필답 21. Murrell 공식을 이용한 휴식시간 산출 – 전체

설명

정의

머렐(Murrell)의 휴식시간 산정 공식은 육체적으로 힘든 작업을 수행하는 근로자의 생리적 피로 누적을 방지하고 근로자의 건강을 보호하기 위하여, 작업 중 소모되는 에너지량과 인체의 회복 능력을 고려하여 작업 시간 내에 포함되어야 할 최적의 휴식시간을 정량적으로 산출하는 인간공학적 공식입니다.

공식

1. 1시간(60분) 기준 휴식시간 산출 공식:

여기서 사용되는 각 변수의 정의와 단위는 다음과 같습니다.

• $R$: 60분의 총 시간 중 포함되어야 하는 휴식시간 (분)
• $E$: 작업 시의 평균 에너지 소비량 ($\text{kcal/min}$)
• $E_{\text{std}}$: 작업에 대한 권장 평균 에너지 소비량 기준값 ($\text{kcal/min}$). 일반적으로 남성은 $5.0\text{kcal/min}$, 여성은 $4.0\text{kcal/min}$을 적용합니다.
• $1.5$: 휴식 중의 기초대사량을 포함한 평균 에너지 소비량 ($\text{kcal/min}$)

1. 임의의 총 작업 예정 시간($T$) 기준 휴식시간 산출 공식:

여기서 $T$는 휴식시간을 포함한 전체 예정 근로시간(단위: 분)을 나타냅니다. 예를 들어, 8시간 근무 시 $T = 480\text{분}$을 대입합니다.

1. 산소소비량 물리 단위를 에너지 소비량으로 변환하는 공식:

작업 강도가 에너지 소비량이 아닌 분당 산소소비량(L/min)으로 주어지는 경우, 산소 $1\text{L}$가 체내에서 소비될 때 발생하는 평균 열량인 $5\text{kcal}$를 곱하여 구합니다.

적용 조건

1. 성별에 따른 권장 에너지 소비량 상한치 대입: 문제 조건에서 대상 작업자의 성별이 명시적으로 주어지거나 일반적인 경우 남성을 기준으로 삼아 $E_{\text{std}} = 5\text{kcal/min}$를 대입합니다. 만약 여성 작업자로 한정된 조건이 제시된다면 $E_{\text{std}} = 4\text{kcal/min}$를 공식에 대입해야 정밀한 결과를 얻을 수 있습니다.
2. 단위의 통일성 확보: 총 작업 시간 $T$의 단위는 반드시 ‘분(minutes)’으로 통일하여 공식에 대입합니다. 조업 일정이 시간(hours) 단위로 제공되는 경우에는 먼저 60을 곱하여 분 단위로 환산한 후 연산을 실행합니다.
3. 소수점 처리 기준: 국가기술자격 주관식 필답형 시험의 채점 기준 표준에 따라, 수치의 끝맺음에 대한 개별 지침 조건이 명시되지 않았다면 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림을 거쳐 소수 둘째 자리까지 명확하게 기재합니다. 만약 결과가 딱 맞아떨어지는 정수나 유한소수 형태인 경우에는 정돈된 수치 그대로를 기재합니다.

풀이 순서

1단계: 문제에서 제시된 작업의 조건(총 근무시간, 작업자의 성별, 작업 시 소모 에너지 또는 산소소비량)을 파악하여 정리합니다.
2단계: 만약 작업 강도가 산소소비량($\text{L/min}$) 형태로 제시되었다면, 변환식에 대입하여 분당 에너지 소비량($E, \text{kcal/min}$)으로 환산합니다.
3단계: 전체 근무시간을 분 단위 시간($T$)으로 변환하고, 성별 조건에 부합하는 기준 상한값($E_{\text{std}}$)을 결정합니다.
4단계: 산정된 인자들을 머렐의 휴식시간 산출 공식에 정확히 대입하여 필요한 누적 휴식시간을 산출하고, 소수점 반올림 기준에 맞춰 최종 정답을 도출합니다.

예제 문제

문제 1

남성 근로자가 부품 가공 작업을 수행하고 있으며, 이 작업의 평균 에너지 소비량은 $6.5\text{kcal/min}$로 측정되었다. 1시간(60분)의 총 작업 시간 내에 포함되어야 하는 휴식시간(분)을 계산하시오. (단, 남성 근로자의 권장 평균 에너지 소비량 상한치는 $5\text{kcal/min}$이며, 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 구하시오.)

문제 2

어느 제조업 사업장의 남성 작업자 A가 중량물 하역 작업을 진행 중이다. 작업자 A의 작업 시 산소소비량을 측정한 결과 $1.3\text{L/min}$으로 나타났다. 이 작업자가 하루 8시간 동안 이 작업을 지속하고자 할 때, 8시간의 총 조업 시간 중에 보장되어야 할 총 휴식시간(분)을 산출하시오. (단, 남성 작업자의 1분당 권장 에너지 소비량 상한치는 $5\text{kcal/min}$를 대입하여 계산하시오.)

문제 3

여성 근로자 B가 정밀 부품 조립 라인에서 작업을 하고 있다. 이 작업의 평균 에너지 소비량은 $5.5\text{kcal/min}$이다. 여성 근로자 B가 2시간(120분) 동안 조업을 할 때 필요한 총 휴식시간(분)을 계산하시오. (단, 여성 근로자의 권장 평균 에너지 소비량 상한치는 $4\text{kcal/min}$를 적용하며, 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 구하시오.)

문제 4

어느 금속 가공 공장에서 남성 작업자가 고열 환경하에 수동 해머 작업을 수행하고 있으며, 이 작업의 평균 에너지 소비량은 $8.0\text{kcal/min}$이다. 이 작업자가 1시간(60분) 동안 안전하게 조업을 영위하기 위하여 필요한 최소 휴식시간(분)을 산출하시오. (단, 남성 근로자의 권장 평균 에너지 소비량 상한치는 $5\text{kcal/min}$를 적용하며, 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 구하시오.)

문제 5

여성 작업자가 고강도 포장 작업을 수행 중이며, 이 작업의 평균 산소소비량이 $1.1\text{L/min}$으로 조사되었다. 이 작업자가 4시간(240분)의 예정 작업 시간 동안 누적하여 쉬어야 할 총 휴식시간(분)을 구하시오. (단, 여성 작업자의 권장 평균 에너지 소비량 상한치는 $4\text{kcal/min}$를 대입하여 계산하시오.)

해설

해설 1

1. 공식의 적용 기준 설정

남성 근로자 조건이므로 권장 에너지 소비량 상한치는 $E_{\text{std}} = 5\text{kcal/min}$이며, 총 조업 예정 시간은 $T = 60\text{분}$입니다.

1. 머렐 공식의 대입 및 연산

정답: 18분 (또는 18.00분)

해설 2

1. 산소소비량의 에너지 소비량 환산

분당 산소소비량이 $1.3\text{L/min}$으로 주어졌으므로 에너지 소비량 변환 공식을 적용합니다.

1. 총 조업 시간 분 단위 환산 및 인자 확인

* 총 조업 시간 ($T$):

• 남성 권장 기준 상한치 ($E_{\text{std}}$): $5\text{kcal/min}$
• 휴식 시 에너지 소비량: $1.5\text{kcal/min}$

1. 머렐 공식의 대입 및 연산

정답: 144분 (또는 144.00분)

해설 3

1. 공식의 적용 기준 설정

여성 근로자 조건이므로 권장 에너지 소비량 상한치는 $E_{\text{std}} = 4\text{kcal/min}$이며, 총 조업 예정 시간은 $T = 120\text{분}$입니다.

1. 머렐 공식의 대입 및 연산

정답: 45분 (또는 45.00분)

해설 4

1. 공식의 적용 기준 설정

남성 근로자 조건이므로 권장 에너지 소비량 상한치는 $E_{\text{std}} = 5\text{kcal/min}$이며, 총 조업 예정 시간은 $T = 60\text{분}$입니다.

1. 머렐 공식의 대입 및 연산

최종 소수점 셋째 자리에서 반올림을 수행하여 소수 둘째 자리까지 정제합니다.

정답: 27.69분

해설 5

1. 산소소비량의 에너지 소비량 환산

분당 산소소비량이 $1.1\text{L/min}$으로 주어졌으므로 에너지 소비량 변환 공식을 적용합니다.

1. 공식의 적용 기준 설정

여성 근로자 조건이므로 권장 에너지 소비량 상한치는 $E_{\text{std}} = 4\text{kcal/min}$이며, 총 조업 예정 시간은 $T = 240\text{분}$입니다.

1. 머렐 공식의 대입 및 연산

정답: 90분 (또는 90.00분)