Menschzentrierte Entwicklung handbedienter Geräte und Arbeitsmittel

Grundsätze der technischen Ergonomie und Usability verstehen und richtig einsetzen

Der Markt für handbediente Arbeitsmittel vom elektrischen Laubbläser über Saugwischgeräte bis hin zur Handbohrmaschine ist heiß umkämpft. Während deutschsprachige Hersteller noch vor einem Jahrzehnt durch technische Leistungsfähigkeit Marktanteile verteidigen konnten, nähert sich die internationale Konkurrenz diesbezüglich immer weiter an. Als eines der aussichtsreichsten Marktdifferenzierungspotentiale der Zukunft gilt die menschzentrierte Entwicklung und Gestaltung von Arbeitsmitteln.

Das Design der Mensch-Arbeitsmittel-Schnittstellen, wie etwa Handgriffe, Bedien- und Anzeigeelemente sowie innovative Interaktionskonzepte in Form von Gesten- und Sprachsteuerungen, stehen dabei im Fokus und entscheiden maßgeblich über eine komfortable und intuitive Handhabung. Jedoch gilt bei dieser Produktklasse diese Handhabung für Anwender auch in den extremsten Arbeitsbedingungen wie Schmutz, Temperatur oder Nässe sicher zu gewährleisten. Die Hersteller stehen hierbei vor der grundlegenden Herausforderung, die Bedürfnisse und Erfordernisse der Benutzer (sogenannte User Needs) von Beginn an systematisch zu erheben, diese in technisch spezifizierbare Nutzungsanforderungen (User Requirements) zu übersetzen, prototypisch in Form von geeigneten Mensch-Maschine-Schnittstellen umzusetzen und letztendlich mit realen und repräsentativen Endnutzern zu evaluieren. Diese grundlegenden Schritte der menschzentrierten Produktentwicklung sollten gemäß DIN EN ISO 9241-210 iterativ in möglichst kurzen Zyklen durchlaufen werden. Auch die zielgerichtete Integration dieser Teilprozesse in den gesamten technischen Produktentwicklungsprozess ist anspruchsvoll. Die Grundlage der menschzentrierten Arbeitsmitteltechnik liefern die technische Ergonomie, die Ansätze der Gebrauchstauglichkeit (engl. Usability) sowie geeignete Methoden des Interface Prototyping.

Ergonomische Grundlagen der Arbeitsmittelgestaltung

Laut Schmidtke ist „die Ergonomie […] eine Wissenschaftsdisziplin, deren Gegenstand die Erforschung der Interaktion des Menschen mit technischen Systemen ist“. Dies implizieren zudem die Gestaltung und die Entwicklung der für diese Forschung notwendigen Methoden. Die technische Ergonomie lässt sich nach Maier und Schmid weiter unterteilt in die Makro- und die Mikroergonomie. Die Makroergonomie basiert auf einem, den Körpergrößen entsprechenden, räumlichen Ergonomie- und Höhenraster. Darin werden Bereiche der Seh- und Greifräume festgelegt. Mikroergonomische Inhalte betreffen die Form-, Farb-, Grafik- und Materialgestaltung von Bedienelementen und grafischen Benutzeroberflächen. Dabei basiert die ergonomische Auslegung der Mensch-Arbeitsmittel-Schnittstelle auf menschzentrierten Maßen der Anthropometrie und Komfortwinkellehre.

Anthropometrische Maßkonzeption

Laut Schmidtke ist die Anthropometrie das Teilgebiet der Anthropologie in dem Körpermaße und Körperproportionen sowie geschlechts-, alters-, regions- und sozialspezifische Unterschiede gemessen, statistisch aufbereitet und ggf. anwendungsorientiert interpretiert werden. [2] Für anthropometrische Angaben wird meistens das Perzentil verwendet. Diese Angabe besagt, wie viel Prozent der untersuchten Bevölkerungsgruppe einen bestimmten Messwert unter- bzw. überschreiten. Das 50. Perzentil entspricht dem Median. Für ergonomische Auslegungen von Mensch-Maschine-Schnittstellen handbedienter Arbeitsmittel wird neben dem 50. Perzentil des relevanten Körpermaßes zumeist das 5. Perzentil (weiblich) sowie das 95. Perzentil (männlich) verwendet. Es kann davon ausgegangen werden, dass alle Anwender, deren Körpermaße sich zwischen diesen Grenzperzentilen befinden, das entstehende Produkt ergonomisch zufriedenstellend benutzen können.

Komfortwinkellehre

Komfort kann als subjektiv erlebtes Wohlbefinden in einer gegebenen Umgebung oder schlicht über die Abstinenz von Diskomfort definiert werden. Das Komfort- oder Diskomfortmaß besitzt im Rahmen der menschzentrierten Gestaltung von handbedienten Arbeitsmitteln vor allem Relevanz in Bezug auf die Körperhaltung und die Lage von Körperteilen oder Gelenken während der Bedienung. [2] Hieraus ergibt sich die Definition der Komfortwinkel als die Winkel zwischen Körperteilen, die subjektiv als angenehm empfunden werden.

Durch nicht Einhalten der Komfortwinkel entstehen Zwangshaltungen in Form von durch Arbeitsbedingungen erzwungenen, unphysiologischen Körperhaltungen. Diese führen bei längerer Dauer infolge statischer Haltearbeit zu Ermüdung und Muskelschmerzen. Zudem erhöht sich das empfundene Maß an Beanspruchung, welches die Folge psychophysiologischer Reaktionen des Menschen auf von außen einwirkenden Belastungen ist.

Für die Auslegung einer ergonomischen Greif- und Bedienhaltung handgeführter Geräte ist vor allem die Gelenkkette von Schlüsselbeingelenk über Schultergelenk und Ellenbogengelenk bis zum Handgelenk relevant. Neben den maximalen Bewegungswinkeln sind für eine nutzergerechte Auslegung von handgeführten Produkten vor allem die Komfortbereiche für Oberkörper sowie Hand-Arm-System wichtige Merkmale.

Rapid Prototyping physischer Mensch-Maschine-Schnittstellen handbedienter Geräte

Nachdem die Mensch-Maschine-Schnittstellen mittels ergonomischer Methoden analysiert und konzeptioniert wurde, gilt es diese in einem nächsten Schritt prototypisch zu realisieren, um die Handhabung und Bedienung für Benutzer erlebbar zu machen. Je nach Typ der zu gestaltenden Schnittstelle (engl. Interface) sind unterschiedliche Methoden zielführend. So eignen sich für Manipulationselemente, wie Führungsgriffe, Baukasten- oder Stecksysteme, um den prinzipiellen Griff- und Greifflächenverlauf abzuschätzen. Für Stellteile und die Detaillierung von Handgriffen kann auf Plastilin oder Clay zurückgegriffen werden, um sich einer geeigneten Formgebung zu nähern. Um den Testnutzer ein serienproduktnahes Erlebnis in frühen Phasen der Produktentwicklung ermöglichen wird schließlich der Einsatz von 3D-Drucktechniken sinnvoll. Ist dieser Zustand erreicht, gilt es die Gebrauchstauglichkeit des Prototypen zu evaluieren.

Grundlagen der Gebrauchstauglichkeitsevaluation

Gemäß Normenreihe DIN EN ISO 9241 umfasst die Gebrauchstauglichkeit (engl. Usability) das Ausmaß, in dem ein Produkt durch bestimmte Benutzer in einem bestimmten Nutzungskontext genutzt werden kann, um bestimmte Ziele effektiv, effizient und zufriedenstellend zu erreichen. Somit stellen Effektivität, Effizienz und die Zufriedenstellung des Nutzers quantifizierbare Metriken der Gebrauchstauglichkeit dar, die sich während der Bedienung des Arbeitsmittels, sprich während der Interaktion mit ihm, entsprechend erheben lassen. Zur Erhebung dieser Messparameter stehen Evaluationsmethoden zur Verfügung.

Usability Evaluationsmethoden können gemäß Nielsen in Inspektions- und Testmethoden unterteilt werden. Inspektionsmethoden werden von Usability Professionals durchgeführt und beziehen sich zumeist auf eine Überprüfung der Einhaltung von Heuristiken oder Gestaltungsrichtlinien. Hierbei analysiert ein erfahrener Usability Experte die Mensch-Arbeitsmitteln-Schnittstelle des technischen Produktes auf Übereinstimmung oder Abweichung mit bestehenden und anerkannten Vorgaben. Diese umfassen bei handbedienten Arbeitsmitteln meist geometrische Vorgaben, wie Griffdurchmesser oder Griffmaterialien sowie anwendungsgerechte Griffausrichtungen und -verläufe. Zudem sind die für den jeweiligen Kulturkreis gesellschaftlich anerkannte Kompatibilitäten und die Affordanz, der sogenannte Angebotscharakter, der Gestaltung zu überprüfen. So wird im westlichen Kulturkreis mit der grünen Gestaltung eines Stellteils zumeist der Beginn eines Vorgangs assoziiert, während eine rote Farbgebung das Ende eines Vorgangs markiert. Ähnliches gilt für verbreitete Symbole und Icons, welche entsprechend bei der Gestaltung berücksichtigt werden sollten.

Im Gegensatz zu diesen analytischen Methoden beinhaltet die zweite Methodengruppe, die Testmethoden, ein empirisches Vorgehen. Hierzu ist es notwendig sich in den Nutzungskontext zu begeben und Beobachtungen und Befragungen mit realen Anwendern durchzuführen. Die als Goldstandard geltende Testmethode ist der Usability Test, eine mit Anwendern durchgeführte Überprüfung der Usability anhand definierter Aufgabenbearbeitung, üblicherweise mittels teilnehmender Beobachtung.

Sie möchten zukunftsträchtige sowie innovative Arbeitsmittel und Geräte entwickeln und suchen nach einem zuverlässigen Partner? Unsere Experten für menschzentrierte Technikentwicklung und -gestaltung helfen Ihnen bei dieser Herausforderung.

NORMEN & NACHSCHLAGEWERKE: