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Eidgenössisches Departement fürWirtschaft, Bildung und Forschung WBF

Agroscope

20. Arbeitswissenschaftliches KolloquiumIn Hohenheim an 01./02. März

Ergonomics in Milking Parlours

Marianne CockburnDoktorandinBetreuung: Christina Umstätter, Pascal Savary und Matthias Schick

2Ergonomics in Milking ParloursMarianne Cockburn

Aufbau der Dissertation• Versuch 1 Optimierung der Ergonomie im Melkstand

(Praxisbetriebe)

• Versuch 2 Überprüfung und Optimierung der im Versuch 1entwickelten Formel (Versuchsmelkstand)

• Versuch 3 Ermittlung des Effekts der Tierposition auf die Ergonomie des Melkers (Versuchsmelkstand)

Ziel:• Entwicklungen von praxisrelevanten Empfehlungen zur

Reduzierung der physischen Arbeitsbelastung für den Melkstandbau

2013

2014-2015

2016


„Wissenschaftliche Disziplin, die sich mit demVerständnis der Wechselwirkung zwischenmenschlichen und anderen Elementen eines Systemsbefasst und der Berufszweig, der Theorie, derPrinzipien, Daten und Methoden auf die Gestaltung vonArbeitssystemen anwendet mit dem Ziel, dasWohlbefinden des Menschen und die Leistung desGesamtsystems zu optimieren“

(Quelle: EN ISO 6385:2004)

Definition Ergonomie


«Ergonomie ist, wenn man am Abend nicht fühlt, was man tagsüber gemacht hat.»

(Quelle: unbekannt)


Einleitung

• Muskel-Skelett-Beschwerden der oberen Extremitäten sind unter Melkern stark verbreitet

• Trotz Umstellung von Anbindeställen mit Rohrmelkanlagen auf Laufställe mit Melkständen dauern die Probleme an

(Douphrate et al., 2014, Patil et al., 2012, Jakob 2010)

Können wir die Beschwerden durch eine angepasste Arbeitshöhe reduzieren?


Agroscope

Bewertung der Ergonomie im Melkstand

«Versuch 1»


Methode

• 15 Betriebe • Autotandem (n=3)• Fischgräte 30°(n=3)• Fischgräte 50°(n=3)• SideBySide (n=3)• Karussell (n=3)

• 30 Melker

• Aufzeichnung von Bewegungsabläufen mittels Videounterstützter CUELA Messungen während je einer Melkung Datenerfassung und Aufbereitung im

WIDAAN durch Maren Kauke

264


CUELA• Computer-Unterstützte Erfassung und Langzeit-Analyse von

Belastungen des Muskel-Skelett-Systems

• 3 - Achsen Beschleunigungs-sensoren

• Gyroskop Sensoren

• Datenaufbereitung in WInkel DAten ANalyseSoftware (WIDAAN)


WIDAAN• WIDAAN


Datenaufbereitung

• Bewertung des Ansetzvorgang

• Berechnung der Perzentile

• Bewertung der Gelenkwinkel im ungünstigen Bereich

• ISO 11226


Zwischenergebnis - Alles schlecht?Perzentile


Statistik

• Generalisiertes Lineares Gemischtes Effekte Modell

• Zielvariablen: • 5tes, 50tes, 95tes Perzentil jedes

Gelenkwinkels

• Erklärende Variablen: • Melkstandtyp (Faktor)

• Koeffizient (kontinuierlicher Quotient)[Körpergrösse des Melkers / Euterbodenhöhe + Grubentiefe)]

• Zufälliger Effekt: • Geschachtelt: Betrieb / Kuh / Melker


Ergebnisse

• Interaktion Melkstand Typ and Koeffizient P < 0.05• 22 von 31 Gelenken (50tes Perzentil)• 25 von 31 Gelenken (5tes und 95tes Perzentil)

• Koeffizient P < 0.05 in 2 von 31 Gelenken • Knie flexion links (5tes , 50tes und 95tes Perzentil)• Schulter adduktion rechts (5tes , 50tes Perzentil)

• Melkstandtyp P < 0.05 in 2 von 31 Gelenken:• Brustwirbelsäule (50tes und 95tes Perzentil) • Schulter adduktion links (5tes Perzentil)


ModellschätzungenRumpfneigung Beispielhaft für 25 bewertete Gelenkwinkel


Illustration der Koeffizienten

Hoch Mittel Tief


Milking Health Formel

Grubentiefe = Melkergröße [cm] x Koeffizient –

Durchschnittliche Euterbodenhöhe [cm]

Melkstandtyp Koeffizient Körper-Grösse [cm]

160 165 170 175 180 185Autotandem 0.85 81 85 90 93 98 102Fischgräte 30° 0.70 (+0.85/0.9) 57 61 64 68 71 75Fischgräte 50° 0.75 65 69 73 76 80 84Side by Side 0.70 57 61 64 68 71 75Karussell 0.75 65 69 73 76 80 84


Anpassung der Grubentiefe zum Beispiel mittels eines Hubbodens


Agroscope

Entwicklung von Empfehlungen für die Einstellung der Melker Grube


Projektnutzen

• Optimierung von Anwendungsempfehlungen zur Einstellung der Grubentiefe in Melkständen

• Langfristige Verbesserung der Melker Gesundheit

• Verbesserung der Wirtschaftlichkeit


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


Agroscope

Validierung der Milking Health Formelfür den Fischgrät 30°

«Versuch 2»


Warum eine Validierung?

• Die von uns empfohlenen Arbeitshöhen weichen von denen in der Praxis ab

• für den FG 30° unpräzise

• Nutzung alternativer Messmethode ermöglicht Überprüfung


Elektromyographie (EMG)

(Basmajian & DeLuca: Definition aus Muscles Alive, 1985)

EMG ist das Studium der Muskelfunktion durch Erforschung des elektrischen Signales, das die Muskeln erzeugen.


Vorbereitung der Probanden

• Maximalkontraktion (MVC) für jeden gemessenen Muskel

Anhand dieser wird MVC% berechnet.

Ermöglicht Vergleichbarkeitzwischen den Probanden


Kunsteuter• Standardisiertes Messverfahren• Überprüfung von Praxismessungen unter Laborbedingungen


Versuchsdesign• Versuchsmelkstand Tänikon im Fischgrät 30°• Melken am Kunsteuter• 16 Versuchspersonen (7 männlich/ 9 weiblich)• 3 Arbeitshöhen mit je 20 Wiederholungen (5 l, 5 r, 5 l, 5 r)

• randomisierte Anordnung der Arbeitshöhen

Melker n = 16

0.72 0.775 0.82 Koeffizient zur Berechnung der individuellen Grubentiefe

l = linksr = rechts


Illustration der Grubentiefen

Hoch Mittel Tief


StatistikGeneralisiertes lineares gemischte Effekte ModellZielvariable: Muskelaktivität [%MVC]Für beide Handfunktionen (Melkzeug haltend und Melkzeug ansetzend)Und die vier gemessenen Muskelgruppen.

Erklärende Variablen: • Arbeitshöhenkoeffizient• Geschlecht• Grösse der Probanden• Wiederholung

Zufällige Effekte:• Proband / Arbeitshöhenkoeffizient / Gruppe der Wiederholung

[s]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[Vol

ts]

-0.0005

-0.0004

-0.0003

-0.0002

-0.0001

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006L FLEXOR CARPI RADIALIS: EMG 1, L BICEPS BRACHII: EMG 2, L DELTOID: EMG 3, L TRAPEZIU

L FLEXOR CARPI RADIALIS: EMG 1L BICEPS BRACHII: EMG 2

L DELTOID: EMG 3L TRAPEZIUS MIDDLE FIBERS: EMG 4


Agroscope

Auswertungen


Bildquelle: Hayer, MS Orthopaedics at HIHT University

Bildquelle: www.BodybuildingWizard.com

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

M. Flexor carpi ulnaris

M. biceps brachii

0.72 0.775 0.82 0.72 0.775 0.82

0.72 0.775 0.820.72 0.775 0.82

Arbeitshöhenkoeffizient Arbeitshöhenkoeffizient


Bildquelle: Christer Johansson

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

Mus

kela

ktiv

ität [

%M

VC ]

M. trapezius

M. deltoideus anterior

Arbeitshöhenkoeffizient Arbeitshöhenkoeffizient

0.72 0.775 0.82 0.72 0.775 0.82

0.72 0.775 0.820.72 0.775 0.82


Datenverarbeitung Root Mean Square Analyse Fensterlänge 0.25 ms & Beseitigung des Offset, kein Filter Setzen des Startpunktes mithilfe eines Beschleunigungssensors

[]55 60 65 70 75 80 85 90

[]

0

2e-005

4e-005

6e-005

8e-005

0.0001

0.00012

0.00014

0.00016

0.00018

0.0002

0.00022

0.00024R DELTOID: EMG 7->RMS

[s]55 60 65 70 75 80 85 90

[g]

-3

-2

-1

0

1

2

3Trigno sensor (ACC) 9: ACC Z 9

1 g = 9.81 m/s^2

Erdb

esch

leun

igun

g [g

]M

uske

lakt

ivitä

t [ V

]

Zeit [s]

Zeit [s]

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