manipulations pouvant potentiellement conduire à des
accidents (heurt de la tête sur un montant de châssis
par exemple, )
Permet d'évaluer et de tester
les possibilités
d'évitement en simulant des situations accidentelles
Dans le cas ou la simulation en RV permet de
reproduire l'activité prescrite, les paramètres de posture
et de répétitivité pourront être évalués en temps réel sur
l'opérateur par l'intermédiaire du système de capture de
mouvement nécessaire à la simulation
Dans le cas où il n'est pas possible à l'utilisateur de
reproduire l'activité, notamment du fait des limitations
des systèmes haptiques
(débattement, poids
restituable…), ces paramètres pourront être obtenus
par l'intermédiaire du modèle biomécanique intégrés
dans l'avatar.
Tableau V: Paramètres à estimer en RV
16 En ce qui concerne le paramètres "gravité", celui-ci est essentiellement lié au niveau d'énergie du phénomène dangereux et la RV
n'est pas d'un intérêt primordial dans ce domaine.
Page 20
7 Références bibliographiques
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Ergonomics – A Researcher’s Guide", W. Karwowski, A. M. Genaidy and S. S.
Asfour (Eds), Taylor & Francis, Londres, 1990, pp. 226-227.
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Researcher’s Guide", W. Karwowski, A. M. Genaidy and S. S. Asfour (Eds),
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France.
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Movements", Tools for evaluation and Engineering, Ed. By N. J. Delleman, C.
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Page 23
Annexe I :
"Machines"
Principales
méthodes
d'estimation
des
risques
Références bibliographiques
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- Méthodologie de l'analyse du risque" (Spécification technique ISO/TS 14798:2000,
première édition, 2000-11-01).
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Commission Électrotechnique Internationale, Comité technique no. 65: Mesure et
contrôle du procédé industriel, , 1998.
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Organisation , Norme internationale, 1996
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de commande électriques, électroniques, et programmables pour les machines"
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choix des mesures de prévention" CRAMIF, , septembre 2000.
Forsblom-Pärli, U. "Méthode Suva d’appréciation des risques à des postes de travail
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d'accidents, référence 66099.f, octobre 2001
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poste de travail" Comité "Sécurité machine" de l'Association Internationale de
Sécurité Sociale, No. 2034 (F), 35 pages, 1998.
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ISO/TC 199/WG 5", January 2003.
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N. Worsell "HSL presentation on risk assessment, Presentation to the first meeting of
ISO/TC 199/WG 5" January 2003.
SAFEGUARD "Safe Book 2 Machinery Safety Safeguarding and Protective Measures
Legislation, Theory and Practice" Scientific Technologies Inc., California, 1998.
ANSI B11.TR3 "ANSI Technical Report for Machine Tools – Risk Assessment and
Risk Reduction – A Guide to Estimate, Evaluate and Reduce Risks Associated with
Machine Tools" American National Standard,: 2000.
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"Méthode Suva d’appréciation des risques à des postes de travail et lors de
processus de travail", Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents,
Logiciel, 2002.
Page 24
Robot Risk Assessment, Robotic Industries Association, Logiciel, 1999.
Page 25
Annexe II : Principaux évaluateurs ergonomiques
Variation des dimensions anthropométriques
Cet outil permet, en s’appuyant sur des vraies bases anthropométriques, de faire
varier facilement les dimensions anthropométriques du mannequin de manière à
assurer la couverture de toute l’étendue des mesures qu’il est possible d’observer
(par ex. 5ème, 50ème et 95ème percentile de la population française).
L’analyse du champ de vision de l’opérateur
Cet outil permet de savoir ce que le futur opérateur verra lorsqu’il sera à son poste de
travail et ainsi de détecter une obstruction du champ visuel.
L’analyse des zones d’atteintes
Cet outil permet de connaître les zones d’atteintes de l’opérateur selon ses
caractéristiques anthropométriques. Deux zones d’atteintes sont généralement
définies : La zone de confort qui correspond à une zone où les angles des différentes
articulations restent dans des limites de confort et la zone d’atteinte maximale qui
définit les distances les plus lointaines que l’opérateur pourra atteindre.
Références
ED 957 "Les troubles musulosqueléttiques du membre supérieur (TMS-MS) : Guide
pour les préventeurs", INRS, PARIS, 2005, 90 p.
ISO 14738 "Sécurité des machines — Prescriptions anthropométriques relatives à la
conception des postes de travail sur les machines " CEN, Bruxelles, 2002, 28 p.
La détection de collision
Cet outil permet d’avertir l’utilisateur lorsque le mannequin entre en contact avec un
objet localisé dans son environnement de travail. Ainsi, il est possible de détecter des
impossibilités d’action de la part du futur opérateur, par exemple l’accessibilité d’une
pièce particulière, ou de vérifier le dimensionnement d’un espace prévu pour le
passage d’une partie corps ou du corps entier.
L’analyse du lever/poser de charge du NIOSH (1981, 1991)
Basés sur les équations de lever/poser de charge développés par un comité d’experts
du NIOSH17, ces outils permettent d’évaluer des tâches de lever/poser [de charges]
symétriques ou asymétriques, incluant des actions avec des couplages non optimaux
entre la main de l’opérateur et l’objet soulevé.
Selon les postures considérées, la fréquence du port de charge, la durée de cette
tâche au cours d’une journée de travail, la qualité du couplage main/objet et le poids
de l’objet porté, les résultats affichent :
Page 26
• le poids ou la charge que la plupart des travailleurs en bonne santé pourrait
soulever,
• une estimation relative du niveau de contraintes physiques associé avec la
tâche de levage.
Référence :
NIOSH "Work practice guide for manual lifting" Technical report, n°81-122,
Department of Health and Human service, NIOSH, 1991, San Francisco, California.
L’analyse du port de charge et de tirer/pousser du liberty mutual 18,
Basé sur des tables proposées par le Liberty Mutual Centre ces outils permettent de
déterminer le poids maximum acceptable que des hommes et des femmes
représentant différents percentiles de la population peuvent porter lors de tâches de
manutention manuelles (tirer, pousser, lever, poser, port).
Référence :
Snook S. H. & Ciriello V. M. (1991). The design of manual handling tasks : revised
tables of maximum acceptable weights and forces. Ergonomics, 34(9), pp. 1197-1213.
Prédiction de la force statique 19
A partir d’une posture statique, des forces extérieures appliquées au niveau des
mains et des dimensions anthropométriques, cet outil permet de calculer les efforts
s’exerçant au niveau des articulations L4/L5 (vertèbres lombaires 4 et 5), des coudes,
des épaules, des hanches, des genoux et des chevilles. Ainsi, les actions impliquant
des efforts de compression lombaire trop élevés (par rapport aux valeurs limites
recommandées par le NIOSH) sont identifiées. Les résultats sont exprimés en
pourcentage de population capable d’adopter une telle posture et de supporter les
efforts appliqués.
Références :
Chaffin D. B., (1997). Development of Computerized Human Static strength simulation
model for job design. Human Factors and Ergonomics in manufacturing, 7 (4), pp.
305-322.
17 http://www.cdc.gov/niosh/lifting1.html
18 http://libertymmhtables.libertymutual.com/CM_LMTablesWeb/pdf/LibertyMutualTables.pdf#search='snook%20ciriello%20tables
19 http://www.engin.umich.edu/dept/ioe/3DSSPP/
Page 27
Dépense énergique 20
Basé sur les travaux de Garg (1976), cet outil permet de prédire le besoin en
dépense énergétique à partir des caractéristiques de l’opérateur et d’une description
de l’activité et ainsi :
• de déterminer si la tâche nouvellement créée ou existante est conforme aux
recommandations du NIOSH,
• d’identifier les tâches et les variables des tâches qui représentent la
meilleure opportunité pour réduire le dépense énergétique.
Références :
Garg A . (1976). A metabolic rate prediction model for manual materials handling jobs.
PhD thesis, University of Michigan.
Analyse de la fatigue / temps de récupération 21
Basé sur les travaux menés par Rohmert (1973) à l’Institut d’Ergonomie de
l’Université Technologique de Darmstadt, cet outil calcule la période récupération
nécessaire suite à une tâche donnée et la compare au temps de repos prévu. Si le
temps de repos prévu au cours du cycle de travail est insuffisant, les opérateurs son
supposés être à risque de fatigue. Ainsi, un tel outil permet :
• de concevoir des tâches manuelles avec un risque minimal de survenue de
fatigue,
• d’analyser la fatigue de l’opérateur lors de postures statiques,
• d’identifier les tâches dans une activité qui exige le plus grand temps de
repos ainsi que les groupes musculaires qui sont les plus sollicités.
Références :
Rohmert, W. (1973). Problems with determining rest allowances: Part 1. Use of
modern methods to evaluate stress and strain in static muscular work. Applied
Ergonomics, 4(2), 91-95.
OWAS (Ovaco Working posture Analysis System)
Basée sur une analyse simplifiée des postures de travail, l’outil OWAS permet :
• d'évaluer l’inconfort relatif d’une posture de travail selon la position du dos,
des bras et des jambes et les efforts liés à la tâche (cf. tableau VI),
• d'assigner à la posture évaluée un score qui indique l’urgence à prendre des
mesures correctives pour réduire le potentiel d’exposition à un risque de
pathologie de type TMS ou lombalgie.
La méthode OWAS doit être pratiquée à intervalles de temps réguliers au cours du
travail afin d’essayer d’identifier les principales postures adoptées par l’opérateur au
cours d’une journée de travail.
20 http://www.engin.umich.edu/dept/ioe/ENGEXP/
21 http://www.arbeitswissenschaft.de/iad_eng/eng_top.htm
Page 28
Tableau VI : Posture retenue par la méthode OWAS
Références :
Karu O., Kansi P., Kouarinka I. (1977). Correcting working postures in industry : a
practical method for analysis. Applied Ergonomics, 8, 199-201.
Rula
(Rapid
Upper
Limb
Assessment)
et
Reba
(Rapid
Entire
body
Assessment)22
L’outil RULA permet d’évaluer l’exposition des opérateurs au risque de survenue de
TMS. Pour une tâche manuelle donnée, il permet :
• d’évaluer le risque de survenue de TMS à partir de la posture, le poids et la
fréquence des efforts exercés et la recherche d’efforts statiques
(cf. tableau VII à IX),
• d’assigner à la tâche évaluée un score qui indique le degré d’intervention
requis pour réduire le risque de survenue de TMS.
L’analyse RULA se pratique soit sur les postures les plus représentatives de celles
adoptées par l’opérateur lors de son activité, soit sur celles considérées comme les
plus contraignantes.
22 http://www.ergoweb.com/software/jet/ et http://www.nexgenergo.com/ergonomics/ergointeluea.html
Page 29
Tableau VII : score de posture (partie A)
Tableau VIII : score de posture (partie B)
Score
Muscle
Force
0
Autres postures
Pas de résistance ou force/effort intermittent < 2
kg
1
Posture statique ou maintenue plus
d'une minute ou répétée plus de 4
fois / mn
Force/effort intermittent compris entre 2 et 10 kg
2
3
Force/effort continue ou répétée compris entre 2
et 10 kg
Force/effort continue ou >10 kg
Choc ou effort avec une forte impulsion
Tableau IX : score de " Muscle" et de "Force"
Page 30
Figure 11 : Logigramme pour la calcule des scores intermédiaires "C" et "D"
Tableau X : Matrice pour la détermination du score RULA
Références :
MacAtamney L., Cortlett E. N. (1993). RULA : a survey method for the investigation of
work-related upper limb disorders. Applied Ergonomics, 24, 91-99.
OREGE (Outil de Repérage et d'Evaluation des Gestes)
Cet un outil analytique complet qui permet d'évaluer les principaux facteurs de risque
biomécaniques des TMS-MS du membre supérieur (effort, répétitivité, postures).
L’ordre de passation des 3 facteurs de risque doit être respecté répétitivité, car
l'expérience a montré qu'il fallait séparer l'évaluation de la répétitivité de celle des
efforts.
• Evaluation de l'effort ; elle est le fruit d'une synthèse entre les valeurs
définies par l’opérateur et par l'observateur au moyen d'échelles
d’évaluation (cf. figure 12).
• Evaluation de la posture ; elle est réalisée à partir de l'observation des
positions articulaires du membre supérieur (cf. figure 12).
• Evaluation de la répétitivité ; elle suit la même logique que celle de l'effort, à
la différence près qu'elle porte sur une durée et non plus sur une action.
Page 31
Références :
M. Aptel, S. Lafaurie, L. Tronchet, J. J. Atain-Kouadio "OREGE : un outil simple
dévaluation des facteurs de risque biomécanique de TMS du membre supérieur",
NST196, INRS Vandoeuvre, 11/2000; 122 p.
Figure 12 : Outils d'évaluation d'OREGE
Page 32
SI (Strain index) 23
Moore et Grag (1995) ont proposé le calcul d’un indice de risque de TMS basé sur
l’analyse de 6 variables (intensité de l’effort, durée de l’effort, nombre d’efforts par
minute, posture de la main/poignet, vitesse de travail et durée de la tâche). Chacune
de ces variables comprend 6 niveaux auxquels sont attribués des coefficients
différents (cf. tableau XI). A l’issue de l’analyse, le produit des 6 coefficients est
calculé et comparé à la valeur 5. Un produit supérieur à 5 définit une situation à
risque de TMS. Une adaptation de ce tableau ne présentant plus de termes qualitatifs
est proposée dans Freivalds (2004).
Durée effort
(% cycle)
Intensité
coef
Nb efforts
/ min
Posture
coef
coef
Durée
tâche (h)
Vitesse
coef
coef
coef
léger
1 < 10 %
0.5
<3
0.5 très bonne
1.0 très faible
1.0 < 1
un peu dur
3 10 - 29 %
1.0
4-8
1.0 bonne
1.0 faible
1.0 1 - 2
dur
6 30- 49 %
1.5
9- 14
1.5 moyenne
1.5 moyenne
1.0 2- 4
0.75
très dur
9 50 - 79 %
2.0
15 - 19 2.0 mauvaise
2.0 rapide
1.5 4 - 8
1.0
proche max
13 > 80 %
3.0
> 20
3.0 très rapide
2.0 > 8
1.5
3.0 très mauv.
0.25
0.5
Tableau XI : coefficients SI
Références :
Freivalds A. (2004). Biomechanics of the upper limbs, mechanics, modelling and
musculoskeletal injuries. CRC press, Boca Raton, Florida,USA.
Moore J. S., Garg A. (1995). The strain index. A proposed method to analyse jobs for
risk of distal upper extremity disorders. American Industrial Hygiene Association
Journal, 56, 443-458.
CTD risk index (Cumulative Trauma Disorders Risk index) 24
Le modèle CTD Risk index permet d’évaluer rapidement un risque de TMS (Seth,
Weston et Freivalds, 1999). Ce modèle calcul un indice de fréquence à partir des
mouvements et des efforts exercés par la main et un indice de posture prenant en
compte les positions articulaires du cou, du dos, du bras, de l’avant-bras et de la
main. A partir de ces 2 indices, un modèle expliquant 52 % de la variance du taux
d’incidence de survenue de troubles musculosquelettiques est ensuite calculé.
Toutefois, cette méthode apparaît réellement performante pour les tâches dont les
durées de cycles sont supérieures à 4s (Freivalds, 2004).
23 http://www.ergoweb.com/software/jet/ et http://www.nexgenergo.com/ergonomics/ergointeluea.html
24 http://www.nexgenergo.com/ergonomics/ergointeluea.html
Page 33
Références :
Freivalds A. (2004). Biomechanics of the upper limbs, mechanics, modelling and
musculoskeletal injuries. CRC press, Boca Raton, Florida,USA.
Seth V., Weston R. L., Freivalds A. (1999). Development of a cumulative trauma
disorders risk assessment model for the upper extremities. International Journal of
Industrial Ergonomics, 23, 281-291.
OCRA (Occupational Repetitive Actions)
La méthode OCRA s’applique uniquement à des tâches répétitives. Cette méthode
calcule le rapport entre la fréquence prévisible des actions techniques (FF) et la
fréquence de référence (RF) des actions techniques. Une action technique est définie
comme « une action manuelle élémentaire requise en vue d’achever les opérations
conduites au cours du cycle, telles que tenir, tourner, pousser, couper… ». La
fréquence des actions techniques est selon Occhipinti (1998) la variable qui
caractérise le mieux l’exposition lorsque des mouvements répétitifs doivent être
analysés.
Une adaptation de cette méthode est actuellement retenue dans le projet de norme
prEN 1005-5. D’une manière générale, cette permet une évaluation ergonomique à
partir d’informations relatives à la posture, l’effort, la durée de la tâche et le temps de
récupération associé. OCRA tient également compte de certains facteurs additionnels
tels que les vibrations, les actions nécessitant une grande précision, les pressions
localisées sur certaines structures anatomiques (par ex. paumes de la main),
l’exposition au froid, l’utilisation de gants, les actions impliquant des chocs,…etc.
Un intérêt fort de cette méthode est la prise en considération de la durée de travail.
Ainsi, si un opérateur travaille sur des postes différents au cours d’une journée de
8 heures, il est possible d’effectuer plusieurs analyses sur la base du temps
effectivement passé sur chacun des postes. Le résultat se présente sous la forme
d’un indice qui, selon sa valeur, permet de décrire la situation de travail comme étant
acceptable (indice < 2,2), acceptable sous condition (2,2 [ indice < 3,5) ou
inacceptable (indice á 3,5).
Le calcul de cet indice égal au rapport entre la fréquence prévisible des actions
techniques (FF) et la fréquence de référence (RF) des actions techniques.
La valeur FF est calculée de la façon suivante : FF = 60(
•
•
NTC
) où :
FCT
NTC représente le nombre d’actions techniques nécessaires à l’exécution de la tâche,
FTC est la durée prévisible du temps de cycle.
La valeur RF est égale à = 30 x PoM x FoM x ReM x AdM x DuM x RcM
Page 34
• Le coefficient PoM est le facteur multiplicatif pour la posture établi à partir du
pourcentage du temps de cycle passé dans certaines classes d’amplitudes
angulaires (cf. tableau XII).
Proportion du temps de cycle
Moins de
1/3
2/3
3/3
1/3
de 25 % à
de 51% à
plus de 80
de 1% à 24
50 %
80 %
%
%
Posture incommode
Supination du coude (≥ 60°)
Extension (≥ 60°) ou flexion (≥ 60°) du poignet
Prise en pince, en crochet ou palmaire (large
prise)
Pronation (≥ 60°) ou flexion/extension (≥ 60°) du
coude
Déviation radio-cubitale (≥ 20°)
Prise à pleine main avec poignée fine ( ≤ 2 cm)
1
0,7
0,6
0,5
1
1
0,7
0,6
Tableau XII : Valeurs du facteur multiplicateur PoM
• Le coefficient FoM est le facteur multiplicatif pour la force. Sa valeur est définie
selon le niveau d’effort requis pour réaliser les différentes actions de la tâche
(cf. tableau XIII). Le niveau de la force "Fb" (première ligne) est donné en
pourcentage de la force isométrique maximale telle déterminée dans l’EN 10053.
Niveau de force en
% de F b
Borg CR-10
Score
Multiplicateur pour
la force (Fo M)
5
10
20
30
40
= 50
0,5
très, très
faible
1
très
faible
2
3
faible
modéré
4
assez
fort
=5
fort/très
fort
1
0,85
0,65
0,35
0,2
0,01
Tableau XIII : Valeurs du facteur multiplicateur FoM
• Le coefficient ReM est le facteur multiplicatif pour la répétitivité des gestes. Ce
coefficient prend la valeur 1. Dans le cas où la tâche nécessiterait l’exécution
des mêmes actions techniques des membres supérieurs pendant au moins 50
% du temps de cycle ou lorsque le temps de cycle est inférieur à 15 s, le
multiplicateur ReM prend la valeur 0,7.
• Le coefficient AdM est le facteur multiplicatif pour la présence de facteurs de
risque additionnels (utilisation d’outils vibrants, gestes impliquant un choc,
exigence d’une précision, exposition au froid, utilisation de gants, etc. Selon la
durée de présence des facteurs additionnels par rapport au temps de cycle, le
coefficient AdM prend les valeurs suivantes :
-
1,
lorsqu'un
ou
plusieurs
facteurs
additionnels
sont
présents
simultanément pendant moins de 25 % du temps de cycle,
-
0,95, lorsqu'un ou plusieurs facteurs additionnels sont présents
simultanément pendant 1/3 (de 25 % à 50 %) du temps de cycle,
Page 35
-
-
simultanément pendant 2/3 (de 51 % à 80 %) du temps de cycle,
simultanément pendant 3/3 (plus de 80 % du temps de cycle.
• Le coefficient DuM est le facteur multiplicatif pour la durée de la tâche. Les
valeurs de ce coefficient sont présentées dans le tableau XIV.
Temps total (en minutes) consacré aux tâches répétitives pendant la
durée du poste
< 120
120-239
240-480
> 480
2
1,5
1
0,5
Multiplicateu
r Du M
Tableau XIV : Valeurs du facteur multiplicateur DuM
• Le coefficient RcM est le facteur multiplicatif correspondant à la période de
récupération. Le tableau XV présente les valeurs de ce coefficient en fonction
du nombre d’heures sans récupération adéquate. Pour les tâches répétitives, la
condition de référence est représentée par la présence, pour chaque heure
d’une tâche répétitive, de périodes d’interruption de travail d’une durée d’au
moins 10 min consécutivement ou avec un rapport de 5:1 entre le temps de
travail et le temps de récupération.
Nombre d’heures
sans récupération
adéquate
0
1
Multiplicateur
RcM
1
0,9
2
3
4
5
6
7
0,8 0,7 0,6 0,45 0,25 0,1
8
0
Tableau XV : Valeurs du facteur multiplicateur RcM
Références :
Colombini D. (1998). An observational method for classifying exposure to repetitive
movements of the upper limb. Ergonomics, 41, 9, 1261-1289.
Occhipinti E. (1998). OCRA : a concise index for the assessment of exposure to
repetitive movements of the upper limb. Ergonomics, 41, 9, 1290-1311.
PR EN 1005-5 "Sécurité des machines – Performance physique humaine – Partie 5 :
Appréciation du risque relatif à la manutention répétitive à fréquence élevée" CEN,
Bruxelles, 02/2005, 145 p.
Les différentes valeurs angulaires retenues par les différentes évaluateurs sont
tableau XV ci-après
Page 36
Tableau de synthèse des plages articulaires
Poignet
Flexion
Vert
Jaune
rouge
Extension
Vert
Jaune
Rouge
Déviation radiale
Vert
Jaune
Rouge
Déviation cubitale
Vert
Jaune
Rouge
Avant-bras
Flexion
Vert
Jaune
rouge
Pronation
Vert
Jaune
Rouge
Supination
Vert
Jaune
Rouge
Epaule
Flexion - extension
Vert
Jaune
rouge
Abduction - adduction
Vert
Jaune
Rouge
Rotation inter.-exter.
Vert
Jaune
Rouge
Tronc
Flexion - extension
Vert
Jaune
rouge
Inclinaison latérale
Vert
Jaune
Rouge
Rotation
Vert
Jaune
Rouge
Cou
Flexion - extension
Vert
Jaune
rouge
Inclinaison latérale
Vert
Jaune
Rouge
Rotation
Vert
Jaune
Rouge
RULA
OWAS
OSHA
OCRA
ED 797
1005-4
1005-5
0
0 - 15
> 15
-
0 - 20
> 20
> 20
0 - 45
> 45
> 45
0 - 10
> 10
> 10
-
0 - 45
> 45
> 45
0
0 - 15
> 15
-
0 - 30
> 30
> 30
0 - 45
> 45
> 45
0 – 30
> 30
> 30
-
0 - 45
> 45
> 45
0
0
>0
-
-
0 - 15
> 15
> 15
-
-
0 - 15
> 15
> 15
0
0
>0
-
-
0 – 20
> 15
> 15
-
-
0 – 20
> 15
> 15
60 - 100
0-60;> 100
-
-
-
Amp. < 60°
Amp. < 60°
Amp. > 60°
10-30 ?
-
-
Amp. < 60°
Amp. < 60°
Amp. > 60°
0 - 45
0 - 45
proc. extr.
-
-
0 - 45
0 - 45
> 45
-
-
0 - 45
0 - 45
> 45
0 - 45
0 - 45
proc. extr
-
-
0 - 45
0 - 45
> 45
-
-
0 - 45
0 - 45
> 45
0 - 20
-20-0;20-90
< -20 ;> 90
M.S. > epau
-
M.S. > torse
-
0 – 20
20 – 60
> 60
0 – 20
< 0 ; > 20
< 0 ; > 20
0 – 20
20 – 60
> 60-
< 80°
pendant
90% temps
0
>0
>0
M.S. > épau
M.S. > torse
-
-
0 – 20
20 – 60
> 60
0 – 20
< 0 ; > 20
< 0 ; > 20
0 – 20
20 – 60
> 60
< 80°
pendant
90% temps
-
-
-
Droit
-
-
-
0 - 20
20-60
0 ; > 60
-
-
-
-
0-10
> 10
-
-
-
0-10
> 10
-
>0
0 - 20
20-60
< 0 ; > 60
0
>0
>0
Penché
0
penché
0
>0
>0
tourné
-
0-10
10-20
> 20
-
0-20
> 20
-
0-40
> 40
0-40
> 40
0
-
-
-
-10- 10
-10 < >10
-10- 10
-10 < >10
-
-20-20
-20< ; > 20
-
>0
0
>0
0
-10- 10
-10 < > 10
-45 - 45
-45 < > 45
-
Page 37
Annexe III : Les outils logiciels pour les « méthodistes »
Ergotime™25
Commercialisé par la société IMF méthodes industrielles, le logiciel Ergotime permet
de combiner une analyse MTS avec le calcul des mensurations du poste optimal, le
calcul de la pénibilité d’un poste de travail (méthode non spécifiée dans la
documentation commerciale) à partir de l’étude des temps basée sur l’analyse
gestuelle et la simulation du coût cardiaque absolu et relatif au moyen des tables de
Chamoux .
ErgoMOST™
Cet outil combine une analyse de mesure du travail MTM-MOST26 (Maynard Operation
Sequencing Technique ) et une analyse ergonomique afin d’établir un indice de
contrainte ergonomique (ESI - Ergonomic Stress Index). Cet indice, qui est calculé
pour différentes parties du corps (poignet, coude, épaule, dos, cou et genou), est
construit en prenant en compte les 5 facteurs de risque de survenue de TMS suivants :
la force, la répétitivité, la posture, le type de préhension et les vibrations.
IMD Standard Time Data 27
Le logiciel IMD standard Time Data, développé par le directoire MTM international sur
une base Microsoft Excel, permet de coupler la méthode de mesure des temps MTMSAM avec l’évaluateur ergonomique « Modèle du cube » conçu par le NIWL. Cet
évaluateur ergonomique prend en considération les 3 facteurs de risque biomécanique
de survenue de TMS que sont la posture, la force et la répétitivité des gestes. Comme
le montre la figure 14, la valeur de l’indice obtenu par le modèle du cube permet de
classer la situation de travail selon trois niveaux : acceptable (vert), à surveiller (jaune)
ou inacceptable (rouge). L’utilisateur du logiciel IMD standard Time data doit indiquer,
à chaque instruction SAM saisie, l’effort fourni par l’opérateur (3 modalités : < 1 kg, 1 –
2,5 kg et > 2,5 kg), la localisation de la main lors de l’exécution de l’instruction SAM
(3 modalités : restant à l’intérieur de la zone de confort, restant à l’extérieur de la zone
de confort, passant de l’intérieur vers l’extérieur de la zone de confort ou vice et versa)
et la répétitivité des gestes selon également 3 modalités de valeurs définies pour les
mouvements des doigts (< 20, 20-200, > 200 mvt.min -1), de l’ensemble main/avant-1
bras (< 15, 15-30, > 30 mvt.min ) et de l’ensemble bras/épaule (< 15, 15-30, > 30
mvt.min-1). Un atout de la méthode ErgoSAM concerne sa facilité de mise en œuvre
25 http://espace98.online.fr/ind2.html).
26 http://www.hbmaynard.com/softwareproducts/ErgoMOST.asp
27 NIWL : National Institute for Working Life,
Page 38
puisqu’elle ne nécessite que 5% de temps additionnel par rapport à une analyse SAM
classique.
Page 39
Toutefois, de par sa simplicité, cette méthode présente certaines limitations :
• non prise en compte des angles de flexion-extension du poignet,
• non prise en compte des efforts statiques,
• non prise en compte du type de préhension (préhension palmaire ou
digitale),
• non prise en compte des actions fines (gestes précis),
• pas d’information sur quelle partie du corps est sollicitée,
• pas d’information sur un travail simultané ou séparé des mains.
Figure 14 : Indices du modèle du cube (à droite) correspondants
aux codes SAM (à gauche)
TiCon
Développé par l’association MTM allemande28, le module MTM-Ergo du logiciel TiCon)
permet d’associer une analyse de type MTM-UAS/MEK avec différents évaluateurs
ergonomiques tels que des analyses du lever et du port de charges (méthode "
Siemens", méthode du NIOSH29, ou méthode KIM 30 développée par le FIOSH31) ou la
méthode AAWS32 développée par l’Université Technologique de Darmstadt33. Ce
28 (http://www.dmtm.com/produkte/software/ticon_modul_ergo.php
29 NIOSH : National Institute of Occupational Safety and Health
30 KIM : Key Indicator Method
31 FIOSH : Federal Institute for Occupational Safety and Health
32 AWAS : Automotive Assembly WorkSheet
33 http://www.arbeitswissenschaft.de/iad_eng/research/projects/schaub/schaub_projects.htm).
Page 40
dernier évaluateur ergonomique qui prend notamment en considération les principales
prescriptions normatives relatives à l’ergonomie actuellement en vigueur (EN 1005, EN
ISO 7250, ISO 14738, ISO 11226, ISAO 11228) propose au final une cotation
ergonomique d’un poste de travail selon un code couleur vert, jaune ou rouge,
conformément aux recommandations de la directive "Machines" 98/37/CE.
Le module MTM-Ergo génère un « code ergonomique » (défini comme tel par les
concepteurs du logiciel) établi à partir d’informations sur la hauteur de travail, la
localisation et l’orientation de la main de l’opérateur et le poids de la charge manipulée.
Toutes ces informations doivent être saisies manuellement (cf. figure 15) après chaque
action de l’opérateur. Il est ensuite possible de réaliser une évaluation ergonomique,
choisie parmi celles citées ci-dessus, à partir du code ainsi généré.
Figure 15: Exemple de fenêtre de saisie des informations nécessaires
au module MTM-Ergo
EQUINOXE
Le logiciel EQUINOXE, développé par le Cabinet LACHEVRE S. A., permet d’associer
une analyse des temps (MTM 1/2/UAS/SAM, MEK, MODAPS ou MTS) avec
l’évaluateur ergonomique OCRA (cf. annexe II).
Références du paragraphe IV :
Christmansson M., Lalck A.–C., Amprazis J., Forsman M., Rasmusson L., Kadefors
R. (2000). Modified method time measurements for ergonomic planning of production
systems in manufacturing industry. International Journal of Production Research, 38,
17, 4051-4059.
Kadefors R. (1997). Evaluation of working situations using the cube model approach.
In the Proceedings of the 13th Triennal Congress – IEA’97, International Ergonomics
Association, Tampere, Finland, Vol. 4, pp. 174-176.
Page 41
Laurig J. (2004). Ergonomic Workplace design. Development of a practitioner’s tool
for enhanced productivity. PhD Thesis of the Chalmers University of Technology.
Laring J., Forsman M., Kadefors R. Örtengren R. (2002). MTM-Based ergonomic
workload analysis. International Journal of Industrial Ergonomics, 30, 135-148.
Laring J., Christmansson M., Kadefors R. Örtengren R. (2005). ErgoSAM : A
preproduction risk identification tool. Human Factors and Ergonomics in
Manufacturing, 15(3), 309-325.
Karger D. W., Bayha F. H. (1975). La mesure rationnelle du travail. MTM et systèmes
de temps prédéterminés. Ed. Gauthier-Villars, 424 p.
Page 42
Annexe IV : Logiciels de mannequins numériques
SAMMIE (System for Aiding Man-Machine Interaction Evaluation)
SAMMIE a initialement été développé par M. C. Bonney, K. Case et J. M. Porter à la
fin des années 70 dans les universités de Nottingham et de Loughborough en
Grande-Bretagne. Ce logiciel est actuellement commercialisé par la société SAMMIE
CAD Limited34.
Il a été conçu comme un modèle numérique général comprenant 23 corps rigides et
21 articulations (donc beaucoup moins développé que Jack et SAFEWORK/HUMAN).
SAMMIE intègre une base de données anthropométriques assez riche et récemment
complétée par l’outil HADRIAN35 qui permet notamment d’intégrer les caractéristiques
de personnes à mobilité réduite. Il permet de prendre en considération les besoins
essentiels des concepteurs : zone d’atteinte (limite et de confort), champ de vision de
l’opérateur et détection de collisions. L’animation du mannequin est également
obtenue soit de façon directe ou inverse mais également par la définition d’actions
simples telles qu'atteindre un objet, porter son regard sur … etc. L’équation du port de
charge ainsi qu’une évaluation des postures au moyen de la méthode RULA sont
également disponibles dans ce logiciel (cf. figure 16).
Figure 16 : Le mannequin SAMMIE
Références
Porter J. M., , Marshall R., Freer M., Case K. (2004). SAMMIE : A computer-aided
ergonomics design tool. Working Postures and Movements, Tools for evaluation and
Engineering, Ed. By Delleman N. J., Haslegrave C. M., et Chaffin D. B. CRC Press,
454-462.
34 http://www.lboro.ac.uk/departments/cd/docs_dandt/research/ergonomics/sammie/
35 HADRIAN : Human Anthropometric Data Requirements Investigation and Analysis.
Page 43
eM-HUMAN36
eM-Human est un logiciel commercialisé par UGS dédié à la conception et à
l’analyse de lignes d’assemblage.
Il dispose d’une librairie de mannequins numériques hommes et femmes de
différentes tailles issues de standards internationaux. Comme pour les mannequins
Jack et SAFEWORK/HUMAN, eM-Human offre la possibilité d’analyser les zones
d’atteinte, le champ de vision du mannequin et gère également les collisions avec
l’environnement. L’animation du mannequin peut être réalisée par cinématique
directe ou inverse. Les outils d’analyse ergonomique fournis dans eM-Human
comprennent :
• l’équation du port de charge du NIOSH 81/91,
• le calcul des efforts maximaux autorisés selon la posture adoptée,
• les valeurs limites de port de charge proposées par Snook et Ciriello du
Liberty Mutual,
• l’évaluateur ergonomique OWAS (cf. annexe).
Enfin, eM-Human permet également de déterminer les temps de cycle grâce à des
analyses MTM-UAS. Un exemple d’utilisation de eM-Human pour l’optimisation d’un
poste de travail (activité d’encartonnage) à la fois en termes de critères
ergonomiques (voir les évaluateurs ci-dessus) et économiques (grâce au MTM) a été
proposé par Ben-Gal et Bukchin (2002).
Références
Ben-Gal I., Bukchin J. (2002). The ergonomic design of worstations using virtual
manufacturing and response surface methodology. IIE Transactions, 34, 375-391.
Morrissey M. (2004). The SAFEWORK Human simulation tool. Working Postures and
Movements, Tools for evaluation and Engineering, Ed. By Delleman N. J., Haslegrave
C. M., et Chaffin D. B. CRC Press, 437-445.
ERGOMAN – PROCESS ENGINEER
Au milieu des années 90, la société Delta Industrieinformatik a développé un
mannequin 3D appelé ERGOMan en collaboration avec l’université Technologique de
Darmstadt (Schaub et coll, 1997). Ce mannequin s’insérait dans un ensemble d’outils
logiciels de conception développés par DELTA Industrieinformatik (ERGOPLAN,
ERGOMAS). Commercialisés jusqu’en 2001 par la société Ingetech, les logiciels
« ERGOPLAN/ERGOMAS/ERGOMan » sont maintenant distribués par la société
DELMIA du groupe Dassault Système dans la gamme « PROCESS ENGINEER »37.Ce
36 http://www.ugs.com/products/tecnomatix/human_performance/em_human.shtml
37 http://www.delmia.com/gallery/pdf/Process_Engineer.pdf.
Page 44
mannequin est statique et permet uniquement de connaître la zone d’atteinte de
l’opérateur (cf. figure 17) et son champ de vision. Une analyse du port de charge
selon la méthode du NIOSH (cf. annexe) est également proposée. La gamme
« PROCESS ENGINEER » comprend plusieurs modules qui permettent de combiner le
mannequin avec un calcul de temps de type MTM et l’implantation des différents
postes de travail sur une ligne d’assemblage.
Figure 17 : Le mannequin PROCESS-ENGINEER
Références
Schaub K., Landau K, Menges R., Großmann K.(1997). A computer-aided tool for
ergonomic workplace design and preventive care. Human Factors and Ergonomics,
7(4), pp. 269-304.
RAMSIS
A partir de 1987, un consortium de constructeurs automobiles allemands associé à
des constructeurs de sièges ont financé le développement d’un mannequin
numérique 3D dédié à la conception de véhicule. Ce mannequin a été développé par
la société allemande Tecmath et l’Université Technologique de Munich. Aujourd’hui,
le logiciel RAMSIS est commercialisé par la société HUMAN SOLUTION GmbH38 et
il est utilisé pour la conception d’intérieurs de véhicules ou d’avions (cf. figure 18).
RAMSIS est un mannequin numérique définit par 54 segments et 53 articulations. Il
comprend plusieurs bases de données anthropométriques (adultes, enfants,
différentes nationalités) auxquelles il est possible de rajouter des bases de données
propres de clients (Ford, Renault-PSA). Comme la plupart des mannequins
numériques 3D, il peut être utilisé pour observer le champ de vision du mannequin ou
définir les zones d’atteintes et son animation est soit manuelle (cinématique directe)
ou automatique (cinématique inverse ou par définition d’un point d’atteinte dans
38 http://www.human-solutions.com/automotive_industry/ramsis_en.php
Page 45
l’espace). Le calcul des efforts s’exerçant au niveau des différentes articulations est
également proposé. De par sa spécificité, RAMSIS possède plusieurs outils propres à
la conception d’intérieurs de véhicules permettant de prédire la posture du conducteur
sur le siège et le confort associé (Modèle JOHN de l’Université du Michigan), de
prédire l’efficacité de la ceinture en cas d’accident selon la taille des occupants (Belt
Fit Test Device) et de permettre la vision miroir afin de connaître les champs de
vision dans les rétroviseurs.
Figure 18 : le mannequin RAMSIS
Références
Seidl A. (2004) The RAMSIS human simulation tool. Working Postures and
Movements, Tools for evaluation and Engineering, Ed. By Delleman N. J., Haslegrave
C. M., et Chaffin D. B. CRC Press, 445-450.
BHMS (Boeing Human Modeling System)
Ce mannequin numérique a été développé par la constructeur aéronautique
Boeing39. Cet outil a été initialement conçu pour des applications de l’industrie
aéronautique afin notamment de résoudre des problèmes d’aménagement de
cockpits d’avion (zone d’atteinte et de vision). Il a été ensuite utilisé pour visualiser et
analyser des actions manuelles lors d’opérations d’assemblage ou de maintenance
d’avions permettant en autre de détecter les collisions entre le mannequin et son
environnement. BHMS possède des bases de données anthropométriques variées
avec notamment la possibilité de pouvoir revêtir le mannequin d’une combinaison
spatiale augmentant ainsi considérablement le volume de celui-ci. A notre
connaissance, BHMS ne possède pas de boîte d’outils d’évaluation ergonomique,
mais présente deux particularités : la première concerne la modélisation de la
colonne vertébrale qui est particulièrement poussée avec une représentation en 24
segments animés par des algorithmes spécifiques et la seconde est liée à l’existence
d’une boîte à outils spécialement dédiée à l’utilisation d’outils à main (cf. figure 19).
39 http://www.boeing.com/assocproducts/hms/
Page 46
Figure 19: le mannequin BHMS
Référence :
Rice S. (2004).Boeing Human Modeling System. Working Postures and Movements,
Tools for evaluation and Engineering, Ed. By Delleman N. J., Haslegrave C. M., et
Chaffin D. B. CRC Press, 462-465.
MANNEQUINPRO
Ce logiciel, commercialisé par la société NexGenErgonomics40 permet de créer de
façon simple des mannequins numériques d’hommes, de femmes et d’enfants à partir
de plusieurs bases anthropométriques notamment celles de l’US ARMY (1988 Natick
US Army) et de la NASA (NASA-STD-3000 ). Il est possible de positionner le
mannequin dans un espace 3D importé sous format DXF ou 3D studio, et de le
configurer en termes de dimensions, de postures prédéfinies (38 postures globales
prédéfinies et 9 types de préhension). Le mannequin peut ensuite être animé
facilement soit manuellement en faisant varier les angles de chaque articulation, soit
de façon automatique par cinématique inverse en définissant un point de l’espace à
atteindre ou en décrivant une trajectoire à parcourir pour la marche. Les zones
d’atteinte ainsi que le champ de vision du mannequin sont également disponibles.
Enfin, ce logiciel ne propose pas d’évaluateurs ergonomiques, mais une boîte à outils
dédiée à la biomécanique permettant le calcul d’efforts et de couples au niveau des
articulations, le rajout de forces externes agissant sur le mannequin et enfin,
l’évaluation de valeurs limites de port de charges selon le modèle du NIOSH. Par
contre, ce logiciel ne gère pas les collisions entre le mannequin et son environnement
(cf. figure 20).
40 http://www.nexgenergo.com/)
Page 47
Figure 20 : le mannequin ManneQuinPRO
Anthropos-Ergomax41
Le développement du mannequin Anthropos a débuté au début des années 80 à
l’Université de Technologie de Darmstadt, puis a été poursuivi à partir de 1989 par la
société IST GmbH devenue aujourd’hui HUMAN SOLUTIONS GmbH (Bauer,
Lippmann et Rössler, 2000 ; Lippmann 2000). Ce modèle comprend 90 segments
(dont 24 servent à modéliser la colonne vertébrale comme pour le mannequin
numérique BHMS) et 90 articulations. La base anthropométrique utilisée pour la
construction de ce modèle est très complète puisqu’il est possible de sélectionner un
mannequin par sa nationalité, son genre, son âge, le percentile, la proportionnalité de
la longueur des bras (normale, courte ou longue), la morphologie (de très mince à
très gros). L’animation du mannequin est soit manuelle (en forçant les angles des
articulations) ou soit automatique en fixant des coordonnées cibles pour les
extrémités des membres, en utilisant des animations disponibles dans le logiciel
Character Studio ou en important des données provenant de systèmes d’analyse de
mouvement (de type V ICON). Bien que n’ayant pas été développé avec des moyens
dédiés à la CAO (ANTHROPOS fonctionne sous le logiciel 3D Studio Max), et de fait
n’étant spécifiquement dédié à la conception, ce mannequin a néanmoins été utilisé
comme avatar dans un environnement de réalité virtuelle pour simuler une activité
d’assemblage (Bullinger, Richter et Seidel, 2000). Concernant les fonctions
ergonomiques, ANTHROPOS ne propose que l’analyse de la vision, le calcul des
zones d’atteintes et une analyse de la posture (exportation des angles et des efforts
articulaires).
Référence :
Lippmann R., (2000). ANTHROPOS quo vadis ? ANTHROPOS human modelling pas
t and future. Ergonomic software tools in product and workplace design – A review of
recent developments in human modelling and other design aids. Ed. K. Landau,
Verlag ERGON GmbH, Stuttgart, Allemagne, pp156-168.
41 http://www.ergomax.de/html/welcome.html
Page 48
Bauer W., Lippmann R., Rössler A. (2000). Virtual Human models in product
development. Ergonomic software tools in product and workplace design – A review
of recent developments in human modelling and other design aids. Ed. K. Landau,
Verlag ERGON GmbH, Stuttgart, Allemagne, pp114-120.
Bullinger H. J., Richter M., Seidel F. A. (2000). Virtual Assembly Planning. Human
Factors and Ergonomics in Engineering, 10, 3, pp. 331-341.
ERGOMAN
Le mannequin ERGOMAN a été développé par le Laboratoire d’Anthropologie
Appliquée à PARIS au moyen du logiciel de C.A.O. EUCLID42. Ergoman est une
application permettant de sélectionner des postures de travail, de déterminer
l'encombrement de l'opérateur dans son poste d'activité, d'étudier l'aménagement des
commandes en fonction de leur accessibilité et de leur visibilité, de mettre en
évidence les éventuelles gênes fonctionnelles pouvant intervenir au cours des
différentes tâches et d'appréhender l'environnement du sujet à partir de son poste de
travail (Coblentz, Mollard et Renaud, 1991).
Référence :
Coblentz, A., Mollard, R. and Renaud C. (1991). ERGOMAN: 3-D Representation of
Human Operator and Man-Machine Systems. International Journal of Human Factors
in Manufacturing, 1,(2), pp. 167-178.
MAN3D43
Le mannequin numérique MAN3D a été développé par le Laboratoire de
biomécanique et de Modélisation Humaine de l’INRETS44 en collaboration avec
Renault. Man3D a été conçu afin de pouvoir simuler les mouvements et les postures
des personnes accédant ou se trouvant dans un poste de conduite (voiture, grue, …)
(cf. figure 21) afin de pouvoir prédire un niveau d'inconfort (Monnier, 2004) ou la
gestuelle d’atteinte et de manipulation de certains éléments du poste de conduite
(organes de commande, ceinture, ..) Au cours d’une présentation ayant eu lieu à
l’école centrale de Nantes en 2002 (Beurier & Verriest, 2002), trois cas d’utilisation de
MAN3D ont été présentés : l’utilisation de Man3D pour la conception d’une cabine de
camion, l’étude du poste de portiqueur portuaire (engin de chargement/déchargement
de cargo) et finalement une application concernant la manipulation de la ceinture de
sécurité.
42 http://www.ergodata-laa.com/FR/ergoman.htm
43 http://www.inrets.fr/ur/lbmh/index.html
44INRETS : Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité
Page 49
Figure 21: le mannequin MAN3D
Référence :
G. Beurier, J. P. Verriest "Le modèle numérique de l'homme : un outil pour la
conception de produits". Dans les actes du congrès « Ingénierie Virtuelle : Outils et
Méthodes », le 27 novembre 2002 à l’École Centrale de Nantes, France.
Monnier G. (2004). Simulation de mouvements humains complexes et prédiction de
l’inconfort associé – application à l’évaluation ergonomique du bouclage de la ceinture
de sécurité. Doctorat de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon.
MANERCOS (Module d'ANalyse pour l'ERgonomie et la COnception des Systèmes)
Ce logiciel M ANERCOS45 est un mannequin numérique 3 D développé sous 3Dstudio
Max par l’équipe « Ergonomie et Conception de Systèmes » de l’Université de
Technologie de Belfort-Montbéliard (Gomes et coll., 1999). Il est constitué de trois
modules complémentaires :
• Le module de modélisation anthropométrique. Ce module comprend un
gestionnaire de données anthropométriques, un gestionnaire de postures et
un module de génération de mannequins selon ces données.
• Le module d'analyse et de conception des activités gestuelles. Ce module
comprend
un
gestionnaire
de
comportements
élémentaires.
Ces
comportements sont associés à des mouvements du mannequin numérique
permettant ainsi la génération d’une animation.
• Le module d'évaluation ergonomique. Ce module permet de calculer le
champ visuel, les volumes de confort et d’atteinte du mannequin, la
dépense énergétique et de pratiquer une évaluation du risque de lombalgie.
MANERCOS est d'abord employé pour évaluer des "activités gestuelles" réelles
d'utilisation de produits existants à partir de films vidéo (cf. figure 22). Pour ce faire,
les "activités gestuelles" réelles observées sont d'abord décomposées, sous forme de
comportements élémentaires et de scénarios, avant d'être analysées. Il permet
ensuite de concevoir et visualiser certaines "activités gestuelles" futures souhaitables
45 http://set.utbm.fr/ercos/
Page 50
d'utilisation du futur produit en cours de développement 46. Ainsi, des techniques de
modélisation et de simulation numérique du système Homme-Produit-Environnement
peuvent être appliquées en utilisant des mannequins anthropométriques animés. Ces
mannequins sont définis sous la forme de modèles géométriques et dynamiques :
structure hiérarchique articulée et paramétrable, d'un point de vue cinématique, à
partir de données biomécaniques. Un travail de développement récent sur
MANERCOS permet la prise en compte simultanée des postures et des durées
d’action à l’aide de la méthode MTM (Wu, 2004).
Figure 22: le mannequin M ANERCOS
Références
Gomes S., Sagot J. –C., Koukam A., Leroy N. (1999) "MANERCOS, a new tool
providing ergonomics in a concurrent engineering design life cycle." In 4th Annual
Scientific Conference on Web Technology, New media, Communications and
Telematics - theory, Methods, Tools and Application, EUROMEDIA 99, Munich, 25-28
April, pp.237-241.
Wu Q. (2004). Les mannequins numériques dans la conception : approche
anthropométrique et posturale. Mémoire. DEA "Génie des Systèmes Industriels",
Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy.
Autres mannequins
Au cours des années 90 et au début des années 2000, quelques mannequins
numériques ont été développés par des universitaires afin d’être intégrés
spécifiquement dans l’environnement CAO AutoCAD™. Tout d’abord, Mattila et
Karwowski (1992) ont présenté un mannequin numérique 2D et 3D à 15 segments
permettant de représenter trois modèles d’hommes et de femmes représentant
respectivement le 5
ème
, le 50
ème
et le 95
ème
percentile de populations nord-américaine
ou nord-européenne. Le calcul des efforts au niveau des épaules, des coudes, du dos
étaient
également
proposés
ainsi
correspondantes.
46 (http://www.samuel.gomes.freesurf.fr/mon_site/Outils%20XAO.htm
que
les
valeurs
maximales
autorisées
Page 51
En 1994, Striepe et Yu (1994) ont crée AW-MAN , un mannequin numérique
comprenant 24 segments et 20 articulations et pouvant être dimensionné selon le
souhait de l’utilisateur. Puis, Sengupta et Das (1997) ont proposé le mannequin
numérique 3D HUMAN permettant de connaître le champ de vision et les zones
d’atteintes des opérateurs lors de la conception de postes d’encaissement ou lors de
travail sur écran.
Feyen et coll. (2000) ont ensuite développé un mannequin numérique 3D intégrant le
module de calcul 3DSSPP (Three-Dimensional Static Strength Prediction Program)
de l’Université du Michigan à Ann-Arbor (cf. description en annexe).
Enfin, APOLINEX est probablement la version de mannequin la plus évoluée
développée dans un environnement AutoCAD™ (Grobelny et Karwowski, 2000). En
effet, ce logiciel propose une base de données anthropométriques assez riche, des
choix de postures prédéterminées (par ex. debout, assis,…), la représentation du
champ de vision du mannequin, le calcul des couples articulaires ainsi que la charge
thermo-physiologique du mannequin. Une interface graphique avec le logiciel 3D
Studio est également possible47.
D’une manière générale, ces logiciels sont loin de présenter un niveau de
développement aussi poussé que ceux présentés ci-dessus et n’ont pas fait l’objet, à
notre connaissance, d’une commercialisation.
Références
Feyen R., Liu Y., Chaffin D. B., Jimmerson G., Joseph B (2000). Computer-aided
ergonomics : a case study of incorporating ergonomics analyses into workplace
design. Applied Ergonomics, 31, 291-300.
Grobelny J., Karwowski W. 2000. APOLINEX : A human model and computer-aided
approach for Ergonomics workplace design in open CAD environment. Ergonomic
software tools in product and workplace design – A review of recent developments in
human modelling and other design aids. Ed. K. Landau, Verlag ERGON GmbH,
Stuttgart, Allemagne, pp121-131.
Grobelny J. (1990). Anthropometric data for a driver’s workplace design in the
AutoCAD system. Computer-Aided Ergonomics – A Researcher’s Guide, W.
Karwowski, A. M. Genaidy and S. S. Asfour (Eds), Taylor & Francis, Londres, pp. 8089.
Mattila M., Karwowski W (1992). ErgoSHAPE – a design oriented ergonomic tool for
AutoCAD. Proceedings of the International Conference on Computer-Aided
Ergonomics and safety’92, CAES ’92, Tampere, Finland, 18-20 May, pp121-128.
Sengupta A., Das B. (1997). Human : An Autocad based three dimensional
anthropometric human model for workstation design. International Journal of Industrial
Ergonomics, 19, 345-352.
Striepe S.et Yu J. (1994). The application of an anthropometric human model program
th
for the design of user-friendly CNC machine tools – Aspects. Proceedings of the 12
Triennal Congress of the International Ergonomics Association, Toronto, Canada, Vol
2., 320-323.
47 http://ergonomia.ioz.pwr.wroc.pl/programy--apolinex-opis.php
Page 52
PERF-RV 2 : Lot 1.1
Etat de l'art des méthodes et outils utilisés pour l'évaluation en
conception d’un poste de travail
Résumé
Après un bref rappel des objectifs du lot 1.1 de la plate forme PERF-RV 2 et de la
problématique, ce document présente un état de l'art des méthodes et outils
permettant aux concepteurs de réaliser une estimation du risque accident et
ergonomique d'un poste de travail.
Bien qu'il existe de nombreuses méthodes, ce document montre que les paramètres
utilisés restent assez semblables d’une méthode à l'autre.
En conséquence, nous attendons des simulations en RV qui seront réalisées dans le
cadre de PERF-RV 2, qu'elles permettent l'estimation de ces paramètres. Pour cela,
elles devront reproduire le plus fidèlement possible une situation de travail pour que
l’opérateur, ou sa représentation numérique (avatar), puisse « exercer » son activité
dans les conditions de réalisation prévues.
Mots-clés : Mannequin numérique / Poste d'encaissement / Ergonomie / Evaluation
/ Conception
Rapport Technique IET – S/06RT-076/JMs/LCn – Octobre 2006
INRS – Département Ingénierie des Equipements de Travail
Avenue de Bourgogne, B.P. 27, 54501 Vandoeuvre-Les Nancy

Etat de l`art des méthodes et outils utilisés pour l`évaluation en

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