Upsala J Med Sci 92: 1-17, 1987 A Psychophysical Study of Work-Related Stress Using Observer Ratings M. Wangenheim,' G. Borg,' P. HoIzrnann' 'Bygghulsan Research Foundation, Danderyd, Department of Rehabilitation Medicine, University Hospital, Uppsala, and 'Department of Psychology, University of Stockholm, Stockholm, Sweden ABSTRACT I n t w o e x p e r i m e n t a p e r c e i v e d e x e r t i o n s e r o f a e s a p a n e l of o b s e r v e r s r a t e d t h e w o r k e r p e r f o r m i n g d i f f e r e n t t a s k s . The f i r s t e x p e r i m e n t i n v o l v e d t h e l i f t i n g of b o x e s o f d i f f e r e n t w e i g h t s . The s e c o n d e x p e r i m e n t c o m p r i s e d combined s t a t i c and dynamic work of t h e a s s e m b l y - l i n e t y p e d u r i n g a f u l l w o r k i n g day. The r e s u l t s show t h a t t h e o b s e r v e r s were a b l e t o d i s c r i m i n a t e between t h e d i f f e r e n t l o a d s i n a l l s t r e s s s i t u a t i o n s . S i n c e t h e l o a d s r a n g e d f r o m low t o maximal s t r e s s , a l l were a b l e t o make a s s e s s m e n t s o v e r t h e f u l l r a n g e . F u r t h e r m o r e , t h e r e l a t i o n s h i p between o b s e r v e r r a t i n g s a n d s e l f - r a t i n g s a p p r o x i m a t e d a l o g a r i t h m i c f u n c t i o n w i t h t h e o b s e r v e r s t e n d i n g t o o v e r e s t i m a t e t h e low s t r e s s e s w h i l e t h e r e was c l o s e r a g r e e m e n t i n t h e r a t i n g of h i g h s t r e s s e s . 1 I N T R O D U C T I O N I n p r i n c i p l e , s e v e r a l d i f f e r e n t m e t h o d s a n d t y p e s o f m e a s u r e m e n t s c a n b e u s e d t o d e t e r m i n e p h y s i c a l s t r e s s . It i s p o s s i b l e t o p e r f o r m " a b s o l U t e " p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s s h o w i n g w h a t p h y s i c a l f o r c e s a r e i n v o l v e d i n t h e w o r k , t h e a m o u n t o f t o r q u e , e n e r g y c o n s u m p t i o n e t c . S u c h p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s a r e s o m e t i m e s f e a s i b l e , b u t t h e c a l c u l a t i o n s c a n p r o v e t o b e d i f f i c u l t t o p e r f o r m . A n o t h e r t y p e o f m e a s u r e c o n s i s t s i n p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s o f t h e w o r k e r ' s p e r f o r m a n c e (13). I n t h i s c o n t e x t u s e i s o f t e n made o f m a x i m a l p e r f o r m a n c e s a n d f a t i g u e c u r v e s , o r o c c a s i o n a l l y o f t h e w o r k e r ' s p e r f o r m a n c e a t some I ' s u i t a b l e ' ' o r " p r e f e r r e d " i n t e n s i t y o f w o r k . P h y s i o l o g i c a l m e a s u r e m e n t s o f s t r e s s i n i n d u s t r y a r e p e r h a p s some o f t h e m o s t common o b j e c t i v e m e a s u r e m e n t s . M e t h o d s f o r d e t e r m i n i n g h e a r t r a t e , o x y g e n c o n s u m p t i o n , E M G ( w i t h t h e e x c e p t i o n o f s u r f a c e E M G ) a n d t h e l i k e a r e g e n e r a l l y v e r y r e l i a b l e ( 1 ) . Two d i s a d v a n t a g e s o f t h e s e m e t h o d s a r e , h o w e v e r , t h a t t h e y r e q u i r e a p p a r a t u s a n d t i m e , a n d t h a t t h e m e a s u r e m e n t s o f t e n i n v o l v e some i n f r i n g e m e n t u p o n t h e o n g o i n g w o r k i n g p r o c e d u r e . T h u s a w o r k p e r f o r m a n c e c a n b e a n a l y s e d f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f t h e a m o u n t o f e n e r g y u s e d o n t h e b a s i s o f o x y g e n c o n s u m p t i o n o r i n t e r m s o f p h y s i c a l s t r e s s o n j o i n t s , e.g. t h e e l b o w o r k n e e j o i n t , o r o n t h e b a c k , e.g. i n t r a s p i n a l p r e s s u r e e t c . I t may b e d i f f i c u l t t o s e e how t h e d i f f e r e n t p h y s i o l o g i c a l m e a s u r e s o f s t r e s s s h o u l d b e w e i g h e d i n r e l a t i o n t o e a c h o t h e r o r w h a t i m p o r t a n c e s h o u l d b e a t t a c h e d t o a s p e c i f i c m e a s u r e m e n t . An i m p o r t a n t q u e s t i o n i s j u s t how r e p r e s e n t a t i v e t h e m e a s u r e m e n t s a r e o f t h e u s u a l l y q u i t e c o m p l e x p r o c e d u r e b e i n g p e r f o r m e d . An e n t i r e l y d i f f e r e n t t y p e o f m e a s u r e m e n t o f p h y s i c a l s t r e s s c o n s i s t s i n p e r c e p t u a l e s t i m a t e s o f t h e m a g n i t u d e o f s t r a i n . I n a n u m b e r o f s t u d i e s made m o r e r e c e n t l y , t h i s t y p e o f m e a s u r e m e n t h a s p r o v e d t o b e a n e x c e l l e n t c o m p l e m e n t t o t h e o t h e r o n e s 1 2 , 4, 1 0 ) . 2 One m i g h t t h i n k t h a t t h e e f f e c t o f p h y s i c a l s t r e s s m u s t b e m e a s u r e d i n p h y s i o l o g i c a l v a r i a b l e s . T h i s i s n o t c o r r e c t , h o w e v e r , a l t h o u g h i t i s a r a t h e r common n o t i o n . B y a n a l o g y w i t h t h i s l i n e o f r e a s o n i n g , i t w o u l d o n l y b e p e r m i s s i b l e t o u s e p s y c h o l o g i c a l v a r i a b l e s f o r m e n t a l o r p s y c h o l o g i c a l s t r e s s . H o w e v e r , a s we k n o w , i t i s common, a n d o f t e n a l s o a p p r o p r i a t e , t o u s e p h y s i o l o g i c a l u n i t s o f m e a s u r e m e n t f o r m e n t a l s t r e s s . S i m i l a r l y , i t i s o f t e n e x p e d i e n t t o u s e p s y c h o l o g i c a l v a r i a b l e s , e . g . r a t i n g s o f p e r c e i v e d i n t e n s i t i e s , a s m e a s u r e s o f p h y s i c a l o r p h y s i o l o g i c a l s t r e s s . Some o f t h e d i s a d v a n t a g e s o f u s i n g m e a s u r e m e n t s b a s e d o n m e n t a l p e r c e p t i o n a s i n d i c a t o r s o f w o r k - r e l a t e d p h y s i c a l s t r e s s a r e t h e f a c t t h a t some i n d i v i d u a l s f i n d i t d i f f i c u l t t o m a k e r e l i a b l e e s t i m a t e s a n d t h a t c e r t a i n t y p e s o f s t r e s s d o n o t m a n i f e s t t h e m s e l v e s i n p e r c e p t u a l l y r e l e v a n t c h a n g e s . T h e r e a r e some a d v a n t a g e s , h o w e v e r , o n e b e i n g t h a t t h e i n d i v i d u a l s p o n t a n e o u s l y i n t e g r a t e s t h e d i f f e r e n t s t r e s s f a c t o r s t o w h i c h h e i s e x p o s e d . W h e r e t h e p h y s i o l o g i c a l a p p r o a c h g i v e s u s a n u m b e r o f d i s p a r a t e m e a s u r e m e n t s , h e r e we o b t a i n a n i n t e g r a t e d p e r c e p t i o n o r e x p e r i e n c e o f t h e s t r e s s , a " g e s t a l t " o f t h e c o m p l e t e s t r e s s p a t t e r n . I f a n y p a r t i c u l a r s t r e s s i s e s p e c i a l l y c r i t i c a l , i t w i l l b e e m p h a s i z e d t h e m o s t . A f u r t h e r a d v a n t a g e i n t h i s r e s p e c t i s t h a t t h e s u b j e c t i v e l y p e r c e i v e d s t r e s s w i l l d i r e c t l y r e f l e c t t h e c a p a c i t y o f t h e s u b j e c t a n d t h e r e b y c o n s t i t u t e a r e l a t i v e m e a s u r e . T h e m e t h o d s g e n e r a l l y u s e d i n p e r c e p t i o n p s y c h o l o g y o r p s y c h o - p h y s i c s a r e t h e s o - c a l l e d r a t i o - e s t i m a t i n g m e t h o d s , i . e . m e t h o d s e m p l o y i n g s c a l e s w i t h a z e r o p o i n t a n d e q u a l d i s t a n c e s b e t w e e n p o i n t s o n t h e s c a l e ( 1 5 , 16). H o w e v e r , i n many f i e l d s t u d i e s u s e i s m a d e o f s i m p l e s c a l e s f o r e s t i m a t e s i n t h e f o r m o f c a t e g o r y s c a l e s , w h i c h o n l y a l l o w a r a n k i n g o f i n t e n s i t i e s a n d n o t ' m e a s u r e m e n t s " a p p r o a c h i n g r a t i o s c a l e d e t e r m i n a t i o n s . A r e v i e w o f d i f f e r e n t m e t h o d s u s e d i n p r a c t i c a l s i t u a t i o n s h a s b e e n p r e s e n t e d b y P e a r s o n ( 1 2 ) . 3 I n o r d e r t o r e d u c e t h e f u n d a m e n t a l d i s a d v a n t a g e s t h a t t h e c o n v e n t i o n a l r a t i n g s c a l e s a r e f r a u g h t w i t h , B o r g h a s e l a b o r a t e d a n e w m e t h o d o l o g y t h a t p r o d u c e s r a t i n g s o f a m e t r i c o r d e r a p p r o a c h i n g t h a t o f p h y s i o l o g i c a l m e a s u r e m e n t s . By i n s e r t i n g v e r b a l d e s c r i p t i o n s o f t h e t y p e " v e r y s l i g h t " a n d " s t r o n g " o n a r a t i o s c a l e f r o m 1 t o 1 0 a c c o r d i n g t o t h e p e r c e p t u a l i n t e n s i t y a s d e t e r m i n e d b y s p e c i a 1 p s y c h o p h y s i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l m e a s u r e m e n t s , a m e a s u r i n g s c a l e h a s b e e n p r o d u c e d w h i c h a 1 l o w s q u a n t i t a t i v e d e t e r m i n a t i o n s a n d m a t h e m a t i c a l c o m p u t a t i o n s (5). T h e m e t h o d c a n b e u s e d f o r r a t i n g s b y t h e w o r k e r h i m s e l f w h e n h e p e r c e i v e s a p h y s i c a l s t r e s s ( 9 , 7 1 , a s w e l l a s b y o t h e r i n d i v i d u a l s o b s e r v i n g s u b j e c t s a t w o r k . T h e f a c t t h a t r a t i n g s b y o b s e r v e r s b a s e d o n v i s u a l i n f o r m a t i o n o b t a i n e d b y w a t c h i n g a s u b j e c t d o i n g w o r k c a n p r o d u c e r e l i a b l e m e a s u r e m e n t s o f p h y s i c a l s t r e s s i n t e n s i t i e s , h a s b e e n d e m o n s t r a t e d b y R u n e s s o n a n d F r y k h o l m (14). T h e a i m o f t h e e x p e r i m e n t s d e s c r i b e d b e l o w i s t o d e t e r m i n e t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n o b s e r v e r r a t i n g a n d s e l f - r a t i n g s ( b y t h e w o r k e r h i m s e l f ) o f w o r k - r e l a t e d s t r e s s e s . T h e b a s i c i d e a o f t h e e x p e r i m e n t s w a s t o e x p o s e a w o r k e r t o a n u m b e r o f d i f f e r e n t s t r e s s - p r o d u c i n g s i t u a t i o n s u n d e r w e 1 1 c o n t r o l l e d l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s . T h e s e s i t u a t i o n s i n c l u d e d l i f t i n g o f b o x e s a s w e l l a s s i t u a t i o n s i n v o l v i n g a c o m b i n a t i o n o f s t a t i c a n d d y n a m i c w o r k o v e r a n 8 - h o u r p e r i o d . I n e a c h s i t u a t i o n b o t h t h e w o r k e r a n d a p a n e l o f o b s e r v e r s r a t e d t h e s t r e s s o n B o r g ' s s c a l e . A 1 1 r a t i n g s w e r e e n t i r e l y i n d i v i d u a l . T h i s w a s f o l 1 o w e d b y a c o m p a r i s o n o f t h e w o r k e r ' s own r a t i n g s o f t h e p e r c e i v e d e x e r t i o n w i t h t h o s e o f t h e o b s e r v e r s . T h e e v a l u a t i o n s w e r e b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e s e l f - r a t i n g s a r e t h e o b j e c t i v e l y c o r r e c t o n e s s i n c e t h e r e l e v a n c e o f r a t e d p e r c e i v e d e x e r t i o n ( R P E ) o n B o r g ' s s c a l e t o p h y s i o l o g i c a l s t r e s s p a r a m e t e r s i n c o n n e c t i o n w i t h t h e w o r k e r ' s o w n r a t i n g s h a s a 1 r e a d y b e e n d e m o n s t r a t e d (5). 4 METHOD L i f t i n g o f b o x e s A p a n e l o f 6 - 8 i n d i v i d u a l s r a t e d t h e p e r c e i v e d e x e r t i o n o f a w o r k e r l i f t i n g a b o x w h o s e w e i g h t w a s u n k n o w n t o h i m a s w e l l a s t o t h e o b s e r v e r s . A l l p a r t i c i p a t i n g i n d i v i d u a l s h a d p r e v i o u s e x p e r i e n c e w i t h B o r g ' s s c a l e . T h e w e i g h t o f t h e b o x e s v a r i e d b e t w e e n 1 . 5 a n d 2 2 . 5 k g i n 6 - 8 p r o g r e s s i v e i n c r e m e n t s . A t f i r s t t h e b o x w a s l i f t e d , u s i n g a t w o - h a n d g r i p , o n l y a f e w c e n t i m e t r e s f r o m t h e f l o o r , w i t h t h e k n e e s s t r a i g h t a n d t h e b a c k b e n t a t a n a n g l e o f 90'. N e x t t h e w o r k e r l i f t e d t h e b o x t o a p o s t u r e w i t h h i s b a c k b e n t f o r w a r d a t a 45' a n g l e . L a t e r o n t h e w o r k e r w a s a l l o w e d t o l i f t t h e b o x i n a n y m a n n e r d e s i r e d u n t i l a n u p r i g h t p o s t u r e w a s r e a c h e d w i t h h i s a r m s e x t e n d e d s t r a i g h t f o r w a r d w h i l e h o l d i n g t h e b o x . F i n a l l y , t h e b o x w a s a g a i n l i f t e d t o a 45' f o r w a r d i n c l i n a t i o n o f t h e b a c k , a t w h i c h t i m e t h e w e i g h t r a n g e a s w e l l a s t h e n u m b e r o f r e p e t i t i o n s o f e a c h l i f t w a s i n c r e a s e d t o t h e m a x i m u m ( 8 ) . A l l l i f t s l a s t e d 1 5 s e c o n d s f r o m t h e s t a r t i n g s i g n a l u n t i l t h e s i g n a l t o p u t t h e b o x d o w n w a s g i v e n . B e t w e e n t h e l i f t s t h e w o r k e r r e s t e d f o r 4 5 - 6 0 s e c o n d s . C o m b i n e d s t a t i c a n d d y n a m i c w o r k o v e r 8 h o u r s T h e s e c o n d e x p e r i m e n t i n v o l v e d a f o r m o f p h y s i c a l s t r e s s s i m i l a r t o a n a c t u a l i n d u s t r i a l s i t u a t i o n - w o r k a t a c o n v e y o r b e l t . T h e e x p e r i m e n t c o m p r i s e d a f u l l w o r k i n g d a y d u r i n g t h e c o u r s e o f w h i c h t h e s a m e l o a d r e c u r r e d s e v e r a l t i m e s i n o r d e r t o e l u c i d a t e t h e e f f e c t o f c o n t i n u a l f a t i g u e . T h e d e v i c e u s e d c o n s i s t e d o f a c o n v e y o r b e l t t h a t f e e d s o u t b l o c k s a t o p t i o n a l i n t e r v a l s o f t i m e . T h e s e b l o c k s , w h o s e o u t e r d i m e n s i o n s a r e t h e s a m e f o r a l l w e i g h t s , w e r e m o v e d a b o u t 5 0 cm d o w n w a r d s , w h e r e u p o n t h e w o r k e r l i f t e d t h e m u p a g a i n . 5 T h e s e c o n d e x p e r i m e n t c o m p r i s e d 4 s e r i e s l a s t i n g 8 h o u r s . E a c h , s u c h s e r i e s c o m p r i s e d 9 d i f f e r e n t l o a d s i t u a t i o n s d e f i n e d b y 3 d i f f e r e n t w e i g h t s o f t h e b l o c k s : 0.1, 2 a n d 5 k g ; a n d 3 d i f f e r e n t r a t e s o f w o r k : 1 2 . 5 , 2 5 a n d 3 7 b l o c k s p e r m i n u t e . T h e s e 9 w o r k l o a d s w e r e v a r i e d w i t h i n e a c h s e r i e s . D u r i n g a1 1 e x p e r i m e n t s t h e w e i g h t s w e r e v a r i e d q u a s i - r a n d o m l y . T h i s means t h a t t h e i n c r e m e n t s f r o m l o w e r t o h i g h e r w e i g h t s , a n d v i c e v e r s a , w e r e n o t a l l o w e d t o f o r m p r o g r e s s i v e s e r i e s . N o r w e r e t h e h e a v y o r l i g h t w e i g h t s a l l o w e d t o a c c u m u l a t e a t t h e b e g i n n i n g o r e n d o f t h e e x p e r i m e n t s . RESULTS L i f t i n g o f b o x e s T h e f i r s t e x p e r i m e n t a l s e r i e s p r o d u c e d r e s u l t s t h a t i n d i c a t e d a c l e a r c o r r e l a t i o n t h a t m a k e s i t p o s s i b l e t o u s e B o r g ' s s c a l e i n c o n n e c t i o n w i t h o b s e r v e r r a t i n g s , p r o v i d e d t h a t c e r t a i n p o i n t s a r e o b s e r v e d . T h e r e s u l t s show t h a t t h e o r d e r i n w h i c h t h e w e i g h t s a r e p r e s e n t e d s o m e t i m e s i n f l u e n c e s t h e r a t i n g o f t h e i n t e n s i t y o f t h e e f f o r t . T h e l a t e r i n t h e e x p e r i m e n t a w e i g h t i s p r e s e n t e d , t h e h e a v i e r i t i s r a t e d . T h i s may b e t h e r e s u l t o f i n c r e a s i n g f a t i g u e a s t h e e x p e r i m e n t s p r o g r e s s e d . C o n s e q u e n t l y , t h e r e - c o v e r y p e r i o d o f 4 5 - 6 0 s e c p r o b a b l y was n o t l o n g e n o u g h . On t h e o t h e r h a n d , t h e p a n e l i s t s ' r a t i n g s s e e m e d t o r e f l e c t t h e s t r e s s r e s u l t i n g f r o m t h e w o r k a n d w e r e n o t m e r e l y a n a t t e m p t t o e s t i m a t e t h e w e i g h t o f t h e b o x . T h e p a n e l t e n d e d t o o v e r e s t i m a t e l o w l o a d s a n d u n d e r e s t i m a t e d h i g h o n e s ( f i g 1). T h i s c a n b e i n t e r p r e t e d a s a c e r t a i n d e g r e e o f o v e r e s t i m a t i o n o f t h e w o r k e r ' s m o v e m e n t s a n d u n d e r e s t i m a t i o n o f t h e w e i g h t o f t h e l o a d . 6 o m a e n v a n a u a i w o w o n a c n 6 I S t 2 . S 1 e . s 2 a . s F i g . 1. C o r r e l a t i o n b e t w e e r : r a t i n g s b y t h e o b s e r v e r s a n d b y t h e w o r k e r f o r t h e l i f t i n g o f b o x e s o f s i x d i f f e r e n t w e i g h t s i n t h e f i r s t t h r e e t e s t s i n t h e f i r s t e x p e r i m e n t . A l l o f t h e e x p e r i m e n t s p r o d u c e d r e l a t i v e l y g o o d c o r r e l a t i o n s b e t w e e n t h e r a t i n g s a r r i v e d a t b y t h e p a n e l a n d b y t h e w o r k e r h i m s e l f . T h e r e g r e s s i o n l i n e o f b e s t f i t f o l l o w e d a l o g a r i t h - m i c f u n c t i o n ( f i g . 2 1 , w h i c h c a n b e c h a r a c t e r i z e d b y a f o r m u l a o f t h e t y p e : W o r k e r ' s r a t i n g = a x I n ( o b s e r v e r r a t i n g ) + b a, b = c o n s t a n t s Y = 6 . 5 8 8 1 1 n X - 3 . 5 1 1 R = 0.9765 7 W O R K E R R A T I N G S rnax 10 a 6 4 2 - - 0 A O D - ' .. 0 f 1 R I T T E I T ) S E C O N D 1 E . T t n i n o T e a l . - .. * F i g . 2. C o r r e l a t i o n b e t w e e n r a t i n g s b y t h e o b s e r v e r s a n d t h e w o r k e r h i m s e l f , o n B o r g ' s s c a l e . S u m m a r y o f t h e f i r s t t h r e e t e s t s i n t h e f i r s t e x p e r i m e n t , l i f t i n g o f b o x e s o f d i f f e r e n t u n k n o w n w e i g h t s . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e w o r k e r ' s r a t i n g a n d t h o s e o f t h e p a n e l i n t h e f o u r t h t e s t i s p r e s e n t e d i n f i g u r e 3 . A l i n e t h a t b e s t f i t s t h e s c a t t e r o f d o t s r u n s a c o u r s e t h a t i s p r a c t i c a l l y p a r a l l e l t o t h e o n e o b t a i n e d f o r t h e s t a t i c w o r k i n t h e f i r s t t h r e e t e s t s . 8 W O R K E R R A T I N G S Y I 6.191nX + 5.06 8 6 . ..< . . - .I.. 1 9 . . .,:H *.I.. , .. . 4 -. #.*.w ..& .. . .I .. 2 . .:.P 0 - . . ... * ..r t" . I .., 2 / I'h.lt1 f. * , ..$.- f w m -1 - * ' # . + ,. ., . . I . . * - 0 2 4 6 8 1 0 O B S E R V E R R A T I N G S F i g . 3 . C o r r e l a t i o n b e t w e e n r a t i n g s b y t h e o b s e r v e r s a n d b y t h e w o r k e r f o r t h e l i f t i n g o f b o x e s i n t h e f o u r t h t e s t i n t h e f i r s t e x p e r i m e n t . I f we t a k e a l o o k a t t h e m e a n r a t i n g s o f t h e i n d i v i d u a l m e m b e r s o f t h e p a n e l , we f i n d c o n s i d e r a b l e v a r i a t i o n ( t a b l e 1 ) . T h e m e a n f o r a l l m e m b e r s o f t h e p a n e l i s 4 . 3 4 , r a n g e d b e t w e e n 3 . 0 1 a n d 7 . 5 8 . H o w e v e r , t h e m a j o r i t y o f t h e p a n e l m e m b e r s u s e d 8 - 9 p o i n t s o f t h e 1 0 - p o i n t s c a l e . I t c a n b e i n t e r p r e t e d t o m e a n t h a t t h e d i f f e r e n t o b s e r v e r s t e n d t o c o n c e n t r a t e t h e i r r a t i n g s w i t h i n a c e r t a i n p o r t i o n o f t h e s c a l e , t h e d i f f e r e n c e s b e i n g i n f l u e n c e d b y i n d i v i d u a l f a c t o r s . 9 T a b l e 1. Means a n d d i s p e r s i o n s o f t h e r a t i n g s b y 8 o b s e r v e r s a n d b y t h e w o r k e r h i m s e l f f o r t h e 6 4 l o a d s i t u a t i o n s ( 8 w e i g h t s , 8 r e p e t i t i o n s ) i n t h e f o u r t h t e s t i n t h e f i r s t e x p e r i m e n t . WORKER 3 PIEAN RATING - MIGHT (KG) - 1.5 2.1 2.9 4.0 5.8 0.2 11.3 15.8 WORKER 'S S.D OBSERVER PANELISTS' M N RATINGS m s l -2 RRs3 m s 4 m s 5 m s 6 m s 7 0.92 0.92 0.76 1.33 0.71 1.24 1.24 1.05 2.63 2.63 3.38 5.13 1.75 2.69 3.25 2.63 2.25 3.38 4.00 5.25 2.50 3.03 2.88 2.63 3.38 4.00 5.50 5.63 4.25 3.88 4.00 3.88 3.25 4.13 5.75 6.00 3.13 3.63 3.13 1.75 3.43 4.71 5.14 5.00 3.43 3.57 3.29 4.00 4.38 5.50 7.50 6.25 4.50 4.13 4.50 3.38 4.00 5.00 7.75 7.63 5.25 5.56 5.75 6.88 5.50 7.50 8.25 9.00 7.88 6.38 8.13 8.00 3.01 3.24 4.32 3.85 4.07 5.02 5.98 7.58 RATING 0.81 1.44 1.88 2.75 3.29 4.44 5.63 8.00 0.35 0.46 0.54 0.43 0.70 0.58 1.22 1.12 A s t u d y o f t h e m a n n e r i n w h i c h t h e w o r k e r a n d t h e o b s e r v e r s r a t e d t h e same l o a d w h e n i t r e c u r r e d d u r i n g t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t s h o w s t h a t t h e w o r k e r i s a b l e t o d i s c r i m i n a t e b e t w e e n t h e d i f f e r e n t 1 o a d s c o n s i d e r a b l y b e t t e r t h a n t h e p a n e l . A b o v e a l l , i t was d i f f i c u l t f o r t h e p a n e l t o d i f f e r e n t i a t e b e t w e e n l o w l o a d s . A t h i g h l o a d s t h e p a n e l i s t ' s r a t i n g s c o r r e l a t e d c o n s i d e r a b l y b e t t e r w i t h t h e a c t u a l w e i g h t o f t h e b o x a n d t h e w o r k e r ' s s e l f - r a t i n g . 10 C o m b i n e d s t a t i c a n d d y n a m i c w o r k o v e r a p e r i o d o f 8 h o u r s T h e e x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t a l l s u b j e c t s w e r e a b l e t o c l e a r l y d i s c r i m i n a t e b e t w e e n t h e d i f f e r e n t w e i g h t s . A p o s i t i v e l y i n c r e a s i n g f u n c t i o n f o r t h e d i f f e r e n t l o a d s was n o t e d , a s w e l l a s a f a t i g u i n g e f f e c t w i t h t h e p a s s a g e o f t i m e . On s t u d y i n g t h e t r e n d i n t h e a s s e s s m e n t o f w e i g h t - r a t e v a r i a n t s o n B o r g ' s s c a l e i t was f o u n d t h a t , r e g a r d l e s s o f t h e r a t e , t h e a s s e s s m e n t i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g w e i g h t . T h i s i s w e l l i n l i n e w i t h s t u d i e s made o n B o r g ' s s c a l e i n c o n n e c t i o n w i t h i t s c o n s t r u c t i o n . A l l s u b j e c t s w e r e a b l e t o d i s c r i m i n a t e b e t w e e n t h e d i f f e r e n t w e i g h t s . On s t u d y i n g t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n r a t i n g s o n B o r g ' s s c a l e a n d t h e a c t u a l a m o u n t o f w o r k d o n e i t was f o u n d t h a t b o t h t h e p a n e l a n d t h e w o r k e r s h o w e d a p o s i t i v e l y r i s i n g t r e n d i n r a t i n g s w i t h i n c r e a s i n g w o r k . A s t u d y o f t h e t r e n d w i t h r e g a r d t o how t h e same l o a d s w e r e r a t e d when t h e y o c c u r r e d a t d i f f e r e n t t i m e s o f t h e d a y , s h o w s t h a t t h e w o r k e r r a t e d t h e l o w l o a d s m o r e c o n s i s t e n t l y t h a n t h e p a n e l r e g a r d l e s s o f t h e t i m e o f d a y a t w h i c h t h e y o c c u r r e d ( f i g 4 ) . T h e h i g h l o a d s show a s l i g h t t e n d e n c y t o b e p e r c e i v e d t o b e h e a v i e r l a t e r d u r i n g t h e d a y . The mean r a t i n g s i n c r e a s e d f r o m 2 . 1 i n t h e f i r s t s e r i e s t o 2.5 i n t h e l a s t o n e . I n c o n t r a s t , t h e p a n e l s h o w s a p r o g r e s s i v e i n c r e a s e i n t h e e s t i m a t e d v a l u e s a t t h e r a t e s o f 1 2 . 5 a n d 3 7 b l o c k s / m i n . H e r e t h e a v e r a g e v a l u e p e r s e r i e s r o s e f r o m 1 . 4 f o r t h e f i r s t s e r i e s t o 2 . 9 f o r t h e l a s t o n e , i . e . a l m o s t d o u b l e t h e o r i g i n a l f i g u r e . T h i s i n d i c a t e s a c l e a r t e n d e n c y t o f a t i g u e d u r i n g t h e d a y . 11 PERCEIVED EXERTION BORGS SCALE 5 4 3 2 1 a 7 w c En s? O n s E n v E n s 2 6 W O R K E R 2 5 O Q S E R V E R S 1 2 . 5 O n S E R v E n s 12.5 W O R K E R - TlME 8.45 9.45 10.45 12.00 13.00 14.00 15.00 16.19 F i g . 4. C o r r e l a t i o n b e t w e e n r a t i n g s b y t h e o b s e r v e r s a n d b y t h e w o r k e r f o r t h e d i f f e r e n t l o a d s o v e r t h e w h o l e p e r i o d o f w o r k i n t h e s e c o n d e x p e r i m e n t . T h e a s s e m b l y - l i n e t y p e w o r k i n v o l v e d l i f t i n g o f b l o c k s o f d i f f e r e n t w e i g h t s f e d a t t h r e e r a t e s : 1 2 . 5 , 2 5 a n d 3 7 b l o c k s p e r m i n u t . T h e r a t i n g s s h o w t h a t t h e w o r k - r e l a t e d s t r e s s d o e s n o t c o v e r a s w i d e a r a n g e o f v a r i a t i o n a s w a s a s s u m e d w h e n t h e e x p e r i m e n t s w e r e b e i n g p l a n n e d . T h i s i s p r o b a b l y d u e t o t h e f a c t t h a t t h e w e i g h t o f t h e a r m s t h e m s e l v e s c o n s t i t u t e s a l a r g e p o r t i o n o f t h e t o t a l l o a d . T h e w o r k e r ' s s e l f - r a t i n g s r a n g e b e t w e e n 0 a n d 6 , w h i c h m e a n s t h a t h e a l s o u s e d t h e same p o r t i o n o f B o r g ' s s c a l e a s t h e o b s e r v e r s . A l o o k a t t h e i n d i v i d u a l v a r i a t i o n i n t h e o b s e r v e r s ' r a t i n g s s h o w s t h a t t h e a v e r a g e d i p e r s i o n f o r a l l 3 6 s i t u a t i o n s w a s 12 S.D. = 0 . 8 5 ( t a b l e 2 ) . F o r t h e i n d i v i d u a l s i t u a t i o n s , S.D. r a n g e s b e t w e e n 0 . 1 a n d 1 . 3 . F u r t h e r , t h e v a l u e o f t h e o b s e r v e r ' s a v e r a g e r a t i n g s r a n g e d b e t w e e n 0.7 a n d 4 . 1 o n B o r g ' s s c a l e . T h u s o n l y a b o u t 4 0 % o f t h e p o t e n t i a l o f t h e 1 0 - p o i n t s c a l e h a s b e e n u t i l i z e d . I n d i v i d u a l l y , t h e p a n e l i s t s u s e d v a l u e s b e t w e e n 0 a n d 7 . T h e d e s i g n o f t h e e x p e r i m e n t w a s b a s e d o n a r e a l i n d u s t r i a l s i t u a t i o n , w o r k a t a c o n v e y o r b e l t . S u c h w o r k i s c h a r a c t e r i z e d b y m o d e r a t e p h y s i c a l s t r e s s . F u r t h e r m o r e , t h e w o r k e r w a s i n v e r y g o o d p h y s i c a l c o n d i t i o n . A s a r e s u l t , t h e w o r k l o a d w a s c o n c e n t r a t e d o n o n e p o r t i o n o f t h e 1 0 - p o i n t s c a l e . T a b l e 2 . M e a n s a n d d i s p e r s i o n s o f t h e r a t i n g s b y 6 o b s e r v e r s a n d b y t h e w o r k e r h i m s e l f f o r t h e 3 6 l o a d s i t u a t i o n s ( 9 w e i g h t / r a t e c o r n b i n a t i o n s , 4 r e p e t i t i o n s ) i n w o r k i n v o l v i n g l i f t i n g b l o c k s a t a c o n v e y o r b e l t . S i n c e t h e c o m p l e t e r a n g e o f B o r g ' s s c a l e w a s n o t u s e d i n t h e e x e c u t i o n o f t h e s e c o n d e x p e r i m e n t o w i n g t o t h e f a c t t h a t v e r y h e a v y l o a d s d i d n o t o c c u r , t h e r e s u l t s s h o w a n a c c u m u l a t i o n o f v a l u e s o n t h e l o w e r p o r t i o n o f t h e s c a l e ( f i g . 5). T h i s , i n t u r n , m e a n s t h a t t h e c a l c u l a t e d r e g r e s s i o n l i n e m u s t b e i n t e r p r e t e d c a u t i o u s l y , a n d e x t r a p o l a t i n g t o h i g h e r v a l u e s o n t h e 1 0 - p o i n t s c a l e i s i n a d m i s s i b l e . 13 W O R K E R R A T I N 0 0 m . 7 . 1 Y- 1.246+1.923*lnX r - 0 . 7 7 2 (n 36) t * & . , + - a 1 8 8 I O I I E R V E R R A l l W O O 5. C o r r e l a t i o n b e t w e e n r a t i n g s b y t h e o b s e r v e r s a n d b y Y- t e w o r k e r h i m s e l f o n B o r g l s s c a l e . Summary o f t h e e n t i r e s e c o n d e x p e r i m e n t w o r k o n a c o n v e y o r b e l t . D I S C U S S I O N I n a l l w o r k s i t u a t i o n s t h e o b s e r v e r s w e r e a b l e t o d i s c r i m i n a t e b e t w e e n t h e d i f f e r e n t l o a d s . I n c a s e s w h e r e t h e l o a d e n c o m p a s s e d t h e w h o l e s p e c t r u m o f w e i g h t s , i . e . w e i g h t s r a n g i n g f r o m v e r y l o w t o m a x i m a l , t h e o b s e r v e r s made u s e o f p e r c e p t u a l r a t i n g s o v e r t h e e n t i r e s c a l e . T h i s was a d v a n t a g e o u s t o e s t a b l i s h a r e l i a b l e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n o b s e r v e r r a t i n g s a n d s e l f - r a t i n g s . I n o t h e r c a s e s , s u c h a s w o r k a t t h e c o n v e y o r b e l t , t h e c u r v e e n c o m p a s s e d o n l y a p o r t i o n o f t h e s c a l e r a n g e . T h r o u g h o u t t h e e x p e r i m e n t s t h e c u r v e s f o l l o w e d a p o s i t i v e l y a c c e l e r a t i n g p o w e r f u n c t i o n w i t h i n c r e a s i n g w o r k l o a d s , a s h a d b e e n d e m o n s t r a t e d i n B o r g l s e a r l i e r s t u d i e s ( 4 ) . T h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e o b s e r v e r s ' r a t i n g a n d t h e w o r k e r ' s r a t i n g s was n o t l i n e a r , b u t f o l l o w e d a c u r v e d l i n e t h a t c o u l d b e b e s t d e s c r i b e d b y a l o g a r i t h m i c f u n c t i o n . A n o t h e r f i n d i n g 14 was t h a t t h e o b s e r v e r s t e n d e d t o o v e r r a t e t h e l o w l o a d s , w h e r e a s t h e r a t i n g s f o r t h e h i g h e r l o a d s s h o w e d b e t t e r a g r e e m e n t . I n p r i n c i p l e , w i t h t h e a i d t h e l o g a r i t h m i c f u n c t i o n , i t s h o u l d b e p o s s i b l e t o f i g u r e o u t how a w o r k e r w o u l d i n d i c a t e h i s own p e r c e p t i o n o f t h e s t r e s s i f t h e o b s e r v e r s ' r a t i n g o f t h e same w o r k i s k n o w n . T h e e x p e r i m e n t s a l s o s h o w e d t h a t t h e o b s e r v e r s t e n d e d t o r a t e a c c o r d i n g t o a c e r t a i n i n d i v i d u a l l y c o l o u r e d p a t t e r n . T h e m o s t n o t i c e a b l e f e a t u r e was t h a t c e r t a i n i n d i v i d u a l s t e n d e d t o d e v i a t e c o n s i s t e n t l y e i t h e r t o w a r d s l o w e r o r t o w a r d s h i g h e r r a t i n g s , s o - c a l l e d " 1 o w - r a t e r s " a n d " h i g h - r a t e r s " . T h i s i s a f a i r l y we1 1 - k n o w n e f f e c t m e n t i o n e d i n t h e 1 i t e r a t u r e a s t h e r a n g e e f f e c t . I t c a n b e c o r r e c t e d , i f s o d e s i r e d , b y c a l c u l a t i n g t h e i n d i v i d u a l d e v i a t i o n f r o m a mean f o r a n u m b e r o f o b s e r v e r s a n d t h e n c o r r e c t i n g a l l o f t h e i n d i v i d u a l s r a t i n g s b y a s i m p l e f a c t o r s o t h a t h i s mean a g r e e s w i t h t h e common mean. A n o t h e r t y p e o f p e r s o n a l d e v i a t i o n s e e m e d t o b e t h e r a n g e u s e d b y t h e o b s e r v e r , i . e . t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e h i g h e s t a n d t h e l o w e s t r a t i n g i n d i c a t e d . T h e r e w e r e i n d i v i d u a l s who u s e d t h e c o m p l e t e r a n g e o f t h e 1 0 - p o i n t s c a l e a n d o t h e r s who t e n d e d t o r e s t r i c t t h e m s e l v e s t o a l i m i t e d a r e a o f t h e s c a l e . A l t h o u g h t h e o b s e r v e r s w e r e t r a n i n e d i n R P E , t h e s e d i f f e r e n c e s i n t h e u s e o f t h e s c a l e c o u l d b e c o n f i r m e d , i n c o n f o r m i t y w i t h t h e f i n d i n g s o f D a s ( 8 ) a n d S u r y ( 1 7 ) . I f a c o r r e c t i o n i s t o b e made, t h e b e s t s o l u t i o n w o u l d p r o b a b l y b e t o i n t r o d u c e a t e s t o f t h e r a t e r s ' a b i l i t y t o u s e d i f f e r e n t i a t e d s c a l e s o f t h e B o r g t y p e , l i k e t h e o n e s t h a t h a v e a l r e a d y b e e n u s e d b y h i m . A s p e c i a l c a s e p r e s e n t s i t s e l f when t h e " m a x i m u m l o a d " r a t i n g i s i n d i c a t e d o n B o r g ' s s c a l e . T h i s i n c r e m e n t o n t h e s c a l e i s t h e o n l y o n e w i t h o u t a n u m e r i c a l v a l u e f o r t h e m a g n i t u d e o f t h e l o a d . T h e p u r p o s e o f t h i s i s t o make i t p o s s i b l e f o r t h e o b s e r v e r t o i n d i c a t e e x c e p t i o n a l l o a d s w h o s e o c c u r r e n c e i s e x t r e m e l y r a r e . It i s a l s o c o n c e i v a b l e t o d e s i g n a t e l o a d s b e y o n d t h e c a p a b i l i t y o f t h e w o r k e r a s " m a x i m a l " . 15 I n t h e l i g h t o f t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s , t h e s u i t a b i l i t y o f B o r g ' s c a t e g o r y s c a l e w i t h r a t i o p r o p e r t i e s f o r u s e i n w o r k a n a l y s e s b a s e d o n o b s e r v e r s ' r a t i n g s c a n b e a s s u m e d . H o w e v e r , a n i m p r o v e m e n t i n t h i s r e s p e c t c o u l d b e i n t r o d u c t i o n o f a c o r r e c t i o n f a c t o r f o r t h e o b s e r v e r s ' r a t i n g s . T h i s f a c t o r c o u l d b e s u i t a b l y f o r m u l a t e d a s t h e common r e g r e s s i o n 1 i n e w i t h l o g a r i t h m i c c h a r a c t e r i s t i c s . ACKNOWLEDGEMENTS T h i s s t u d y i s b a s e d o n d a t a c o l l e c t e d i n 1 9 8 2 w i t h i n t h e f r a m e w o r k o f t h e ARBAN p r o j e c t , s u p p o r t e d b y r e s e a r c h g r a n t s 7 9 / 8 2 f r o m t h e S w e d i s h W o r k E n v i r o n m e n t F u n d t o B y g g h a l s a n R e s e a r c h F o u n d a t i o n . 1. 2 . 3 . 4. 5. 6 . 7 . 8 . 9 . 1 0 . REFERENCES B a s m a j i a n , I . V . : M u s c l e s a l i v e , c h a p t e r 2. W i l l i a m & W i l k i n s c o m p a n y , B a l t i m o r e , USA, 4 t h e d i t i o n , 1 9 7 9 . B o r g , G . A . V . : P h y s i c a l p e r f o r m a n c e a n d p e r c e i v e d e x e r t i o n . I n : S t u d i a p s y c h o l o g i a e t p a e d a g o g i c a , s e r i e s a l t e r a , I n v e s t i g a t i o n s X I , L u n d , 1 9 6 2 . B o r g , G . A . V & N o b l e , 6 . : P e r c e i v e d e x e r t i o n . I n : E x e r c i s e a n d S p o r t S c i e n c e s R e v i e w s ( v o l . 1 1 ) . ( e d . J.H. W i l m o r e ) . New Y o r k . A c a d e m i c P r e s s I n c . , 1 9 7 4 . B o r g , G . A . W . : P h y s i c a l w o r k a n d e f f o r t . W e n n e r - G r e n C e n t e r I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m S e r i e s , v o l u m e 2 8 . P e r g a m o n P r e s s , 1 9 7 7 . B o r g , G . A . V . : A c a t e g o r y s c a l e w i t h r a t i o p r o p e r t i e s f o r i n t e r m o d a l a n d i n t e r i n d i v i d u a l c o m p a r i s o n s . I n : P s y c h o p h y s i c a l J u d g m e n t a n d t h e P r o c e s s o f P e r c e p t i o n . I e d . G . - G . G e i s s l e r & P. P e t z o l d ) . B e r l i n : VEB D e u t s c h e r V e r l a g d e r W i s s e n s c h a f t e n , 1 9 8 2 . B o r g , G . , H e r b e r t , A . & C e c i , R . : Some c h a r a c t e r i s t i c s o f a s i m p l e r u n t e s t a n d i t s c o r r e l a t i o n w i t h a b i c y c l e e r g o m e t e r t e s t o f p h y s i c a l w o r k i n g c a p a c i t y . R e p o r t s f r o m t h e D e p a r t m e n t o f P s y c h o l o g y , T h e U n i v e r s i t y o f S t o c k h o l m , 1 9 8 4 . C o r l e t t , E . N . & B i s h o p , R . P . : A T e c h n i q u e f o r A s s e s s i n g P o s t u r a l D i s c o m f o r t . E r g o n o m i c s 1 9 , 2 : 1 7 5 - 1 8 2 , 1 9 7 6 . D a s , 6 . : A s t a t i s t i c a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e e f f e c t o f p a c e a n d o p e r a t i o n o n p e r f o r m a n c e r a t i n g . I n t . J. P r o d . R e s . K i r k , N.S. & S a d o y a m a , T.: A r e l a t i o n s h i p b e t w e e n e n d u r a n c e a n d d i s c o m f o r t i n s t a t i c w o r k . U n p u b l i s h e d M . S c . R e p o r t , D e p a r t m e n t o f Human S c i e n c e s , U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , L o u g h b o r o u g h , 1 9 7 3 . M a r k s , L . E . : I n d i v i d u a l d i f f e r e n c e s i n p e r c e i v e d e x e r t i o n a s s e s s e d b y t w o n e w m e t h o d s . P e r c e p t i o n & P s y c h o p h y s i c s Y o 1 3 , N O 1: 6 5 - 7 2 , 1 9 6 5 . 3 4 , 3 : 2 8 0 - 2 8 8 , 1 9 8 3 . 16 11. M i h e v i c , P . M . : S e n s o r y c u e s f o r p e r c e i v e d e x e r t i o n : a 1 2 . P e a r s o n , R . G . : S u b j e c t i v e a s p e c t s o f p e r f o r m a n c e . I n : r e v i e w . M e d i c i n e a n d S c i e n c e i n S p o r t s a n d E x e r c i s e . 1 3 , H a n d b o o k o f I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g . ( E d . G . S a l v e n d y ) . W i l e y & S o n s , 1 9 8 2 . 1 3 . R o h m e r t , W . & L a u r i g , W . : E v a l u a t i o n o f W o r k R e q u i r i n g P h y s i c a l E f f o r t . I n s t i t u t e o f I n d u s t r i a l S c i e n c e , D a r m s t a d t P o l y t e c h n i c , 1 9 7 5 . 1 4 . R u n e s s o n , S . & F r y k h o l m , G.: Y i s u a l P e r c e p t i o n o f L i f t e d W e i g h t . R e p o r t No. 2 6 8 , D e p t . o f P s y c h o l o g y , U n i v e r s i t y o f U p p s a l a , 1 9 7 9 . 1 5 . S t e v e n s , S . S . : On t h e P s y c h o p h y s i c a l l a w . P h y c h o l o g i c a l R e v i e w 5 4 , 1 5 3 - 1 8 1 , 1 9 5 7 . 1 6 . S t e v e n s , S . S . : I s s u e s i n p s y c h o p h y s i c a l m e a s u r e m e n t . P h y c h o l o g i c a l R e v i e w 7 8 : 4 2 6 - 4 5 0 , 1 9 7 1 . 1 7 . S u r y , R.J.: A c o m p a r a t i v e s t u d y o f p e r f o r m a n c e r a t i n g s y s t e m s . I n t . 3 . P r o d . R e s . V o l . 1 , No. 2 : 2 3 - 3 8 , 1 9 6 2 . 3 ~ 1 5 0 - 1 6 3 , 1 9 8 1 . A d d r e s s f o r r e p r i n t s : M i c h a e l W a n g e n h e i m R e s e a r c h F o u n d a t i o n f o r O c c u p a t i o n a l S a f e t y a n d H e a l t h i n t h e S w e d i s h C o n s t r u c t i o n I n d u s t r y B o x 9 4 S - I 8 2 11 D a n d e r y d S w e d e n 2- 87857 1 17