5 Ergebnisse

↓69

Um die Aussagekraft und den Erkenntnisgewinn aus den softwareseitig ermittelten Indikatoren zu überprüfen und um gleichzeitig neue Anforderungen für die Programmierung zu definieren, wurden Anwendungsversuche mit verschiedenen Fragestellungen durchgeführt, welche grundlegende Probleme der Gestaltung manueller Tätigkeitsbereiche umfassen.

5.1 Versuch 1 (Steharbeitsplatz Produkthandling)

In der dargestellten Versuchsreihe geht es vorwiegend darum, den Menschen als Bindeglied zwischen Produkt und Maschine zu betrachten und ihn entsprechend seiner Leistungskapazität und Fertigkeiten optimal einzusetzen.

↓70

Viele gartenbauliche Produkte sind durch Inhomogenität und Empfindlichkeit gekennzeichnet. Die Kosten für Mechanisierungslösungen und die technischen Anforderungen steigen dadurch. In Konsequenz verbleiben bestimmte Prozesse in Handarbeit, z. B. die Bereitstellung vieler in Form, Größe und Festigkeit sehr unterschiedlicher Produkte (z.B. Spargel, Porree oder Chicoree) auf Wasch- und/oder Sortierstrecken.

Hohe und stetig steigende Leistungen von optischen Sortieranlagen verlangen eine gut organisierte Bereitstellung der Produkte, um eine möglichst volle Auslastung der Maschinen zu erzielen. Für ein optimales Zusammenwirken muss die Gesamtheit der Wechselwirkungen zwischen dem Menschen und dem Betriebsmittel betrachtet werden.

Variationen in der Gestaltung eines Fließbandarbeitsplatzes (Abbildung 11) sollen die Einflüsse der Anordnung der Produkte, der Bandlaufgeschwindigkeit und der ergonomischen Anpassung des Gerätes an den Menschen auf die erzielten Leistungen und andere zur Verfügung stehende Messparameter verdeutlichen. Ziel ist es aufzuzeigen, dass von den zahlreichen Einflussfaktoren messbare Vor- und Nachteile auf die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems ausgehen.

5.1.1 Material und Methode

↓71

Der Versuchsstand besteht aus einem höhenverstellbaren Stahlrahmen mit rundlaufender Auflagefläche, entwickelt für den Schnitt und Transport von Porree zur Wäsche. Das die Produkte transportierende, bewegliche Hartgummiband hat deutliche Vertiefungen, in die jeweils eine Stange einzulegen ist. Die Bandlaufgeschwindigkeit kann über einen, dem Motor vorgeschalteten Frequenzumrichter, geregelt werden. Die Entnahme der Produkte vor der Auflage auf das Förderband erfolgt aus einer Kiste.

Als wiederverwendbares Versuchsgut dienten getrocknete Weidenabschnitte. Bei einmaligem Durchgang (Leeren einer Kiste) werden 91 Weidenabschnitte auf das Transportband gelegt, sie haben eine durchschnittliche Länge von 42.5 cm und ein durchschnittliches Gewicht von 110 g/Stück. Am Ende des Bandes fallen die Produkte wieder in eine Kiste. Bei den sogenannten Dauerversuchen wurden die Weidenabschnitte von einer weiteren Person wieder vom Band genommen und in die Entnahmekiste zurückgelegt, um eine kontinuierliche Produktbereitstellung zu gewährleisten.

Abb. 11 : Steharbeitsplatz bei der Aufbereitung von Porree

↓72

Die im Bild sichtbare Polsterfixierung (Pfeil) wurde im Verlauf der Versuche entfernt, um auszuschließen, dass die Sicht der CCD-Kamera auf die rechte Hand im Arbeitsprozess verdeckt wird. Die Arbeitshöhe betrug in der als optimal bezeichneten Variante 90 cm, gemessen am Boden der Vertiefung und 95 cm an der Schlaufenoberseite. Variationen in der Arbeitsplatzgestaltung erfolgten in der Einstellung der Bandhöhe sowie bei der Aufstellung der Entnahmekiste. Zudem wurden verschiedene Bandlaufgeschwindigkeiten gefahren, die Maschinenkapazitäten von 4500, 6000 und 7300 Stück pro Stunde entsprechen.

Tabelle 3: : Auflistung der Versuchsvarianten

 

Bandlaufgeschwindigkeit

4500 Stangen/h

6000 Stangen/h

7300 Stangen/h

Bandhöhe

niedrig /optimal

optimal

niedrig/optimal

Produkthöhe

Bandhöhe

Bandhöhe

ebenerdig / Bandhöhe

Die Versuche wurden mit vier Probanden, zwei weiblichen und zwei männlichen, durchgeführt. Alle Probanden befanden sich mit ihrer Körpergröße im Bereich des 50. Perzentils, ihr Gesundheitszustand war als gut zu bezeichnen. Die Tätigkeit war eine leichte Arbeit mit normalen Sehanforderungen.

↓73

Die empfohlene Arbeitsflächenhöhe liegt hier ca. 15 cm unter der Ellenbogenhöhe. Diese beträgt bei Männern im 50. Perzentil etwa 110 cm und bei Frauen etwa 5 cm weniger (Hettinger & Wobbe 1993). Detaillierte, über diese allgemeinen ergonomischen Überlegungen hinausgehende Hinweise können aus der DIN 33406 entnommen werden. Sie beschreibt die aufgabenabhängige Gestaltung von Arbeitsplatzmaßen im Produktionsbereich. In jedem Fall haben die Arbeitsflächenhöhe und der Arbeitsbereich einen wesentlichen Einfluss auf das körperliche Wohlbefinden der Arbeitskräfte (Studman 1998).

Die Arbeitsaufgabe bestand darin, mit beiden Händen ein möglichst großes Bund Weidenabschnitte aus der Vorratskiste links neben dem Förderband zu greifen und die Abschnitte anschließend einzeln in die vorgesehenen Vertiefungen auf das Förderband zu legen (Abbildung 11). Die Arbeitsaufgabe lässt sich gut in die Vorgänge Greifen, Bringen und Fügen unterteilen. Die Ordnung der Abschnitte innerhalb der Kiste, die Größe der Hände sowie die personenabhängige Fingerfertigkeit sind Einflussfaktoren auf die pro Durchgang gegriffene Anzahl von Weidenabschnitten im Bund. Die Aufgabe erfordert keine besonderen motorischen Fähigkeiten und ist leicht zu erlernen. Die Aufgabe ist stark monoton und repetitiv. Der Entscheidungs- und Verhaltensspielraum der Arbeitskraft am Fließband ist stark eingegrenzt. Der Arbeitsrhythmus wird durch die Bandlaufgeschwindigkeit vorgegeben. Eine hohe Bandgeschwindigkeit wirkt leistungssteigernd, kann jedoch auch als stressig empfunden werden (Fauß 2003).

Die Produktbereitstellung erfolgte einmal auf Bandhöhe (Abbildung 11) und in einer zweiten Variante durch Absenken der Kiste bis auf 25 cm über dem Boden.

↓74

Als informatorisch wertvolle Punkte wurden die Hände, Ellen, Schultern und der Kopf mit Markern versehen. Die Kopfdiode wurde an einem Haarreifen befestigt und mittig kurz hinter dem Haaransatz plaziert. Durch den Haarreifen wurde gleichzeitig sichergestellt, dass die Diode von den Haaren nicht verdeckt wird. An den Schultern wurde der äußerste und höchste Punkt am Gelenk für die Befestigung ausgewählt. Als Orientierung für die Befestigung der Diode im Bereich des Ellenbogens diente das proximale Ende der Ulna. Die Dioden auf den Händen wurden jeweils auf den Handwurzelknochen des Mittelfingers befestigt.

5.1.2 Ergebnisse

Von den Probanden werden je nach Dicke der Weidenabschnitte etwa sechs Abschnitte auf einmal gegriffen und in einem Arbeitsgang nacheinander auf das Förderband gelegt.

Die erzielten Leistungen aufgelegter Weidenabschnitte pro Stunde variierten sehr stark. Es wurden durchschnittlich zwischen 3000 und 5500 Stangen/Stunde innerhalb der verschiedenen Varianten aufgelegt (Abbildung 12). Der Durchschnitt aller Varianten betrug 4018 Stangen/Stunde. Parallele Pulsmessungen an den Probanden zeigten, dass die Tätigkeit eine nur geringe körperliche Anstrengung bedeutet, die über die gesamte Zeit im Bereich aerober Sauerstoffversorgung liegt. Die Dauer der Pulsaufzeichnung lag bei einer Stunde, in der keine nennenswerte Zunahme der Pulsfrequenz aufgrund der Tätigkeit zu verzeichnen war. Die absoluten Werte der Pulsfrequenz spiegelten deutlich die körperliche Fitness der einzelnen Probanden wider.

↓75

Abb. 12 : Streubreite der über die Versuche gemessenen Leistungen aufgelegter Sta n gen/h in Abhängigkeit von der Maschinenkapazität

Die gemessenen Leistungen zeigen, dass bei niedrigster Maschinenkapazität eine volle Bandbelegung möglich ist. Gemessen an den höchsten erzielten Leistungen von über 5500 Stangen/h könnten am Band sogar Wartezeiten auftreten. Bei der Maschinenkapazität von 7300 Stangen/h entstehen wiederum Lücken auf dem Transportband, weil die Förderleistung deutlich über allen erzielten Leistungen der Arbeitskräfte liegt.

Die höchste Maschinenkapazität zeigt eine sehr große Streubreite der Leistungen auf. Hier wurden sowohl die absoluten Maxima als auch die Leistungsminima erzielt. Der Mittelwert liegt unter dem der niedrigen Maschinenkapazität.

↓76

Der personenspezifische Vergleich ergibt für die Person C signifikant höhere Leistungen. In Abbildung 13 sind die jeweiligen Mittelwerte der Probanden in den Versuchsvarianten zu einem Gesamtdurchschnitt zusammengefasst und durch die Standardabweichung in ihrer Variation beschrieben.

Abb. 13 : Personenspezifische Leistungsunterschiede aufgelegter Sta n gen im Durchschnitt aller Varianten

Die Auswirkungen einer zu niedrigen Arbeitshöhe waren neben den durch die Probanden geäußerten Schmerzen im Rücken- und Nackenbereich in einer Zunahme der Bewegungen quantifizierbar (Abbildung 14). Die gemessenen Bewegungssummen der oberen Extremitäten, die jeweils beidseitig an drei Punkten (Schulter, Elle und Hand) gemessen wurden, reduzierten sich durchgängig bei einer an die Körpergröße angepassten Arbeitshöhe. Der gesamte Bewegungsaufwand der oberen Extremitäten konnte im Vergleich der beiden Varianten um 14% gesenkt werden. Abbildung 14 zeigt den Vergleich beider Arbeitshöhen. Die Achsen 1, 2 und 3 repräsentieren den linken Arm, beginnend an der Schulter, die Achsen 6, 5 und 4 den rechten Arm. Die von den hellgrauen Strecken umschlossene Fläche ist deutlich kleiner, sie stellt den Bewegungsaufwand bei einer optimalen Arbeitshöhe dar.

↓77

Abb. 14 : Bewegungssummen der oberen Extremitäten eines Probanden in m für einen Durchgang (li. Schulter 1, li. Elle 2, li. Hand 3, re. Hand 4, re. Elle 5, re. Schulter 6) bei niedriger Bandhöhe (schwarz) und optimaler Ban d höhe (hellgrau)

Abb. 15 : Kopfbewegung und durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit bei unterschiedl i cher Produktbereitstellung, Variante 1: Kiste auf Bandhöhe, Variante 2: Kiste nahezu e benerdig

In einer weiteren Versuchsvariante wurde die Anordnung der Produktbereitstellung verändert. Die Vorratskisten wurden für die Entnahme von der Bandhöhe auf ein Niveau von 25 cm über dem Boden abgesenkt, so dass sich die Arbeitskraft zum Produkt herunterbeugen musste. Bei der nahezu ebenerdigen Entnahme der Produkte verdreifachte sich bei Person B die gemessene Kopfbewegung. Auch Person A zeigte einen deutlichen Anstieg der Bewegungssumme. Abbildung 15 zeigt den am Kopf gemessenen Bewegungsaufwand. Entsprechend dem gestiegenen Bewegungsaufwand stieg die Bewegungsgeschwindigkeit, während die Ausführungszeit konstant blieb. Daraus folgt, dass die Belastung deutlich zunimmt, insbesondere durch die Art der Bewegung das Heben einer Last durch Drehen und Beugen des Oberkörpers.

↓78

Der in Abbildung 16 dargestellte Vergleich der Leistungen bei variierender Produktbereitstellung zeigt keine signifikanten Unterschiede in der Leistung. Eine ungünstige Produktbereitstellung wird innerhalb des Leistungsumfanges von den beiden Probanden kompensiert. Die Durchschnittswerte der ungünstigen Variante lagen bei beiden Personen sogar über denen der günstigen Bereitstellung.

Die dargestellten Leistungen sind der Mittelwert aus 20 Durchgängen von je 1,5 Minuten Dauer. Person A erzielte jeweils höhere Durchschnittsleistungen. Die höheren in Abbildung 15 dargestellten Bewegungssummen wurden somit bei konstanter Leistung über höhere Bewegungsgeschwindigkeiten erreicht.

Abb. 16 : Aufgelegte Stangen pro Stunde bei zwei Probanden und unterschiedlicher Anor d nung der Kisten

↓79

Abb. 17 : Bewegungsaufwand von Person C für den Kopf und beide Hände bei unterschiedl i cher Bandlaufgeschwindigkeit und Produktbereitste l lung

Abbildung 17 zeigt entsprechend Abbildung 15, dass die ungünstige Produktbereitstellung hauptsächlich die Kopfbewegungen beeinflusst. Eine signifikante Veränderung der Handbewegungen ist nicht zu verzeichnen. Der Vergleich der Bewegungssummen bei den verschiedenen Bandgeschwindigkeiten ergibt im Gegensatz zur Produktbereitstellung keine Veränderungen der Bewegungssummen.

Bezüglich des Arbeitsbereiches und der Armwinkel fielen die Versuchsergebnisse bei den verschiedenen Bandgeschwindigkeiten personenspezifisch unterschiedlich aus. Eine Person zeigte mit zunehmender Bandgeschwindigkeit eine Verlagerung des Arbeitsbereiches in Bandrichtung. Je schneller das Band lief, desto weiter entfernte sich der Hauptaufenthaltsort der Hände von der Entnahmekiste. Die Greifwege verlängerten sich dadurch, und der Wunsch, das Band komplett zu belegen, wurde immer schwerer zu erfüllen. Entsprechend der Verlagerung des Arbeitsbereiches der Hände wurden bei der Person größere Armwinkel gemessen (Abbildung 18). Die Verschiebung des Auflagebeginns erfolgt aus dem ganzen Arm heraus, nicht allein durch das Öffnen des Armes, sondern gleichzeitig durch ein Anheben (Abbildung 19). Die Standposition der Arbeitskraft blieb unverändert. Die in den beiden Abbildungen dargestellten Winkel verdeutlichen das komplexe Wirken einer Arbeitsaufgabe auf den menschlichen Bewegungsapparat. Werden derartige Zusammenhänge in einer Grafik dargestellt, spricht man von Winkel-Winkel-Diagrammen (Abbildung 20).

↓80

Abb. 18 : Öffnung des rechten Armes während der Arbeit in Abhängigkeit von der Bandlau f geschwindigkeit

Abb. 19 : Anheben des Oberarmes während der Arbeit in Abhängigkeit von der Bandlaufg e schwindigkeit

Abb. 20 : Winkelverlaufsdiagramm des rechten Armes für das Greifen (G) und A b legen (A) eines g e griffenen Bundes Weidenabschnitte

↓81

Das Winkel-Winkel-Diagramm in Abbildung 20 zeigt die Winkelverläufe für einen Arbeitsgang bei Person B, niedriger Bandhöhe und der höchsten Bandlaufgeschwindigkeit. Der Linienverlauf ist hier nicht zu verwechseln mit den aufgezeichneten Bewegungslinien, wo jeder Punkt eine Raumkoordinate abbildet. Das Winkel-Winkel-Diagramm lässt sich in zwei aufgabenspezifische Bereiche gliedern. Das Greifen der Gegenstände erfolgt durch Anheben des Armes um bis zu 40° zur Horizontalen bei nahezu konstanter Öffnung (Bereich G). Die Überlagerung der Winkelgrößen im Bereich der Produktablage auf das Förderband (A) zeigt, dass diese Bewegung aus dem Unterarm heraus erfolgt. Im dargestellten Fall erfolgt das Ablegen gleichmäßig mit nur geringem Anheben des Armes. Ein Verschieben des Arbeitsbereiches wird in diesem Fall nicht beobachtet. Die Betrachtung solcher Bewegungszusammenhänge trägt der Komplexität menschlicher Bewegungen Rechnung, ist aber dennoch nur ein kleiner Ausschnitt des für Koordination und Bewegung notwendigen Aufwandes. Winkel-Winkel-Diagramme erfordern vom Betrachter ein sehr großes Abstraktionsvermögen, sie zeigen jedoch auf der anderen Seite sehr deutlich kritische Bereiche in der Aufgabenstellung. Die im Diagramm dargestellte Aufgabe zeigt bezüglich der Winkelverläufe keine besonderen Belastungen. Die Bewegungen erfolgen in unkritischen Bereichen.

5.1.3 Diskussion

Die Ergebnisse der Versuche am Fließband belegen die Quantifizierbarkeit der Einflüsse unterschiedlicher Gestaltungsparameter und ermöglichen eine objektive Entscheidungsfindung. Die Variationen in den Messergebnissen verdeutlichen die Komplexität der menschlichen Bewegung und die vielfältigen, aufgabenspezifischen Einflussfaktoren. Trotz der einfachen Arbeitsaufgabe können die z.T. offensichtlichen Gestaltungsmängel über die ausgewählten Einflussgrößen nur teilweise statistisch abgesichert werden.

Die Gestaltung einer leistungsstarken Aufbereitungstechnik, der eine manuelle Auflage vorgeordnet ist, muss demnach gut geplant werden. Nicht die Maschine, sondern der Mensch ist der leistungsbeeinflussende Faktor in derartigen Systemen. Die Organisation im der Maschine vorgelagerten Bereich beeinflusst die Höhe der erzielten Gesamtleistung ebenso wie die individuelle Leistungsfähigkeit und Leistungsbereitschaft. Kurze Greifwege, ergonomische Gestaltung und eine gleichmäßige Anordnung im Gebinde beschleunigen die Auflage und gewährleisten eine kontinuierliche Ausführbarkeit sowie eine Konstanz in der erbrachten Leistung. Die Bandlaufgeschwindigkeit muss den Produkten sowie der Anzahl an Arbeitskräften angepasst werden.

↓82

Besonders auffällig waren die großen Schwankungen in den erbrachten Leistungen, die in Abbildung 11 dargestellt sind. Sie belegen ein vorhandenes Leistungspotential. Über die Steigerung der Maschinenkapazität können bei 7300 Stangen/h nahezu doppelt so viele Stangen befördert wie aufgelegt werden. Die hohen Leistungen, die hier gemessen wurden, zeigen den Motivationseffekt, der aus einem dauernd lückenhaften Band resultieren kann. Die Leistungsschwankungen innerhalb dieser Variante sind jedoch negativ zu werten. Die ständige Überforderung kann psychische Belastungen verursachen.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass es sich bei den untersuchten Aufgaben um monotone und in der Regel schlecht bezahlte Arbeiten handelt, die in ihrer Art selbst einen Einfluss auf die individuelle Leistungsbereitschaft ausüben. Zusätzliche Nachteile durch Gestaltungsmängel müssen entdeckt und minimiert werden. Die festgestellte Kompensation von Gestaltungsmängeln über die Bewegungsgeschwindigkeit ist stark von der individuellen Leistungsbereitschaft abhängig. Die in den Versuchen erbrachten Leistungen sind nicht uneingeschränkt in die Praxis übertragbar, da die Motivationen der Probanden und der Angestellten in Gartenbaubetrieben sehr verschieden sein können. Die Probanden waren sehr bemüht, beste Leistungen zu erbringen. In der Praxis erfolgt die Motivation in der Regel über die Bezahlung.

Die Untersuchungszeiträume waren zu kurz, um eine arbeitsbedingte Ermüdung aufzuzeigen. Die in den Abbildungen 15-17 dargestellten Kopfbewegungen und erbrachten Leistungen repräsentieren, bezogen auf einen gesamten Arbeitstag, sehr kurze Zeiträume. Ob die hohen erbrachten Leistungen und die Kompensation der Gestaltungsmängel über einen gesamten Arbeitstag beibehalten werden, ist fraglich.

↓83

Das Ausmaß der Kopfbewegungen ist abhängig von der Aufgabenausführung und der Arbeitsplatzgestaltung. Sie kann als Indikator für das Ausmaß der aufgabenspezifischen Oberkörperbewegung dienen und als Belastungsindex verwandt werden.

Die Haupttätigkeit beim Auflegen der Produkte auf das Förderband verrichten die Hände. Die simultane Aufzeichnung der Ellen und Schultern soll Aufschluss über die Haltung der Arme geben. Wichtig für die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und die Bewertung der gemessenen Winkel ist der Hinweis, dass die exakten Befestigungspunkte der Marker am Körper nicht markiert wurden, da die Versuchspersonen bekleidet arbeiteten und die Marker auf der Kleidung befestigt wurden. Eine gewisse Ungenauigkeit in der Verfolgung der Körperteile und ein zusätzliches Verrutschen der Kleidung müssen daher in Kauf genommen werden. Die Wiederholungen innerhalb der einzelnen Varianten erfolgten in einem Durchgang, um die Lage der Dioden nicht zu verändern.

Als wesentlicher Indikator für den Vergleich von zwei Gestaltungsvarianten dient im Rahmen der Bewegungsanalyse die Bewegungssumme, d.h. die Summe aller Teilstrecken zwischen den Messpunkten. Dieses Maß wurde schon in den alten motografischen Messungen über Langzeitbelichtungen durch Mitfotografieren von Rastern als Vergleich verwendet (Baum 1983). Die Genauigkeit ist im Rahmen der digitalen Messungen wesentlich größer, was die Berechnung der Teilstrecken aus den dreidimensionalen Raumkoordinaten und die Unabhängigkeit der Messung von sich überlagernden Bewegungen betrifft. Da es sich bei den untersuchten Aufgaben um Greifen, Bringen und Fügen handelt, ist die Bewegung der Hände von zentralem Interesse. Die Verfolgung der Kopfbewegung hat sich in den Versuchen als aufschlussreich dargestellt, vorausgesetzt die Bewegungen bieten ein Mindestmass an Dynamik. Insbesondere bei der durch die Produktbereitstellung induzierten stark gebeugten Tätigkeit werden vom Kopf weite Wege zurückgelegt (siehe Abbildung 15).

↓84

In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass sich ein verlängerter Greifweg in der benötigten Zeit bzw. in der erbrachten Leistung nicht negativ niedergeschlagen hat (Abbildung 16), die Bewegungssummen waren jedoch deutlich höher (Abbildung 15). Daraus resultiert eine stärkere Beanspruchung der Arbeitskraft. Insbesondere die Kopfbewegung nahm deutlich zu, was durch die nun notwendige Rumpfbeugung zu den Produkten erklärt wird. Laut prEN 1005-4:2002 ist ein solches Rumpfbeugen mit einer Frequenz von 2 / Minute nicht akzeptabel. Dasselbe Ergebnis ergibt sich nach einer Beurteilung der Arbeitsbedingungen mit Hilfe von Leitmerkmalen oder anderen Expertensystemen (Mattila 1992). Das Erkennen dieses Gestaltungsmangels ist eigentlich offensichtlich und ohne Messtechnik möglich, dennoch sind derartige Beispiele in Praxisbetrieben zu finden. Der technische Aufwand, um die Greifwege zu verkürzen und das kritische Heben von Lasten aus dem Oberkörper heraus zu vermeiden, ist im Vergleich zu der nachfolgenden Wasch- und/oder Sortiertechnik gering. Besonders nachteilig sind kombinierte Oberkörperdreh- und Oberkörperbeugebewegungen für die Wirbelsäule (Garg 1988; Hettinger 1991, Steinberg 1995). Auf die Vermeidung ist besonders zu achten. Ebenfalls zu vermeiden sind übermäßige Hebegeschwindigkeiten (Bush-Joseph 1988).

Gestaltungsmängel können Schmerzen verursachen und über längere Zeit zu Arbeitsausfällen führen, außerdem sind sinkende Leistungen zu erwarten. Basierend auf einer Stundenleistung von 4000 Stangen bewegt die Arbeitskraft bei einem 8-Stunden-Tag rund 32000 Stück, was ein Gesamtgewicht von rund 3,2 t ergibt. Ob diese Masse 50 cm oder 100 cm weit bewegt wird, hat einen wesentlichen Einfluss auf die aus der Aufgabe resultierende Belastung (Huang 1988). Eine Berücksichtigung der unter Last auftretenden Körperhaltungen ist ein die Stabilität des Systems charakterisierender Parameter. Allgemeines Gestaltungsziel bei der Konzeption von M-M-Systemen muss sein, eine optimale Systemwirksamkeit zu erzielen (Schmidtke 2002).

Die Bewegungsanalyse am Fließband zeigt, dass die Überwachung der Aufgabenausführung sehr wichtig ist. Eine Testperson zeigte mit zunehmender Bandlaufgeschwindigkeit eine Verlagerung des Arbeitsbereiches in Bandlaufrichtung (Abbildung 18 und 19). Dadurch verlängern sich die Greifwege unnötig. Diese personenabhängigen Unterschiede unterstreichen, dass das vorhandene Leistungspotential unterschiedlich genutzt wird und durch Schulung gesteigert werden kann. Gleichzeitig lässt sich hier ein möglicher Grund für die festgestellten Leistungsschwankungen bei hoher Maschinenkapazität manifestieren. Eine regelmäßige Kontrolle der Arbeitsausführung zur Leistungserhaltung erscheint somit ratsam.

↓85

Wenn sich durch Verlagerung des Auflagebeginns Hin- und Rückweg zum letzten freien Platz kontinuierlich verlängern, könnte das auf die Motivation wirken. Neben dem Empfinden von Stress durch das schnell laufende Band und einer schwer erfüllbaren Zielvorstellung, wird jedoch vor allem unnötige Arbeit verrichtet. Durch Schulung und Kontrollen sind solche Fehler zu vermeiden. Über die Visualisierung der eigenen Arbeitsweise können der Arbeitskraft Probleme leicht verdeutlicht werden.

Ein weiterer Grund in der Verlagerung des Arbeitsbereiches könnte in einer für den geforderten Fügeprozess zu hohen Bandgeschwindigkeit liegen. Je kleiner das Fach für die Produktablage ist, desto schwieriger wird der Arbeitsprozess und die benötigte Zeit steigt an. Da es sich um sehr kurze Zeiträume handelt, sind Zeitmessungen kaum möglich. Um ein Mitlaufen der Hand zu vermeiden, muss die Verweildauer des Bandes im optimalen Arbeitsbereich mit der Dauer des Fügeprozesses abgestimmt werden.

Weder eine Bandhöhe noch eine Bandlaufgeschwindigkeit, die jeden Mitarbeiter optimal berücksichtigt, sind realisierbar, sobald mehr als eine Person am Band arbeitet. Da dies mit den stetig steigenden Maschinenkapazitäten der Fall ist, müssen immer Kompromisse gefunden werden. Die Bandhöhe ist meistens nicht variabel, so dass die Optimierung der Bandhöhe durch Wahl geeigneter Nutzer, den Einsatz homogener Gruppen oder für den Einzelnen über die Veränderung des Bodenniveaus erfolgen kann (Burkhardt 1979). Die von der Bandgeschwindigkeit ausgehende Belastung wird von ungeübten, ungeschickten oder älteren Mitarbeitern höher bewertet werden. Die Leistungen innerhalb einer Gruppe sollten homogen sein.

↓86

Die Bewegungsanalyse ermöglicht im Falle der Fließbandarbeitsplätze eine sehr genaue Untersuchung auftretender Bewegungsaufwände, -muster und Körperhaltungen. Eine Gestaltung entsprechend den spezifischen Eigenschaften des Menschen ermöglicht die Reduzierung der Belastung und Beanspruchung und kann dadurch höhere Leistungen ermöglichen und ihre Kontinuität sicherstellen.

Harmonische Bewegungen sind in der Regel ein Zeichen der Effizienz. Der sehr große Umfang des in Aufbereitungslinien auftretenden Produkthandlings erfordert Automatismen und somit Bewegungen, die ohne Nachdenken automatisch ausgeführt werden. Der Wirkungsgrad von Bewegungen kann durch eine optimale Geschwindigkeit und durch Übung erhöht werden. Armbewegungen sollen symmetrisch und zeitlich synchron verlaufen. Starke Beschleunigungen sollten vermieden werden. Diese waren insbesondere dort zu beobachten, wo die Produkte vom tiefen Kistenniveau aufgelegt werden mussten (z.B. Abbildung 15). Diese allgemeinen Erkenntnisse lassen sich im Rahmen der Versuche mit Zahlen unterlegen.

Eine Beurteilung der Harmonie ist anhand der Bewegungsbilder möglich. Das in Abbildung 19 dargestellte Winkel-Winkel-Diagramm zeigt beispielsweise einen harmonischen Verlauf der Produktablage, da sich der Winkelverlauf innerhalb der dargestellten Wiederholungen stark überlagert. Die Bewegungsanalyse greift dort lohnenswert ein, wo offensichtliche Gestaltungsmängel beseitigt wurden. Durch die Aufzeichnung der Bewegungen können sehr genaue Unterschiede in der Aufgabenausführung ermittelt werden, Unterschiede, die durch Beobachtung nicht mehr wahrgenommen werden. Die Verschiebung des Arbeitsbereiches in Bandlaufrichtung, die bei der Erhöhung der Bandgeschwindigkeit festgestellt wurde, wäre nur schwer zu erkennen. Die Auswirkungen unnötiger Greifwege hingegen können von großer Relevanz sein. Ein 10 cm weiterer Weg für jedes Produkt ergibt, auf den gesamten Arbeitstag bezogen, sehr große Entfernungen.

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Eine durch hohe Bandgeschwindigkeiten steigende psychische Belastung ist über die Bewegungsanalyse nicht quantifizierbar, es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Gefahr gegeben ist. Vor allem die zuvor beschriebene Situation einer nicht aufeinander abgestimmten Zeit für das Einlegen eines Produktes in die Ablage und ihr Passieren, lässt das Entstehen von Arbeitsstress vermuten.

Eine Erfassung der Körperwinkel ermöglicht eine Belastungsbewertung. Die im Winkel-Winkel-Diagramm (Abbildung 20) dargestellte Armbewegung befindet sich in einem belastungsarmen Bereich.

Große Armöffnungswinkel bei gleichzeitigem Anheben des Armes stellen erhöhte Anforderungen an das Gleichgewicht und stehen in direktem Zusammenhang mit der gehobenen Last. Die Belastung wäre deutlich höher.

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Der dargestellte Versuch hat sich vor allem mit leistungsbeeinflussenden Parametern befasst. Das breite Spektrum der Einsatzmöglichkeit für die Bewegungsanalyse im Gartenbau wird bereits deutlich.

5.2 Versuch 2 (Sitzplatz auf Spargelerntehilfen)

Der nachfolgend beschriebene Versuch legt stärkeres Gewicht auf die menschengerechte Arbeitsgestaltung und zeigt weitere Möglichkeiten der Bewertung von Arbeitssystemen mit Hilfe der dreidimensionalen Bewegungsanalyse.

Bleichspargel ist eine der wichtigsten Gemüsekulturen in Deutschland. Der Anbau ist sehr handarbeitsintensiv. Zur Regulierung des Wachstums und zur Reduzierung der Ernteintensität werden die Spargeldämme immer häufiger mit Plastikfolien abgedeckt. Das Auf- und Abdecken der Folien zur Ernte erhöht den Arbeitsaufwand. Die Ernte des Spargels erfolgt vollständig von Hand. Die Arbeitskraft beugt sich, leicht breitbeinig, mit dem Oberkörper so weit nach vorn, bis die Hände den Damm berühren und sticht das im Damm befindliche Ende der Spargelstange mit einem Spargelmesser auf einer Länge von etwa 25 cm ab. Die Spargelstange wird anschließend herausgezogen und in einen Transportbehälter gelegt. Die Lohnkosten stellen einen erheblichen Anteil der Produktionskosten dar. Die Arbeit selbst ist schwere körperliche Arbeit, begründet durch die aufgabenspezifische, ungünstige Körperhaltung bei der Ernte im stark gebeugten Stehen und aufgrund der langen Arbeitszeiten.

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Wegen der Zunahme des Folieneinsatzes wurden Spargelerntehilfen entwickelt, die mehrere Arbeitsschritte im Ernteprozess übernehmen. Verschiedene dieser Systeme ermöglichen dem Stecher eine Ernte im Sitzen. Hauptaufgabe der Erntehilfen ist das Folienhandling, das bei den meisten Geräten nach dem gleichen Prinzip erfolgt. Sehr unterschiedlich sind allerdings die technischen Hilfen gestaltet, die bei den Sitzplätzen das Erreichen des weit entfernten Spargels ermöglichen. Von gar keiner Hilfestellung, über eine schmale Oberkörperstütze zum Anlehnen bis hin zum hydraulischen Oberkörper-Gurthaltesystem wurden verschiedene konstruktive Lösungen gefunden. Allen Systemen gleich ist dabei die Sitzposition des Stechers. Er sitzt rechtwinklig zum Damm, so dass die Arbeitsaufgabe direkt vor ihm liegt (siehe Abbildung 21 und 22).

Zwei der konstruktiv einfachen Varianten, die bereits in vielen Betrieben eingesetzt werden, wurden nachgebaut und unter Laborbedingungen bewegungsanalytisch untersucht.

5.2.1 Material und Methode

Die beiden ausgewählten Sitzplatzvarianten bieten der Arbeitskraft einmal gepolsterte Knieschalen und einmal eine schmale, gepolsterte Oberkörperstütze, im Folgenden als Knauf bezeichnet. Das originale Aussehen der in der Praxis eingesetzten Geräte ist in den Abbildungen 21 und 22 zu sehen.

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Abb. 21 : Sitzkonstruktionen: Kniesitz Praxis (links), Labor (Mitte) und Oberkörpe r stütze Labor (rechts)

Abb. 22 : Sitzplätze im Arbeitsprozess, Kniesitz in der Praxis (links), im Labor (Mi t te) und Oberkörperstütze Praxis (rechts)

In den Laborversuchen wird der Spargeldamm durch eine mit Roggen befüllte Mörtelwanne simuliert, um den Ernteprozess möglichst realitätsnah und in ausreichender Wiederholung durchzuführen. Die Verwendung von Roggen verhindert ein Verdichten des Substrates im Versuchsverlauf. Die Mörtelwanne ist in neun Felder unterteilt (Abbildung 23), die im Versuchsablauf für jeden Arbeitsgang als definierter Ernteort dienen und der Arbeitskraft in zufällig bestimmter Reihenfolge über ein Diktiergerät vorgegeben werden. Entsprechend der Trapezform eines echten Spargeldamms wurde die Mörtelwanne durch ein Brett nach unten hin künstlich verbreitert (siehe Abbildung 21 und 22). Die Breite der Wanne beträgt oben 45 cm und der Abstand der Oberkante vom Boden 36 cm. Die Arbeitsaufgabe des Stechens ist im vorgegebenen Feld folgendermaßen auszuführen: die linke Hand taucht gestreckt in den Roggen ein (entspricht dem einmaligen Aufgraben), die rechte Hand steckt anschließend einen Plastikstab in das Substrat (entspricht dem Stechvorgang mit dem Messer) und die linke Hand zieht den Stab wieder heraus (Herausziehen des Spargels). Bei der Knievariante wird das Ablegen des Spargels vor dem Körper simuliert (Berühren einer gespannten Schnur), bei der Knaufvariante wird der Spargel links neben dem Körper abgelegt. Der Ablageort entspricht somit den auf den Praxisgeräten vorgegebenen Lösungen. Nach jedem Stechvorgang erfolgt die Simulation der Ablage, anschließend besteht eine kurze Pause, in der sich die Arbeitskraft in die Ausgangsposition begibt und den nächsten Befehl abwartet. Mittels Zeitstudien wurde die vorgegebene Zeitspanne zwischen zwei Ansagen entsprechend mittlerer Ernteleistungen für eine Stange Spargel in der Praxis gewählt.

↓91

Es erfolgten bewegungsanalytische Aufzeichnungen aus drei Ansichten, von vorne, von links und von rechts, wobei als markierte Punkte die Hände, die Ellen und Schultern sowie Knie, Hüfte und Kopf verwendet wurden. In einem Versuchsdurchgang wurden simulativ 50 Stangen Spargel gestochen, entsprechend der in der Arbeitsaufgabe dargestellten Vorgehensweise, wobei die Reihenfolge der ausgewählten Felder anhand einer Zufallszahlenliste vorgegeben war. Es wurden im Wechsel zwei Zufallszahlenlisten verwendet, damit im Versuchsverlauf kein Lerneffekt auftritt. Der mittlere Dammbereich entspricht den Feldern 4-6, er wurde doppelt so häufig vorgegeben wie der vordere und hintere Bereich. Es wurden jeweils vier Durchgänge gemessen. Die Ergebnisse basieren also auf jeweils 200 Stangen gestochenem Spargel für jede Blickrichtung. Anschließend wurden noch Einzelfeldmessungen durchgeführt, d.h. pro Feld wurde der Bewegungsablauf des Stechens je einer Stange aufgezeichnet.

Abb. 23 : Anordnung der Felder in der Mörtelwanne, X ist der Standort des Probanden (u n tere Abbildung); Kniesitz im Labor mit Felderbezeichnung in der Mörtelwanne und gekennzeichneten Dioden (obere Abbi l dung)

Die benötigte Gesamtzeit für die Messungen ist gleich, da das Tempo durch Ansage des zu stechenden Feldes vorgegeben war. Signifikante Unterschiede zwischen dem Stechvorgang und der anschließenden Pause wurden bei den verschiedenen Probanden über parallel durchgeführte Zeitstudien nicht festgestellt. Zudem ist aufgrund der vollständigen Simulation der Arbeitsaufgabe nicht nachzuprüfen, ob gemessene Unterschiede durch ungenaue Arbeitsausführung oder schnelleres oder erleichtertes Arbeiten auftraten.

5.2.2 Ergebnisse

↓92

Der Vergleich der Messungen über die Bewegungssummen ergibt folgende Unterschiede: Die Bewegungsintensität ist stark abhängig von der Lage des verfolgten Punktes am Körper. Die Hände sind, als die arbeitsausführenden Organe, die bewegungsintensivsten Körperpunkte. Die ausgezeichnete Beweglichkeit der Hände ist jedoch Ursache häufiger Sichtbarkeitsausfälle.

Die Betrachtung der Einzelfeldmessungen, in denen jeweils für jedes Feld nur ein Stechvorgang aufgezeichnet wurde, erbrachte für die beiden Sitzvarianten bezüglich der Bewegungssummen der Hände keine signifikanten Unterschiede. Erwartungsgemäß steigt die Bewegungssumme mit zunehmender Entfernung des Erntebereichs von der Sitzposition auf beiden Sitzvarianten. Der Bewegungsaufwand für die Felder 1-3 ist größer als der für die Felder 4-6. Für die Felder 7-9 wird die geringste Bewegungssumme gemessen.

Bei der Betrachtung der Mittelwerte aus den Durchgängen mit 50 simulierten Stechvorgängen ergaben sich signifikante Unterschiede. Auf dem Sitzplatz mit der Oberkörperstütze waren die Greifwege deutlich länger. Abbildung 24 zeigt die Bewegungssummen der rechten Hand bei zwei Probanden für beide Sitzplätze. Unter Berücksichtigung der Standardabweichung liegen die Bewegungssummen für den Kniesitz bei beiden Probanden unter denen, die beim Sitzplatz mit Knauf aufgezeichnet wurden. Die Vergleichswerte basieren auf der Kameraaufzeichnung von rechts und dem Interpolationsmodus der direkten Verbindung zweier Punkte, der jeweils niedrigere Gesamtwerte ergibt, als die geschwindigkeitsabhängige Interpolation. Die Streuung der Werte aus den vier Durchgängen ist mit Standardabweichungen zwischen 3 und 0,7 als niedrig zu bezeichnen.

↓93

Auf dem Kniesitz legt die rechte Hand der Person N deutlich weitere Wege zurück als die von Person K. Die Mittelwerte der Bewegungssummen unterscheiden sich um 7 m bezogen auf 50 Stangen. Bei der Oberkörperstütze reduziert sich der Unterschied zwischen den Personen auf 4 m.

Die vier Durchgänge spiegeln insgesamt, übertragen auf die Praxis, eine tatsächliche Erntezeit von einer knappen halben Stunde wider. Inwieweit die längeren Greifwege eventuell durch die unterschiedliche Ablage des Spargels bei den beiden Geräten verursacht werden, lässt sich nicht überprüfen.

Abb. 24 : Vergleich der aufgezeichneten Bewegungssummen der rechten Hand von zwei Pr o banden für beide Sit z platzvarianten

↓94

Abbildung 25 zeigt die Unterschiede bei der Anwendung der verschiedenen Interpolationsalgorithmen auf. Je größer der Umfang der Sichtbarkeitsausfälle ist, desto stärker macht sich der auf dem Interpolationsalgorithmus beruhende Unterschied bemerkbar. Besonders gravierend waren die Unterschiede bei der Messung am Kopf, die durch den grau hinterlegten Bereich hervorgehoben werden. Die Erklärung liegt darin, dass es sich bei der Messung um eine Aufzeichnung von rechts handelte. Die Kopfdiode war jedoch mittig befestigt und wurde daher von den Kameras nur schlecht wahrgenommen.

Abb. 25 : Bewegungssummen in m für das Stechen von 50 Stangen für den Sitz mit Oberkö r perstütze, Unterschiede der verschiedenen Interpolationsalgorithmen „speed b a sed“ und „straight appr o ximation“

Die Zeitspanne zwischen zwei Arbeitsabläufen war so groß, dass sich der Proband immer wieder in die Ausgangshaltung begab, um von dort aus zum nächsten genannten Ziel zu starten. Der in Abbildung 26 dargestellte Winkelverlauf des Oberkörpers zeigt dies besonders deutlich für die Kniesitzvariante (rechter Teil der Abbildung). Die Pause zwischen zwei Arbeitsabläufen ist am Ende der einzelnen Verlaufskurven beim Kniesitz besonders gut zu erkennen.

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Die deutliche Trennung zweier Arbeitsabläufe durch eine kurze Pause ermöglichte im Nachhinein die Rückverfolgung einzelner Bewegungen, beispielsweise bei den Winkelverlaufsdiagrammen. Da die Stechreihenfolge zuvor zufällig ermittelt wurde, jedoch für zwei verschiedene Durchläufe insgesamt festgelegt war, konnten sogar die Bewegungsabläufe für bestimmte Felder nachträglich ermittelt werden. In manueller Auswertung ist das jedoch ein sehr aufwendiger Prozess mit einem hohen Fehlerrisiko, da die Gesamtbewegung nach Ermessen des Nutzers wieder untergliedert wird. Die Gliederung orientiert sich an charakteristischen Bewegungsmustern, wie im vorliegenden Fall beispielsweise an der am Ende des Bewegungsablaufes auftretenden aufrechten Sitzhaltung.

Abb. 26 : Darstellung des Verlaufs der Oberkörperwinkel für die Oberkörperstü t ze (links) und den Kniesitz (rechts)

Der Vergleich der Winkelverläufe für den Oberkörper für das Stechen einer Stange zeigt deutliche Unterschiede in den Sitzplatzvarianten (Abbildung 26). Besonders auffällig ist der Unterschied der Winkelverläufe im linken Diagramm. Die oberen drei Winkelverläufe in der linken Grafik beziehen sich auf die Felder 3, 6 und 9. Sie befinden sich auf der rechten Seite des Dammes. Die Felder 2, 5 und 8 liegen mittig direkt hinter der Stütze und 1, 4 und 7 auf der linken Dammseite (siehe auch Abbildung 23).

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Für den Stechvorgang in der rechten Hälfte des Damms muss der Oberkörper weniger weit heruntergebeugt werden als für das Stechen in den anderen Feldern. Das Stechen in der Dammmitte hinter der Stütze kann nicht im angelehnten Zustand erfolgen, weil entweder die Arme nicht dort hinreichen, oder der dadurch ausgeübte Druck auf den Anlehnbereich als zu unangenehm empfunden wird. Die Arbeitskraft umwindet die Stütze und zeigt einen ähnlichen Oberkörperwinkelverlauf wie beim Stechen in der linke Hälfte. Die gewählten Bewegungsabschnitte zeigen eine deutliche Präferenz für das Stechen auf der linken Seite der Oberkörperstütze. Der sichtbare Unterschied im Winkelverlauf belegt das von den Probanden geäußerte Gefühl der Behinderung des Arbeitsflusses durch die Stütze.

Die rechte Grafik zeigt einen gleichmäßigen Verlauf des Oberkörperwinkels beim Stechen auf dem Kniesitz. Die Lage des Spargels schlägt sich im Winkelverlauf nur leicht nieder.

Ein ähnlicher Verlauf über die Zeit zeigt sich in der Darstellung des Oberkörperwinkels und des Armöffnungswinkels der linken Körperhälfte (Abbildung 27).

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Abb. 27 : Ausschnitt der gemessenen Rumpf- und Armöffnungswinkel im Zeitve r lauf beim Stechen auf dem Kniesitz

Der Arbeitsablauf ist im Einzelnen gekennzeichnet durch ein Vornüberbeugen des Oberkörpers (der Rumpfwinkel wird kleiner) und durch ein Strecken des linken Armes (Armwinkel wird größer). Beim Winkelverlauf des Armes sind deutlich drei Phasen zu erkennen, welche die einzelnen Ablaufabschnitte der Tätigkeit des linken Armes widerspiegeln. Die maximale Streckung ist das Aufgraben, es folgt das Herausziehen der Stange und im Anschluss das Ablegen, in den Laborversuchen nur simuliert durch das Strecken des Armes neben dem Körper. In beiden Verlaufsdiagrammen lässt sich sehr gut die kurze Ruhephase erkennen, die sich immer wieder um einen Winkel von 95° für den Rumpfwinkel und um 80° für den Armwinkel einpendelt. In der Ruhephase richtet sich die Arbeitskraft auf und lehnt sich an die Sitzlehne an.

Der kleinste Rumpfwinkel tritt bei der Simulation des Stechvorganges auf, ein Prozess, der mit einem gewissen Kraftaufwand verbunden ist. Trägt man die Winkel für den Arm und den Oberkörper auf jeweils einer Achse auf, erhält man ein Winkel-Winkel-Diagramm mit seinen den Bewegungsablauf charakterisierenden Formen. Es handelst sich dabei um eine sehr abstrakte Art der Darstellung. Für die Interpretation und Bewertung von Arbeitsabläufen liefert sie jedoch wichtige Ergebnisse. Abbildung 28 zeigt den von der Lage der Spargelstange abhängigen Unterschied im Bewegungsablauf auf dem Kniesitz. Die Stange in Feld 1 zu erreichen erfordert ein stärkeres Vornüberbeugen als es für Feld 9 erforderlich ist. Die Form der Kurve dagegen ist nahezu identisch, sie ist lediglich auf der x-Achse um etwa 15° verschoben. Eine solche Übereinstimmung konnte auf dem Sitz mit der Oberkörperstütze nicht beobachtet werden. Die Kongruenz von Bewegungsabläufen ist ein Zeichen für Übung und ein Zeichen guter Arbeitsplatzgestaltung. Je gleichmäßiger die Bewegungen erfolgen, desto stärker sind die Übereinstimmungen der Winkelverlaufslinien. Die Dauer der eingenommenen Körperhaltungen lässt sich aus dem Winkel-Winkel-Diagramm nicht ablesen.

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Abb. 28 : Verlauf von Armöffnungswinkel und Rumpfwinkel für das Stechen einer Stange auf dem Kniesitz (linke Körperhälfte)

Bei der Auswertung der Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass die Aufzeichnungsgüte, die Systemgenauigkeit und der dem Indikator zugrunde liegende Berechnungsalgorithmus einen Einfluss auf das Ergebnis haben. Wie sich zwei verschiedene Rechenwege auf die Winkelgrößen auswirken, ist in Abbildung 29 dargestellt.

Abb. 29 : Prozentuale Anteile der Armöffnungswinkel (rechts) auf dem Kniesitz bei Verwe n dung von unterschiedlichen Algorithmen zur Winkelberechnung

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Abb. 30: Prozentualer Anteil der Armwinkelöffnungswinkel (links) bei zwei Personen im Arbeitsverlauf auf dem Sitz mit Oberkörperstütze

In der Abbildung 29 zeigt sich eine deutliche Verschiebung der auftretenden Winkel um etwa 20° nach oben, wenn die am Probanden gemessenen Diodenabstände als Berechnungsgrundlage verwendet werden (siehe 4.4.1.8).

Person K und Person N weisen eine sehr ähnliche Verteilung bei den prozentualen Anteilen der gemessenen Armwinkel auf. Es handelt sich bei Person K um den Durchschnitt aus 200 Stechvorgängen und bei Person N um den Durchschnitt aus 150 Stechvorgängen. In der Praxis liegen die Stechleistungen bei rund 400 Stangen/Stunde, wobei diese sehr vielen Einflussfaktoren unterworfen sind. Die in die Abbildung einbezogenen Werte repräsentieren somit etwa eine halbe Stunde Arbeit unter Praxisbedingungen. Die Darstellung der prozentualen Anteile gemessener Winkel ist besonders geeignet, um die Quantität kritischer Winkelgrößen darzustellen.

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Neben den Vergleichen von Bewegungen und dem auftretenden Bewegungsaufwand sollte die Sitzhaltung auf beiden Geräten verglichen werden. Der Kniesitz bietet der Arbeitskraft eine Rückenlehne, diese lässt sich jedoch nur in Ruhephasen nutzen. In angelehnter Position kann der Damm mit gestreckten Armen nicht erreicht werden. Der Sitz mit der Oberkörperstütze hat keine Rückenlehne, so dass es einer ausreichenden Selbstdisziplin bedarf, eine aufrechte Sitzhaltung einzunehmen. Das betrifft sowohl die Ruhephasen als auch den Arbeitsprozess. Inwieweit eine aufrechte Sitzhaltung auf beiden Sitzen gewährleistet ist, ergab der Vergleich der Abstände zwischen Schulter und Hüfte.

Eine gute Sitzposition wird charakterisiert durch eine aufrechte, der gesunden Kurvatur der Wirbelsäule folgenden Haltung mit einer Kyphose im Bereich der Brustwirbel und einer Lordose im Bereich der Lendenwirbel (siehe Abbildung 31). In dieser Haltung wurde der Abstand zwischen den an den Probanden befestigten Markern an der Schulter und der Hüfte für jede Variante gemessen und notiert. Dieser Wert dient für den weiteren Interpretationsverlauf als Referenzwert, d.h. für die Interpretation der Abstände werden alle Messwerte um den Referenzwert korrigiert.

Abb. 31 : Darstellung der typischen Doppel-S-Krümmung der Wirbelsäule (aus: http://www.biomedicus.de/krankheit/wirbels1.htm)

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Abb. 32 : Verlauf der Abweichungen des Schulter-Hüft-Abstandes vom Referenzwert bei Pe r son K auf dem Sitz mit der Oberkörperstütze

Für die Bestimmung der Abweichung vom Referenzwert wurden alle Abstände zwischen Schulter und Hüfte aus den Messungen ermittelt. Alle Werte, die nach der Korrektur um den Referenzwert größer als Null waren, wurden vernachlässigt. Interpretiert wurden jedoch die Werte, die kleiner waren als die, welche der gesunden Ausgangshaltung entsprachen. Nur eine zunehmende Kyphosierung des Rückens ermöglicht eine Verkürzung des Abstandes zwischen der Schulter und der Hüfte, was einer im Volksmund als Rundrücken bezeichneten Haltung entspricht. Bei annähernd gleich langen Messungen kann über die Summe der negativen Werte das Ausmaß der gekrümmten Sitzhaltung verglichen werden.

In Abbildung 32 ist der Verlauf der Abweichung des Schulter-Hüft-Abstandes vom Referenzwert für einen kurzen Zeitraum dargestellt. Alle Werte unterhalb der x-Achse weisen auf eine nicht-aufrechte Sitzhaltung hin.

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Das Ausmaß der Kyphose steigt, je mehr Werte unterhalb der x-Achse zu finden sind und je kleiner sie sind. Der Vergleich der Summe aller Werte < Null (Abbildung 33) beschreibt das Ausmaß eines auftretenden Rundrückens auf den verschiedenen Sitzen. Der Vergleich der Werte bezieht sich auf einen Arbeitsumfang von 200 Stangen bzw. einen Zeitumfang von etwa 30 Minuten.

Abb. 33 : Summe aller Schulter-Hüftabstände (in mm) < Null auf den verschied e nen Sitzen bei zwei Probanden

Es traten starke personenspezifische Variationen beim Ausmaß der Wirbelsäulenkrümmung auf. Die Inzidenz eines Rundrückens ist beim Sitz mit Knauf, unabhängig von der Arbeitskraft gegeben, das Ausmaß variiert jedoch zwischen den Personen sehr stark. Person K zeigte einen vier mal so hohen Summenwert wie Person N. Auf dem Kniesitz zeigte Person K einen nur geringfügig niedrigeren Wert als Person N auf dem Sitz mit Knauf. Person N wiederum zeigte auf dem Kniesitz einen Wert von nur 44 mm.

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Der Summenwert erlaubt keine Unterscheidung im zeitlichen Umfang, da ein ständig leicht gekrümmter Rücken den gleichen Wert ergeben kann wie ein nur kurzzeitig stark gekrümmter Rücken.

5.2.3 Diskussion

Der Sitzplatz einer Spargelerntehilfe unterscheidet sich wesentlich von einem herkömmlichen Sitzarbeitsplatz. Die Arbeitsaufgabe unterscheidet sich ebenfalls von einer sitzenden Tätigkeit wie beispielsweise der im Bürobereich. Die ergonomische Gestaltung von dort üblichen Tisch-Stuhl-Systemen ist mittlerweile grundlegend erforscht (Lange 1991), die Erkenntnisse lassen sich jedoch auf den dargestellten Sitzplatz nur begrenzt übertragen.

Der zu erreichende Arbeitsbereich beim Spargelstechen liegt außerhalb des optimalen Greifraumes für einen Sitzplatz. Der Arbeitsbereich ist nicht veränderlich und somit nur durch das Anbringen von Hilfsmitteln am Sitzelement besser zu erreichen. Bei den Hilfsmitteln handelt es sich in den untersuchten Fällen um Kniepolster bzw. um eine Oberkörperstütze. Zusätzlich müssen für das Sitzen untypische, dynamische Bewegungen ausgeführt werden, um zum Zielobjekt zu gelangen. Da sich der im Boden wachsende Spargel auch bei einem Steharbeitsplatz außerhalb des optimalen Greifraumes befindet, steht zur Diskussion, ob die Ernte im Sitzen als weniger belastend anzusehen ist.

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Die Gefahr der Bewegungsarmut, ein Risikofaktor sitzender Tätigkeiten, und daraus resultierende Schmerzen im Schulter/Nackenbereich bestehen auf der Spargelerntehilfe nicht. Das Sitzen ist dynamisch. Dennoch ist zu beachten, dass der Mensch nicht für das Sitzen prädestiniert ist.

Neben der subjektiven Bewertung der beiden Sitzplätze durch 15 zusätzliche Testpersonen im Rahmen eines Kurzversuchs ergab sich nach den bewegungsanalytischen Untersuchungen eine positive Bilanz für den mit Kniepolstern ausgestatteten Sitz. Weiterhin offen bleibt die Frage der Gewichtung der verschiedenen, im Ergebnisteil vorgestellten Indikatoren für die endgültige Urteilsfindung bzw. bezüglich eventueller gesundheitsschädigender Wirkungen. Während auf dem Kniesitz bei den Probanden eher Schmerzen im Bereich der Wirbelsäule auftraten, die sich mit größter Wahrscheinlichkeit auf eine mangelnde Rückenmuskulatur zurückführen lassen, ist bei der Anlehnvariante die Wahrscheinlichkeit größer, einen Krummrücken auszubilden. Letzteres wird anhand von Zahlenwerten (Abbildung 33) aus der Bewegungsanalyse belegt.

Die Oberkörperstütze wurde im Arbeitsablauf von allen Probanden als hinderlich empfunden. Der Verlauf der Bewegungslinien bestätigte diesen Befund. Die Ausführungsbedingungen sind somit bei der Anlehnvariante suboptimal, was sich in der geringeren Kongruenz der Bewegungsverläufe widerspiegelt (Abbildung 26). Da die Versuche mit der Knievariante begonnen wurden, kann die geringere Kongruenz voll auf das Arbeitsmittel zurückgeführt werden. Bei umgekehrter Reihenfolge wäre ein noch nicht ausreichender Übungsgrad als weitere Begründung in Betracht zu ziehen.

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Die Beschreibung eines Bewegungsablaufes in Form auftretender Körperwinkel in einem Winkel-Winkel-Diagramm erbringt, in Abhängigkeit der variablen Lage des Produktes, einen mehr oder weniger breiten Kurvenverlauf als charakteristisches Bild der Aufgabe. Abbildung 28 zeigt den lageabhängigen Verlauf des Rumpfwinkels sehr deutlich. Die Kurvenform für beide Stechprozesse ist nahezu identisch, lediglich um die Verkleinerung des Rumpfwinkels verschoben.

Die verschiedenen aufgabenspezifischen Einflussfaktoren verändern also den Verlauf der Kurve, da sich die Körperhaltung den jeweiligen Bedingungen anpasst. Durch farbliche Kennzeichnung des Graphen können kritische Bereiche hervorgehoben werden. Bei der Interpretation der Ergebnisse wurden die Oberkörperwinkel und die Armöffnungswinkel miteinander in Bezug gesetzt. Diese Betrachtungsweise nähert sich ein Stück der komplexen Wirkungsweise des menschlichen Bewegungsapparates. Der Prozess des Hinlangens zu einem weiter entfernten Gegenstand im Sitzen wird durch die Bewegung des Oberkörpers beschrieben, gleichzeitig bewegt sich der Arm in Zielrichtung. Erst die kombinierte Betrachtungsweise aller, den Arbeitsablauf betreffenden Bewegungen ermöglicht einen vollständigen Vergleich.

Betrachtet man die verschiedenen Diagramme auf den beiden Erntehilfen, so ist bei der Anlehnvariante in den Winkel-Winkel-Diagrammen eine geringere Kongruenz der Kurvenverläufe zu erkennen (Abbildung 26). Eine dennoch vorhandene Überlagerung der Winkelverläufe belegt die Reliabilität der Messungen. Es bestehen zwar große Unterschiede in den gemessenen Winkeln, die personenspezifisch oder aufgabenspezifisch sind, das Erscheinungsbild des Kurvenverlaufs ist dennoch wiedererkennbar. Der Einsatz der Methode ist sowohl für den Vergleich zweier Varianten als auch für den kontinuierlichen Verbesserungsprozess eines Arbeitsplatzes in Bezug auf die Anpassung an den Menschen und die Aufgabe denkbar, z.B. durch die Erfassung und Vermeidung des Auftretens ungünstiger Winkelgrößen. Durch Verlängerung der Messungen ließen sich ermüdungsbedingte Einflüsse feststellen, die sich beispielsweise in einer Abnahme der Amplituden äußern könnten. Für die Interpretation von Winkelverläufen ist die genaue Kenntnis der Aufgabe von grundlegender Bedeutung. Eventuelle Störfaktoren können nur erkannt werden, wenn sie sich auftretenden Winkeln zuordnen lassen. Die Bewegungsaufzeichnung erfordert somit immer eine exakte Dokumentation. Im Grundsystem erfolgt dies durch simultane Videoaufzeichnung. Der Videosequenz wird zu jedem Zeitpunkt ein Zifferncode zugeordnet, der auch jeder aufgezeichneten Raumkoordinate voransteht.

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Die in den Abbildungen 29 und 30 dargestellten prozentualen Anteile der Winkelgrößen für den Winkel um die Elle unterstreichen zum einen personenspezifische Unterschiede in der Aufgabenausführung, zeigen auf der anderen Seite den Einfluss der Messgüte. Die um 20° verschobenen Winkelgrößen durch Verwendung verschiedener Berechnungsalgorithmen können auf ungenügender Sichtbarkeit oder nicht genügend fixierten Markern beruhen. Die exakte Berechnung von Winkeln erfordert somit eine sehr gute Sichtbarkeit aller Punkte.

Für die Bewertung der Sitzhaltung wird in der Praxis unter anderem der Oberkörperwinkel, auch als Leistenbeugewinkel bezeichnet, herangezogen. Bei einem Leistenbeugewinkel von 110° erreicht die Bandscheibenflächenpressung ein Minimum, wenn der Oberkörper von einer geeigneten Rückenlehne aufgefangen wird. In einer vornüber gebeugten Sitzhaltung, die häufig aus Bequemlichkeit gewählt wird, ist die Bandscheibenflächenpressung wesentlich höher (Hettinger & Wobbe 1993). Der Kniesitz bietet eine Rückenlehne, so dass es der Arbeitskraft zumindest in den Arbeitspausen möglich ist, eine aufrechte und gestützte Sitzhaltung einzunehmen. Die in Abbildung 26 und 27 dargestellten Verläufe der Oberkörperwinkel zeigen auf, dass eine entspannte Sitzhaltung auf dem Sitz mit den Kniepolstern knapp unter 110° liegt. Die Werte für die Oberkörperstütze schwanken, was sicherlich durch die fehlende Begrenzung durch eine Rückenlehne zu erklären ist. Ebenso weisen die Probanden auf dem Sitz mit der Oberkörperstütze eine größere Tendenz einer Rundrückenhaltung auf (Abbildung 33). Es ist davon auszugehen, dass in entspannter Haltung ohne Rückenlehne, ein Rundrücken häufiger zu beobachten ist. Eine quantitative Erfassung dieser Erscheinungsform ist über die Bewegungsanalyse möglich. Ähnliche Untersuchungen sind aus dem Bürobereich bekannt, wo mittels Multimomentaufnahmen die prozentualen Anteile der Arbeitszeit in den verschiedenen Sitzhaltungen ermittelt wurden. Multimomentaufnahmen basieren jedoch auf der Einschätzung durch einen Beobachter.

Die festgestellten personenspezifischen Schwankungen in Abbildung 33 belegen, dass neben dem Arbeitsmittel noch andere Einflüsse auf die Sitzhaltung wirken.

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Anhand der dargestellten Indikatoren konnte gezeigt werden, dass eine Oberkörperunterstützung über Knieschalen die geeignetere Variante für die untersuchte Tätigkeit ist. Zu bedenken bleibt weiterhin, dass Arbeiten im Knien zu gesundheitlichen Schädigungen führen können (Schildge 1995). Dennoch ist der untersuchte Kniesitz nicht direkt mit Arbeiten im Knien zu vergleichen, unter anderem aufgrund des zusätzlich vorhandenen Sitzes. Im Vergleich zum gebückten Stehen ist weiterhin der Energieverbrauch im Knien ca. 20% geringer (Timme 1990). Somit dürfte die Ernte auf einem geeigneten Sitz gegenüber der Ernte im gebückten Stehen zu bevorzugen sein. Bei einer aufrechten Sitzhaltung, die nur auf dem Kniesitz gewährleistet ist, ist die Flüssigkeitsversorgung der Bandscheiden günstiger als im gebückten Stehen.


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07.06.2005