DIN SPEC 33402-5-2010 Ergonomie - K rperma e des Menschen - Untersuchung der Verfa《人体工学 人体测量 可用性研究》.pdf

1、 November 2010 Normenausschuss Ergonomie (NAErg) im DINPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 13.180Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Ve

2、rfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$k?d“1722865www.din.deDDIN SPEC 33402-5Ergonomie Krpermae des Menschen Untersuchung der Verfahren zur Hochrechnung und Abschtzung vonKrpermadatenAlleinverkauf der Spezifikationen

3、 durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 31 SeitenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich. 5 2 Begriffe. 5 3 Einflussfaktoren auf Krpermae in einer Population 9 3.1 Al

4、lgemeines . 9 3.2 Ontogenese . 9 3.3 Skularer Trend. 10 3.4 Populationszusammensetzung . 11 3.5 Soziale Faktoren 12 4 Datenlage . 13 5 Hochrechnungsverfahren 16 5.1 Ansatz fr ein Hochrechnungsverfahren . 16 5.2 Schwierigkeiten bei der Erarbeitung eines Hochrechnungsverfahrens . 16 5.2.1 Modellierung

5、 der Ontogenese . 16 5.2.2 Modellierung des skularen Trends 16 5.2.3 Modellierung der Bevlkerungszusammensetzung und deren Einflsse 20 5.2.4 Modellierung der Einflsse der sozialen Faktoren 20 6 Abschtzungsverfahren . 21 6.1 Statistische Modellierung 21 6.2 Kritische Betrachtung der Modellierung 21 6

6、.3 Nutzung des statistischen Modells fr die Abschtzung von Krpermadaten 22 6.3.1 Messdatenaufbereitung 22 6.3.2 Normierung der Messdaten . 23 6.3.3 Annahme einer schiefen Normalverteilung getrennt fr jede Altersgruppe. 24 6.3.4 Rcktransformation mithilfe der oben verwendeten Normierungsparameter . 2

7、5 6.3.5 Entwicklung einer Prognose durch Experten 26 6.3.6 Entwicklung einer automatischen Prognose . 26 6.3.7 Schlussfolgerungen 29 7 Ausblick . 30 Literaturhinweise . 31 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 3 Vorwort Diese DIN SPEC 33402-5:2

8、010-09 wurde vom Gemeinschaftsarbeitsausschuss NA 023-00-03 GA Anthropo-metrie und Biomechanik“ des Normenausschuss Ergonomie (NAErg), erarbeitet. Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Verfahren herangezogen werden. Das vorliegende Dokument wurde nach dem Verfahren des Fachberichts erstel

9、lt. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 4 Einleitung Krpermadaten sind fr die ergonomische Gestaltung von Produkten und Arbeitspltzen auerordentlich wichtig. Die messtechnische Erfassung von Krpermadaten ist jedoch teuer und die erfassten Dat

10、en veralten relativ schnell (z. B. durch das Grenwachstum der Bevlkerung). Lange Zeit nahmen wichtige Krpermae, wie zum Beispiel die Krperhhe in der Bevlkerung, bestndig zu, mittlerweile sind es eher die Korpulenzmae, die zunehmen. Die geltenden Europischen Normen sind zehn Jahre alt, die zugrunde l

11、iegenden Daten sind noch lter. Die geltende Deutsche Norm ist fnf Jahre alt, die zugrunde liegenden Daten sind elf Jahre alt. Die meisten Produkte und Arbeitspltze werden auf der Basis solch veralterter Krpermadaten konstruiert. Um diese unglckliche Ausgangslage zu verbessern, wre es wnschenswert, e

12、in statistisch tragfhiges Extrapolations- oder Abschtzungsmodell zu haben, um die Vernderung der jeweiligen Krpermae ber die Zeit mglichst gut abzubilden. Ein solches Modell kann in Phasen, in denen Messungen fehlen, aus Daten lterer Messreihen einen Trend ermitteln und so helfen, die Realitt besser

13、 abzubilden. Ein solches Modell ist also nicht in Konkurrenz zu Krpermaerhebungen zu sehen, sondern braucht dieselben, um immer wieder mit der Realitt abgeglichen zu werden. Im Rahmen einer vom Bundesministerium fr Wirtschaft (BMWi) gefrderten Studie zur Innovation mit Normen und Standards“ (INS) de

14、s Deutschen Institutes fr Normung (DIN) e. V. hat die Universitt Potsdam die Mglichkeit zur Entwicklung von Verfahren zur Hochrechnung oder Abschtzung von Krpermadaten untersucht. Als Teil des Projektes fand 2008 ein Workshop statt, an dem externe Experten und die Experten des NA 023-00-03 GA Anthro

15、pometrie und Biomechanik“ teilnahmen. Diese DIN SPEC basiert auf den Ergebnissen dieser Studie. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 5 1 Anwendungsbereich Diese DIN SPEC untersucht die Mglichkeiten der Entwicklung von Verfahren zur Hochrechnun

16、g oder Abschtzung von Krpermadaten. Sie zeigt, dass auf der Basis von stabilen Messreihen eine Abschtzung durch statistische Methoden teilweise mglich ist. Diese DIN SPEC behandelt die bekannten biologischen und gesellschaftlichen Einflussfaktoren auf Krpermae innerhalb einer Population. Dabei geht

17、sie insbesondere auf die Ontogenese, den skularen Trend, die Bevlkerungszusammensetzung und soziale Faktoren ein. Des Weiteren analysiert sie die derzeitige nationale Datenlage der Krpermadaten als Basis fr mgliche Hochrechnungs- oder Abschtzungsverfahren. Im Folgenden wurden geeignete Hochrechnungs

18、- oder Abschtzungsverfahren gesucht und bewertet. Ein Hochrechnungsverfahren wrde die Trends der bekannten Einflussfaktoren auf die Krpermae einzeln extrapolieren und daraus die Gesamtauswirkung errechnen. Ein solches Modell liee komplexe Verteilungen (nicht-Normalverteilungen) zu. Eine solche Model

19、lierung ist aber aufgrund der unvollstndigen Datenlage zu den Einflussfaktoren nicht mglich. Wissenschaftler arbeiten aber an der Erfassung der Trends der Einflussfaktoren, so dass solche Verfahren in Zukunft vielleicht mglich werden. Diese DIN SPEC zeigt einfachere Alternativen zu aufwndigen Hochre

20、chnungsverfahren auf: eine qualifizierte Abschtzung der Entwicklung von Krpermaen unter Zuhilfenahme einer Regressionsanalyse mit einer schiefen Gauss-Verteilung ohne Bercksichtigung oder Kenntnis der Einflussfaktoren. Dabei erweist sich das von der WHO empfohlene parametrische Regressionsmodell Gen

21、eralized Additive Models for Location Scale and Shape“ (GAMLSS) 1 bei richtiger Anwendung als geeignet, da es die Berechnung von Mittelwert, Streuung und Schiefe von Krpermaverteilungen ermglicht. Die statistische Software zur Berechnung ist kostenfrei im Internet erhltlich. Die Aussagen solcher Abs

22、chtzungsmethoden haben jedoch Grenzen. Die Methode liefert ein Trend-diagramm fr die Verteilungsparameter, das mit der letzten Messung aufhrt. Die Prognose muss um Falschaussagen zu vermeiden von Experten auf der Basis dieser Diagramme ermittelt oder freigegeben werden. Auerdem mssen Abschtzungen be

23、r lngere Zeit mit wahren Messdaten verglichen und abgesichert werden, um neue statisch korrekte Sttzstellen fr die Abschtzung zu haben. 2 Begriffe 2.1 Abschtzung nherungsweise Extrapolation eines Gesamtergebnisses ohne Kenntnis der Teilergebnisse ANMERKUNG Im Rahmen der Abschtzverfahren dieses Beric

24、htes soll das Krperma (Gesamtergebnis) aus der zeitlichen Entwicklung ber die Geburtsjahrgnge ermittelt werden. Dazu sind Longitudinalstudien erforderlich. 2.2 Adaption Anpassung 2.3 allometrisches Wachstum Vernderungen der Krperproportionen im Laufe der Ontogenese aufgrund unterschiedlicher Wachstu

25、ms-geschwindigkeiten einzelner Krperteile B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 6 2.4 asymptotische Annherung beliebige Annherung an eine vorgegebene Kurve BEISPIEL Ein Beispiel fr eine asymptotische Annherung stellt die beliebige Annherung an

26、eine genetisch vorgegebene individuelle Krperendhhe dar. 2.5 biologisches Alter individuelles Alter, welches durch den individuellen biologischen Entwicklungsstand gekennzeichnet ist ANMERKUNG 1 Das biologische Alter kann anhand biologischer Entwicklungsmerkmale (z. B. Zahndurchbruch, Einsetzen der

27、Menopausen) bestimmt werden. ANMERKUNG 2 Das biologische Alter entspricht nicht dem kalendarischen Alter, welches das Alter in Jahren seit dem Geburtstag angibt. 2.6 Demografie Bevlkerungswissenschaft wissenschaftliche Disziplin, die sich mit dem Leben, Werden und Vergehen von Bevlkerungen befasst 2

28、.7 Dezeleration Verlangsamung, Geschwindigkeitsabnahme 2.8 Extrapolation Bestimmung eines Zusammenhangs ber den gesicherten Bereich hinaus 2.9 Hochrechnung nherungsweise Extrapolation eines Gesamtergebnisses aus einem Teilergebnis ANMERKUNG Im Rahmen der untersuchten Hochrechnungsverfahren dieses Be

29、richtes soll das Krperma (Gesamtergebnis) aus der quantitativen Kenntnis der Einflussfaktoren (Teilergebnisse) ermittelt werden. Dazu sind Longitudinalstudien ber die einzelnen Einflussfaktoren erforderlich. 2.10 Longitudinalstudie Lngsschnittstudie Untersuchung, in der jedes Individuum zu unterschi

30、edlichen Zeitpunkten wiederholt erfasst wird 2.11 Median Zentralwert Wert, der eine Verteilung beim 50ten Perzentil halbiert 2.12 Mittelwert arithmetischer Mittelwert Summe der Einzelwerte einer Stichprobe geteilt durch ihre Anzahl ANMERKUNG In der Anthropometrie entspricht der Medianwert nicht imme

31、r dem Mittelwert. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 7 2.13 Normalverteilung Gau-Verteilung Wahrscheinlichkeitsverteilung einer stetigen Zufallsgre X mit der Wahrscheinlichkeitsdichte ANMERKUNG 1 ist der Erwartungswert und die Standardabweic

32、hung der Normalverteilung. ANMERKUNG 2 Auch Gau-Verteilung“. DIN 55350-22:1987-02, 1.1 2.14 Ontogenese Individualentwicklung von der befruchteten Eizelle bis zum Tod 2.15 pathologisch krankhaft 2.16 Perzentil prozentueller Anteil einer Bevlkerungsgruppe DIN ISO 8468:1993-02, 3.15 ANMERKUNG Ein Perze

33、ntil ist ein Zahlenwert der angibt, wie viel Prozent der Menschen in einer Bevlkerungsgruppe (hier: in Bezug auf ein bestimmtes Krperma) kleiner sind als der jeweils angegebene Wert. 2.17 Population Gruppe von Individuen einer Art, die zur gleichen Zeit am selben Ort leben und sich miteinander fruch

34、tbar fortpflanzen knnen 2.18 puberaler Wachstumsschub Zeitraum schnellen Krperwachstums im Alter der Pubertt ANMERKUNG Bei Mdchen tritt der puberale Wachstumsschub etwa im Alter von 12 bis 15 Jahren, bei Jungen etwa im Alter von 14 bis 17 Jahren ein. 2.19 Querschnittstudie Untersuchung, in der jedes

35、 Individuum nur einmal untersucht wird B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 8 2.20 skularer Trend skulare Akzeleration beschleunigte Individualentwicklung mit frherem Einsetzen z. B. der Pubertt, greren Krperendhhe und vernderten Proportionen

36、einer Generation im Vergleich zur vorgehenden Generationen ANMERKUNG Wenn der skulare Trend zu einer Erhhung des Krpermaes fhrt, wird er auch als skulare Akzeleration bezeichnet. 2.21 standardisierte Normalverteilung Wahrscheinlichkeitsverteilung einer stetigen Zufallsgre U mit der Wahrscheinlichkei

37、tsdichte = uuu ;2exp21)(2 ANMERKUNG 1 Die standardisiert normalverteilte Zufallsgre zu einer normalverteilten Zufalssgre X mit den Parametern und ist XU= . ANMERKUNG 2 Die Verteilungsfunktion der standardisierten Normalverteilung wird mit )(u bezeichnet. DIN 55350-22:1987-02, 1.1.1 2.22 Stichprobe T

38、eilmenge einer Grundgesamtheit 2.23 z-Transformation Umrechnungsverfahren, das durch Substitution und nderung der Integralgrenzen eine Normalverteilung in eine standardisierte Normalverteilung umwandelt ANMERKUNG Nach der Transformation weit die Verteilung einen Erwartungswert von Null und eine Stre

39、uung von eins auf. 2.24 z-Wert (en: z-score) Vielfaches der Normalabweichung, um das ein einzelner Messwert von dem Median der standardisierten Normverteilung abweicht B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8FD9NormCD - Stand 2010-11 DIN SPEC 33402-5:2010-11 9 3 Einflussfaktoren auf Krpermae in e

40、iner Population 3.1 Allgemeines Krpermae unterliegen verschiedenen Einflssen und verndern sich in Populationen im Laufe der Zeit. Vier wichtige Einflussfaktoren seien hier genannt: 3.2 Ontogenese Die Krpermae eines Menschen sind genetisch bedingt. Ihre individuelle Ausprgung unterliegt jedoch Umwelt

41、einflssen. In der Individualentwicklung des Menschen erfolgt zunchst ein vergleichsweise langer Wachstums- und Reifungsprozess, der mit einer allometrischen Zunahme aller Krpermae verbunden und mit dem Erreichen der Krperendhhe fr die Lngenmae abgeschlossen ist. Krpermadaten sind geschlechtsspezifis

42、ch. Das Erwachsenenalter wird vielfach als Lebensphase der gleichbleibenden Krpermae angesehen, was nicht richtig ist. Auch innerhalb des Erwachsenenalters finden Krpermavernderungen statt. Es handelt sich dabei nicht um pathologische Vernderungen, sondern um normale Alterserscheinungen. a) Dehydrat

43、ion Die Abnahme der Speicherfhigkeit der Zellen fr Wasser fhrt zur Dehydration der Gewebe. Besonders deutlich wird dies bei der Erschlaffung des Bindegewebes. Dies fhrt zur Vernderung von Krpermaen und Proportionen. Die Dehydration der Zwischenwirbelscheiben (Bandscheiben) beginnt individuell sehr u

44、nterschiedlich bereits im Altersbereich von Mitte 20 bis 30 Jahren und fhrt zu einer kontinuierlichen Abnahme der Krperhhe und einer Zunahme der Brustkorbtiefe. Der Rckgang der ursprnglichen Krperhhe erreicht im Mittel bei gesunden Menschen bis zum Alter von 70 Jahren etwa 2 bis 3 cm. b) Absenkung des Fugewlbes Beim Fugewlbe kommt es mit zunehmendem Alter zu einer Absenkung, die ebenfalls an der Verringerung der Krperhhe beteiligt ist. c) Zunahme des Gesamtkrperfettanteils Der prozentuale Gesamtkrperfettanteil nimmt etwa ab dem 50. Lebensjahr be