Ergonomische Koerperhaltungsbewertung manueller Montagetaetigkeiten

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Autor: Dr.-Ing. Christiane Kamusella

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Zielstellung

Ausgangssituation:

• An einem Bauplatz werden Strukturbauteile mit Nietverbindungen aneinandergefügt. In die zu verbindenden Bauteile werden Bohrungen eingebracht, danach Niete durchgeschoben und der Nietschaft verformt, so dass eine formschlüssige Nietverbindung entsteht. Die Werker führen die Tätigkeit stehend an senkrechten Bauteilen aus. Betrachtet wird der Nietvorgang.

Ziel:

• digitale Ergonomiebewertung der gegebenen Arbeitssituation
• Ableitung und Begründung ergonomischer Anforderungen
• Diskussion von Gestaltungsalternativen

• In der Übung werden Methodik, Ergebnisse und Schlussfolgerungen vertiefend diskutiert

Nutzergruppe/ Referenzpersonen i. S. worst case:

• Männer, Frauen: 25-60 Jahre (getroffene Annahme)
• Simulation: für kritische Grenzperzentile und Spektrum anthropometrischer Eigenschaften (Geschlecht, Alter, Perzentil)

Lernziel:

• Kennenlernen von Funktionalitäten des Ergotyping^®-Tools Körperhaltungsbewertung (s. auch ↗)
• methodische Schulung
• Erkennen und Beschreiben relevanter Einflussgrößen für eine Arbeitsanalyse
• Beurteilung notwendiger Voraussetzungen für eine nachfolgende rechnerunterstützte Betrachtung
• digitale Ergonomiebewertung der gegebenen Arbeitssituation mit Funktionalitäten des Ergotyping^®-Tools Posture Analysis
• Diskussion von Fehlereinflüssen und Genauigkeitsanforderungen
• rechnerunterstützter Vergleich von Ist- und Sollzustand der Ausführungsbedingungen am Arbeitsplatz

Vorgehen

Vorüberlegungen

• Zunächst sind die genaue Ausführung und die Randbedingungen der Tätigkeitsausführung zu analysieren und zu beschreiben. Daraus können vorhandene Belastungsarten erkannt und sinnvolle Instrumentarien zu deren Bewertung abgleitet werden.

Schritt 1

• Beschreibung der Tätigkeitsausführung und Randbedingungen

Die Niete werden in horizontaler und vertikaler Reihe manuell eingebracht. Dadurch sind diese Tätigkeiten in unterschiedlicher Arbeitshöhe auszuführen, was zu Haltungsanpassungen der Nutzer führt. Es treten lang anhaltende gebeugte und tordierte Rumpfhaltungen auf. Die Niete befinden sich lose in einer Werkzeugschale, die vom Werker mit der linken Hand gehalten und mitgeführt wird. Die rechte Hand vereinzelt die Niete, ergreift einen Niet mit Daumen und Zeigefinger und steckt ihn in das Bohrloch. Dabei wird Druck mit dem Daumen ausgeübt, um den Niet in Endposition zu platzieren. Der Vorgang wird visuell kontrolliert und erfordert einen mittleren Sehabstand.

Schritt 2

• Bestimmung auftretender Belastungsarten

• Hand-Finger-Kräfte beim Stecken der Niete: Druckkraft mit dem Daumen
• Körperzwangshaltungen durch

- gebeugtes, verdrehtes Stehen, statische Belastungen

- Kopfhaltung infolge des Sehabstandes und der Sichtfixierung auf die Bohrlöcher, statisch

- Hand-Fingerstellung beim Vereinzeln, Halten und Führen des Nietes, dynamisch

- Armstellung, dynamisch, z. T. statisch, wenn der Oberarm in gleicher Haltung verbleibt

Schritt 3

• Bestimmung zu nutzender Ergonomieverfahren

• Hand-Finger-Kräfte: Montagespezifischer Kraftatlas bzw. Verfahren nach Siemens und Derivate

  Die Bewertung der Hand-Finger-Kräfte sind mit der Papier- und Bleistift-Methode durchzuführen, da entsprechende Verfahren im digitalen Ergonomiewerkzeug nicht aufbereitet sind.

• Körperhaltung mit Fokus auf obere Extremitäten: RULA-Verfahren

  Die Körperhaltungsbewertung kann rechnerunterstützt erfolgen, das RULA-Verfahren ist im Ergonomietool umgesetzt.

Schritt 4

• Vorausetzungen für eine digitale Analyse und Bewertung
  • Im digitalen Ergonomietool ist das RULA-Verfahren mit seinen Verfahrensgrundlagen und den dahinter liegenden Daten programmtechnisch umgesetzt. Da die Einstellung der Körperhaltung und von Körperteilstellungen für die untersuchte Nutzergruppe am Menschmodell über Gelenkwinkeleinstellungen und z. T. über Targetanimationen (inverse Kinematik) vorgenommen wird, hängt die Haltungsauswertung von der Genauigkeit der voreingestellten Haltung ab. Das setzt eine gute Kenntnis der analysierten Tätigkeit und ein gutes Vorstellungsvermögen des Bearbeiters voraus.
  • Des Weiteren ist eine solide Kenntnis des genutzten Ergonomieverfahrens erforderlich, da unterschiedliche Stufungen in Winkelstellungen der Gliedmaßen zu verschiedenen Ergebnissen führen. Daher ist einerseits eine plausible optische Lösung, die der realen Tätigkeitsausführung möglichst nahe kommt, anzustreben. Andererseits sind im Zweifelsfalle Körperteilhaltungen auf Winkelstellungen hin zu untersuchen, die zwischen zwei Einstufungen liegen (für dieselbe Referenzperson). Das heißt aber auch, dass das Endgebnis der Körperhaltung/ der Ergonomiebewertung lediglich eine Tendenz widerspiegelt. Hier können auch einzelne mögliche Haltungsvariationen (für die Referenzperson, nicht zwischen den anthropometrisch unterschiedlichen Nutzern) getrennt diskutiert und in eine Gesamtbetrachtung einbezogen werden. Wichtig ist, insgesamt zu erkennen, für welche Körperteile Belastungen auftreten und welches Ausmaß zu erwarten ist.

Auswahl von worst case Handlungsstellen

• RULA bewertet nur vorausgewählte einzelne Körperhaltungen, um kritische Belastungen zu detektieren. Daher sind die zu erwartenden kritischsten Haltungen der Nutzer unter Beachtung der Häufigkeit ihres Auftretens vorauszuwählen. Diese Haltungen hängen von zugehörigen Handlungsstellen, der Beweglichkeit, den Raumverhältnissen und den Körperabmessungen der Nutzer ab.

Schritt 1

• Abhängigkeit von der Nutzergruppe

Zu erwarten ist, dass die größten Nutzer ungünstigste Rumpfhaltungen einnehmen müssen (besonders akzelerierte Personen mit kurzen Beinen und langem Rumpf: Sitzriesen)

Möglich ist aber auch, dass besonders kleine Personen belastende Armstellungen (besonders wenig akzelerierte Personen mit kurzen Armen) und Kopfbewegungen einnehmen

• Abhängigkeit vom verfügbaren Bewegungsraum

Besteht an einzelnen Handlungsstellen räumliche Enge bzw. ist die Standsicherheit eingeschränkt, wirkt sich das in Form von Haltungsanpassungen aus. Daher ist im Vorfeld abzuklären, welche Bedingungen im Handlungsumfeld existieren. Ist das nicht bekannt, kann über entsprechend ausgewählte Referenzpersonen der einzuplanende /vorausgesetzte Platzbedarf ermittelt werden.

• Abhängigkeit vom Wechsel der Handlungsstellen und von der Vorgangsfolge

Wechseln die Handlungsstellen und dadurch bedingten Körperhaltungen innerhalb eines Vorgangs sehr stark, kann es von Interesse sein, die günstigsten Bedingungen den worst case-Szenarien gegenüberzustellen. Das ist insofern von Belang, da die günstigsten Ausführungsbedingungen durchaus auch belastungsintensiv sein können und darüber Schlussfolgerungen zur Gesamttätgkeit möglich werden. Führt ein Werker mehrere Vorgänge aus (im Beispiel könnte das sein: Vorbohren - Abstandshalter setzen - Niete stecken - Niete abziehen...), sind aus diesen im Vorfeld für gleichartige Belastungsarten (hier Körperhaltung) typische Teiltätigkeiten und Handlungsstellen vorzuselektieren.

Zusammenstellung der Szenarien und Referenzpersonen

• Festlegung zu Referenzpersonen: M95 deutsch - 25 Jahre - Sitzriese versus F5 deutsch - 50 Jahre - Normaltyp - kurze Arme
• Festlegung zu Referenzpersonen: M95 - 25 Jahre - Sitzriese - endomorph
• Festlegung: günstigste Handlungsstelle: oberste Nietlöcher bestücken
• Festlegung: ungünstigste Handlungsstelle: unterste Nietlöcher bestücken

Schritt 1

• Es genügt, das Menschmodell mit anthropometrischen Eigenschaften einer ersten Referenzperson auszustatten, diese in die Arbeitshaltung zu bringen und für die weitere Person einen Typwechsel vornehmen.

Referenzperson 1: großer Mann

1. Konfiguration von: M95 DIN 33402 - 25 Jahre - Sitzriese - endomorph
   • hier wird von einer mittleren Endomorphie ausgegangen: Einstellung über das Tripel: 7-2-2 (s. auch Grundfunktionen)
   • ControlD > RK Type select > Eigenschaften zusammenstellen - Generate
   • RK Postr./Collis.: Stehend, Füße nebeneinander; Handform: links: neutral, rechts: 5-Finger-Griff
   • RK Body: Schaltfläche Hüftpunkt anklicken, umbenennen in M95_25_SR_endo
   • RK Visibility: Mittenaugenkamera ON schalten
   • Platzierung des Menschmodells mittig vor der Handlungsstelle

Schritt 2

• Sehabstand einstellen: da die Handlungstelle gut eingesehen werden soll, ist ein Sehentfernungsbereich für die Augenkamera einzurichten. Ebenso ist die Kameralinse auf Blickfeldgröße einzurichten.

1. Augenkamera in der Szene selektieren > ÄP > Rollout Parameter > Schnittebenen > Nahschnitt: ca. 400 mm --> Fernschnitt: ca. 500 mm
2. Kameraparameter: vorgefertigte Linse: 50 mm

Körperhaltungsannahmen für die günstige Montagestelle

Referenzperson 1 (große Person)

• Die Person sollte zunächst so platziert werden, dass der Sehentfernungsbereich vor der Handlungsstelle zu liegen kommt und das Auge die Vorbohrung einsehen kann. Dazu kann die Ansicht Augenkamera genutzt werden. Sinnvollerweise sollten zwei Ansichtsfenster zur gleichzeitigen Kontrolle aller Einstellungen eingerichtet werden.

Schritt 1

• Grobe Vorplatzierung des Menschmodells: um zu kontrollieren, ob das Menschmodell im Gleichgewicht bleibt, sollte der Gesamtkörperschwerpunkt eingeschalten werden: Der Körperschwerpunkt sollte immer im Fußbereich liegen.

1. Targets einschalten: für die rechte Hand Kontaktpunkt Finger wählen
   • RK Body > Menüfeld: Right Hand contact
2. RK Bone struct > select Bone 0 > Bone Attachments: CG (Center of Gravity)
3. wechselseitig kann nun folgendes verändert werden: Beckenbewegung über SRP-Target nach unten und vorn (Kontrolle CG)
4. Bone 89: Rumpfbeugung und Bone 90 Kopfflexion verändern; Gesamtfigur mit allen Anhängen nach unten und nach hinten schieben, da sonst durch die tiefere Platzierung des Oberkörpers der Sehabstand zu gering wird
5. rechten Fingertarget bereits an die Handlungstelle führen
6. Kontrolle der Augpunktsicht auf Bohrloch und Finger:

   BEACHTE: liegen die Objekte nicht im Sehbereich der Kamera, werden sie nicht angezeigt, u. U. sollte also der Schnittebenenbereich nochmals angepasst werden, allerdings ist der festgelegte Sehentfernungsbereich nicht wesentlich zu verlassen

Schritt 2

• Feineinstellung der Füße und Kontrolle der Plausibilität der Gesamtkörperhaltung

1. RK Bone Animation > Select Bone Calcaneus: sinnvolle Winkelwerte eintragen, bis die Füße Bodenkontakt erhalten

Schritt 3

• Einstellung der Hand-Finger- sowie Armstellung

Die linke Hand umfasst den Kasten mit Arbeitsmaterialien und die rechte Hand ergreift Niete, um sie danach in das Bohrloch zu stecken. Da RULA beide Körperhälften bewerten kann, sollte die Gliedmaßenstellung für rechtes und linkes Hand-Arm-System ermittelt werden. Zu erwarten ist, dass der eigentliche Steckvorgang für die Belastung des Werkers kritischer ist als die Entnahme der Niete aus dem Behälter.

1. dazu sollte zuvor der Niet in die richtige Position am Bohrloch gebracht und die Hand danach feinpositioniert werden
2. um den Niet zu fassen, sind Daumen und Zeigefinger in ihren Winkelwerten anzupassen
3. dadurch wird erkennbar, dass der Niet nur dann zwischen den Fingern liegt, wenn das Handgelenk seitlich und nach hinten abknickt (Extension, Abduktion)

Referenzperson 2 (kleine Person)

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Körperhaltungsannahme für die kritischste Montagestelle

Referenzperson 1 (große Person)

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Referenzperson 2 (kleine Person)

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Körperhaltungsbewertung nach RULA, günstige Montagestelle

Allgemeine Einstellungen im Ergonomietool

     

• Im ControlD sind in der RK Posture Analysis die zu bewertende Körperseite und Faktoren der Muskelarbeit dialogbasiert einzugeben. Die Körperhaltung wird anhand der eingestellten Körperwinkel automatisch ausgewertet. Die Ergebnisse nach RULA-Verfahren werden im MonitorD in der zugehörigen RK ausgewiesen. Die Ampelbewertung nach den 7 Risiko-Stufen des RULA-Verfahrens werden im MonitorD und zusätzlich in einem Würfel, der standardmäßig über dem Kopf des Menschmodells eingeblendet werden kann, angezeigt. Es erscheinen die Ampelfarbe und der Scorewert.

1. Einstellungen: ControlD > RK Posture Analysis > Schalter "rechtes/linkes Hand-Arm-System" > Schalter "statische Muskelarbeit"
2. Aktivschaltung des Signalwürfels: MonitorD > RK Documentation > Schalter "Analysis Display ON" sowie Schalter "RULA Status"
3. Ausblendung des Würfels:
   • über den Schalter "Analysis Diplay ON"
   • im ControlD > RK Body > im Feld Body Graphics > Schalter "Status"
4. die Position des Würfels kann verändert werden
   • ControlD > RK Bone struct > Select Bone 106 (Zuordnung zum Bone DIN EN 614) > im Menüfeld Translation/Rotation

   ACHTUNG: Der gesetzte Schalter für den Signalwürfel wird z. Z. in der max-Datei nicht gespeichert und geht verloren (Einstellungen nur temporär verfügbar).

   Dadurch ist momentan bei Verwendung verschiedener Signalwürfel nicht mehr zuordenbar, welches Verfahren in einer Szene genutzt wurde.

   Ebenso werden momentan auch die Einstellungen im ControlD > RK Posture Analysis zum RULA-Verfahren nicht gespeichert, d. h. es sind bewusst nach Einlesen einer max-Datei nochmals die betreffenden Schalter zu setzen

RULA-Daten der Ergonomiebewertung für Referenzperson 1

1. MonitorD > RK Posture Analysis > linkes oberes Dokumentationsfeld

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