Risk evaluation of physical workload by Ergonomic Assessment Worksheet and Human Work Design based on Motion Capturing) presented on IEA2018 (iea2018.org). #MTMProf

1. Risk evaluation of physical workload by
Ergonomic Assessment Worksheet and
Human Work Design based on Motion
Capturing
Prof. Dr. Peter Kuhlang
German MTM Association
IEA2018, Florence, Italy
IEA 2018© DMTMV 1

2. • Introduction
• EAWS – Ergonomic Assessment Worksheet
• Human Work Design – MTM-HWD®
• Motion data as fundament of risc assessment
• Ongoing research & Outlook
IEA 2018© DMTMV 2
Agenda

3. IEA 2018© DMTMV 3
Load during manual work
• identify
• assess/evaluate
• reduce
Initial situation
• Aging workforce
• Individual limitations
• Reduced capabilities/abilities
• Adiposity
• WMSDs…

4. Methodology to assess the biomachnical risk of work based on
physical loads of the whole body and the upper limbs.
EAWS can be applied
• prospectivly, preventively and correctively and
• is an effective tool to identify ergonomic (biomechanical) risk.
IEA 2018© DMTMV 4
EAWS - Ergonomic Assessment WorkSheet
R
Duration
of load
Intensity of
load

5. IEA 2018© DMTMV 5
EAWS-Risk assessment: R=IxD
Intensity bent forward:
20° - 60°
Duration or frequency:
16 s per minute:
I
R
D
Intensity:
Force level >20 - 35 N
Duration or frequency:
30 real actions per minute
R
RI
D
D> 20 ─ 35
> 35 ─ 90
> 90 ─ 135
> 135 ─ 225
> 225 ─ 300
Kraft [N]
0 ─ 5
> 5 ─ 20
I

6. IEA 2018© DMTMV 6
Load assement by Motion Capturing

7. IEA 2018© DMTMV 7
Results
Example: Assembly of a door of a washing machine (EAWS + AXS)
• Identify and reduce awkward loads
• Align planning and reality
• Exercise and coach assembly operations
Easy and quick ergonomic assessment
EAWS assessment
Ergonomic parameters
(e.g. weight, body postures, etc.)
[ EAWS points ] AXS
Motion Capture
EAWS
Software EAWSdigital
trainingcenter
as-is 71,0 69,0
trainingcenter
to-be 21,0 22,0
on-site
assembly line 43,5 45,0
mock-up in trainingscenter on site
as-is to-be assembly line (real)

8. IEA 2018© DMTMV 9
MTM-HWD® = f (MTM-1, EAWS)
Hinlangen - R (Reach) Bringen – M (Move)
Bewegungslä
nge
in cm
Normzeitwerte in TMU
Beschreibung der Fälle
Bewegungs-
länge
in cm
Normzeitwerte in TMU Mit Kraftaufwand/Gewicht
Beschreibung der Fälle
R-A R-B
R-C
R-D
R-E
mR-A
R-Am
mR-B
R-Bm
m-Wert
für B
M-A M-B M-C
mM-B
M-Bm
m-Wert
für B
in daN/kg
stat. Konst.
SC in TMU
dynam.
Faktor
bis 2 2,0 2,0 2,0 2,0 1,6 1,6 0,4
A Hinlangen zu einem Gegenstand, der sich
immer an einem genau bestimmten Ort
befindet, in der anderen Hand liegt oder auf
dem die andere Hand ruht.
bis 2 2,0 2,0 2,0 1,7 0,3
1 0,0 1,00
A Einen Gegenstand
zur anderen Hand
oder gegen einen
Anschlag bringen.
4 3,4 3,4 5,1 3,2 3,0 2,4 1,0 4 3,1 4,0 4,5 2,8 1,2
6 4,5 4,5 6,5 4,4 3,9 3,1 1,4 6 4,1 5,0 5,8 3,1 1,9
2 1,6 1,04
8 5,5 5,5 7,5 5,5 4,6 3,7 1,8 8 5,1 5,9 6,9 3,7 2,2
10 6,1 6,3 8,4 6,8 4,9 4,3 2,0 10 6,0 6,8 7,9 4,3 2,5
4 2,8 1,07
12 6,4 7,4 9,1 7,3 5,2 4,8 2,6
B Hinlangen zu einem alleinstehenden Gegen-
stand, der sich an einem von Arbeitszyklus
zu Arbeitszyklus veränderten Ort befindet.
12 6,9 7,7 8,8 4,9 2,8
14 6,8 8,2 9,7 7,8 5,5 5,4 2,8 14 7,7 8,5 9,8 5,4 3,1
6 4,3 1,12
16 7,1 8,8 10,3 8,2 5,8 5,9 2,9 16 8,3 9,2 10,5 6,0 3,2
18 7,5 9,4 10,8 8,7 6,1 6,5 2,9 18 9,0 9,8 11,1 6,5 3,3
8 5,8 1,17
B Einen Gegenstand in
eine ungefähre oder
unbestimmte Lage
bringen.
Spiel: > 25 mm
20 7,8 10,0 11,4 9,2 6,5 7,1 2,9 20 9,6 10,5 11,7 7,1 3,4
22 8,1 10,5 11,9 9,7 6,8 7,7 2,8
C Hinlangen zu einem Gegenstand, der mit
gleichen oder ähnlichen Gegenständen so
vermischt ist, dass er ausgewählt werden
muss.
22 10,2 11,2 12,4 7,6 3,6
10 7,3 1,22
24 8,5 11,1 12,5 10,2 7,1 8,2 2,9 24 10,8 11,8 13,0 8,2 3,6
26 8,8 11,7 13,0 10,7 7,4 8,8 2,9 26 11,5 12,3 13,7 8,7 3,6
12 8,8 1,27
28 9,2 12,2 13,6 11,2 7,7 9,4 2,8 28 12,1 12,8 14,4 9,3 3,5
30 9,5 12,8 14,1 11,7 8,0 9,9 2,9 30 12,7 13,3 15,1 9,8 3,5
14 10,4 1,32
35 10,4 14,2 15,5 12,9 8,8 11,4 2,8
D Hinlangen zu einem Gegenstand, der klein
ist oder sehr genau oder mit Vorsicht
gegriffen werden muss.
35 14,3 14,5 16,8 11,2 3,3
40 11,3 15,6 16,8 14,1 9,6 12,8 2,8 40 15,8 15,6 18,5 12,6 3,0
16 11,9 1,36
C Einen Gegenstand in
eine genau bestimmte
Lage bringen.
Spiel:
> 12 bis ≤ 25 mm
45 12,1 17,0 18,2 15,3 10,4 14,2 2,8 45 17,4 16,8 20,1 14,0 2,8
50 13,0 18,4 19,6 16,5 11,2 15,7 2,7 50 19,0 18,0 21,8 15,4 2,6
18 13,4 1,41
55 13,9 19,8 20,9 17,8 12,0 17,1 2,7
E Verlegen der Hand in eine nicht bestimmte
Lage, sei es zur Erlangung des
Gleichgewichtes, zur Vorbereitung der
folgenden Bewegung oder um die Hand aus
der Arbeitszone zu entfernen.
55 20,5 19,2 23,5 16,8 2,4
60 14,7 21,2 22,3 19,0 12,8 18,5 2,7 60 22,1 20,4 25,2 18,2 2,2
20 14,9 1,46
65 15,6 22,6 23,6 20,2 13,5 19,9 2,7 65 23,6 21,6 26,9 19,5 2,1
70 16,5 24,1 25,0 21,4 14,3 21,4 2,7 70 25,2 22,8 28,6 20,9 1,9
22 16,4 1,5175 17,3 25,5 26,4 22,6 15,1 22,8 2,7 75 26,7 24,0 30,3 22,3 1,7
80 18,2 26,9 27,7 23,9 15,9 24,2 2,7 80 28,3 25,2 32,0 23,7 1,5
Greifen - G (Grasp) Fügen - P (Position)
Kode TMU Beschreibung der Fälle
Passungsklasse Symmetrie-
fall
Handhabung
Kode Passung Einfügen Anfügetoleranz E D
G1A 2,0 Zufassungsgriff: Greifen eines leicht zu fassenden, allein liegenden Gegenstandes.
P1 lose Kein Druck notwendig > ±1,5 bis ≤ ± 6,0 mm
S 5,6 11,2
G1B 3,5
Ankantgriff: Greifen eines sehr kleinen Gegenstandes oder eines Gegenstandes, der flach
auf einer Ebene liegt.
SS 9,1 14,7
NS 10,4 16,0
G1C1 7,3 Ø > 12 bis ≤ 25 mm Abrollgriff:
Greifen eines ungefähr zylindrischen Gegenstandes, wobei dies
durch Hindernisse von einer Seite und von unten erschwert wird.
P2 eng Leichter Druck notwendig > ±0,4 bis ≤ ± 1,5 mm
S 16,2 21,8
G1C2 8,7 Ø ≥ 6 bis ≤ 12 mm SS 19,7 25,3
G1C3 10,8 Ø < 6 mm NS 21,0 26,6
G2 5,6 Nachgreifen:Verlegen des Kontrollpunktes an einen Gegenstand, ohne die Kontrolle über diesen zu verlieren.
P3 fest Starker Druck notwendig > 0 bis ≤ ± 0,4 mm
S 43,0 48,6
G3 5,6
Übergabegriff: Eine Hand übernimmt die Kontrolle über einen Gegenstand, während die
andere Hand diese aufgibt.
SS 46,5 52,1
NS 47,8 53,4
G4A 7,3 > 25×25×25 mm Auswählgriff: Greifen eines mit anderen
vermischten Gegenstandes, so dass er ausgesucht
und ausgewählt werden muss.
Drücken – AP (Apply Pressure)
G4B 9,1 ≥ 6×6×3 bis ≤ 25×25×25 mm
Kode TMU Beschreibung Komponenten
Kode TMU Beschreibung
G4C 12,9 < 6×6×3 mm AF 3,4 Kraftaufbau
G5 0,0
Berührungsgriff: Durch Berührung genügend Kontrolle über einen Gegenstand erhalten,
so dass die nachfolgende Grundbewegung ausgeführt werden kann.
APA 10,6 Ohne Nachgreifen AF+DM+RLF DM 4,2 Minimale Festhaltezeit
APB 16,2 Mit Nachgreifen G2+APA RLF 3,0 Kraftabbau
Trennen– D (Disengage)
Loslassen - RL (Release) Kode Passung Beschreibung E D
Kode TMU Beschreibung Kode TMU Beschreibung D1 lose Sehr kleine Kraft – geringer Rückschlag (bis ca. 2,5 cm) 4,0 5,7
RL1 2,0 Durch Öffnen der Finger RL2 0,0 Durch Aufheben des Kontaktes
D2 eng Mittlere Kraft – leichter Rückschlag (bis ca. 12 cm) 7,5 11,8
D3 fest Große Kraft – starker Rückschlag (bis ca. 30 cm) 22,9 34,7
Drehen – T (Turn) MTM-Institut
Eichenallee 11, 15738 Zeuthen
Telefon: +49 33762 2066-31
Telefax: +49 33762 2066-40
institut@dmtm.com
MTM-1
Datenkarte
Kode
Kraftaufwand/Gewicht
(daN/kg)
Normzeitwerte in TMU für Drehwinkel
30° 45° 60° 75° 90° 105° 120° 135° 150° 165° 180°
T-S klein: ≤ 1 2,8 3,5 4,1 4,8 5,4 6,1 6,8 7,4 8,1 8,7 9,4
T-M mittel: > 1 bis ≤ 5 4,4 5,5 6,5 7,5 8,5 9,6 10,6 11,6 12,7 13,7 14,8 Ohne gründliche Ausbildung können der Gebrauch dieser MTM-Normzeitwertkarte
und jede andere Anwendung von MTM zu falschen Resultaten führenT-L groß: > 5 bis ≤ 16 8,4 10,5 12,3 14,4 16,2 18,3 20,4 22,2 24,3 26,1 28,2
Körper-, Bein- und Fußbewegungen
Die Normzeitwerte dieser Karte
entsprechen einer Leistung von
100 % nach LMS
Zeiteinheiten
Kode TMU Bewegungslänge Beschreibung der Bewegungen TMU Sekunden Minuten Stunden
FM
FMP
8,5
19,1
bis 10 cm
Fußbewegung Drehachse: Knöchel
Fußbewegung mit starkem Druck
1 0,036 0,0006 0,00001
27,8 1
1 666,7 1
100 000 1
LM-
7,1
0,5
bis 15 cm
jeder weitere cm
Beinbewegung
Drehachse: Knie– oder Hüftgelenk in beliebige Richtung Gleichzeitige Bewegungen
SS-C1
SS-C2
17,0
0,2
34,1
0,4
< 30 cm
30 cm
jeder weitere cm
30 cm
jeder weitere cm
Seitenschritt: seitliche Verschiebung der Körperachse
Hinlangen oder Bringen analysieren
Fall I: Der Seitenschritt ist beendet, wenn das bewegte
Bein wieder auf dem Boden steht.
Fall II: Das nachgezogene Bein muss den Boden
wieder berühren, bevor die folgende
Bewegung ausgeführt werden kann.
Trennen
D
Fügen
P
Greifen
G
Bringen
M
Hinlangen
R
2
1E
1D
1NS
2SS
2NS
1SS
2S
1S 4
1B
1C
1A
2
5
C B
A
Bm
C
D
B
A
E
D E D E D E D E O W O W O W O W O W O W
Hinlangen
R
A, E
B
C, D
Bringen
M
A, Bm
TBC1
TBC2
18,6
37,2
Körperdrehung nach links oder rechts um 45o
bis 90o
Fall I: Die Körperdrehung ist beendet, wenn das
bewegte Bein wieder auf dem Boden steht.
Fall II: Das nachgezogene Bein muss den Boden
wieder berühren, bevor die folgende
Bewegung ausgeführt werden kann.
B
C
Greifen
G
1A, 2, 5
1B,1C Grundbewegungen, die in dieser
Tabelle nicht enthalten sind:
T Drehen：Normalerweise leicht
mit allen Grundbewegungen,
außer, wenn das Drehen
kontrolliert ist oder mit
einem Trennen vorkommt
AP Drücken：Jeden Fall
untersuchen
P3 Fügen：Immer schwierig
D3 Trennen：Normalerweise
schwierig
RL Loslassen：Immer leicht
D Trennen: jede
Passungsklasse kann
schwierig sein, wenn Übung
bzw. Vorsicht erforderlich ist
wegen Verletzungs-
/Beschädigungsgefahr
4
Fügen
P
1S
1SS, 2S
B, S, KOK
AB, AS, AKOK
29,0
31,9
Beugen, Bücken oder Knien auf ein Knie
Aufrichten vom Beugen, Bücken, Knien auf ein Knie
1NS,2SS,2NS
Trennen
D
1E, 1D
2
KBK
AKBK
69,4
76,7
Knien auf beide Knie
Aufrichten vom Knien auf beiden Knien
Möglichkeiten der gleichzeitigen Ausführung:
 = leicht W: innerhalb des normalen Blickfeldes
SIT
STD
34,7
43,4
Setzen
Aufstehen
 = mit Übung O: außerhalb des normalen Blickfeldes
 = schwierig,
Bewegungen
nacheinander
analysieren
E: einfach zu handhaben
W - P
W - PO
15,0
17,0
pro Schritt
pro Schritt
Gehen
Gehen behindert und /oder mit Last > 23 kg
D: schwierig zu handhaben
Blickfunktionen
Original MTM-Karte 101 A von 1955 – Urheberrechte bei der U.S. MTM Association
for Standards and Research
Die Angaben in Kursivschrift stellen Zusätze zu dieser Karte dar.
Urheberrechtlich geschützt – Nachdruck verboten – Copyright © 1955 … © 2008
Eingetragen in die Urheberrolle des Deutschen Patentamtes unter Nr. 59
Kode TMU Beschreibung
ET
15,2 × T/D
max. 20,0
Blickverschieben（Eye Travel）
T = Abstand zwischen den Blickpunkten
D = Abstand der Augen von der Verbindungslinie der Blickpunkte
EF 7,3 Prüfen (Eye Focus)

9. IEA 2018© DMTMV 10
Human Work Design
Coherency of process/work description and evaluation/assessmentPrinciplesNotation
Influencingfactors
Method Ergonomics
Description
(process steps) MTM-1, MTM-2,
MTM-UAS, MTM-MEK
observed activity
Evaluation
 ergonomic
assessment method
Method Ergonomics
Description
(process steps)

Evaluation

company-specific
systems
(e. g. EAWS)
Head/Cervix
• Head posture
• Eye travel
Lower limbs
• Distances
• Execution condition
• Basic posture
• Stability
• Leg posture
Trunk
• Trunk bending
• Trunk rotation
• Trunk inclination
• Bracing
Upper limbs
• Upper arm posture
• Wrist position
• Arm extension
• Wrist posture
• Weight
• Forces
• Force directions
• Distance area/range
• Preparation/provision
• Precision of positioning
• Position of installation
• Conditions of positioning
• Grasping motions
• Type of grasp
• Vibrations
Developmentpartners

10. Basic principle „Chronology“
IEA 2018© DMTMV 11
HWD Process Conditions
Actions
Head Arm
Chronology of Motion
(columns in the description form)
ChronologyofProcess
(rowsinthedescriptionform)
Posture Hand
Body
movement

11. Description formular & results
Head Arms
Body
posture
HandsBody
IEA 2018© DMTMV 12
Results: time (basic time) and EAWS point

12. IEA 2018© DMTMV 13
Ongoing research and outlook
Procedure
Recording of (raw, real-time) motion data
(MoCap)
Pre-processing (smoothening, detection of
motion patterns)
Parametrised datastream of human work - pdmw
(enriched by forces, positioning tolerances,..)
Based on MTM-HWD® process language
Time determination and
ergonomic assessment
MTMcompetence

13. IEA 2018© DMTMV 14
Contact
Prof. Dr. habil. Peter Kuhlang
Head of MTM-Institute and International Affairs
Technical Director International MTM-Directorate
Deutsche MTM-Vereinigung e.V.
Elbchaussee 352
22609 Hamburg, Deutschland
Tel.: +49 40 822779-0
www.dmtm.com
MTM-Institut
Eichenallee 11
15738 Zeuthen/Berlin, Deutschland
Tel.: +49 33762 20 66-31
institut@dmtm.com
Benefit from best practice examples of
MTM application
 Current trends in the world of work
 MTM qualifications
 Software and services
 Research by MTM-Institute
 Topics from the MTM community www.dmtm.com/newsletter
Peter Kuhlang
#MTMProf
@PeterKuhlang
@MTMHamburg

14. IEA 2018© DMTMV 15
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