Überall in Mensch-Maschine-Umwelt-Systemen, z.B. im Haushalt, im Kraftfahrzeug, bei

Unterhaltungselektronik oder im Straßenverkehr, müssen Informationen vom Menschen

wahrgenommen oder technische Systeme überwacht oder benutzt werden. Die Beispiele

zeigen – und jeder hat wohl schon die Erfahrung gemacht -, dass die Gestaltung der den

Menschen umgebenden Systeme nicht immer optimal, d.h. benutzergerecht, ist. Dass die

Eigenschaften und Fähigkeiten der späteren Benutzer beachtet werden, ist aber

zwingend notwendig, um eine für den Menschen gefährdungsfreie Bedienung und eine

fehlerfreie Mensch-Maschine-Interaktion zu gewährleisten. Daneben hat die

ergonomische Gestaltung von Produkten eine nicht unerhebliche Bedeutung für die

Akzeptanz von Geräten. Beispielsweise ist ein Mobiltelefon, das im Vergleich zu

Konkurrenzprodukten zu kompliziert zu bedienen ist, weil fundamentale ergonomische

Gestaltungsprinzipien nicht beachtet wurden, heute nicht mehr wettbewerbsfähig. Das

frühzeitige Einbeziehen ergonomischer Aspekte in der Produktentwicklung führt also

auch zu einer besseren Marktstellung und einer Reduktion von Kosten aufgrund späterer

Produktänderungen.

Die Gestaltung von Produkten wird allerdings nicht selten Konstrukteuren und Designern

überlassen, die nicht über ergonomische Kenntnisse verfügen. Besonders deutlich wird

dies beispielsweise in der Gestaltung aktueller Produkte der Unterhaltungselektronik,

Computer-Software und mobilen Telekommunikation: Der Benutzer ist hier durch das

Übermaß an Funktionalität und sehr komplexe Systemstrukturen (z.B. verschachtelte

Menüs, versteckte Funktionen) häufig überfordert.

Was ist Produktergonomie?

Die Produktergonomie beschäftigt sich also damit, Produkte so an die Eigenschaften und

Fähigkeiten des Menschen anzupassen, dass ein erleichterter Umgang mit dem Produkt

ermöglicht wird.

Die Anthropometrie umfasst in der Produktergonomie primär die Berücksichtigung der

Maße und Maßverhältnisse des Menschen zur Gestaltung künftiger Produkte und

Arbeitsplätze. Auf Grundlage der Körpermaße werden bspw. bei Fahrzeugen die

Sitzgeometrie, die Anordnung von Stellteilen (Lenkrad, Schalter, Pedale), ihre jeweiligen

Betätigungskräfte und auch die Sichtbarkeit von Instrumenten und Anzeigen ausgelegt.

Die bei der informationstechnischen Gestaltung vorgestellten Prinzipien lassen sich in

den meisten Fällen auf die Gestaltung von Software übertragen.

Die Auslegung eines Fahrzeugcockpits (hier: innovative Konzeptstudie von Daimler) stellt

hohe Anforderung an die anthropometrische Gestaltung. Diese umfasst die Sichtbarkeit,

also Außensicht, Sichtbarkeit und Lesbarkeit von Anzeigen und Instrumenten,

Verdeckungen (bspw. durch das Lenkrad oder Stellteile) sowie die Reichweite

(Erreichbarkeit und Betätigung von Stellteilen) oder die Stellkräfte (Betätigung von

Pedalen, Schaltern und Lenkungselementen). Ferner sind Betrachtungen zum (Dis-)

Komfort aufgrund der einzunehmenden Sitzhaltung anzustellen, welche besonders bei

Langstreckenfahrten wichtig sind.

Wichtige Innovation der im Bild dargestellten Konzeptstudie Imagination ist ein neuartiges

Fahrdynamiksystem, bei dem der Autofahrer alle Bewegungen seines Wagens mithilfe so

genannter Side-Sticks steuert, die in den Türinnenverkleidungen und in der Mittelkonsole

der Coupé-Studie platziert sind. Zum Lenken bewegt er die Side-Sticks nach links oder

rechts, zum Bremsen zieht er sie nach hinten, zum Beschleunigen drückt er die Hebel

nach vorne. Herkömmliche Bedien- oder Verbindungselemente wie Lenkrad, Lenksäule

oder Pedale gibt es nicht. Die Übertragung der Fahrerbefehle erfolgt ausschließlich auf

elektronischem Wege. Deshalb verwenden Fachleute bei diesem System den Begriff

"Drive-by-Wire" ("Wire" bedeutet dabei natürlich nicht wörtlich "Draht", sondern bezieht

sich auf die Stromkabel zur Übermittlung elektronischer Signale).

In die markanten Edelstahlblenden am Glasdach haben die Mercedes-Ingenieure

Kameras eingebaut, die Innen- und Außenspiegel ersetzen. Der Autofahrer wird

stattdessen durch Bildschirme im Cockpit der Coupé-Studie umfassend über das

Verkehrsgeschehen hinter seinem Wagen informiert.

Quelle: http://www.daimler.com

Zweites Beispiel ist ein Flugzeugcockpit für ein mehrmotoriges Passagierflugzeug auf

Basis der AIRBUS-Cockpitpkonzeption. Durch die äußere Flugzeugstruktur wird die

Außensicht und die Position des Piloten im Cockpit vorgegeben. Charakteristisch für

Cockpits sind neben der Vielzahl an SAE-, JAR-, FAA-Normen besonders die lange

Betriebsdauer und das breite Spektrum an globalen Nutzern. Aus anthropometrischer

Sicht sind die Sichtbarkeit, d.h. Außensicht bei Start und Landung und beim Taxiing auf

dem Flugfeld und Sichtbarkeit von Instrumenten genauso wie die Erreichbarkeit von

Stellteilen unter unterschiedlichen Gurt-/Anschnallfunktionen mit einem 5-Punkt-Gurt zu

berücksichtigen. Beim „Fly-by-Wire“ wirken zudem künstliche Führungskräfte zur

Erleichterung der Steuerung. Besonders bei Langzeitflügen (Transatlantik) ist eine

Betrachtung des Haltungskomforts besonders wichtig.

Ein vergleichbares Konzept findet sich bei sämtlichen AIRBUS-Flugzeugen wieder und

erleichtert das Umlernen der Piloten von einem Typ auf einen anderen. Dies ist bspw. im

Rahmen des beruflichen Werdegangs / Aufstiegs bei nahezu allen Fluggesellschaften

erforderlich. De facto kann man nur an Designs das Bedienkonzept eines A319/320/321

von einem A330, A340 oder A380 unterscheiden. Trotz der gleichen Elemente ist aber

wichtig, dass sich das Flugverhalten und die Flugdynamik der unterschiedlichen

Flugzeuge deutlich voneinander unterscheidet.

In der Praxis herrscht häufig eine Mischform bei der Gestaltung vor:

Rein prospektive/planerische Ergonomie ist z.B. im Fahrzeugbau de facto unmöglich, da

Normen (SAE, JAR, FAA) sowie Vordesigns als Basis berücksichtigt werden müssen.

Vorteil eines Vordesigns ist neben der Identifikation mit der Marke auch der leichte

Übergang von einem Typ auf den nächsten: Dies minimiert die Trainingszeit und erhöht

die Zuverlässigkeit. Zusätzlich werden bekannte Fehler vermieden, die beim Vordesign

von einer großen Stichprobe an Benutzern entdeckt wurden.

Es erfolgt deshalb häufig eine kontinuierliche Modifikation bestehender

Fahrerarbeitsplätze, was zu einer Mischform der unterschiedlichen ergonomischen

Ansätze führt.

6 - 6

Prospektive und korrektive Ergonomie

Prospektive Ergonomie:

Verwirklichung ergonomischer

Forderungen im

Gestaltungsprozess

vorhandenes

Produkt

erforderliche

Nachbesserungen

unzulängliche

Arbeitsbedingungen

Korrektur des

vorhandenen

Produktes

Korrektive Ergonomie:

Nachträgliche Korrektur von

ergonomischen Problemen;

aufwendig und häufig

begrenzter Erfolg

ergonomische Bewertung

Lösung

Konzipieren

Entwerfen

Ausarbeiten

Planen und Klären

der Aufgabe ergonomische Bewertung

ergonomische Bewertung

(in Anlehnung an Pahl & Beitz , 1997)

Je später Änderungen erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden müssen, desto

höher sind die anfallenden Kosten und Folgen eventuell erforderlicher Rückrufaktionen.

Vor allem in Hinblick auf die steigende Relevanz der "Just in time" Auslieferung und die

Folgen von Verzögerungen ist eine sichere Termineinhaltung bei gleichzeitig hoher

Qualität immer schwieriger.

Zwischen den allgemeinen ergonomischen Gestaltungskriterien (die vier

Beurteilungsebenen des Schemas von Hacker 1998, siehe auch AW1, LE 1, Folie

21) und der anthropometrischen Gestaltung bestehen enge Beziehungen. Nach

dem Schema von Hacker sind zunächst die Kriterien tieferer Ebenen zu erfüllen,

bevor übergeordnete in die Betrachtung einbezogen werden. Hier ist zunächst die

Ausführbarkeit durch eine sinnvolle Anordnung der Stellteile (Erreichbarkeit,

Betätigung) und Instrumente (Sichtbarkeit) unbedingt sicherzustellen. Ein Produkt

wie beispielsweise ein Fahrzeug kann nicht geführt werden, wenn wichtige

Elemente wie das Lenkrad oder die Pedale für einen Großteil der Benutzer nicht

erreichbar sind. Für die Schädigungslosigkeit sind auf jeden Fall die auf den

Menschen wirkenden Maximalkräfte zu berücksichtigen. Offensichtlich kann eine

fehlende Berücksichtigung leicht zu direkten Gesundheitsschäden (bspw.

Bandscheibenvorfall beim Heben) führen. Hinsichtlich der höheren Kriterien wie

Erträglichkeit und Beeinträchtigungsfreiheit sind Komfortbetrachtungen

erforderlich, denn sie erhöhen die Kundenzufriedenheit. Auch der

Informationsfluss und die Gestaltung der Informationsdarstellung sind hier zu

optimieren. Die Persönlichkeitsförderlichkeit spricht schließlich allgemeine Fragen

des Designs und des "Wohlfühlens" an. Hier gehen dann Aspekte der farblichen

Gestaltung der Instrumente sowie Designaspekte eher auf einer künstlerischen

Ebene ein. Wichtig ist hier auch eine Individualisierung des Informationsflusses,

so dass der Benutzer das Produkt optimal an die jeweilige Aufgabe und seine

persönlichen Präferenzen anpassen kann.

Es lassen sich die drei in Folie 10-10 dargestellten Anforderungen an die ergonomische

Gestaltung von Produkten ableiten.

Die Anthropometrie ist die Lehre von den Maßen, Maßverhältnissen und der Messung

des menschlichen Körpers (Körpermaße, Bewegung, Massen, Kräfte). Sie setzt sich

zusammen aus den Wortbestandteilen „anthropos“ Mensch und „metrein“ Ermittlung oder

Bestimmung.

Die weit zurückreichenden Grundlagen der Anthropometrie liegen neben der Darstellung

des Menschen in der Kunst besonders in der Architektur. Durch die Einbeziehung der

menschlichen Proportionen in die Gebäudeauslegung sollten auch hier perfekte

Proportionen und Erscheinen ermöglicht werden. Deshalb sind viele mittelalterliche

Bauwerke, besonders Sakralbauten, an menschliche Proportionen angelehnt.

Parallel wurden Körpermaße im täglichen Leben häufig als Maß eingesetzt. Grund hierfür

ist ein fehlendes, allgemeingültiges Bezugsmaß wie beispielsweise das "Ur-Meter".

Stattdessen wurden im Handwerk immer vorhandene Körpermaße verwendet: Der Zoll /

das Inch ist die Länge des ersten Daumengliedes, eine Elle die Strecke vom Ellenbogen

bis zur Fingerspitze, und Wege konnten durch die "Gerechte Feldrute" gemessen

werden, bei der sich 16 Personen "Fuß-an-Fuß" hintereinander aufstellten.

Mit der Renaissance wurde die Anthropometrie auch in der Medizin, speziell der

Anatomie, eingesetzt, um Skelettaufbau und inneren Aufbau des Menschen

reproduzierbar wissenschaftlich zu spezifizieren.

Mit konkreten Ergebnisse zum menschlichen Körperbau an sich beschäftigte sich

besonders da Vinci. Sein Ziel war eine realistische Darstellung in den schönen Künsten,

aber auch praktische Anwendung der erhaltenen anthropometrischen Erkenntnisse bei

der Gestaltung von Geräten. Waren Geräte oder Werkzeug bislang nur "evolutionär"

entwickelt worden, d.h. gute Auslegungen wurden weiterverfolgt, schlechte verworfen, so

wurde nun zunehmend eine zielgerichtete, fast schon ingenieurwissenschaftliche

Gestaltung möglich.

Es gibt eine Vielzahl anthropometrischer Maße. Heute gilt der Grundsatz: Was messbar

ist wird auch gemessen. Aus Sicht der Produktergonomie ist aber nur ein noch immer

großer Teil der Gesamtmaße interessant. Diese sind hier angegeben. Übersicht über

große Datensammlungen finden sich in den Normen. Hier werden neben den

Körpermaßen vor allem auch die Rahmenbedingungen bei der Datenerhebung

angegeben. Diese sind bei der Anwendung stets zu berücksichtigen, da ansonsten

Fehldesigns wahrscheinlich sind. Beispielsweise sind die meisten Körpermaße bei

unbekleideten Personen in normierten Standardhaltungen (rechtwinkliges Sitzen)

erhoben: Dieser Fall liegt in der praktischen Anwendung aber nur recht selten vor.

Deshalb sind Sicherheitsmargen beim Produktentwurf erforderlich. Ebenfalls sind die

Differenzierung/Charakterisierung der gemessenen Stichprobe zu beachten, denn es gibt

große Unterschiede bei absoluten Körpermaßen wie auch bei den Körperproportionen

zwischen den Geschlechtern, Altersgruppen und regionalen Gruppen. Zur allgemeinen

Charakterisierung des Körperbaus und der Korpulenz werden die verschiedenen

Körpermaße häufig zusammengefasst. So lassen sich korpulente, gedrungene Personen

leicht von aufgeschossenen, hageren Personen unterscheiden und bei der

Produktgestaltung besonders berücksichtigen.

Die Beschränkung auf einen einzelnen Wert (bspw. den Mittelwert) zur Beschreibung der

Körpermaße ist nicht sinnvoll, da später auch mehrere Benutzer ein Produkt sinnvoll

verwenden können sollen. Beim Mittelwert würden sich sonst beispielsweise jeder zweite

den Kopf an der Türe stoßen! Stattdessen werden in der Anthropometrie Perzentile

verwendet, die einen Bereich abdecken. Ein Perzentil gibt an, wieviel Prozent der

Gesamtbevölkerung ein Maß unterschreiten. Das 5. Perzentil entspricht dabei einem

kleinen Menschen, denn nur 5 % der Gesamtbevölkerung sind kleiner. Das 95. Perzentil

ist ein großer Mensch, denn 95% sind kleiner und nur 5 % größer. Längsmaße wie die

Körperhöhe sind normalverteilt, so dass ein einfacher Zusammenhang zwischen Perzentil

und Mittelwert/Standardabweichung besteht. Der Mittelwert entspricht einfach dem 50.

Perzentil (50% sind kleiner als das Maß) und das 5. bzw. 95% dem Mittelwert abzüglich,

bzw. zuzüglich dem 1,96-fachen der Standardabweichung. In der Praxis werden das 5.

und 95. Perzentil verwendet. Bei der Verwendung der Perzentils ist aber zu beachten,

dass sich das Perzentil nur auf EIN Körpermaß bezieht und nicht auf alle. Ein kleiner

Mensch, dessen Körpergröße dem 5. Perzentil entspricht, kann durchaus auch beim

Körpergewicht dem 95. Perzentil entsprechen (und entsprechend viel wiegen!).

Wie aus der Zeichnung ersichtlich gibt es weitere Unterschiede zwischen den

Benutzergruppen, die ebenso zu berücksichtigen sind: Geschlechtsunterschiede sind

hierbei besonders wichtig. So entspricht die Körperhöhe einer mittleren Frau (50.

Perzentil) in etwa der eines kleinen (5. Perzentil) Mannes. Genauso gibt es

geschlechtsspezifische Unterschiede auch bei anderen Körpermaßen und Proportionen.

Ein Vermischen der Daten für Mann und Frau würde kein Sinn machen, da die

Unterschiede so nicht mehr ausreichend berücksichtigt würden. Stattdessen sind hier

unterschiedliche Analysen der Produktergonomie erforderlich.

Bei sicherheitsrelevanten Maßen wird normalerweise das 1.- bzw. 99.-Perzentil

verwendet.

Körpermaße des unbekleideten, stehenden Mannes

Die in den Tabellen wiedergegebenen Werte beruhen auf statistisch abgesicherten

Messungen an Personen der Bundesrepublik Deutschland (DIN33402).

In der Industrie können Arbeitsmittel und Arbeitsplätze, deren Abmessungen auf die

Körpermaße des Menschen abgestimmt sein sollten, aus wirtschaftlichen Gründen nicht

immer für jeden einzelnen Benutzer gestaltet werden. Es ist deshalb notwendig, aus

statistischen Erhebungen der Körpermaße der Bevölkerung eine Grundlage für die

Anpassung der Arbeitsmittel und des Arbeitsplatzes an die Körperform möglichst vieler

Benutzer zu erarbeiten. Dabei wird man je nach Aufgabenstellung und Benutzungsart zu

verschiedenen Arbeitsplatzgrößen, zu Verstellmöglichkeiten oder zu einer für alle

Benutzer brauchbaren Gestaltung des Arbeitsplatzes kommen (DIN33402 Teil 2,

Beiblatt). Die Normung wird derzeit auf ISO-Norm umgestellt.

Neben der Geschlechtsdifferenzierung sind auch die Unterschiede zwischen

Altersgruppen, Region und Bekleidung einzubeziehen. Dies gilt umso stärker wenn die

Produkte für globale Märkte ausgelegt werden müssen.

Regions-/ Kulturabhängigkeit der Maße: Ein 95.-Perzentil-Inder, und damit ein

ausgesprochen großgewachsener Mann dieser Region kommt gerade etwa einen 10.-

Perzentil-Mitteleuropäer gleich. Die Spannweite von 5.- bis zum 95.-Perzentil-Mann der

Region “Südostasien” beträgt 153.5-174.5 cm.

(siehe auch: Sanders & McCormick, 1993, pp. 420ff)

Im Laufe der Zeit ist insbesondere in den Industrienationen eine allgemeine Zunahme der

Körpermaße zu verzeichnen. Diese als Akzeleration bezeichnete Erscheinung wird vor

allem auf die Verbesserung der Lebensumstände (Hygiene, Ernährung, Arbeits-

bedingungen) zurückgeführt.

Eine Extrapolation zur Angleichung älterer Tabellen oder zur Abschätzung zukünftiger ist

jedoch problematisch, da die Größenzunahme nicht kontinuierlich erfolgt und keine

zuverlässige Prognose über ein mögliches Ende der Akzeleration vorliegt.

Allerdings wurde beispielsweise beim Airbus A380 die Akzeleration bis ins Jahr 2050 für

die Auslegung der Kabine eingerechnet, um den Passagieren auch dann noch

angenehme Platzverhältnisse zu ermöglichen

(Bauch, 2001, www.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/ bericht0101/Bauch.pdf).

Körpermaße sind nicht unabhängig voneinander, sondern korrelieren unterschiedlich

stark miteinander. Körpermaße innerhalb einer Gruppe (bspw. Höhen- und Längenmaße

sowie Reichweiten) besitzen hohe Korrelationen zueinander, während die Korrelation

zwischen Körpermaßen unterschiedlicher Gruppen praktisch nicht vorhanden ist: Nicht

jede große Person ist übergewichtig!

Das statistische Instrument der Faktorenanalyse kann auf Basis der Zusammenhänge

eingesetzt werden, um ähnliche Maße zusammenzufassen. Vergleichbares geschieht in

der Anthropometrie auch durch die Verwendung von Indexwerten. Es zeigen sich drei

Bereiche von Körpermaßen: der Längenwuchs, die Korpulenz und die Proportion

(Sitzriese/Sitzzwerg).

Eine optimale Produktgestaltung berücksichtigt also nicht nur kleine oder große Personen

(Längenwuchs), sondern berücksichtigt ebenso die Korpulenz und die Proportionen. Statt

zwei Werten (groß-klein) gibt es derer also 8:

groß, schlank, kurzbeinig,

groß, korpulent, kurzbeinig,

groß, schlank, langbeinig,

groß, korpulent, langbeinig

und dasselbe für die kleinen Personen.

Weiterhin sind Geschlechtsunterschiede und die Differenzierung nach Altersgruppen zu

beachten.

Muskelkraft ist eine Körperkraft, die durch Aktivität der Muskeln innerhalb des

Körpers wirkt. Es wird unterschieden nach statischer und dynamischer

Muskelkraft. Statische Muskelkraft ist die Muskelkraft, die ohne

Längenveränderung des Muskels durch seine Aktivität entsteht, wohingegen

dynamische Muskelkraft während der Längenveränderung des Muskels erzeugt

wird. Massenkraft ist eine Körperkraft, die als Trägheitskraft wirkt, z.B. dynamisch

als Beschleunigungs-, Verzögerungs- bzw. Zentrifugalkraft bei mobilen

Arbeitsplätzen oder statisch als Eigengewicht. Aktionskraft ist eine Körperkraft, die

nach außen vom Körper aus wirkt. Sie ergibt sich aus der Massenkraft und der

Muskelkraft. Massen- und Muskelkraft können sich je nach Betrag und Richtung in

ihrer Wirkung verstärken oder abschwächen. Nach den kraftabgebenden

Körperteilen wird die Aktionskraft z.B. in Arm-, Hand-, Bein- oder Fingerkraft

eingeteilt; nach der Kraftrichtung wird die Aktionskraft z.B. nach Vertikal- oder

Horizontalkraft eingeteilt. Nach dem Kraftrichtungssinn wird die Aktionskraft

unterschieden nach Zug- und Druckkraft.

Die Angaben der DIN 33411-4 gelten für aufrechte freie Körperhaltung mit

unversetzter paralleler Fußstellung bei einem Fußabstand von 30 cm. Die

angegebenen Werte der maximalen statischen Aktionskräfte wurden an ortsfest

angeordneten Handgriffen bei kurzfristiger maximaler Kraftanspannung der

Arbeitspersonen ermittelt. Verwendet wurde ein zylindrischer Griff mit einem

Durchmesser von 30 mm, der ohne Hilfsmittel betätigt wurde. Es handelt sich um

Mittelwerte der maximal erreichbaren statischen Aktionskräfte, die für bestimmte

Personenkollektive gelten (z.B. Männer im Alter von 20 bis 25 Jahren) und nicht

repräsentativ für die Gesamtbevölkerung sind. Die Darstellung erfolgt in Form von

Isodynen. Für abweichende Betätigungsfälle (z.B. hinsichtlich der Körperhaltung

oder der geforderten Kraftrichtung) muss die Übertragbarkeit der angegebenen

Daten überprüft werden. In der DIN 33411-3 und der DIN 33411-5 werden

beispielsweise maximale statische Aktionskräfte anderer Betätigungsfälle

dargestellt.

Körperkräfte des Menschen spielen für alle mechanischen Verrichtungen eine Rolle. Sie

treten auf beim Einhalten von Körperstellungen, bei der Durchführung freier oder

geführter Bewegungen des Körpers oder seiner Extremitäten, beim Umgang mit

Werkzeugen, bei der Betätigung von Stellteilen oder bei der Manipulation von Lasten.

Körperkräfte werden als Muskelkräfte innerhalb des Körpers entwickelt, wirken als

Massenkräfte (Trägheitskräfte) von außen auf den Körper ein oder werden vom Körper

als Aktionskräfte nach außen übertragen.

Körperkräfte des Menschen können im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für die Gestaltung

von Arbeitsmitteln mit unterschiedlicher Zielsetzung erhoben werden. So könnte bspw. für

die Frage der Auslegung der Betätigungswiderstände von Stellteilen, die in einem

Kraftfahrzeug bedient werden müssen, eine Datenerhebung unter dem Gesichtspunkt

einer komfortablen Bedienung erfolgen. Für die kontinuierliche manuelle Regelung von

dynamischen Prozessen steht dagegen die Frage im Vordergrund, welchen

Betätigungswiderstand Stellteile mindestens haben müssen, um eine angemessene

propriozeptive (Wahrnehmung aus dem eigenen Körper vermittelnd) Rückmeldung über

den Bewegungsvorgang zu liefern.

Funktionsmaße: Wirkraum des Hand-Arm-Systems

Neben den Maßen für die Funktionsausführung (Wirkbereiche, Bewegungsbereiche der

Gelenke) können auch Sicherheitsmaße (Sicherheits-, Mindest- und Maximalabstände)

sowie Raumbedarfsmaße (Platzbedarf, Ausgleichsbewegungen) unterschieden werden.

Neben der statischen Anthropometrie ist es bei der Produktgestaltung zunehmend auch

wichtig, die Dynamik zu berücksichtigen. Haltungen sind in der Realität schließlich auch

nie statisch, sondern schwanken geringfügig um die Mittellage. Besonders Arbeit ist

immer mit willentlichen Bewegungen verbunden.

Zur Berücksichtigung der Bewegung ist allerdings also wichtig zu bemerken, dass eine

zusammenfassende Methodik zur Erfassung und Dokumentation von Bewegungen wie

bei der Anthropometrie nicht vorhanden ist. Während bei der statischen Anthropometrie

Perzentile oder Körperbautypen die Variabilität innerhalb von Personengruppen

beschreiben, gibt es solches bei der Bewegungsmessung nicht.

Dabei herrscht eine noch stärkere Streuung und Variablität zwischen unterschiedlichen

Bedingungen. Sogar der selbe Mensch führt eine Bewegung nie zweimal exakt gleich

aus. Es gibt damit neben der inter-individuellen Streuung auch einer intra-individuelle. Bei

der Berücksichtigung von Bewegungen ist folglich der Ergonom auf Abschätzung des

Raumbedarfs oder auf einzelne Bewegungsbahnen angewiesen.

Eine zielgerichtete Bewegung ist in mehrere Phasen untergliedert. Der eigentlichen

Bewegung geht eine Planungsphase voraus, in der eine Bewegungsvorprogrammierung

durchgeführt wird. Die Bewegung an sich gliedert sich wiederum in zwei Phasen: Die

ballistische und die visuell-kontrollierte Phase. Die erste Phase dient der schnellen

Heranführung an das Ziel, während in der zweiten Phase eine kontrollierte Feinjustierung

stattfindet.

Die zeitliche Aufteilung dieser beiden Phasen beträgt ungefähr 2/3 zu 1/3.

Zur Charakterisierung der Bewegung existieren Ansätze unterschiedlicher Komplexität:

Zeitliche und räumliche Kennwerte sind zwar einfach zu benutzen, vereinfachen eine

Bewegung aber sehr stark und eignen sich deshalb nur für eng umrissene

Spezialbereiche (bspw. Methods-Time-Measurement- oder Work-Factor-Verfahren im

Rahmen der Produktionsplanung).

Bewegungsbahnen, bzw. Trajektorien, geben die räumlichen Verhältnisse deutlicher

wieder. Problem ist die Zusammenfassung und sinnvolle Aufbereitung und Darstellung

der Vielzahl an möglichen Bewegungsbahnen.

Biokinematische Modelle basieren auf unterschiedlichen Ansätzen (bspw. Biomechanik

oder Inverse Kinematik) und erlauben eine genaue Nachbildung einzelner Bewegungen

für Digitale Menschmodelle oder in Simulationen. Das Problem ist auch hier die

Variabilität der Bewegungen. Trotzdem haben sie sich aufgrund der hohen

Anschaulichkeit und der Augenscheinvalidität bei Präsentationen derzeit durchgesetzt

und werden von nahezu allen Menschmodellen unterstützt.

Sichtbereiche (oben links: verschiedene Bereiche des Gesichtsfeldes –

Farbabhängigkeit beachten!) und damit die Erkennbarkeit und Lesbarkeit von

Instrumenten (abhängig von Sehschärfe – Visus 1 (normal): 1 Bogenminute

Auflösung) sind mindestens von gleich großer Bedeutung wie die Körpermaße. So

wird bei der Gestaltung von Fahrzeugen stets von einem fiktiven Augenpunkt

(Design-Eye-Point, Flugzeug) oder einer Augenellipse (Auto) ausgegangen, in

welchem sich das Auge des späteren Benutzers befindet.

Flugzeug (unten links):

Design Eye Position (Augenpunkt):

... ist ein relativ zur Flugzeugstruktur festgelegter Punkt, an dem sich die Augen

des Piloten in der normalen Sitzposition befinden sollen (SAE ARP 4202);

Festlegung der Position des Piloten im Cockpit; Sitzverstellbereich ist so

festzulegen, dass alle Piloten Position im DEP erreichen.

Line of Sight (Sichtlinie)

Sichtlinie gibt die Blickrichtung bei der Landung vor; nach unten geneigt (wg.

Anstellwinkel bei Landung)

In der Praxis kann die Überprüfung der Sichtbedingungen auch durch Sichtlinien

im CAD oder der technischen Zeichnung erfolgen. Einfacher ist dies mit

Menschmodellen (rechts unten), welche die Sichtbereiche als Kegel darstellen

oder direkt die Sicht des Benutzers berechnen.

Somatographie (grieschisch): Körperzeichnen

Bei der Schablonen-Somatografie wird eine Körperumrissschablone einer Zeichnung

oder einem Modells des Arbeitsplatzes maßstäblich überlagert. Schablonen wurden in

der Vergangenheit häufig zur Abschätzung der anthropometrischen Gestaltung

eingesetzt. Auch in den Anfangstagen des CAD wurden sie auf Ausdrucken der

Arbeitsplätze verwendet. Aufgrund der Verbreitung und der höheren Funktionalität im

CAD wurden sie in der Vergangenheit weitgehend durch digitale Menschmodelle ersetzt.

Körperumrissschablonen existieren für verschiedene Körperhöhen in der Vorderansicht,

Seitenansicht und Draufsicht. Die Angabe von Gelenkmittelpunkten erlaubt eine einfache

Darstellung verschiedener Körperstellungen zur Überprüfung der maßlichen Gestaltung

von Arbeitsplätzen.

Körperumrissschablonen: DIN 33408 Teil 1, siehe auch: Pahl et al., 1996, p. 306; Pahl &

Beitz, 1997, S. 368; Luzak & Volpert, 1997, S. 382

somatography: Sanders & McCormick, 1993, pp. 419-420

physical models: Sanders & McCormick, 1993, pp. 422-423

(links unten): Bosch-Schablone – 4 einfache Schablonen für: 5. Perz. Frau, 50. Perz

Frau/5. Perz. Mann, 95. Perz Frau/50. Perz Mann, 95. Perz. Mann. Regeln des

technischen Zeichnens gelten, deshalb in technischer Zeichnung auch dreidimensionale

Ergebnisse möglich. Starke Vereinfachung der Gelenke (Punktgelenke), aber mit Angabe

von Maximalwinkeln.

(rechts unten): Kieler Puppe – 6 komplexe Schablonen für 5., 50., 95. Perz. Frau und

Mann. KP in Seitenansicht für unterschiedliche Maßstäbe vorhanden (genormt unter DIN

33408). Charakteristisch sind Kulissengelenke für Schulter, Hüfte, Knie, die genaue

Reichweitenergebnisse ermöglichen. Eingeschränkter Einsatzbereich, da Ergebnisse

auch nur für Schulterebene gelten, also nicht bei Bewegungen zur Seite (was in der

Realität der Normalfall ist).

Heute haben sich digitalen Menschmodelle aufgrund der Verbreitung im CAD weitgehend

durchgesetzt. Wurden in der Anfangsphase noch maßstäbliche CAD-Ausdrucke

angefertigt, in die dann die Schablonen eingefügt wurden, so werden durch die digitalen

Menschmodelle die Körpermaße direkt im CAD berücksichtigt.

Die Menschmodelle beinhalten Datenbanken mit anthropometrischen Maßen

(Körpermaße, Sichtbereiche, Gelenkwinkel, Kräfte), eine Bewegungssimulation und

weitere Analysetools, die Analysen von Erreichbarkeit und Sicht, aber auch

weitergehende Komfortbetrachtungen ermöglichen.

Je nach Modell unterscheiden sich zwei grundsätzliche Vorgehensweisen:

1 – Modell im CAD:

Hier ist das Digitale Menschmodell in die CAD-Umgebung integriert (bspw. Anthropos in

CATIA). Die Geometrie des Produkts muss nicht erst exportiert und gewandelt werden,

sondern ist stets vollständig und im korrekten Layer-Format vorhanden. Änderungen

können direkt in der Urversion des Designs ausgeführt werden. Vorteil ist, dass keine

Verluste beim Transfer des Designs in eine andere CAD-Umgebung auftreten und

Änderungen durchgängig sind. Nachteil ist eine ggf. langsamere Berechnung des CAD-

Modells, welches hier nur als Modul der CAD-Umgebung implementiert wurde.

2 – Designanalyse in der Umgebung des Menschmodells:

Das Design wird (teilweise) aus der ursprünglichen CAD-Umgebung exportiert und in

eine eigene Menschmodell-Umgebung (mit deutlich weniger Optionen als im CAD)

importiert. Hier werden dann die Analysen durchgeführt. Vorteil sind schnellere

Berechnungen (da nicht stets die gesamte CAD-Umgebung im Hintergrund läuft),

Nachteil allerdings Probleme beim Transfer des Designs aus dem CAD in das

Menschmodell.

Es folgt ein Beispiel für die allgemeine Vorgehensweise bei der anthropometrischen

Produktgestaltung. Als Beispiel zur Illustration dient das Menschmodell RAMSIS der Fa.

Human Solutions. Die Vorgehensweise gilt aber auch für alle weiteren Menschmodelle.

Im ersten Schritt erfolgt die Generierung des ersten Menschmodells:

Grundsätzliche Optionen (links):

(1) Generieren eines ersten, repräsentativen Menschmodells durch eine

Datenbankabfrage (im Menschmodell meist vorhanden). Wichtig ist dabei der Bezug zur

Benutzergruppe, d.h. Differenzierung nach Geschlecht, Nation, Alter, Akzeleration,

Längenwuchs, Korpulenz und Proportion.

Oder

(2) Generierung eines eigenen Menschmodells auf der Basis anthropometrischer Maße.

Hierbei wird das Modell durch die Eingabe von unterschiedliche vielen Leitmaßen

extrapoliert und berechnet.

Das Modell wird dann zusammen mit dem (vereinfachten) Produktdesign in einer

Umgebung dargestellt.

Im zweiten Schritt wird die Aufgabe und Restriktionen definiert:

1. Zunächst werden die Sitzhaltung durch Angabe des Sitzreferenzpunkts/Hüftpunkts

und der Neigung der Sitzebenen/-lehnen festgelegt. Es werden ferner Kontaktflächen

und die Position von Stellteilen definiert und in das Menschmodell eingegeben

2. Dann werden die Körperteile und die Haltung (bspw. Kontakt- oder Umfassungsgriff)

festgelegt.

3. Schließlich erfolgt die Animation (Berechnung der Haltung) durch das Menschmodell

und eine erste visuelle Plausibilitätsprüfung

"Einfache" Analysen wie Sichtbereiche und Greifräume/Erreichbarkeiten werden dann

vom Modell ausgeführt.

Sichtbereiche werden zum Einen für "Außenstehende" durch Kegel dargestellt, zum

Anderen auch für das jeweilige Modell. Durch Ändern des Modells wird so ein plastischer

Eindruck der späteren Sicht erzielt.

Greifräume können für die planende Ergonomie direkt dargestellt werden und so bei der

Positionierung von Stellteilen berücksichtigt werden. Für die prüfende Ergonomie kann

die Erreichbarkeit von Stellteilen direkt überprüft werden, indem sie in die Aufgabe (siehe

vorangegangene Folie) eingehen. In diesem Fall wird auch die korrekte Haltung

berücksichtigt.

WICHTIG: CAD-Umgebungen lassen eine beliebige Genauigkeit bei solchen

Untersuchungen zu (1/10 mm sind hier kein Problem). Allerdings sind die

anthropometrischen Daten wie auch die Haltungsdaten bei weitem nicht so genau. In der

Praxis sollte deshalb besonders bei Reichweiten oder Kollisionen mit dem Produkt mit

Sicherheitsmargen von mindestens 1 cm gerechnet werden.

Die Analyse des Haltungskomfort ist komplexer. Hier gehen Größen wie die Körpermaße

(diese sind allgemeingültig und unabhängig vom Produkt), Gelenkwinkel (diese sind

abhängig vom Produkt) und Kräfte auf die Gelenke (dabei handelt es sich um Details) mit

ein.

Durch Regression bzw. umfangreiche Komfortmodelle wird aus den unterschiedlichen

Größen ein (Dis-)Komfort berechnet, der dann angezeigt wird.

WICHTIG: Bei dieser Angabe nicht unkritisch alles übernehmen, sondern prüfen, für

welche Rahmenbedingungen Diskomfort-Berechnung validiert worden sind. So können

Fahrzeugüberlegungen (bspw. Automobilbau) nicht problemlos auf alle Bereiche (bspw.

Wartung) übernommen werden. Besonders problematisch sind unterschiedliche

Körperhaltungen (sitzend/stehend). Hier ist ein Transfer nicht möglich.

Ein unkritisches Vertrauen auf die Messwerte führt zu Fehlern!

Mit einem einzelnen Modell lässt sich kein Benutzerkollektiv abbilden. Folglich sind die

Analysen mit weiteren Modellen zu wiederholen. Je nach Komplexität des Kollektivs kann

das auch mehr als 10 Modelle umfassen. Nur so können aber Problembereiche (siehe

Kopfkollision in der Folie beim großen Mann mittlerer Korpulenz und mittlerer Proportion)

identifiziert und behoben werden.

Dass die von Menschmodellen simulierten Bewegungen oder Haltungen nicht

uneingeschränkt für die Auslegung von Produkten verwendet werden dürfen zeigen diese

Abbildungen. Hier sind einige Fehlinterpretationen des durch den menschlichen

Bewegungsapparat theoretisch zulässigen Freiheitsgrade abgebildet, die zwar

theoretisch durch die mathematischen Zusammenhänge des Menschmodells zulässig

sind, aber durch den Menschen so tatsächlich nicht eingenommen werden können.

Dies trifft vor allem auf die eingenommenen Körperwinkel oder –torsionen und

Durchdringungen mit angrenzenden Gegenständen zu.

RAMSIS ist das 3D-CAD-Ergonomiewerkzeug. Mit RAMSIS lassen sich Package- und

Designstudien während der Konstruktionsphase eines Fahrzeugs umfassend bearbeiten.

RAMSIS ist das weltweit führende CAD-Werkzeug zur ergonomischen Gestaltung und

Analyse von Fahrzeuginnenräumen und Arbeitsplätzen und wird bereits bei mehr als

60% der Automobilhersteller verwendet. Vorteil: Umfangreiche Analyse bereits in der

Vorentwicklung möglich, ohne das teuere physische Modelle gebaut werden müssen.

Anthropometrische Datenbank: 90 reale, statistisch abgesicherte Körperbautypen

Standardanimation: Translation/Rotation interaktiv oder numerisch, Gelenkanimation

numerisch oder interaktiv, schnelle automatische Zielpunktanimation für frei definierbare

Ketten von Körperteilen, Interaktives Nachziehen von Körperteilketten, Analyse von

Raumkoordinaten und Gelenkwinkeln

Restriktionsanimation: Grenzkörperhaltungsberechnung, typunabhängige Aufgaben-

beschreibung, interaktive Zieldefinition, Berücksichtigung von Grenzflächen, Tangen-

tialitätsbedingungen, Berücksichtigung von Selbstdurchdringung

Gesundheits- und Komfortanalyse: Analyse des Haltungskomforts, Haltungsabhängige

Körperteilkomfortbewertung, Ermüdungsanalyse, Orthopädische Bewertung der Wirbel-

säulenkrümmung

Sichtanalyse: Einbeziehung der Augen- Kopf- und Halsbewegungen in die Restriktions-

animation. Interne Sicht, Ergonomische Bewertung des Sichtfeldes, Berücksichtigung der

Sehentfernung, Simulation der Spiegelsicht

Gurtanalyse: Berechnung des Gurtverlaufs, Berechnung der Gurtablösepunkte,

Erreichbarkeitsanalyse: Typabhängige Berechnung der Erreichbarkeitsflächen, (auch) für

Extremitäten, Berechnung von Erreichbarkeitsflächen für Körperteilketten.

Das Menschmodell JACK besitzt einen Hintergrund primär in der Computergrafik,

beispielsweise in der Animation virtueller Menschen in Filmen. Es wird aber häufig auch

im englischsprachigen Raum zur Gestaltung von Produkten (primär: Fahrzeugen)

eingesetzt und dient darüber hinaus auch als Illustrationsmedium für Ausbildungsfilme.

Hauptanwendung ist heute neben der Produktgestaltung die Darstellung von Menschen

in Virtuellen Umgebungen. Dabei wird der JACK über bestimmte Hardware vom Benutzer

quasi ferngesteuert und folgt den Bewegungen des realen Menschen. Durch Darstellung

der "virtuellen" Sicht des Jack-Modells entsteht dann der Eindruck, im Fahrzeug selbst

anwesend zu sein. Dies ermöglicht sehr frühe und detaillierte Produktanalysen.

Die Datenbank für Körpermaße basiert primär auf US-amerikanischen Datensätzen; sie

werden als Perzentilpersonen abgebildet. JACK bietet Funktionen zur Analyse der Sicht,

Reichweite, Haltungen und Bewegungen.

Delmia (Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application) von Dassault

Systems ist eine Software zur Planung, Visualisierung, Simulation und Absicherung von

Produktionsplanungen. Dabei verfolgt Delmia erste Ansätze in Richtung Umsetzung der

Digiitalen Fabrik und beinhaltet ein integriertes Menschmodell, DELMIA Human.

Entwicklungsschwerpunkt war die Abbildung von Körpermaß-Variabilitäten für den

Einsatz in der Fahrzeuggestaltung. Ähnlich wie bei RAMSIS ist hierzu auch eine

umfangreiche Methodik vorhanden, die weit über einfache Perzentilpersonen

hinausreicht.

Die vorhandenen Analysefunktionen umfassen Sicht-, Reichweiten-, Haltungs- und

Bewegungsanalysen. Zusätzlich sind Funktionen zur Durchführung von MTM-, Kraft- und

Leistungsanalysen vorhanden.