Ergonomie-Grundlagen: Anthropometrie

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Begriff Anthropometrie

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(griech.):

Anthropos: Mensch

metron: Maß metrein: Ermittlung oder Bestimmung

Lehre von der Messung und den Maßverhältnissen des menschlichen Körpers

gemäß DIN EN ISO 15535:2008-05:

Untersuchung und Messung der physischen Maße und der Masse des menschlichen Körpers und seiner (äußeren) Einzelelemente

• Quantitative Erfassung und Beschreibung einzelner Körpermaße (anthropometrischer Daten) des Körpers (wie z. B. Dimension und Proportion) sowie demographischer Daten (z. B. Geschlecht, Alter, Wohnsitz, Beruf)
• Messung von Körpermerkmalen und statistische Aufbereitung von Daten
• Betrachtung von Maßentwicklungen zum Vergleich verschiedener Gruppen und Populationen
• Bereitsstellung von Maßen für eine Nutzerpopulation
• Teilgebiet (Messmethode) der Anthropologie

Population

Gruppe von Menschen, die Eigenschaften gemeinsam haben, die ihre anthropometrischen Verteilungen beeinflussen

Nutzpopulation

Bevölkerungsgruppe, für die eine technische Gestaltung vorgesehen ist (gemäß DIN EN ISO 15535:2008-05)

Anwendung:

• Bekleidungsindustrie (modische Kleidung, berufsgruppenspezifsche Bekleidung, Sicherheitsbekleidung und -ausrüstung)
• Ergonomie (maßliche Auslegung von Arbeitsplätzen, technischen Arbeitsmitteln, Verbraucherprodukten)

Quelle: DIN EN ISO 15535:2008-05: Allgemeine Anforderungen an die Einrichtung anthropometrischer Datenbanken (ISO 15535:2006); Deutsche Fassung EN ISO 15535:2006

Ordnungsschema für Körpermaße

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Wege anthropometrischer Gestaltung

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1. Bildung von Körpergrößenklassen (klein, mittel, groß

Produkte unterschiedlicher Größenabstufungen (z. B. Wechselgriffe an Handwerkszeugen, Fahrräder in unterschiedlichen Rahmengrößen, Computermäuse für große und kleine Hände)

2.Verstellbarkeit von Abmessungen an Gegenständen für die Nutzergruppe (z. B. Höhenverstellbarkeit von Tischen, Stühlen)

3. Hinzufügen von Anpassungshilfen bei wirtschaftlichen und technischen Zwängen (z. B. Fußstützen, Sitztiefenverlängerung über ausklappbare Auflagen)

4. Maßgerechte individuelle Auslegung von Produkten und Arbeitsplätzen (z. B. für kleinwüchsige Personen; wenn Nutzer bekannt ist; maßgerechte Küche)

Körpermaßverteilung - Körpergrößenklassen

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Körperlängenmaße: Einzelwerte symmetrisch um Mittelwert verteilt ⇒ Normalverteilung
Breiten-, Tiefen-, Körperumfangsmaße: Einzelwerte folgen keiner Normalverteilung
Verwendung von verteilungsunabhängigen statistischen Größen:
Berechnung von Häufigkeitswerten, d.h. von empirischen Perzentilwerten  

Datei:Körpermaßverteilung.gif

Perzentil

lat. „Hundertstelwerte“ ⇒ Prozentränge

Perzentilwert = relative Summenhäufigkeit einer Gruppe

Zerlegung der Verteilung in 100 gleich große Teile (n=100) mit 1%-Segmenten

Perzentil = besondere Form des Quantils

p-Quantil Qp: Merkmalswert, unterhalb dessen ein vorgegebener Anteil p aller Fälle der Verteilung liegt

p: Unterschreitungsanteil

z.B. Quantil Q69 = Perzentil P69

unterhalb dieses Punktes liegen 69% aller Fälle der Verteilung

Prozentrang von 50 = 50. Perzentil: = 0,5-Quantil: Median (Zentralwert)

Perzentilwerte geben für ein Körpermaß an, wie hoch der prozentuale Anteil der Personen einer Bevölkerungsstichprobe
ist, die kleiner sind als das angegebene Perzentil oder anders gesagt:
Sie zeigen jeweils den Messwert an, der von einem definierten Prozentsatz der gemessenen Menschen maximal erreicht wird:
5. Perzentil bedeutet z. B.: 5% sind in dem Maß kleiner oder so groß, wie hierdurch festgelegt

Die größte Verteilungsdichte der Individualwerte eines Körpermaßes liegt in der Mitte der Verteilungskurve.

Bei Normalverteilung gilt näherungsweise:

• 68,3% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 1xStandardabweichung vom Mittelwert,
• 95,4% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 2xStandardabweichung vom Mittelwert,
• 99,7% aller Messwerte haben eine Abweichung von höchstens 3xStandardabweichung vom Mittelwert.

Kumulative Häufigkeit der normalverteilten Körperhöhe in %:

Quelle: H. Greil: Wachstum und Variabilität im Körperbau und ihre Berücksichtigung bei industriellen Größensystemen. In: Brandenburgische Umwelt Berichte (BUB) 10 S. 62-76 (2001)

im 1 cm-Bereich von 160 cm bis 161 cm

bei Frauen: Anteil: 6,5%

bei Männern: Anteil: 0,9%

im 5 cm-Bereich von 175 cm bis 180 cm

bei Frauen: Anteil: 2,4%

bei Männern: Anteil: 26,7%

Körperhöhe größer als 170 cm

Anteil jüngerer Frauen gegenüber älteren doppelt so hoch

Körperhöhe kleiner als 170 cm

Anteil jüngerer Männer gegenüber älteren weniger als die Hälfte

Perzentilberechnung normalverteilter Körpermaße

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Standardnormalverteilung mit den statistischen Größen Mittelwert und Standardabweichung

[math]\displaystyle{ K_{Perzentil}=\bar{x}\cdot s }[/math]

K_Perzentil: gesuchtes Perzentil

[math]\displaystyle{ \overline x }[/math]: Körpermaßmittelwert

z_Perzentil: z-Wert aus Tabelle der Standardnormalverteilung

s: Körpermaßstandardabweichung

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-\bar{x}}{s}| }[/math]

z-Werte für die Berechnung einiger Perzentile:

1.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 2,33s     99.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 2,33s

2.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,88s     97.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,88s

5.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,65s     95.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,65s

10.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 1,28s     90.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 1,28s

20.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 0,84s     80.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 0,84s

25.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] - 0,67s     75.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math] + 0,67s

50.Perzentil =  [math]\displaystyle{ \overline x }[/math]

Quelle: W.Lange; A. Windel: Kleine ergonomische Datensammlung.Tüv Media;Auflage 13., aktualisierte Auflage. (September 2009)

Beispiel 1: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Höhe in jedem aufrecht beschrittenen Punkt
Vorzugsmaß: ≥2000 mm

Überprüfung des Vorzugsmaßes

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe

Nutzergruppe: 25-65 Jahre

entscheidendes Perzentil: 99.Perzentil

entscheidendes Geschlecht, Alter: männlich (jüngere Nutzer: 25-29 Jahre, da akzelerierter)

Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

[math]\displaystyle{ K_{99}=1755mm\dotplus2,33\cdot72mm }[/math]

99. Perzentil = 1922mm (+ Schuhwerk 30 mm) = 1952 mm ⇒ + Bewegungszuschlag: Höhe >1952 mm

Beispiel 2: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Höhe des Fluchtweges
Mindestmaß: 1800 mm

Welchem Perzentil entspricht die Höhe des Fluchtweges von 1800 mm bei männlichen Nutzern?

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe

Überprüfung beispielhaft für Nutzergruppe: 18-59 Jahre, männlich

Datei:Körperhöhe2 Maße AA.gif

Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-\bar{x}}{s}| }[/math] ⇒ [math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{1800mm-1715mm}{66mm}| }[/math] ⇒ Z_Perzentil=1,287

s. Tabelle der Standardnormalverteilung (Ermittlung des Flächenanteils, der dieser Wahrscheinlichkeit entspricht)

Z_Perzentil = 1,28   ⇒ Fläche 0,8997   ≈ 90.Perzentil

Für etwa 10% der männlichen Nutzer ist die Fluchtweghöhe zu niedrig.

Beispiel 3: Hauptmaße der Führerräume von Schienenfahrzeugen nach DIN 5566-02:2006-09
Lichter Türdurchgang, Höhe innen
Mindestmaß: 1700 mm

Welchem Perzentil entspricht die Höhe des Türdurchganges von 1700 mm bei jüngeren männlichen Nutzern?

Nutzergruppe: 18-65 Jahre, männlich und weiblich

entscheidendes Körpermaß: Körperhöhe, männlich, 18-25 Jahre

Körpermaße aus DIN 33402-2:2007-05)

[math]\displaystyle{ s=|\frac{K_{50}-K_{5}}{z_{50}-z_{5}}| }[/math]   ⇒ [math]\displaystyle{ s=|\frac{1790mm-1685mm}{0-(-1,65)}| }[/math]   ⇒ s = 63,63 mm

s: Standardabweichung

K₅₀: Körpermaß 50.Perzentil

K₅: Körpermaß 5.Perzentil

z₅₀: z-Wert Standardnormalverteilung für 50.Perzentil

z₅: z-Wert Standardnormalverteilung für 5.Perzentil

[math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{K_{Perzentil}-K_{50}}{s}| }[/math]   ⇒ [math]\displaystyle{ z_{Perzentil}=|\frac{1700mm-1790mm}{63,63mm}| }[/math]

Z_Perzentil=1,414   ⇒ Fläche 0,9207   ⇒ (100-92) = 8.Perzentil

Für nur etwa 8% der männlichen Nutzer ist der Türdurchgang aufrecht passierbar, für 92% der männlichen Nutzer ist die Tür zu niedrig.

Datenbanken für Körpermaße

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Einflussfaktoren auf die Variation von Körpermaßen

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• Geschlecht
• Alter
• säkulare Akzeleration
• ethnische Unterschiede
• Proportionale Unterschiede
• Tagesschwankungen
• Asymmetrien

Geschlecht

Vergleich Frau zu Mann

ca. 13 cm geringere Körperhöhe

breiteres Becken

schmalere Schultern

kürzere Extremitäten, kleinere Hände und Füße

stärkere und anders verteilte Korpulenz, Proportionsunterschiede

längerer und tieferer Rumpf, breiterer Unterrumpf

Datei:Körpersitzbreite M F.gif

Alter

Vergleich Erwachsene und Jugendliche (Jugendliche gemäß Jugendarbeitsschutzgesetz ab 15 Jahre)

Körpermaßendwerte noch nicht erreicht

Wachstumsschübe vorhanden

Längenwachstum im weiblichen Geschlecht bis ca. zum 18.Lebensjahr, im männlichen Geschlecht bis nach dem 20.Lebensjahr

Beachtung bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen für Auszubildende

Datei:Vgl KH Erwachs Jugendl männl.gif

Quelle 1: Körpermaße aus B. Flügel; H.Greil; K.Sommer: Anthropologischer Atlas. Alters- und Geschlechtsvariabilität des Menschen - Grundlagen und Daten. Verlag Minerva edition Wissen, 1986

Vergleich jüngere und ältere Erwachsene - Veränderung der Körpermaße bei älteren Menschen

Abnahme von Körperhöhe und Stammlänge

Haltungsverlust, Dehydrierung der Zwischenwirbelscheiben, Alterskyphose der Wirbelsäule

Anschein relativer Langbeinigkeit aufgrund veränderter Proportionen von Rumpf zu Extremitäten)

kürzere Extremitäten

Zunahme von Brustkorbtiefe und –breite

Brustkorbtiefe nimmt stärker zu als Brustkorbbreite (Thorax tonnenförmiger)

Zunahme von Körperumfang, Körpersitzbreite, Körpersitztiefe, Unterkörpertiefe

z. B. Sitztiefe F95:   20-29 Jahre: 518 mm versus 60-69 Jahre: 539 mm

z. B. Körpersitzbreite F95:   20-29 Jahre: 427 mm versus 60-69 Jahre: 463 mm

Gewichtszunahme, Zunahme der Extremgruppen sehr schlank – stark adipös

Korpulenzzunahme mit zunehmendem Alter

im fortgeschrittenen Erwachsenenalter Körper wieder schlanker

z. B. Körpermasse M50: 20-29 Jahre:  75,4 kg   50-59 Jahre: 84,3 kg   60-69 Jahre: 82,9 kg

z. B. Körpermasse F50: 20-29 Jahre:  60,9 kg   50-59 Jahre: 67,6 kg   60-69 Jahre: 70,8 kg

Zunahme von Handdicke, Daumenbreite, Zeigefingerbreite

Zunahme von Ohrlänge und -breite

Abnahme der Handgelenkbeweglichkeit (Extension, Flexion, Pronation, Supination)

Abnahme der Beweglichkeit der Halswirbelsäule (Beugung, Streckung, Seitbeuge, Kopfdrehung mit und ohne Rumpfdrehung)

z. B. Kopfrotation nach rechts F50: 20-29 Jahre:  76°   50-59 Jahre: 68°   60-69 Jahre: 62°

z. B. Beugung des Kopfes nach vorn: M50: 20-29 Jahre:  69°   50-59 Jahre: 53,5°   60-69 Jahre: 51°

Quelle: H.Greil, A.Voigt, C.Scheffler: Optimierung der ergonomischen Eigenschaften von Produkten für ältere Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer – Anthropometrie. BAuA F1299 (2007)

Datei:Vgl KH jungeältereErwachs.gif

Quelle Bild rechts: http://www.sizegermany.de/pdf/SG_Abschlusspraesentation_2009.pdf, Abruf 28.10.2010

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Säkulare Akzeleration (positiver säkluarer Trend)

(lateinisch):

Saeculum: Jahrhundert

acellero: beschleunigen

Beschleunigtes und vermehrtes Größenwachstum einer jüngeren gegenüber einer früheren Generationen

Allg.: eine gegenüber dem Durchschnittswert beschleunigte Entwicklung Die Menschen erreichen eine größere Endhöhe, werden schneller groß

Ursachen

sozioökonomische Lebensbedingungen

verbesserte hygienische Verhältnisse

hochwertige Nahrung

Abnahme Erkrankungshäufigkeit und –schwere während des Wachstumsalters

• Akzelerationsprozess seit ca. 150 Jahren nur in Wohlstandsländern (europäische Staaten, Nordamerika, Australien, Neuseeland, Japan)

• allmähliche Stagnation des positiven säkularen Trends in den Längenmaßen (in Norwegen, USA; in Deutschland bei Schulanfängern seit ca. 1994, da keine nennenswerten Fortschritte mehr im Lebensstandard

s. Quelle H.Greil, A.Voigt, C.Scheffler: Optimierung der ergonomischen Eigenschaften von Produkten für ältere Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer – Anthropometrie. BAuA F1299 (2007))

• nahezu unveränderte Körperhöhen in den vergangenen hundert Jahren in Indien, der Türkei und Kolumbien
• Verringerung der Körperhöhe in Kenia und Chile

s. Prof. Georg Kenntner in: http://www.klm-hannover.de/medien/lexi-tv.pdf

• Indikator für die Lebensqualität einer Bevölkerung

biologischer Lebensstandard in den west- u. nordeuropäischen Wohlfahrtsstaaten höher als in den USA:

Quelle: John Komlos: Körpergröße und Wohlstand. in: Spektrum der Wissenschaft (9)2005, S. 90

• Zunahme der Körpermasse und damit in der Generationenfolge Zunahme des positiven säkularen Trends

Datei:Vgl Korpulenz säkul Trend.gif Quelle: John Komlos: Körpergröße und Wohlstand. in: Spektrum der Wissenschaft (9)2005, S. 90

Quelle: http://www.sizegermany.de/pdf/SG_Abschlusspraesentation_2009.pdf Datei:.... Datei:....

Ethnische Differenzierung

Ethnische Gruppe: Gruppe von Individuen, welche eine geographische Region bewohnen und physiologische Gemeinsamkeiten aufweisen

einzelne Nationen ethnisch unterschiedlich stark vermischt, aber i. allg. in jeder Nation dominierende ethnische Gruppen

• Negroiden: dunkelhäutige Menschen in Afrika; kleinere Teile in Asien, Pazifikinseln
• Kaukasoiden: hell- und dunkelhäutige Menschen in Europa, Nordafrika, Kleinasien, Mittlerer Osten, Polynesien
• Mongoloiden: Zentral-, Ost-, Südostasien; Urbevölkerung Amerikas

Unterschiede:

in absoluten Körpermaßen

in Proportionen

Nordeuropäer > Südeuropäer (ca. 8 cm)

Greifraum Nordeuropäer > Greifraum Südeuropäer

Extremitäten Schwarzafrikaner > Extremitäten Europäer

Greifraum Asiaten < Greifraum Europäer

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