Einführung in die Ergonomie für Industrial Design · Prof. Dr. Ralph Bruder, Universität -GH...

Prof. Dr. Ralph Bruder, Universität -GH Essen, FB 04 Industrial Design / Fachgebiet Ergonomie

Universität -GH-Essen Fachbereich 4 Gestaltung und Kunsterziehung

Studiengang Industrial Design

Vorlesungsumdruck

Einführung in die

Ergonomie für Industrial Design

(Grundstudium)

Prof. Dr.-Ing. Ralph Bruder

Prof. Dr. Ralph Bruder, Universität -GH Essen, FB 04 Industrial Design / Fachgebiet Ergonomie

Gliederung „Einführung in die Ergonomie für Industrial Design“

1 Design und Ergonomie

2 Geschichte und Ziele der Ergonomie

3 Von der Analyse zur Gestaltung

4 Menschbezogene Anforderungen und deren Charakteristiken

4.1 Vorwiegend körperliche Anforderungen 4.1.1 Schwere dynamische Muskelarbeit 4.1.2 Einseitig dynamische Muskelarbeit 4.1.3 Statische Muskelarbeit 4.1.3.1 Statische Haltearbeit 4.1.3.2 Körperhaltungen

4.2 Sensumotorische Arbeit

4.3 Vorwiegend nicht-körperliche Anforderungen 4.3.1 Informationsaufnahme 4.3.2 Informationsverarbeitung

Prof. Dr.-Ing. Ralph Bruder / Fachbereich 04-Industrial Design / Fachgebiet Ergonomie

1 Design und Ergonomie

Zu Beginn eines Skripts für das FachErgonomie im Industrial Design gilt es sichzu fragen, welche Bedeutung die Ergono-mie für das Design hat bzw. haben kann.Der Hinweis auf die von der Ergonomiegelieferten Daten für den Gestaltungs-prozeß (z.B. Körpermaße, Körperkräfte)reicht nicht als Begründung dafür aus, dasFach Ergonomie in der Ausbildung vonzukünftigen Designerinnen und Designernzu etablieren.

In diversen Gesetzen, Normen undRegelwerken wird die Anwendung ergono-mischer Erkenntnisse gefordert. Beispielehierfür sind die Bildschirmarbeits-verordnung als gesetzliche Regelungbezüglich der Gestaltung von Bildschirmar-beitsplätzen oder die DIN-Normen 33401bezüglich der Gestaltung von Stellteilen(z.B. Schalter, Hebel) bzw. 33413 bezüglichder Gestaltung von Anzeigeeinrichtungen.Zur sachgerechten Erfüllung bestehendergesetzlicher Forderungen muß der Desi-gner über grundlegende ergonomischeKenntnisse verfügen.

Über den gesetzlichen Rahmenhinaus, ist für einzelne Produktgruppen dieKennzeichnung “ergonomisch” ein wichti-ges Verkaufsargument (Beispiel: Büromö-bel und -zubehör). Damit der Begriff “ergo-nomisch” nicht nur zur leeren Worthülsewird, besteht daher für den in diesemBereich tätigen Designer eine praktischeNotwendigkeit sich mit der Ergonomie zubeschäftigen.

Neben den genannten Aspekten einerpraktischen Notwendigkeit sich als Desi-gner mit der Ergonomie auseinanderzuset-zen, gibt es auch eine hinreichende Be-gründung für die Zusammenarbeit vonErgonomie und Design. Diese hinreichende

Begründung ergibt sich aus dem gemein-samen Ziel, Gebrauchsgegenstände men-schengerecht zu gestalten.

Es dürfte unbestritten sein, daß derMenschbezug bei der Gestaltung einezentrale Verbindung von Design und Ergo-nomie charakterisiert. Jemand, der fürandere Menschen gestaltet, muß sich mitdem menschlichen Dasein in seiner körper-lichen, geistigen und seelischen Dimensionauseinandersetzen.

Aufgabe der Ergonomie als mensch-bezogener Gestaltungsdisziplin ist es, ausden Dimensionen menschlichen Daseinsgestaltbare Größen und Faktoren abzulei-ten. Neben den schon genannten Körper-maßen und Körperkräften als Beispiele fürdie körperlichen Dimensionen menschli-chen Daseins, spielen die geistigen Dimen-sionen (z.B. Wahrnehmungsfähigkeiten,Problemlösungsprozesse) und seelischenDimensionen (z.B. Emotionen, Motivatio-nen) im Zusammenhang mit einer stetigwachsenden Technisierung und Automati-sierung auch der alltäglichen Umwelt einezunehmend wichtigere Rolle.

Häufig kennzeichnen die aus denDimensionen menschlichen Daseinsabgeleiteten ergonomischen Gestaltungs-größen und -faktoren Anforderungen aneine Gestaltungsaufgabe und definierensomit den konzeptionellen Rahmen, in demsich die Lösung einer Gestaltungsaufgabenbewegen sollte.Die Definition eines konzeptionellen Rah-mens ist allerdings nicht gleichzusetzen mitder Entwicklung von Konzepten alsLösungsansatz einer Gestaltungsaufgabe.Die Anwendung und Umsetzung ergonomi-scher Gestaltungsgrößen und -faktoren ineinem konkreten Anwendungsfall ist eine

5

wesentliche Aufgabe des Designs. DieVerknüpfung von Design und Ergonomie istin der Abbildung 1.1 dargestellt.

Die praktischen Funktionen einesProduktes ermöglichen bzw. verhindernHandlungen eines Benutzers. So ist durchentsprechende Gestaltungselemente (z.B.Höhenverstellung, Änderung von Schrift-größen bei der Bildschirmdarstellung derAusgabe von Computerprogrammen) dieAnpassung eines Produktes an menschli-che Eigenschaften und Fähigkeiten mög-lich. Über die Forderung nach dem Vorhan-densein bestimmter praktischer Funktionenhinaus, ist die an unterschiedliche Benutzerund Anwendungsszenarien angepaßte Artund Weise der Funktionsausübung ausergonomischer Sicht von Bedeutung.

Demgegenüber haben die Ausprä-gungen von produktsprachlichen Funktio-nen in der Regel Auswirkungen auf die

Verhaltensweisen von Benutzern. Zu diesenVerhaltensweisen gehört nicht zuletzt dasKaufverhalten, welches durch die auf eineausgewählte Zielgruppe abgestimmteProduktsprache beeinflußt werden soll.

Das Verhalten und die konkretenHandlungen des Benutzers in Bezug zueinem bestimmten Produkt wirken auf denBenutzer zurück. Die Untersuchung desZusammenhangs zwischen den prakti-schen sowie produktsprachlichen Funktio-nen eines Produktes und den möglichenReaktionen eines Benutzers auf dieseFunktionen beschreibt ein grundlegendesKonzept der Ergonomie (siehe Kapitel 3).

Das Betätigungsfeld für Ergonomenund Designer stellt sich in der Regel sehrheterogen dar. Die Gestaltung eines -vermeintlich einfachen - Gegenstandes wieeine Türklinke gehört ebenso dazu, wie diekomplexe Gestaltung einer Kraftwerkswarte

Abbildung 1.1: Verknüpfung von Ergonomie und Design bei der funktionalen Gestaltung von Produkten


oder eines Flugzeugcockpits. Gerade fürdie Lösung von Gestaltungsaufgaben, dieaus den aktuellen technischen und organi-satorischen Innovationen erwachsen, reichtder “gesunde Menschenverstand” alsRatgeber zur Lösung von Gestaltungs-problemen oft nicht aus. Die Vermeidungsuboptimaler Ges-taltungslösungen ist insolchen Fällen nur durch eine systemati-sche Vorgehensweise auch und geradeunter Beachtung ergonomischer Gestal-tungsprinzipien möglich.

Das es demgegenüber durchausauch mit dem sogenannten “gesundenMenschenverstand” möglich ist, zumindestdie ergonomische Gestaltungsqualität vonGebrauchsgegenständen zu beurteilen,zeigt die nachfolgende Tabelle 1.1.

Diese Tabelle enthält Produkte, dievon Studierenden des ersten SemestersIndustrial Design als Antwort auf die Frageausgewählt wurden, welche Produkte siefür ergonomisch gelungen oder mißlungenhalten. In der Tabelle sind die von denStudierenden aufgeführten positiven undnegativen ergonomische Aspekte derjeweiligen Produkten ebenfalls enthalten.

7

+ -

Sonnenbrille(klassisch)

Sonnenschutzgeringes GewichtPaßform

Paßform nur für best.KörpergrößeLichteinfall von der SeiteBruchsicherheit der Gläsernicht gewährleistet.

Sonnenbrille(Oakley)

organische Form (keineEcken)passt sich der Kopfform anverbiegungsfestEinzelteile lassen sichproblemlos austauschen

Sportbrille

stoßfesteng anliegend -> festerSitzScweißschutznachgebende Konstruktion(dadurch stabiler)rundum Sonnenschutz

Trinkflaschefür Kleinkinder

StehaufeffektSeitengriffeLuftlochTrinkvorrichtungDeckelSauger naturnahgeformt/passt sich elastisch demGaumen an.

Griffe zu dünnMaterial kann durch Zähne(Kauen) beschädigtwerden.Material ist schlecht zusäubern

Zahnbürstegeformt nach derMundanatomieliegt gut in der Hand

Ergonomie mehrVerkaufsgagErgonomie der Bürstezweifelhaft.

Wasserkasten

schlechter Griffschlechte Griffhöhe(ungesundeKörperhaltung)schlechteTransportmöglichkeit(zu breit für Türdurchgang,schlägtgegen das Bein)


+ -

Ziselierhammer

Kugelgriff für sicheren Haltin der Handbreiter münzenförmigerKopf für größereTreffsicherheiteinseitge Schlagflächem,dünner Schaft=> Gewichtsersparnisdie zu bewegende Massewird so geringwie möglich gehalten,damit ermüdungsfreigearbeite werden kannBewegung erfolgt aus demHandgelenk

Werkzeug ist nur zumZiselierenzu gebrauchen

Kugelschreiber Anpassung derGegenstände andie Menschen

Anpassung des Menschenandie Gegenstände

Unterarmorthese

bequem zu tragenSchutz der verletztenStellerelativ gut belüftetstufenloseFixiermöglichkeit(Klettverschluß)

eingeschränkteBewegungsfreiheiterhöhte Verletzungsgefahran denRandstellen der Orthese

Pürierstab

liegt gut in der Hand(rechts/links)glatte Formen => leicht zusäubernleichte Handhabung (nurein Knopf)

für Linkshänder nichtgeeignet

Handschrauber

angenehmes Gewichtgute BedienbarkeitleichterDrehrichtungswechselliegt gut in der Handkann überall mit einerHand benutzt werden(Schlaufen)

Haushaltschere

Snowboardbindung

Hi-Back ist individuell aufden Fuß anpassbarläßt genung Freiraum umFiguren zu fahren,die einen flexiblen Standauf dem Brett er-forderlich machen

9

Tabelle 1.1: Positive und negative Aspekte der ergonomischen Gestaltungsqualität ausgewählter Produkte(Quelle: Studierende des 1.Semesters Industrial Design an der UGH Essen, WS 1997/98)

+ -

VTR-Fernbedienung

Nummerntasten,Programmwahltasten undTasten zurLautstärkeregelung imHauptbewegungsfeld desDaumenVor/-Rückspulen durchDrehen einesRinges in entspr. RichtungTasten für seltengebrauchte Funktionenhinter AbdeckungPriorität der Tasten durchGröße, Form undAnordnung vorgegeben

SaxophonGewichtverteilung auf Halsoder Rücken durch GurtErgonomischeHandhaltung

Bürodrehstuhlindividuelle EinstellbarkeitgewährleistetkörpergerechtesSitzen in jeder Position

Camel-Back

kann nicht abfallenHände müssen nicht vomLenkrad genommenwerden => SicherheitMitführen von Werkzeugoder anderen kleinenGegenständen ist möglich

11

Das Kunstwort Ergonomie läßt sich mit“Regeln zur menschlichen Arbeit” überset-zen (aus dem Griechischen: ergon = Arbeit,Nomos = Gesetze, Regeln). Diese Über-setzung macht den ursprünglichen Bezugder Ergonomie zur menschlichen Arbeitdeutlich. Daher muß eine geschichtlicheBetrachtung der noch jungenWissenschaftsdisziplin Ergonomie miteinem Überblick über die Geschichtemenschlicher Arbeit beginnen.

Gestaltungen menschlicher Tätigkei-ten hat es sicher schon sehr früh gegeben.So sind einige Erzeugnisse der Steinzeitgute Beispiele für eine der menschlichenAnatomie und Physiologie angepaßteGestaltung. Eine systematische Betrach-tung der menschlichen Tätigkeit nachwissenschaftlichen Kriterien folgt allerdingsverhältnismäßig spät (im 19. Jahrhundert).

Interessant ist in diesem Zusammen-hang die Frage, warum die Gestaltungmenschlicher Arbeit nicht schon in früherenkulturellen Blütezeiten Gegenstand wissen-schaftlichen Interesses war. Ein Grund fürdie mangelnde Beachtung mensch-bezogener Aspekte bei der Gestaltung vonArbeitsplätzen war u.a. das fehlende Inter-esse der klassischen Geistes- und Natur-wissenschaften an den Gebieten desmenschlichen Lebens, die zur Erlebnisweltdes “Herrn Jedermann” zählten und dahereiner näheren Betrachtung für unwürdigbetrachtet wurden.

Durch die im Zuge der Industrialisie-rung aufkommenden Mißstände, verändertesich das Problembewußtsein bezüglich desmenschlichen Arbeitseinsatzes. Zur Ver-meidung berufsbedingter Erkrankungenoder Todesfälle und der damit verbundenengesellschaftlichen Auswirkungen (z.B.

Schwächung der Wehrkraft) wurden um-fangreiche Gesetzeswerke erlassen. Soentstanden 1802 in England Schutz-bestimmungen für Kinderarbeit in derMorals and Health Act. In Preußen folgte1853 ein Gesetz zur Arbeitszeitbegrenzungund zur Festlegung eines Mindestarbeits-alters für Kinder. Die erlassenen Schutz-bestimmungen dienten vorwiegend demSchutz bestimmter Personengruppen(Kinder, Mütter). Eine Betrachtung derArbeitssituation, des Arbeitsinhaltes und derArbeitsumgebung fehlten zunächst noch.

Aus dem Wunsch, Arbeitsbedingun-gen und -inhalte so zu gestalten, daß best-möglicher Nutzen aus dem menschlichenArbeitseinsatz zu ziehen ist, bei gleichzeiti-ger Sicherstellung des Gesundheitsschut-zes, resultierte die Forderung an Wissen-schaftler, Gestaltungshinweise zu formulie-ren, mit denen sich der genannte Wunschrealisieren ließe. Hier setzt die eigentlicheergonomische Forschung an.

Eine Betrachtung menschlicher Arbeitbezüglich der Qualität der Arbeitsbedingun-gen führt demnach zu den nachfolgendbeschriebenen drei Phasen des menschli-chen Arbeitseinsatzes.

2 Geschichte und Ziele der Ergonomie


1. Phase der Ausbeutung

Beispiele: Ausnutzung von Kriegsgefangenen im Altertum; bei Arbeit inTropen, bei Zwangsarbeit.

Merkmale: Fehlende Betrachtung menschlicher Aspekte bei derArbeitsausführung, einseitige Betonung von Leistungsaspekten(wobei die Leistung des Einzelnen niedrig ist), keine Beachtungvon Gesundheitsrisiken

2. Phase der Nutzungsbeschränkung

Beispiele: Gesetze zum Schutze bestimmter Personengruppen,(z.B. Jugendliche, Mütter), Arbeitszeitgesetze

Merkmale: Zur Vermeidung der Folgen der Ausbeutung (z.B. niedrigeWehrkraft, niedrige Produktivität) werden Kriterien definiert, nach

denen sich die Auswahl und die Einsatzdauer von Arbeits-personen zu richten hat. Starker Bezug zu Gesundheitsaspekten,geringe

Betrachtung von individuellen Bedürfnissen

3. Phase der Leistungspflege

Beispiele: Projekte zur Humanisierung der Arbeit, MenschbezogeneGestaltungsregeln für diverse Arbeitsplätze (z.B. Höhe einesSchraubstockes beim Feilen, Kriterien zur Gestaltung vonBildschirmarbeit)

Merkmale: Gestaltung von Arbeitsplätzen oder Produkten unter Bezug aufmenschliche Leistungsbedingungen zur Vermeidung von

Gesundheitsschäden unter Beachtung von Leistungsaspekten undSicherstellung der Akzeptanz.

Die letztgenannte Phase der Leistungs-pflege läßt sich auch mit dem Begriff Ergo-nomie umschreiben. Dies wird deutlich, beider Betrachtung der erstmaligen Erwäh-nung des Begriffes Ergonomie durch denPolen Wojciech Jastrzebowski in seinemArtikel “Grundriß der Ergonomie bzw.Arbeitswissenschaft” aus dem Jahre 1857.In diesem Artikel heißt es:

“Die Bedeutung des Einsatzes unse-rer Lebenskräfte,...,wird für uns zum antrei-benden Moment, uns mit einem wissen-schaftlichen Ansatz zum Problem derArbeit zu beschäftigen ..und sogar zu ihrer(der Arbeit) Erklärung eine gesonderte

Lehre zu betreiben,..,damit wir aus diesemLeben die besten Früchte, bei der gering-sten Anstrengung mit der höchstenBefriedigung für das eigene und dasallgemeine Wohl ernten und dabei ande-ren und dem eigenen Gewissen gegen-über gerecht verfahren.

Obwohl diese sehr umfassendeZieldefinition der WissenschaftsdisziplinErgonomie in den westlichen Ländernwahrscheinlich nicht bekannt war, fandenzu Ende des 19. Jahrhunderts und zuBeginn des 20. Jahrhunderts in Amerikaund verschiedenen Ländern Westeuropasumfangreiche Forschungsaktivitäten be-

13

züglich der menschlichen Arbeit statt.Die Anfänge der ergonomischen Forschung(u.a. auch in Deutschland) sind durch einenatur- und ingenieurwissen-schaftlicheOrientierung und einen starken An-wendungsbezug gekennzeichnet (näheresdazu siehe ROHMERT/LUCZAK, 1989).

Der natur- und ingenieurwissen-schaftliche Bezug läßt sich auch bei der“Wiederentdeckung” des Begriffes Ergono-mie 1949 erkennen. In diesem Jahr 1949wird in England von erfahrenen Expertenaus den Bereichen der Anatomie, derPhysiologie, der Psychologie, den Inge-nieurwissenschaften, aus Physik undMathematik die Ergonomics ResearchSociety gegründet. Diese Gesellschaftkennzeichnet sich selbst wie folgt:

“Ergonomie ist das wissenschaftlicheStudium der Beziehungen zwischen Men-schen und ihren Berufen. Ergonomie be-schäftigt sich mit der Ausrüstung, die sie(=die Menschen) benutzen, der Umgebung,in der sie arbeiten und dem Arbeitssystemals Ganzem. Ergonomie greift auf dieDisziplinen Anatomie, Physiologie, Psycho-logie und Ingenieurwissenschaften bezüg-lich deren Methoden und Daten zurück. DerName Ergonomie wurde vom Griechischengeprägt und betont die Konzentration desErgonomen auf die menschlichen Leistun-gen in deren unterschiedlichsten Aspekten.”

Nach der englischen ErgonomicsResearch Society folgten Gründungennationaler Gesellschaften für Ergonomie.Die unterschiedlichen Schwerpunkte derergonomischen Forschung und Anwendungin den einzelnen Ländern zeigt sich an denNamensgebungen der nationalen Gesell-schaften. In Nordamerika wird beispielswei-se die “Human Factors Society” gegründet.Die ergonomische Gesellschaft in Deutsch-land wird 1957 unter der Bezeichnung

“Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e.V.”gegründet. Das Publikationsorgan derGesellschaft für Arbeitswissenschaft ist dieZeitschrift für Arbeitswissenschaft.. Auf dieUnterscheidung zwischen Ergonomie undArbeitswissenschaft soll an dieser Stellenicht eingegangen werden. In dem vorlie-genden Umdruck werden die Bezeichnun-gen Ergonomie und Arbeitswissenschaftsynonym gebraucht.

Womit sich die ergonomischen For-scher in den Jahren zwischen 1957 und1967 beschäftigten zeigt eine Analyse derBeiträge in der Zeitschrift Ergonomics, dieauch heute noch eine weite internationaleVerbreitung genießt.


Mit der Weiterentwicklung der DisziplinErgonomie sind auch Wandlungen derGestaltungsziele und des Gestaltungs-interesses verbunden. Wie sich solcheÄnderungen auch in den Definitionen desBegriffes Ergonomie niederschlagen, sollan einem Beispiel gezeigt werden.

Von dem internationalen Dachver-band der nationalen Ergonomiegesell-schaften, der sogenannten InternationalErgonomics Association (IEA), werden ineinem Turnus von drei Jahren weltweiteKongresse zu ausgewählten Themen derErgonomie ausgerichtet. Auf einem solchenKongreß im Jahre 1988 in Sydney wurdefolgende, aktuelle Definition des BegriffesErgonomie vorgestellt:

“Die Wissenschaft Ergonomie kannals die Gestaltung der Arbeitsumgebungdefiniert werden, mit dem Ziel, daß dergrößte Nutzen aus den menschlichenKapazitäten gezogen werden kann, ohnemenschliche Grenzen zu überschreiten.

Ergonomie beschäftigt sich mit derOptimierung der Effizienz, der Gesundheit,der Sicherheit und des Komforts von Men-schen in Mensch-Maschine-Umwelt Syste-

men bei der Arbeit, zu Hause und beimSpiel.

Mit ihrer Funktionsorientierung - imGegensatz zu einer Disziplinenorientierung- umfaßt die Ergonomie unterschiedlicheBerufsstände. Zu diesen Berufsständengehören u.a. Anatomen, Architekten, Desi-gner, Ingenieure, Physiker, Physiologen,Psychologen.

Jede der genannten Berufsständeträgt auf seine Weise dazu bei, Wissen zuschaffen über Menschen und die Bezie-hung zwischen Menschen, Maschinen undder Umgebung, sowie dieses Wissenanzuwenden um Problem zu lösen, die ausden genannten Beziehungen entstehen”(Definition zum 10. Kongreß der Internatio-nal Ergonomics Association in Sydney/Australien, 1988).

In Deutschland führte die kontroverseDiskussion verschiedener an der ergonomi-schen/arbeitswissenschaftlichen For-schung und Anwendung beteiligten Diszipli-nen (u.a. Ingenieurwissenschaften, Psy-chologie, Medizin, Soziologie, Ökonomie)zu einem Arbeitauftrag der Gesellschaft fürArbeitswissenschaft an zwei Arbeits-

Anwendungsgebiete der Ergonomie

Landwirtschaft, Sport, Automation, Maurerarbeiten, Bauindustrie, Computer-industrie, unterentwickelte Länder, Leistungsgeminderte, Tauchen, Hausar-beit, Fahren, Stromerzeugung, technisches Zeichnen, Fliegen, Forstwesen,Bedienelementgestaltung, Gesundheit, Eisen- und Stahlindustrie, Heben undUmsetzen, Werkzeugmaschinen, Instandhaltung, Materialhandling, Militär-wesen, Bergwesen, Musik, Atomkraftwerke, Verwaltungsbüros, Post, Druk-ken, Schutzkleidung, Qualitätskontrolle, Radarbeobachtung, Eisenbahnen,Sicherheit, Schulkinder, Schichtarbeit, Schiffe, Schuhindustrie, Fernsprech-wesen, Textilindustrie, Schreibmaschinenarbeit, Unterwasseroperationen,Fahrzeuggestaltung

Abbildung 2.1: Ausgewählte Themen von Aufsätzen in der Zeitschrift Ergonomics zwischen den Jahren1957-1967

15

wissenschaftler, die aus unterschiedlichenFachdisziplinen stammen (Ingenieurwis-senschaften und Arbeitspsychologie).

Von diesen beiden Wissenschaftlernsollte ein Gegenstandskatalog der aktuellenergonomischen/arbeitswissenschaftlichenForschung und Lehre zusammengestelltwerden. Dazu wurden u.a. sämtliche Leh-renden der Ergonomie/Arbeitswissenschaftund verwandter Fachgebiete bezüglich ihrerLehrinhalte befragt. Weiterhin wurde eineAnalyse der Ebiträge in der Zietschrift fürArbeitswissenschaft durchgeführt.

Ein Ergebnis der gemeinsamen Arbeitist die “Kerndefinition” der Arbeitswissen-schaft.

Die dargestellte Kerndefinition stellteine gemeinsame Basis für die Forschung,aber auch die Ausbildung in dem FachErgonomie dar. Aus diesem Grund sollte dieKerndefinition der Arbeitswissenschaft auchdie Grundlage für eine Definition der Ergo-nomie für das Industrial Design bilden.

Kerndefinition der Arbeitswissenschaft(nach Luczak, Volpert, 1987)

Arbeitswissenschaft ist die Systematik der Analyse, Ordnung und Gestaltung dertechnischen, organisatorischen und sozialen Bedingungen von Arbeitsprozessenmit dem Ziel, daß die arbeitenden Menschen in produktiven und effizienten Ar-beitsprozessen

schädigungslose, ausführbare, erträgliche und beeinträchtigungsfreie Arbeitsbedin-gungen vorfinden

Standards sozialer Angemessenheit nach Arbeitsinhalt, Arbeitsaufgabe, Arbeits-umgebung sowie Entlohnung und Kooperation erfüllt sehen, sowie

Handlungsspielräume entfalten, Fähigkeiten erwerben und in Kooperation mitanderen ihre Persönlichkeit erhalten und entwickeln können.


Definition der Ergonomie im Design

Die Anwendung der Ergonomie im Design bedeutet eine systematische Vorgehens-weise bei der Analyse, Ordnung und Gestaltung von technischen, organisatorischenund sozialen Bedingungen menschlicher Tätigkeiten im Beruf und in der Freizeit. Zielder ergonomischen Gestaltung ist, daß die Menschen bei der Erfüllung ihrer Aufgaben

• schädigungslose, ausführbare, erträgliche und beeinträchtigungsfreie Tätigkeits-bedingungen vorfinden

• Standards sozialer Angemessenheit nach Tätigkeitsinhalt, Arbeitsaufgabe,Arbeitsumgebung und Kooperation erfüllt sehen, sowie

• Handlungsspielräume entfalten, Fähigkeiten erwerben und in Kooperation mitanderen ihre Persönlichkeit erhalten und entwickeln können.

Die Besonderheiten dieser Definition sind:

• Das Betrachtungsobjekt der Ergonomie im Design sind menschliche Tätigkeiten inder Arbeitswelt, aber auch in der Freizeit. Demnach gehören auch Produkte fürden privaten oder öffentlichen Bereich zu dem Forschungsinteresse der Ergonomie.Diese umfassende Betrachtungsweise menschlicher Tätigkeiten wird u.a. durcheine zunehmende Aufhebung der klassischen Trennung von Arbeitsplätzen undpersönlichen Bereichen notwendig (Stichwort Home Office).

• Ein grundlegendes Ziel der Anwendung ergonomischen Denkens und ergonomi-scher Erkenntnisse im Gestaltungsprozeß ist die Sicherstellung von Bedingungen,die mit möglichst geringen Gesundheitsgefährdungen bei der Tätigkeitsausführungverbunden sind.

• Ein weiteres ergonomisches Gestaltungsziel ist, daß die aus einer Gestaltung resul-tierenden menschbezogenen Tätigkeiten von der geplanten Benutzergruppe aus-führbar sein müssen (funktionaler Gesichtspunkt).

• Ein wesentlicher Aspekt bei der Gestaltung von Tätigkeiten für Menschen ist nebendem Problem, wie die Schnittstelle von Menschen und Objekten zu gestalten ist, dieFrage, wo diese Schnittstelle überhaupt liegen sollte. In diesem Zusammenhang giltes beispielsweise zu klären, welche Tätigkeiten zur Erfüllung einer Aufgabe vomMenschen und welche Aufgaben von Maschinen getätigt werden sollen. Ein Aspektbei der Gestaltung von menschengerechten Tätigkeitsinhalten ist dabei die Berück-sichtigung von sozialen Gesichtspunkten.

17

Literatur zu Kapitel 2

Luczak, H.; Volpert, W.: Arbeitswissenschaft. Kerndefinition - Gegenstandskatalog - Forschungsge-biete. Eschborn: RKW-Verlag, 1987

Rohmert, W.; Luczak, H.: Geschichte und Probleme der Ergonomie. In: Bundesamt für Wehrtechnikund Beschaffung (Hrsg.): Handbuch der Ergonomie. Steinbach/Wörthsee: Luftfahrt-Verlag WalterZuerl, 1978(Standort : R12 V02 D14 -> Büro Bruder)

Durch die Ausübung von Tätigkeiten sollten Menschen nicht nur Aufgaben erfüllen, sondernMöglichkeiten erhalten, ihre Persönlichkeit zu entwickeln und ihr vorhandenes Potential imSinne der Ausnutzung von Handlungsspielräumen einsetzen zu können.

19

In Abbildung 3.1 sind die prinzipiellen Vorge-hensweisen beim Lösen einer Gestaltungs-aufgabe im Design und der Ergonomiegegenübergestellt.

3 Von der Analyse zur Gestaltung

Abbildung 3.1: Unterstüzung desGestaltungsprozesses durch Anwendenergonomischer Methoden

In der Phase des Analysierens, soll für einzu gestaltendes Produkt untersucht wer-den, durch welche gestaltbaren Produkt-,Tätigkeits- und Umgebungsparameter, beiwelchem Personenkreis, es zu welchenReaktionen bei der zukünftigen Benutzungdes Produktes kommen kann.

Insbesondere bei der Gestaltungkomplexer Produktsysteme (z.B. Gestal-tung eines sog. Homeoffice) ist der Zusam-menhang zwischen Gestaltungs-parametern und möglichen Wirkungen nichteindeutig und offensichtlich. DieGestaltungsparameter, die mensch-bezogen zu kritische Wirkungen bezüglichdes Gesundheitsschutzes, der Leistungoder der Akzeptanz führen können, sinddaher detaillierter zu untersuchen. Fürsolche engpaß-orientierten Untersuchun-gen wurden und werden in der Ergonomieumfangreiche Meßmethoden entwickelt, dieauch von Designern genutzt werden kön-nen.

Aus den Erkenntnissen der Analyse-phase und den Ergebnissen einer eventuellnachfolgenden detaillierten Ursache-Wirkungs-Untersuchung, werden Anforde-rungen an die Gestaltung eines Produktesabgeleitet.

Wie in Abbildung 3.1 dargestellt,können ergonomische Methoden und Er-kenntnisse des Analysierens, Messens,Beurteilens und Gestaltens in den unter-schiedlichen Phasen des Designprozessesgenutzt werden.

3.1 Analysephase

In der Regel erfolgt die Gestaltung vonProdukten nicht aus reinem Selbstzweck,sondern steht in enger Verbindung mitmenschlichen Tätigkeiten. Durch die Ent-wicklung neuer bzw. die Verbesserungexistierender Produkte können menschlicheTätigkeiten überhaupt erst möglich gemachtwerden. So war die Erfindung des Telefonsdie Voraussetzung für eine Kommunikationauch über große Entfernungen hinweg.Ebenso können Produkte aber auch dieAusführung bestehender Tätigkeiten ge-sundheitsfördernder, einfacher, schneller,akzeptabler machen.

Die Analyse der Beziehung zwischeneinem zu gestaltenden Gebrauchsgegen-stand und der mit diesem Gegenstandauszuführenden Tätigkeit, steht häufig amAnfang des Gestaltungsprozesses. Dabeigilt es zu beachten, daß die Benutzungeines Gebrauchsgegenstandes immer ineiner physikalischen/chemischen/sozialenUmgebung stattfindet.

Das Diagramm in Abbildung 3.1.1zeigt die Beziehungen zwischen Ge-brauchsgegenstand, Benutzer und Umge-bung.


Abbildung 3.1.1: Produkt - Benutzer im Umgebungsrahmen

Zur Grobcharakterisierung der Tätigkeiten, die mit einem zu gestaltenden Produkt erfülltwerden können, eignen sich in einem ersten Schritt die in Tabelle 3.1.1 dargestelltensogenannten 8 W-Fragen.

Fragen Themengebiete

Warum? Ziel, Zweck, Motivation

Was? Arbeitsaufgaben, Anforderungen

Wer? Menschliche Leistungsbedingungen (z.B. Fähigkeiten)

Wo? Räumliche Aspekte, Umgebungsbedingungen

Womit? Beschreibung von Produkteigenschaften

Wie? Arbeitsweisen, Bewegungen

Wann? Zeitliche Lage (z.B. Tag vs. Nacht)

Wie lang? Tätigkeitsdauer

Tabelle 3.1.1: Leitfragen für die Analyse einer Gestaltungsaufgabe

21

3.2 Das Belastungs-Beanspruchungs-KonzeptAls Ergebnis der Analysephase im Rahmendes Gestaltungsprozesses (siehe Kapitel3), werden in der Regel einzelne Aspekteder untersuchten Tätigkeit erkenntlich, dieals kritisch bezüglich der Gesundheit, desHandlungsvollzuges oder der Akzeptanzder tätigen Menschen beurteilt werden.Solche kritischen Aspekte einer Tätigkeitlassen sich mit dem Begriff Engpaß kenn-zeichnen.

Als Begründung für eine durchzufüh-rende Gestaltung ist es oft hilfreich, dieWirkungen solcher Engpässe auf denMenschen qualitativ, falls möglich aberauch quantitativ, zu belegen. Eine solchemenschbezogene Bewertung des Ist-

Zustandes vor einer Gestaltungsmaßnahmekann auch als Bezugswert herangezogenwerden, um den Erfolg der Gestaltungs-maßnahme zu dokumentieren. So konnteim Rahmen der Gestaltung eines Patienten-stuhles für die zahnärztliche Praxis nachge-wiesen werden, daß mit der sinngemäßenBenutzung des Stuhles, das Risiko fürRückenerkrankungen bei Zahnärzten deut-lich gesenkt wird.

Zur Darstellung und Untersuchungdes Zusammenhanges zwischen denEngpässen einer Tätigkeit und den Auswir-kungen in den tätigen Menschen, hat sich inder Ergonomie das sogenannteBelastungs-Beanspruchungs-Konzeptbewährt. In Abbildung 3.2.1 wird diesesKonzept erläutert.

Abbildung 3.2.1: Einfacher Zusammenhang zwischen Belastungen und Beanspruchungen beimAusführen einer Tätigkeit.


Das nachfolgend beschriebene Beispielerläutert den einfachen Zusammenhangzwischen Belastungen und Beanspruchun-gen. Die dargestellte Tätigkeit fällt im Rah-men der Produktion von Zigaretten an. ZweiFrauen haben die Aufgabe, die Rollen mitdem Zigarettenpapier in eine Maschineeinzulegen.

Für beide Frauen ist das Gewicht derPapierrolle am Angriffspunkt identisch (=Belastungshöhe). Allerdings verfügen beideFrauen über unterschiedliche Fähigkeiten,die für die Erfüllung der Arbeitsaufgabe vonBedeutung sind. Ein wesentlicher Unter-schied liegt in der Maximalkraft der beidenFrauen. Während Person A eine Maximal-kraft (bei der dargestellten Armhaltung) von150 N besitzt, liegt der Wert der Maximal-kraft für Person B bei 200 N. Demnach istdie Beanspruchung (= Inanspruchnahmevon individuellen Eigenschaften) bei PersonB geringer.

Abbildung 3.2.2: Beispiel für die Anwendung deseinfachen Belastungs-Beaspruchungs-Konzeptes

Der Zusammenhang zwischen Belastun-gen und Beanspruchungen läßt sich auchmit Hilfe des nachfolgend skizzierten“Schwimmbecken-Modells” gut erläutern.

Abbildung 3.2.3: Vereinfachte Darstellung des Belastungs-Beaspruchungs-Konzeptes als„Schwimmbecken-Modell“

23

Wie in diesem Bild zu sehen, führt der“Zufluß” von Belastungsgrößen und -faktoren aus der Arbeitsaufgabe und derArbeitsumgebung zu einem Anstieg des“Pegelstandes” in einem bestimmtenWasserbecken. Der Pegelstand läßt sichauch als Ermüdung einer Person interpre-tieren. Die Höhe der Ermüdung ist von derZuflußmenge, aber auch von der Form desBeckens abhängig. Dabei ist die Form desBeckens ein Symbol für die individuellenEigenschaften, Fähigkeiten, Fertigkeitenund Bedürfnisse von Personen. Die Mög-lichkeit, die sich ansammelnde Ermüdungdurch Erholung abzubauen, ist in dem Bilddurch den Abfluß aus dem Becken mittelseines Wasserhahnes gekennzeichnet.

Aus der vorherigen Abbildung 3.2.3läßt sich gut erkennen, daß sich die ge-samte Belastung bei der Ausübung einerTätigkeit aus einzelnen Komponenten, densogenannten Teilbelastungen zusammensetzt. Solche Teilbelastungen kommen ausder Arbeits- oder Tätigkeitsaufgabe und derUmgebung, in der die Aufgabe zu erfüllenist.

Ziel einer Belastungsanalyse ist es,die Höhe und Dauer von einzelnen Teil-belastungen zu ermitteln, die sich zu einerbestimmten Gesamtbelastung addieren. InAbbildung 3.2.4 sind die einzelnen Schritteinnerhalb einer Belastungsanalyse be-schrieben.

In dem oberen Diagramm der Abbil-dung ist der typische Verlauf einer Bela-stung über der Zeit dargestellt. Die zuerkennende Variation der Belastungshöheist z.B. durch die Erfüllung unterschiedli-cher Aufgaben mit unterschiedlichen Auf-gabenschwierigkeiten begründet. Interes-sant ist nun die Frage, wie sich die Ge-samtbelastung zu einem bestimmtenZeitpunkt zusammensetzt.

Abbildung 3.2.4: Druchführung einerBelastungsanalyse zur Identifikation derBelastungshöhe definierter Teilbelastungen

Zunächst wird die Gesamtbelastungin einzelne Abschnitte gegliedert, die übereine konstante Belastungshöhe verfügen(siehe mittleres Diagramm).

Innerhalb der Belastungsabschnittelassen sich die Belastungshöhe einzelnerTeilbelastungen weiter bestimmen (z.B.durch energetische Arbeit wie Lastenhebenoder durch informatorische Arbeit wieKoordination von Tätigkeiten). DieBelastungshöhe der Teilbelastungen wirddurch die Angabe von Werten für definierteMerkmale beschrieben (siehe unteresDiagramm).Neben den Belastungen bei der Erfüllungeiner definierten Aufgabe in einer vorgege-benen Umgebung und Situation, sind nachdem Belastungs-Beanspruchungs-Konzeptdie individuellen Eigenschaften, Fähigkeiten,Fertigkeiten und Bedürfnisse entscheidenddafür, welche Auswirkungen die Aufgaben-


erfüllung für eine bestimmte Person hat.Gerade die menschlichen Eigenschaften,Antriebe (Konzentration, Motivation, Bedürf-nisse) und Dispositionen (Fähigkeiten,Fertigkeiten) haben einen wesentlichenEinfluß darauf, wie eine Aufgabe erfüllt wirdund welche Wirkung die Aufgabenerfüllungbei der Person hat.

Eine Designerin / ein Designer mußsich demnach frühzeitig darüber informie-ren, über welche Eigenschaften etc. Perso-nen der Zielgruppe verfügen, für die ein zugestaltendes Produkt gedacht ist. So sindbei einer Gestaltung für den öffentlichenBereich sicher andere Anforderungenaufgrund des Alters, der Körpergrößen,aber auch der Erfahrungen von potentiellenBenutzern zu stellen, als bei einer Gestal-tung für genau definierte Arbeitsplätze.

Zur Feststellung der menschlichenEigenschaften, Fähigkeiten, Fertigkeitenund Bedürfnisse existieren eine Vielzahlvon Meßmethoden. Auf dieseMeßmethoden wird innerhalb des Kapitels 6näher eingegangen.

Wie die Reaktionen von bestimmtenPersonen bei der Erfüllung einer Aufgabeaussehen, wird mittels Beanspruchungs-messungen festgestellt. Dabei könnensogenannte objektive Messungen durchge-führt werden, d.h. physiologische Reaktio-nen gemessen werden. Dies ist insbeson-dere bei körperlichen Arbeiten eine geeigne-te Vorgehensweise. Ein Beispiel hierfür istdie Messung von Herzschlagfrequenzen beider Benutzung von Fahrrädern unterschied-licher Bauart und Tretrichtung.

Bei vorwiegend informatorischenArbeiten werden auch physiologischeMeßverfahren eingesetzt. So kann dieAbnahme der Unregelmäßigkeit des Herz-schlages (“Herzschlagarryhthmie”) einIndikator für eine erhöhte mentale Bean-

spruchung sein. Ebenso ist die Zunahmevon Herzschlagfrequenzen oder Haut-leitwerten ein Indiz für erhöhte emotionaleBeanspruchungen.

Neben den physiologischen Messun-gen sollten auch subjektive Verfahren derBeanspruchungsermittlung eingesetztwerden. Zu diesen subjektiven Verfahrenzählen insbesondere standardisierte Befra-gungen.

Welche Verfahren zur Beanspruch-ungsermittlung bei einzelnen Tätigkeiteneinsetzbar sind, wird in Kapitel 5 bespro-chen.

Als Schlußfolgerung aus den vorheri-gen Ausführungen läßt sich ableiten, daßdas Belastungs-Beanspruchungs-Konzeptauch eine Ordnungsmöglichkeit für dieMethoden darstellt, die innerhalb einerProduktuntersuchung eingesetzt werdenkönnen.

Diese Ordnungsmöglichkeit wird inAbbildung 3.2.5 graphisch dargestellt.

25

Abbildung 3.2.5: Ableitung von Meßmethoden aus dem Belastungs-Beanspruchungs-Konzept

Das Diagramm in Abbildung 3.2.6 stellt einBeispiel für die Anwendung desBelastungs-Beanspruchungs-Konzeptesim Rahmen der Untersuchung des Hebenund Tragens von Lasten dar.

Das bisher besprochene “einfache”Belastungs-Beanspruchungs-Konzeptreicht aber nicht aus, um unterschiedlicheVerhaltensweisen von Personen beimAusführen einer definierten Aufgabe zubeschreiben. Aus diesem Grund ist es fürviele Untersuchungen ratsam, das soge-nannte erweiterte Belastungs-Beanspruchungs-Konzept zugrunde zulegen.

Der Übergang von definierten Bela-stungen zu individuellen Handlungen/Leistungen ist in dem erweitertenBelastungs-Beanspruchungs-Konzept vonbesonderer Bedeutung. Bei gleicher Aufga-benstellung vollziehen unterschiedlichePersonen teilweise sehr unterschiedlicheHandlungen (Beispiel: Vergleich zwischenFahranfängern und geübten Fahrern).Die Untersuchung solcher menschlichenHandlungen ist bei vielen Gestaltungs-

aufgaben von Interesse. Hier gilt es zufragen, wie die unterschiedlichen Handlun-gen von Personen aussehen. Dazu sind mitgeeigneten Methoden menschliche Hand-lungen nachzuvollziehen. Eine solcheMöglichkeit stellt die standardisierte Aus-wertung von Videoaufnahmen dar.

Weiter gilt es zu analysieren, warumidentische Gestaltungen von Produkten zuteilweise sehr unterschiedlichen Reaktionenbei Benutzern führen. Eine besondereBedeutung kommt dabei den menschlichenBedürfnissen als Motivator für denHandlungsvollzug zu. Die nachfolgenddargestellt “Pyramide” menschlicher Be-dürfnisse nach McGregor gibt einen Er-klärungsversuch, warum unterschiedlichePersonengruppen über durchaus sehr starkunterschiedliche Bedürfnisse verfügen.Je nach individueller Situation und Soziali-sation befinden sich einzelne Menschen aufunterschiedlichen Stufen der Pyramide.Daraus folgt beispielsweise auch, daß ausden unterschiedlichen Bedürfnissen jeweilsdifferenzierte Anforderungen an ein Produktresultieren können.


Abbildung 3.2.7: Erweitertes Belastungs-Beasnpruchungs-Konzept

IndividuelleEigenschaftenAntriebe/Bedürfnisse-> Konzentration/MotivationDisposition-> Fähigkeiten/Fertigkeiten

Belastungen Handlungen/Leistungen

Beanspruchungen Anpassung

Definition einerTätigkeitsaufgabe

Positive Anpassung (z.B. Training)

Negative Anpassung (z.B. Ermüdung)

Abbildung 3.2.6: Belastungs-Beanspruchungs-Konzept für das Heben und Tragen von Lasten

27

Abbildung 3.2.8: Hierarchie menschlicher Bedürfnisse in Anlehnung an eine Darstellung von McGregor

29

Menschliche Tätigkeiten in der Ar-

beitswelt, im privaten Haushalt oder in der

Freizeit scheinen auf den ersten Blick sehr

heterogen. Durch die Beantwortung der

Frage, welche Anforderungen die Erledi-

gung einer Aufgabe an den Menschen stellt,

lassen sich allerdings Grundformen

menschlicher Tätigkeiten identifizieren. In

der nachfolgenden Tabelle 4.1. sind 5

Grundformen menschlicher Tätigkeiten

aufgelistet.

vorkommen. In der Regel läßt sich aller-

dings diejenige Grundformen bestimmen,

die im Sinne eines Engpasses zu erhöhten

Beanspruchungen der tätigen Person

verantwortlich ist. So liegt eben beim Heben

und Tragen von Lasten der Schwerpunkt

auf dem Abgeben von Kräften, weswegen

diese Tätigkeit zu den muskulären Tätigkei-

ten zählt. Dagegen ist die Kontrolle von

Flugzeugen durch Fluglotsen eine Tätigkeit,

bei der Informationen aufgenommen (An-

4 Menschbezogene Anforderungen und deren

Charakteristiken

Tab. 4.1: Grundformen menschlicher Tätigkeiten

Durch die Verwendung des Begriffes

“vorwiegend” bei der Unterscheidung zwi-

schen körperlichen und nicht-körperlichen

(also eher geistigen) Tätigkeiten soll ver-

deutlicht werden, daß natürlich bei allen

Tätigkeiten ein gewisser Anteil an körperli-

chen und geistigen Aktivitäten stattfindet.

Die Zuordnung einer komplexen

Tätigkeit zu diesen einfachen Grundformen

ist häufig nicht einfach. Es ist sogar mög-

lich, daß bei einer Tätigkeit alle Grundfor-

men in unterschiedlicher Ausprägung

zahl und Kurse von ankommenden Flug-

zeugen), verarbeitet und abgegeben (Über-

tragung der Landeanflugsroutinen) werden

muß (kombinatorische) Arbeit.

Eine Überlagerung zweier Anforde-

rungsarten, die beide Engpaßcharakter

haben, tritt ebenfalls häufig auf. Beispiele

dafür sind Tätigkeiten im Büro, bei denen

sowohl Komponenten muskulärer Tätigkei-

ten (durch ungünstige Körperhaltungen),

“Zwangshaltungen”), als auch reaktiver/

kombinatorischer Tätigkeiten (durch die


Erfüllung der eigentlichen Arbeitsaufgabe)

vorkommen.

Mit Hilfe der Einteilung vorkommender

Tätigkeitsinhalte zu den Tätigkeits-

grundformen, wird eine Vergleichbarkeit

unterschiedlicher Tätigkeiten ermöglicht.

Vorliegende ergonomische Erkenntnisse für

die einzelnen Tätigkeitsformen können

gegebenenfalls auf ein konkretes

Gestaltungsproblem übertragen werden.

Die Methodik bereits durchgeführter Unter-

suchungen für bestimmter Tätigkeiten kann

als Ausgangspunkt für die Untersuchung

von Tätigkeiten mit identischer Tätigkeits-

grundform genutzt werden.

4.1 Vorwiegend körperliche

AnforderungenIn den meisten Fällen ist es sinnvoll,

den hohen Abstraktionsgrad der genannten

fünf Tätigkeitsgrundformen weiter zu unter-

gliedern. Dies gilt insbesondere für musku-

läre Tätigkeiten (die auch als vorwiegend

körperliche Tätigkeiten bezeichnet werden).

Als Einteilungsgesichtspunkt bei der

muskulären Arbeit ist die Wirkung des

Tätigkeitsvollzuges auf den menschlichen

Körper gut nachvollziehbar. Dabei lassen

sich zunächst Tätigkeiten mit statischen

und dynamischen Arbeitsanteilen unter-

scheiden. Wie die Abbildung 4.1 zeigt, ist

die verminderte Durchblutung des Muskels

bei statischer Arbeit (bedingt durch den

mechanischen Muskelinnendruck) ein

wesentlicher Unterscheidungsaspekt zur

dynamischen Arbeit (bei der durch den

Wechsel von An- und Entspannung des

Muskels sogar eine Erhöhung der Durch-

blutung stattfindet).

Die Auswirkung der unterschiedlichen

Arbeitsformen zeigt sich auch an den

maximalen Arbeitsdauern, die bei der

jeweiligen Arbeitsform erreicht werden

(siehe Abbildung 4.2). Die in der Abbildung

genannte Dauerleistung kennzeichnet eine

Leistung, die von einer Person (nahezu)

beliebig lang erbracht werden kann.

Die weitere Einteilung der statischen

Muskelarbeit nach deren Kraftwirkung führt

zu der Unterscheidung von statischer

Abb. 4.1: Blutversorgung und Blutbedarf bei

statischer und dynamischer

Muskelarbeit

Haltearbeit (= äußere Kraftwirkung) und

(Körper-) Haltungsarbeit (=innere Kraft-

wirkung). Bei dynamischen Muskelarbeiten

lassen sich zwei Formen nach der

Beanspruchungswirkung unterscheiden. So

werden bei schwerer dynamischer Muskel-

arbeit große, schwere Muskelgruppen

eingesetzt (<1/7 der Gesamtmuskel-

masse), wodurch eine Beanspruchung

Abb. 4.2: Maximale Arbeitszeiten in Abhängigkeit

von der erbrachten Leistung und der Tätigkeitsform

31

vorwiegend des Herz-Kreislaufsystems

beobachtet werden kann. Davon zu unter-

scheiden ist die einseitige Beanspruchung

kleiner Muskelgruppen (einseitig dynami-

sche Muskelarbeit).

In der Abbildung 4.3 ist die Einteilung

der vorwiegend körperlichen Arbeit im

Überblick dargestellt.

In den nachfolgenden Kapiteln 4.1.1

bis 4.1.3 werden die einzelnen vorwiegend

körperlichen Arbeitsformen näher erläutert.

4.1.1 Schwere dynamische

MuskelarbeitDie Abbildung 4.4 zeigt eine (verein-

fachte) Darstellung des Stoff- und Energie-

wechsels bei körperlicher Arbeit.

Mithilfe der Abbildung lassen sich die

körperlichen Reaktionen nachvollziehen, die

vor, während und nach körperlicher Arbeit

auftreten.

Tab.4.2: Analyse der Teilbelastung durch schwere dynamische Muskelarbeit

Abb. 4.3: Formen vorwiegend körperlicher Arbeit

Abb. 4.4: Darstellung des Stoff- und

Energiewechsels

Belastungs-kenngrößen

besonderemenschlicheLeistungs-

bedingungen

Methoden derBeanspruchungs-

messung

TypischeGestaltungs-maßnahmen

zu bewegende Masse

geom. Bedingungen derBewegungsbahn (Längedes Weges, Steigungetc.)

Bewegungsfrequenz

Leistungsabgabe

Energieverbrauch

Bewegungsdauer

Leistungsfähigkeit desHerz-Kreislauf-Systems(Dauerleistungsfähigkeit, Fähigkeit zukurzfristigenHöchstleistungen)

Muskelkräfte

Geübtheit

Messung derHerzschlagfrequenz

Messung vonAtemfrequenzen

Messung von Körper-kerntemperaturen

Messung von Schweiß-abgaben

Messung der el. Aktivitätausgewählter Muskel-gruppen

Subjektive Befragung

Hebe- und Tragehilfen

Änderung von geom.Bedingungen derTätigkeitsausführung(z.B. Verkürzung vonWegen)

Verkürzung derBewegungsdauer(Pausen)

...


Nahrung (in Form von Kohlehydraten,

Fetten, Eiweißstoffen) wird aufgenommen

und aufbereitet. Die aufgenommenen Stoffe

werden im Magen-Darm-Trakt zu Zucker,

Fettsäure und Aminosäure ab- und umge-

baut. In der Leber findet ein teilweiser

Umbau der Nährstoffe statt. In den Muskel-

fasern findet eine biochemische Reaktion

der energiereichen Stoffe mit Sauerstoff

statt, wobei Energie abgegeben wird und

energiearme Abfallprodukte (Kohlendioxid,

Wasser, Milchsäure, Harnsäure etc.) ent-

stehen.

Bei dem dargestellten Stoffwechsel-

prozeß kommt dem Blutkreislauf eine

wichtige Funktion zu. Mittels des Blutkreis-

laufes werden die im Magen-Darm-Trakt

umgewandelten Nährstoffe zu den soge-

nannten Verbrauchern (z.B. Muskeln) oder

körpereigenen Speichern transportiert.

Weiterhin wird der über die Lunge eingeat-

mete Sauerstoff im Blutkreislauf transpor-

tiert. Der Rücktransport der bei den bioche-

mischen Prozessen entstandenen Abfall-

produkten zu den Ausscheidungsorganen

(Lunge, Niere) findet mittels des Blutkreis-

laufes statt. Schließlich erfolgt der Trans-

port der bei der Verbrennung entstandenen

Abfallwärme aus dem Körperinneren zur

Körperoberfläche mit Hilfe des Blutkreislau-

fes.

Aus den physiologischen Zusammen-

hängen läßt sich nun ableiten, warum bei

schwerer dynamischer Muskelarbeit, bei

der ja große Muskelgruppen mit Sauerstoff

versorgt werden müssen, eine Erhöhung

der Atem- und Pulsfrequenz zu beobachten

ist.

Weiterhin folgt aus den körperlichen

Stoff- und Energiewechselreaktionen, daß

der Energieverbrauch des Menschen bei

einer Tätigkeit ein Maß für die Schwere der

Tätigkeit ist (siehe Abb.4.5).

Die Größe des Energieverbrauches

läßt sich mit physiologischen Verfahren

messen (Energieumsatzmessung). Dazu

wird die Menge des aufgenommenen

Sauerstoffes in Bezug zu dem gleichzeitig

ausgeatmeten CO2-Volumen gesetzt.

Neben der aufwendigen physiologi-

schen Messung, existieren Schätztabellen

für den Energieverbrauch bei unterschiedli-

chen Tätigkeiten (siehe Tabelle 4.3).

Mit den in Tabelle 4.4 dargestellten

Methoden läßt sich die Beanspruchung

durch schwere dynamische Muskelarbeit

häufig beurteilen.

Typische Verläufe der Pulsfrequenz

bei unterschiedlichen Belastungen zeigt die

Abbildung 4.6.

Gestaltungsmaßnahmen

Zur Senkung der Belastungshöhe

einer schweren dynamischen Arbeit wur-

den und werden eine Vielzahl von Gestal-

tungsvarianten entwickelt. Beispiele für

solche Gestaltungsmaßnahmen sind

Tragehilfen in unterschiedlicher Form,

geänderte Arbeitsplatzabmessungen.

Gerade in diesem Bereich liegt ein breites

Betätigungsfeld für die Produktgestaltung.

Neben der Gestaltung von Produkten

kann die Beanspruchung einer schweren

dynamischen Tätigkeit durch die Unterbre-

chung der Tätigkeit (mittels Pausen) er-

reicht werden.

Abb.4.5: Beurteilung der Arbeitschwere nach dem

Energieverbrauch

33

Der Verlauf der Erholung nach einerkörperlichen Tätigkeit ist in Abbildung 4.7dargestellt. Die Abbildung zeigt den Zu-sammenhang zwischen Tätigkeitsdauer,Pausendauer und der Erholungs-wirksamkeit einer Pause. Aus der Abbil-dung läßt sich die sogenannte Kurzpausen-regel für körperliche Arbeit ableiten, d.h. beikörperlicher Arbeit sind viele kurze Pausenwenigen langen Pausen vorzuziehen.

Abb. 4.6: Typische Verläufe der Pulsfrequenz beiunterschiedlichen Belastungen

Tab. 4.3: Energieverbrauch bei unterschiedlichenTätigkeiten

Tab. 4.4

Abb. 4.7: Erholungswert einer Pause inAbhängigkeit von der Pausenlänge


4.1.2 Einseitig dynamische Muskelarbeit

Tab. 4.5: Analyse der Teilbelastung durch einseitig dynamische Muskelarbeit

Abb. 4.8: Zusammenhang zwischen der Bewegungsfrequenz und der Betätigungskraft bei einseitigdynamischer Tätigkeit

Schätzung der Grenzen der Erträglichkeitund Ausführbarkeit bei einseitig dynami-scher Muskelarbeit aus einer gegebe-nen Belastungsgröße

Grenze der Erträglichkeit =untere Vertrauensgrenze __.__.__.__.__

Grenze der Ausführbarkeit =Regressionslinie ____________

Tab. 4.6: Beurteilung einseitig dynamischer Muskelarbeit durch Abschätzen der Belastungskenngrößen (nach Rohmert)

35

Zur Messung der Beanspruchunglokaler Muskelgruppen durch einseitigdynamische Muskelgruppen wird häufig dasElektromyogramm (EMG) eingesetzt.

Die aktiven motorischen Einheiteneines Muskels erzeugen während einerAnspannung typischerweise impulsförmige

elektrische Spannungen, sogenannteAktionspotentiale.

Den Zusammenhang zwischen derBewegungsfrequenz und der Betätigungs-kraft bei einseitig dynamischer Tätigkeitzeigt Abbildung 4.8.

In einem angespannten Muskel sindviele motorische Einheiten voneinanderunabhängig aktiv, so daß das an derKörperoberfläche ableitbare Signal - dasElektromyogramm - aus einer Vielzahl vonAktionspotentialen besteht. Als Kennwertzur Beschreibung der Muskelaktivität wirddie elektrische Aktivität (EA) benutzt.

Die Ableitung des myoelektrischenSignals erfolgt mit Hilfe von Oberflächen-elektroden, die möglichst nahe an den zuuntersuchenden Muskeln oder Muskel-gruppen appliziert werden. In Abbildung 4.9ist die Ableitung des Musculus flexor pollicis(Daumenbeuger) und des Musculusabductor digiti minimi (kleiner Finger) dar-gestellt.

Ohne großen physiologischenMeßaufwand läßt sich die Beanspruchungbei einseitig dynamischer Muskelarbeit mitHilfe der Tabelle 4.6 abschätzen.

GestaltungsmaßnahmenEine typische Gestaltungsmaßnahme

zur Verringerung der Beanspruchung beieinseitig dynamischer Arbeit war die Sen-kung der Betätigungskraft bei Schreibma-schinen. Durch die Einführung vonComputertastaturen wurde das ProblemBetätigungskraft noch weiter reduziert.

Allerdings stieg die Frequenz beim Schrei-ben auf Computertastaturen so stark an,daß nunmehr der Engpaß in den zu kurzenTätigkeitszyklen für die Finger- und Hand-muskulatur liegt.

Eine Möglichkeit zur Verringerung vonhohen Beanspruchungen (mit evtl. folgen-den Schäden) ist die Gestaltung derTastaturgeometrie (siehe Abbildung 4.11).

Eine wirksame Beanspruchungs-reduktion beim professionellen Schreibenauf einer derzeit erhältlichenComputertastaur ist allerdings nur durch dieEinhaltung von Pausen möglich.

Abb. 4.9

Abb. 4.10: Verlauf einer elektrischen Aktivität derDaumenbeugemuskulatur bei eineranstrengenden Tätigkeit


4.1.3 Statische Muskelarbeit4.1.3.1 Statische Haltearbeit

Die Abbildung 4.13 stellt den Zu-sammenhang zwischen der maximalenHaltezeit eines Gewichtes in Abhängigkeitvon der Masse des Gewichtes dar. Durchden Bezug der zu haltenden Kraft auf dieMaximalkraft einer Person, gilt die beschrie-bene Gleichung und die dargestellte Gra-phik für unterschiedliche Personen. DerQuotient Haltekraft/Maximalkraft sinkt mitzunehmender Maximalkraft, wodurch diemaximale Haltezeit zunimmt.

Durch die gestrichelte Linie bei k/K=0,15 wird die sogenannteDauerleistungsgrenze für statische Halte-arbeit gekennzeichnet. Demnach ist eineKraft von ca. 15% der Maximalkraft theore-tisch beliebig lang zu halten. Bei der Über-tragung dieser Erkenntnis auf praktischeGestaltungsfälle gilt es allerdings zu beden-ken, daß neben einem zu haltenden Ge-

wicht häufig noch die Massen von einzel-nen Körperteilen (z.B. Arm) getragen wer-den müssen. Die Körpermassen sind beider Berechnung der Haltekraft zu berück-sichtigen. Die Bedeutung des mitzutragen-den Körpergewichtes wird aus der Abbil-dung 4.12 besonders deutlich.

Abbildung 4.14 zeigt ein typischesBeispiel für die Überlagerung statischerHaltearbeit (durch das Halten der Bohrma-schine), mit einer ungünstigen Körperhal-tung (Überkopfarbeit).

GESTALTUNGPrinzipiell lassen sich zur Verringe-

rung der Beanspruchung durch statischeHaltearbeit zwei Wege beschreiten: Verrin-gerung der zu haltenden Kraft oder Verkür-zung der Haltedauer.

Während die Verkürzung der Halte-dauer ein organisatorisches Problemdarstellt (das u.a. durch die Einhaltung vonPausen zu lösen ist; näheres zu Pausen imfolgenden), kann die Verminderung derHaltekraft durch verschiedene gestalteri-sche Arten erreicht werden. Zu diesenGestaltungslösungen gehören beispielswei-se Tragehilfen oder Abstützmöglichkeitenfür Körperteile (Arm-/Handstütze).

Aus der Abbildung 4.15 läßt sichableiten, daß bei kleiner Haltekraft eine

Abb. 4.11

Abb. 4.12

37

Tab. 4.7: Analyse der Teilbelastung durch statische Haltearbeit

weiter geringe Verminderung der Haltekraft

zu einer abnehmenden Ermüdung führt

(?P < ?t). Dagegen ist bei großen Kräften

die Verkürzung der Haltekraft ein geeignete-

res Mittel der Gestaltung (?p>?t).

4.1.3.2 Körperhaltungen

In der Ergonomie wird häufig zwi-

schen Körperstellungen und Körperhaltun-

gen unterschieden. Dabei sind Körperstel-

lungen die Grundstellungen des menschli-

chen Körpers (Sitzen, Stehen, Liegen,

Knien, Hocken). Eine Körperhaltung be-

schreibt die detaillierte Anordnung einzelner

Gliedmaßen (Arme, Beine, Rumpf, Kopf)

innerhalb einer Körperstellung.

Trotz fortschreitender Technologie

sind viele Tätigkeiten nach wie vor durch



bedingungen


messung


Masse des zuhaltenden Gewichtes

Art des zu haltendenGewichtes (Oberfläche,starr/beweglich)

Masse des mitzutragen-den Körpergewichtes

GeometrischeBedingungen desGreifpunktes

Gestaltung der Greifbe-dingungen (z.B. Griff-gestaltung)

Haltedauer

Maximal- undAusdauerkräfte füreinzelne Muskeln bzw.Muskelgruppen

Geübtheit

Messung derHerzschlagfrequenz

Messung der el.Aktivität ausgewählterMuskel-gruppen


Verringerung derHaltekraft, z.B. durch:AbstützhilfenAbstützung vonKörperteilen

Verbesserung vonGreifbedingungen

Parallele NutzungmehrereMuskelgruppen

Verkürzung derHaltedauer (Pausen)

...

Abb. 4.13 Abb. 4.14


insbesondere Erkrankungen im Rücken-

bereich als Folge ungünstiger Körperhaltun-

gen beobachtet werden können, beschrän-

ken sich die folgenden Betrachtungen auf

diesen Bereich.

Das Problem bei der Gestaltung von

Sitzarbeitsplätzen ist der häufig auftretende

“Zielkonflikt” zwischen den Bedürfnissen

der Muskulatur und den Bedürfnissen der

Bandscheibe. Für die Bandscheibe ist eine

aufgerichtete Sitzhaltung günstig, was

durch die Abbildungen 4.17 verdeutlicht

wird.

Weiterhin gilt es zu bedenken, daß

die Bandscheibe - im Gegensatz z.B. zur

Muskulatur, nicht durch den Blutkreislauf

mit Nährstoffen versorgt wird. Die Versor-

gung einer Bandscheibe erfolgt mittels

Diffusion von Gewebeflüssigkeit durch den

Faserring hindurch. Dabei führt die Bela-

stung der Bandscheibe zu einem

Diffusionsgefälle von innen nach außen, so

daß die Gewebeflüssigkeit vom Inneren der

Bandscheibe nach außen fließt. Nimmt die

Belastung der Bandscheibe dagegen ab,

geht das Diffusionsgefälle in umgekehrte

Richtung und die Nährstoffe fließen von

ungünstige Körperhaltungen bei der Auf-

gabenerfüllung gekennzeichnet. Die Abbil-

dungen 4.16 zeigen exemplarisch typische

Körperhaltungen, die bei Flugbegleiterinnen

beobachtet werden können.

Folgen ungünstiger Körperhaltungen sind

u.a. (nach DUPUIS):

• Vorzeitige Muskelermüdung durch

gestörte Blutversorgung und Sauer-

stoffmangel

• Entstehung von Muskelverhärtungen

(Myogelosen) durch unzureichende

Milchsäureabfuhr

• Erhöhter (unproduktiver) Energieum-

satz zur Aufrechterhaltung der ungün-

stigen Körperhaltung

• Vermehrte Kreislaufbeanspruchung

infolge ungünstiger hydrostatischer

Verhältnisse

• Als Folge davon Flüssigkeitsstau in

den unteren Extremitäten mit Bildung

von Varizen und Ödemen

• Veränderung von Bändern und Gelen-

ken (Hüft-, Knie- und Fußgelenk) mit

Deformationen der Füße bei langer

Stehhaltung

• Unphysiologische Wirbelsäulen-

verkrümmung

• Schmerzzustände als Folge der

aufgeführten körperlichen Verände-

rungen

• Nachlassen der Leistungsfähigkeit

und -bereitschaft

• Erhöhte Fehler- und Unfallgefahr

durch Ermüdung

Zur Abschätzung der möglichen

körperlichen Reaktionen bei diversen Kör-

perhaltungen, ist die Kenntnis einiger phy-

siologischer Zusammenhänge hilfreich. Da

Abb. 4.15

39

außen in das Innere der Bandscheibe(siehe Abbildung 4.18)

Zur Erhaltung der Funktionsfähigkeitder Bandscheiben ist demnach einHaltungswechsel unerläßlich !

Verschiedene Messungen der elektri-schen Aktivität von Muskelgruppen desRückens zeigen, daß für die Muskulatureine leicht gebeugte Rumpfhaltung günstig,d.h. wenig beanspruchend ist. Dies läßtsich auch daran erkennen, daß viele Perso-nen im Sitzen eine leicht gekrümmte Hal-tung einnehmen (sog. “Kutscherhaltung”).Problematisch an dieser Haltung ist nebender erhöhten Belastung der Bandscheiben,das mangelnde Training der Rücken-muskulatur.

Eine kräftige Rückenmuskulaturübernimmt einen großen Anteil der Stütz-funktion für den Rücken. In der folgendenAbbildung ist das System der Rücken-muskulatur zu erkennen. Die Muskulatur“vertäut” die Wirbelsäule und erhält siesomit aufrecht. Eine einseitige Beanspru-chung der Rückenmuskulatur kann diesesGesamtsystem beeinträchtigen undHaltungsschäden zur Folge haben.

Durch entsprechende Gestaltung vonSitzgelegenheiten wurde und wird derVersuch unternommen, einen Kompromißzwischen den Bedürfnissen der Bandschei-ben/Wirbelsäule und der Rückenmuskulaturzu finden.

Abb. 4.16

Abb. 4.17


In der Vorlesung “Ergonomisches Gestalten für Industrial Design” werden Methodenzur Beurteilung von Körperhaltungen ausführlich vorgestellt.

An dieser Stelle sollen nachfolgend zunächst einige Leitsätze von Rohmert zurKörperhaltung des Menschen bei der Arbeit Anregungen geben, worauf bei mensch-bezogenen Gestaltungen zu achten ist (die fast immer eine Auswirkung auf menschlicheKörperhaltungen haben).

Weiterhin sind in den Tabellen 17-20 einzelne typische Körperhaltungen nach SÄ-MANN beschrieben.

Abb. 4.18



bedingungen


messung


Gelenkstellungen

Häufigkeit desHaltungswechsels

Einschränkung bei derKörperhaltung

Dauer einer bestimmtenKörperhaltung

Muskelkräfte desHaltungsapparates

Körpergröße

Körperbau

Messung der el.Aktivität ausgewählterMuskelgruppen


Sitz-/Stehhilfen

Wechsel derKörperhaltungen vor-sehen !

....

Tab. 4.8: Analyse der Teilbelastungen durch statische Haltungsarbeit

41

1

2

3

4

Der menschliche Körper ist vornehmlich für Bewegungs-

arbeit und nicht für die Einhaltung von Dauerzwangs-

stellungen geschaffen.

Jede Körperhaltung ist eine erzwungene. Keine Körper-

haltung oder Gliedmaßenstellung ist vollkommen genug,

dauernd eingehalten zu werden.

Der Arbeitsablauf muß zwangläufig für einen Wechsel

der Körperhaltungen sorgen.

Der Arbeitende wechselt von sich aus häufiger seine

Körperhaltung bei seiner Arbeit, was nicht selten mit

einem Zeitverlust verbunden ist.

Körperhaltung des Menschen bei seiner Arbeit


4.2 Sensumotorische Tätig-keiten

GrundlagenDer Begriff “Sensumotorik” leitet sich

aus den lateinischen Worten “sensus:Empfindung, Sinn” und “motus: Bewegung”ab. Aus der Herleitung des BegriffesSensumotorik läßt sich schon die Beson-derheit sensumotorischer Tätigkeitenableiten. Solche Tätigkeiten sind gekenn-zeichnet durch die über die Sinne geleiteteSteuerung und Regelung von Bewegungen.Charakteristisch für sensumotorischeTätigkeiten ist die in der Regel hoheKoordinationsgeschicklichkeit verschiede-ner Körperteile bei der Bewegungs-ausführung. Typische Beispiele komplexersensumotorischer Tätigkeiten finden sichim Bereich des Sportes und der Musikaus-übung.

Die Komplexität der menschlichenBewegungskoordination und -steuerungwird auch daran ersichtlich, wie schwierig(und größtenteils derzeit noch unmöglich)es ist, selbst einfache Bewegungen - wiedas Gehen - von einer Maschine ausführenzu lassen.

Auslöser für die Bewegungs-ausführung sind extern aufgenommeneInformationen (z.B. die Noten eines zuspielenden Stückes als Bewegungs-auslöser für einen Pianisten). Zur Koordina-tion der Körperteile, die an der Bewegungbeteiligt sind, wird zusätzlich dieInformationsrückkopplung während desHandlungsvollzuges benötigt. So wird beider Bewegungsausführung die Stellungeinzelner Körperteile (beispielsweise derHand) vom Menschen aufgenommen undgegebenenfalls zur Bewegungskorrekturgenutzt. Ohne fortlaufende Erfassung undVerarbeitung sensorischer Daten über den

Bewegungsverlauf sind geordnete Bewe-gungen unmöglich (HACKER, 1996).

In Abbildung 4.19 ist ein einfachesModell der Steuerung menschlicher Bewe-gungen dargestellt.

Abb. 4.19: Schematische Darstellung nervöserSteuerungen von Bewegungen (nach Grandjean)

In der Abbildung sind die Vorgängewährend des Aufnehmens eines Gegen-standes erläutert.

Beim Aufnehmen eines Gegenstan-des werden Arm, Hand und Finger aufgrundvisuell erfaßter Signale zu diesem Gegen-stand gesteuert.

1. Von der Netzhaut gelangen nervöseImpulse über den Sehnerv zumGehirn und werden dort als “Hand-Finger-Gegenstands-Muster” abgebil-det (gestrichelte Linie).

2. Im Gehirn werden diese nervösenImpulse transformiert und die imHirnstamm und im Kleinhirn befindli-chen Zentren der Muskelsteuerungaktiviert (gebogene Linie).

3. Das eigentliche Hinlangen wird durchdas Gehirn entsprechend des abge-bildeten “Hand-Finger-Gegenstand-Musters” gesteuert (durchgehende

43

Linie). Beim Greifen werden durch diedruckreagiblen Hautnerven und dieMuskelrezeptoren Signale (Ausmaßausgeübter Kontrolle, Druck, Finger-lage) ins Gehirn übermittelt (gestri-chelte Linie).

4. Aufgrund dieser Informationen erfolgtdie Steuerung der weiteren Finger-Hand- und Armbewegung, z.B. inBezug auf die Kraftausübung, dieBewegungsrichtung und -geschwindigkeit.

(Beschreibung aus: BOKRANZ/LANDAU, 1991).

Bewegungsmustern findet die Koordinationund Feindosierung von Muskelbewegungenohne bewußtes Handeln statt. Durch dieFähigkeit zur Bildung von Bewegungs-mustern (“fixed action patterns”) wird ver-mieden, daß der Organismus dauerndhochgradig aktiviert ist und auf Dauerüberfordert wird.

In der Nutzung, aber auch der Bildungund Änderung von Bewegungsmustern liegtdie besondere Bedeutungsensumotorischer Tätigkeiten für die Ge-staltung. Dabei gilt es zu bedenken, daß dieüberwiegende Zahl menschlicher Tätigkei-ten ihre Realisation mittels sensumotorischregulierter Bewegungen erhält. Dies gilt u.a.für Grundbewegungen wie das Schreiben,Zeichnen, Eingeben in eine Tastatur, aberauch das Sprechen (ein in letzter Instanzsensumotorisch regulierter Vorgang).

Für den Designprozeß von Bedeutungist die Tatsache, daß menschliche Bewe-gungen wesentlich durch die Auseinander-



bedingungen


messung

typischeGestaltungs-maßnahmen

Komplexität einerBewegung (z.B. Anzahl zukoordinierenderKörperteile, AnzahlunterschiedlicherInformationseingänge)

Kompliziertheit derauszuführenden Bewegung

Bewegungslänge

Genauigkeitsanforderungder Bewegung

Sensorische Störungenwährend derBewegungsausführungHäufigkeit derBewegungsausführung

Zeitdruck

Fertigkeiten

Übungsgrad

Übungstransfer

Motivation


Tremormessung

Flimmerverschmelzungs-frequenz

Herzschlagarrhythmie


(Leistungsmessung)

Bewegungsverdichtung/-vereinfachung

Anordnung von Bedien-elementen

...

Trainingsprogramm

Für eine Vielzahl menschlicher Bewe-gungen werden sogenannte “Bewegungs-muster” gebildet, d.h. in den Netzwerkendes Nervensystems sind entsprechenderäumlich und zeitlich strukturierte Verhal-tensmuster vorprogrammiert. Ein ange-messener Reiz kann dann ein ihm zugehö-riges Bewegungsmuster aktivieren und eineBewegung auslösen. Bei solchen

Tab. 4.9: Analyse der Teilbelastung durch sensumotorische Tätigkeiten.


setzung mit einer gegenständlichen Weltbeeinflußt werden. Ein Beispiel für dieFormung eines Bewegungsmusters, ist dieEntwicklung der Bewegung, mit deren Hilfeein Kleinkind einen Löffel mit Flüssigkeitzum Munde führt. Hier wird die gelernteBewegung durch die Form desWerkzeuges bestimmt.

Im Rahmen des Gestaltungs-prozesses müssen demnach die Bewe-gungen, die durch die Nutzung eines Pro-dukts entstehen, frühzeitig Beachtungfinden.

Im Rahmen der Vorlesung “Ergono-misches Gestalten” werden Möglichkeitenzur Analyse menschlicher Bewegungenausführlich beschrieben und Hinweise zurGestaltung menschlicher Bewegungendargestellt. Daher sollen im folgenden nureinzelne Aspekte sensumotorischer Tätig-keiten beschrieben werden.

Der Einfluß der Komplexität wirddurch folgende Abbildung deutlich:

genstandes, oder die Montage - durchÜbung stark zu verbessern. Lernprozessewerden demnach besonders bei den vor-wiegend sensorisch kontrollierten Bewe-gungen wirksam.

Der Einfluß der Kompliziertheit wirddurch das Ergebnis einer Studie desArbeitspsychologen HACKER deutlich.

Die Aufgabe bei der Studie von HAC-KER bestand darin, verschiedene Zick-Zack-Linien mit einem Stab nachzufahren.Dabei wechselte die Länge der nachzufah-renden Figur, die Kompliziertheit (=Anzahlder Zacken), sowie die Genauigkeitsan-forderung.

Die Abbildung 4.21 zeigt ganz deut-lich den starken Einfluß der Genauigkeits-anforderung auf den Zeitbedarf bei derBewegungsausführung. Die Versuchsper-sonen benötigten etwa gleich viel Zeit fürdas Nachfahren einer 10 cm langen, drei-zackigen Figur mit hoher Genauigkeitsan-forderung, wie für das Nachfahren einerFigur, die drei mal so lang ist, aber mitgeringer Genauigkeitsanforderung bearbei-tet wurde.

GestaltungFolgende Leitfragen können bei der Gestal-tung von Bewegungsabläufen helfen:

• Inwieweit greifen die zur Benutzungeines Produktes benötigten Bewe-gungen auf bereits bestehendeBewegungsmuster zurück?

• Wie schwierig ist das Anlernen neuerBewegungsmuster ?

• Wie lernintensiv ist ein bestimmterBewegungsablauf ?

• Gibt es Überschneidungen zwischeneinem neuen Bewegungsablauf undbestehenden Bewegungsmustern ?

Abb.4.20: Übungskurven der Bewegungselemente

Die Leistung bei vorwiegend moto-risch bestimmten Bewegungen - wie dasHinlangen zu einem Gegenstand, oder dasTransportieren eines Gegenstandes zueinem anderen Platz (als Bringen bezeich-net) - ist durch Übung kaum zu verbessern.Dagegen sind Leistungen bei komplexerenBewegungen - wie das Greifen eines Ge-

45

• Wie komplex und damit störanfällig istder Bewegungsablauf ?

• Beinhaltet die Benutzung eines Pro-duktes ausreichend Bewegungsan-forderungen (eine Bewegungs-ausführung kann helfen, Monotonie-zustände zu vermeiden; lang andau-ernder Bewegungsmangel erhöht dasRisiko z.B. für Erkrankungen desHerz-Kreislauf-Systems)

In Abbildung 4.21 sind typische Produktezur Vereinfachung von Bewegungs-ausführungen dargestellt (insbesondere fürältere Menschen):

Abb. 4.21: Bewegungshilfen für Ältere (Quelle:Design Report 2/97)

Variation der Länge und der Kompliziertheit der Figur

Variation der Genauigkeitsanforderung mit Hilfe zulässigerAbweichungen(Toleranzen) für verschiedene Bahnlängen

Mittlerer Zeitbedarf in Abhängigkeit von Figurgröße

(Bahnlänge) figuraler Kompliziertheit (UP3...7) und

Genauigkeitsanforderung (G1...3)

Abb. 4.22


4.3 Vorwiegend nicht-körperli-che Anforderungen

4.3.1 GliederungsansätzeDie Einteilung vorwiegend körperli-

cher Anforderungen in die Grundformenschwere dynamische/einseitig dynamischeMuskelarbeit und statische Haltungs-/Haltearbeit, erfolgte anhand der körperli-chen Reaktionen bei der Ausführung derjeweiligen Arbeitsform. Dabei erwies essich als hilfreich, daß beispielsweise dieReaktionen des Herz-Kreislaufsystems aufkörperliche Anforderungen meßtechnischleicht zu erfassen sind.

Dagegen ist die Untersuchung derVorgänge im menschlichen Gehirn bei derAufnahme, Verarbeitung und Abgabe vonInformationen derzeit noch Gegenstand vonGrundlagenforschungen. Eine an denkörperlichen Reaktionen orientierte Gliede-rung vorwiegend nicht-körperlicher Anforde-rungen ist demnach (noch?) nicht möglich.Aus diesem Grund wurden unterschiedlicheGliederungsansätze zur Einteilung vorwie-gend nicht-körperlicher Anforderungenentwickelt. Jeder der im folgenden darge-stellten Gliederungsansätze unterscheidetsich in dem Betrachtungsgegenstand, nachdem unterschieden wird.

In Tabelle 4.10 sind die in der Ergono-mie gebräuchlichen Gliederungsansätzezur Einteilung vorwiegend nicht-körperlicherAnforderungen aufgeführt.

Für die Gestaltung ist allerdings eineBetrachtung vorwiegend nicht-körperlicherTätigkeiten interessant, die sich an derzeitlichen Abfolge des menschlichenInformationsverarbeitungsprozessesorientiert(Abbildung 4.24).

In der Abbildung 4.23 wird der Zu-sammenhang zwischen Informations-aufnahme und Speicherung von Informatio-

nen im Gedächtnis erläutert. Es handeltsich dabei um eine Modellvorstellung desmenschlichen Gedächtnisses.

Abb.4.23: Modell des menschlichen Gedächtnisses

Den einzelnen Phasen des gesamtenInformationsverarbeitungsprozesses-Entdecken, Erkennen, Entscheiden, Han-deln- lassen sich Engpässe im menschli-chen Organsystem zuordnen. So liegt beimEntdecken der Engpaß bei den Sensoren(z.B. Auge, Ohr). Beim Erkennen ist einEngpaß in der Unterscheidungsfähigkeit(Diskriminieren) des Zentralnervensystemszu erwarten. Das Entscheiden führt zueinem Engpaß in der Kombinationsfähigkeitdes Zentralnervensystems. Schließlichgeschieht das Handeln über eine

47

Gliederungsansatz Gliederungsmerkmale

Arbeitsinhalt(orientiert an maschineller Informationsverarbeitung)

? Information ? Reaktion(z.B. Führen eines Kraftfahrzeuges; Überwachungin einer Kraftwerkswarte)

? Information ? Information(z.B. Übersetzung, Fluglotse)

? Erzeugen von Information(z.B. Konstruieren)

Arbeitsfunktion(unterschiedliches Aufmerksamkeitsniveau)

? Überwachung

? Kontrolle? Steuerung

Aktivitätsniveau(Bezug zu körperlichen Reaktionen)

? geistige Arbeit im engeren Sinne(selbständiges Erfassen von Zusammenhängen;Vergleichen, Beurteilen, Übertragen auf ähnlicheProbleme. Bsp.: Forschung, Management)

? kontinuierliche Informationsverarbeitungvielseitige Informationen werden fortlaufendverarbeitet, viele Signale müssen erkannt werden,wechselnde Schwierigkeit und Aufmerksamkeit.Bsp.: Fahrzeugführung, Büroarbeit)

? einförmige TätigkeitReizarme Umgebung; gleichartige Verrichtungen,Monotonie. Bsp.: Überwachung bei Bandarbeit

? Mangel an aktiver Betätigungständige Arbeits- und Handlungsbereitschaft wirdgefordert, aber ein Eingreifen ist nur seltennotwendig. Problem: VigilanzBsp.: Schalttafelwärter, Radarbeobachtung

Tab.4.10: Gliederungsansätze zur Einteilung vorwiegend nicht-körperlicher Anforderungen

Abb.4.24:Vereinfachtes Reiz-Reaktionsmodell menschlicher Informationsverarbeitung

tion von Sensorik und Motorik(sensumotorische Arbeit, siehe Kapitel 4.2).

Entsprechend den genannten Eng-pässen ergibt sich folgende Gliederungnach dem engpaßorientierten Organ-system.

Gliederungsansatz Gliederungsmerkmale

Engpaßorientiertes Organsystem

? Entdecken(Sensorische Arbeit)

? Erkennen(Diskriminatorische Arbeit)

? Entscheiden(Kombinatorische Arbeit)

? Handeln(Sensumotorische Arbeit)

Tab.4.9:engpaßorientiertes Organsystem




bedingungen


messung

Typische Gestaltungs-maßnahmen

Modalität (z.B. visuell,auditiv, haptisch,olfaktorisch, propriozeptiv)

ReizstärkeReizdauer

Reizrichtung

Zeitliche Folge

Sehfähigkeit

Hörfähigkeit

Tastempfinden

Bewegungsempfinden

Konzentrations-/Auf-merksamkeitsfähigkeit

Allgemein: Reizempfind-lichkeit vorher- nachher

Blickbewegungsanalyse

Temporary Threshold Shift(Hörschwellenver-schiebung)


Lidschutzfrequenz

Herzschlagfrequenz

Reaktionstest


Wichtige visuelle Anzeigenin den optimalenSichtbereich

Information redundantdarbieten (z. B. visuell undhaptisch)

Lautstärke eines Signals inAbhängigkeit vomUmgebungslärm festlegen

Ausreichend Zeit zurSignalentdeckung vorsehen

„Attention getter“ (z. B.Signalton) zur Steigerungder Aufmerksamkeiteinsetzen



bedingungen


messung

Typische Gestaltungs-maßnahmen

Modalität(z.B. visuell, auditiv,haptisch, olfaktorisch,propriozeptiv)

Anzahl zuunterscheidenderSignale

Darbietungszeit vonSignalen

Bekanntheitsgrad derSignale

Zeitliche Folge

Sehfähigkeit

Hörfähigkeit

Tastempfinden

Bewegungs-empfinden

Konzentrations-/Auf-merksamkeits-fähigkeit

Erfahrung

Übung


Allgemein:Reizempfindlichkeitvorher-nachher

Lidschlußfrequenz

Blickbeweguns-analyse

Reaktionstest

Herzschlagfrequenz/Herzschlagar-rhythmie

TonuslageausgewählterMuskelgruppen

Bezugsinformationanbieten (z.B. Nullinie)

Anzahl zu unterscheidender Informationbegrenzen

Information multimodaldarbieten

Gegebenenfalls aufgängige Signalmusterzurückgreifen

.

Tab.4.11:Analyse der Teilbelastung durch sensorische Tätigkeiten (Entdecken)

Tab.4.12:Analyse der Teilbelastung durch diskriminatorische Tätigkeiten (Erkennen)

49



bedingungen


messung


Anzahl von Entschei-dungsmöglichkeiten

Zeitdruck

Folgen einer Fehl-handlung (personellund/oder sachlich)

Unsicherheit bei derEntscheidung

Umfang der gleichzeitigzu verarbeitendenGedächtnisinhalte

Auftretenswahrschein-lichkeit von Signal-kombinationen

Ausbildung

Erfahrung

Übung

Persönlichkeitsmerkmale (z.B.Risikofreudigkeit,„Gelassene Achtsam-keit“)

Motivation

Herzschlagfrequenz/Herzschlagar-rhythmie

Hautleitfähigkeit

TonuslageausgewählterMuskelgruppen

Subjektive Befragung(z.B. Eigenzustand)

Reaktionstestvorher-nachher

(Elektroenzephalo-gramm EEG)

Automatisierung

Einsatz von Maschinenzur:ÜberwachungmenschlicherHandlungenEntscheidungsunterstützung

Ausreichend Zeit zurProblemlösungvorsehen

Gegebenenfalls Ent-scheidungsmöglichkeiten reduzieren

Üben !



bedingungen


messung

typischeGestaltungs-maßnahmen

Komplexität einerBewegung (z.B. Anzahl zukoordinierenderKörperteile, AnzahlunterschiedlicherInformationseingänge)

Kompliziertheit derauszuführenden Bewegung

Bewegungslänge

Genauigkeitsanforderungder Bewegung

Sensorische Störungenwährend derBewegungsausführungHäufigkeit derBewegungsausführung

Zeitdruck

Fertigkeiten

Übungsgrad

Übungstransfer

Motivation


Tremormessung


Herzschlagarrhythmie


(Leistungsmessung)

Bewegungsverdichtung/-vereinfachung

Anordnung von Bedien-elementen

...

Trainingsprogramm

Tab.4.13:Analyse der Teilbelastung durch kombinatorische Tätigkeiten (Erkennen)

Tab.4.14:Analyse der Teilbelastung durch sensumotorische Tätigkeiten (Handeln)

Prof. Dr. Ralph Bruder, FB04 ID/Ergonomie

4.3.2 Modelle menschlicher Informationsverarbeitung


Im folgenden werden zwei Beispiele für komplexe Modellvorstellungen bezüglich der menschlichen Informationsverarbeitung dargestellt.

Menschliche Verarbeitungsebenen bei Bedientätigkeiten (Rasmussen. 1986)

Einführung in die Ergonomie für Industrial Design · Prof. Dr. Ralph Bruder, Universität -GH...

Documents

Transcript of Einführung in die Ergonomie für Industrial Design · Prof. Dr. Ralph Bruder, Universität -GH...