Making milking easier : reducing physical strain of parlor workers during milking cluster attachment

Cockburn, Marianne

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Cockburn, Marianne

Making milking easier : reducing physical strain of parlor workers during milking cluster attachment

Reduzierung der physischen Arbeitsbelastung von Melkern beim Ansetzen des Melkzeugs

(Übersetzungstitel)

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-13910
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1391/

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SWD-Schlagwörter:

Melken , Ergonomie , Arbeitswissenschaft , Melkstand , Elektromyographie

Freie Schlagwörter (Englisch):

Milking , Ergonomics , Electromyography , Parlor

Institut:

Institut für Agrartechnik

Fakultät:

Fakultät Agrarwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Landwirtschaft, Veterinärmedizin

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Schick, Matthias apl. Prof. Dr. habil.

Sprache:

Englisch

Tag der mündlichen Prüfung:

24.01.2017

Erstellungsjahr:

2017

Publikationsdatum:

20.12.2017

Lizenz:

Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim

Kurzfassung auf Englisch:

Milking personnel have been affected by musculoskeletal disorders for many years. In parlor workers the shoulders, wrists and lower back are most affected. As the procedure of milking cluster attachment has been reported to be the most strenuous during milking, we took a three- step approach to reduce the physical strain of this task.
In the first step, we used the computer-assisted recording and long-term analysis system (CUELA) to record flexion angles of multiple joints during milking. The posture of 30 milkers was evaluated on 15 farms. Milking parlor types evaluated included the Herringbone 30°, the Herringbone 50°, and the Parallel as well as the Rotary parlor. The 5th, 50th and 95th percentiles of the data recordings were classified against ISO Norms and it was found that joint flexion angles were concerning. The statistical analysis revealed a significant interaction between milking parlor type and a working height coefficient, which reflected the ratio between the subject’s height and the effective udder height (udder height + depth of pit). By using model predictions, we calculated working height coefficients that could improve joint flexion angles. These working height coefficients were calculated for each parlor type and used within the newly developed “milking health formula” to calculate the ideal depth of pit, under the consideration of the milker’s height, milking parlor type and udder height.
As the working heights recommended within the milking health formula were relatively low for all parlor types, and the recommendations made for the Herringbone 30° were broad, we aimed to further validate our findings by using surface electromyography to monitor muscle contraction intensities of 16 milkers (nine females, seven males). The second step of this thesis was performed in a laboratory setting where the milking cluster was attached to an artificial udder. It was important to ensure that the milking health formula enabled a consistent setting of working heights for milkers of different body heights, as well as ensuring that lower working heights reduced muscle contraction intensities of the upper limb and shoulder muscles. The results showed that lower working heights decreased muscle contraction intensities of the shoulder muscles, but not of the lower and upper arms. Further, since the subjects body height had no effect on muscle contraction intensities, it can be concluded that the formula offers an effective way to set comparable working heights for milkers of different body heights.
Posture of milkers is not only affected by working heights, but also by the horizontal reaching distance between the milker and the cows’ udder. It has recently been assumed that milking stall dimensions are currently too small for dairy cows and that they should be increased to ensure their welfare. This could however increase the reaching distance between the udder and the cow and thus negatively affect ergonomics. In the third step of the thesis, we therefore used surface electromyography, in both a Herringbone 30° and a Side by Side milking parlor, to investigate the effect of increased milking stall dimensions on muscle contraction intensities of the upper limb and shoulder muscles during milking. Nine male subjects milked 30 cows twice per parlor type, where the milking stall dimensions were large on one side of the milking parlor and standard sized on the other. Milking stall dimensions had no effect on muscular contraction intensities in the Side by Side parlor and a controversial effect in the Herringbone 30° parlor. The contraction intensities in the right lower and upper arm were higher when cows were milked in standard sized milking stalls, but were higher in the left upper arm when cows were milked in large milking stalls. The effect of milking stall dimensions on the work environment should therefore be further investigated.
In conclusion, the current project has developed a method to calculate beneficial working heights for a variety of milking parlor types. These derived recommendations have been further validated and it was shown that lower working heights reduced muscular load of the shoulder muscles.

Kurzfassung auf Deutsch:

Seit vielen Jahren werden bei Melkern und Melkerinnen Erkrankungen des Bewegungsapparates festgestellt. Bei Melkern, die in Melkständen arbeiten sind die Schultern, Handgelenke und der untere Rücken am stärksten von diesen Beschwerden betroffen. Das Ansetzen des Melkzeugs ist beim Melken die anstrengendste Tätigkeit. Deshalb versuchten wir die Arbeitsbelastung des Melkpersonals bei dieser Tätigkeit in einem dreistufigen Ansatz zu reduzieren.
In einem ersten Schritt verwendeten wir das computerunterstützte Erfassung- und Langzeit-Analyse (CUELA) System, um die Beugewinkel verschiedener Gelenke beim Melken zu erfassen. Auf 15 Landwirtschaftsbetrieben wurde hierzu die Haltung von insgesamt 30 melkenden Personen untersucht. Die Untersuchung umfasste die Melkstandtypen Fischgräte 30°, Fischgräte 50°, Side by Side und Melkkarussell. Das 5te, 50te und 95te Perzentil der erfassten Daten wurde jeweils nach ISO-Normen klassifiziert. Hierbei wurden besorgniserregende Beugewinkel der Gelenke festgestellt. Die statistische Analyse ergab eine signifikante Wechselwirkung zwischen dem Melkstandtypen und einem Arbeitshöhekoeffizienten, der sich aus der Körpergrösse der melkenden Person und der effektiven Höhe des Euters (Euterhöhe + Tiefe der Melkgrube) ergibt. Mit Hilfe von Modellschätzungen bestimmten wir Arbeitshöhekoeffizienten, durch die die Beugewinkel der Gelenke verbessert werden konnten. Diese Arbeitshöhekoeffizienten wurden spezifisch für die einzelnen Melkstandtypen berechnet und konnten in der neu entwickelten “Milking Health Formel” eingesetzt werden, um die ideale Melkgrubentiefe in Abhängigkeit der Körpergrösse der melkenden Person, des Melkstandtyps und der Euterhöhe zu berechnen.
Da die durch die Milking Health Formel empfohlenen Arbeitshöhen für alle Melkstandtypen relativ tief und die Empfehlungen für den Fischgräten 30° Melkstand noch unpräzise waren, prüften wir in einem zweiten Schritt unsere Ergebnisse durch den Einsatz von Oberflächen-Elektromyographie. Wir untersuchten hierzu die Intensität der Muskelkontraktion von 16 melkenden Personen (9 Frauen, 7 Männer) unter Laborbedingungen. Die Probanden setzten das Melkzeug hierzu auf drei unterschiedlichen Arbeitshöhen an einem Kunsteuter an. Die Milking Health Formel ermöglichte eine konsistente Einstellung der Arbeitshöhen für melkende Personen unterschiedlicher Körpergrössen. So konnte untersucht werden, ob die niedrigeren Arbeitshöhen zu einer Entlastung der oberen Extremitäten und Schultern des Melkers führen. Die Ergebnisse zeigten, dass die tieferen Arbeitshöhen die Intensität der Muskelkontraktion der Schultern, nicht jedoch der Unter- und Oberarme senkten. Da die Körpergrösse des Melkers weiterhin keinen Einfluss auf die Intensität der Muskelkontraktionen hatte, konnten wir schlussfolgern, dass die Formel es effektiv ermöglicht vergleichbare Arbeitshöhen für Personen unterschiedlicher Körpergrösse einzustellen.
Im dritten Teil dieser Dissertation untersuchten wir mit Hilfe von Oberflächen-Elektromyographie, sowohl im Fischgräten 30° Melkstand als auch im Side by Side Melkstand, den Einfluss vergrösserter Melkplatzabmessungen auf die Intensität von Muskelkontraktionen in den oberen Extremitäten und Schultern. Dieser Versuch wurde durchgeführt, da ein Zusammenhang zwischen dem horizontalen Abstand der melkenden Person zum Kuheuter und der Ergonomie in Melkständen festgestellt wurde. Zudem wurde die Vermutung geäussert, dass die derzeitigen Melkstandabmessungen für die Kühe zu klein sind und im Hinblick auf das Wohlbefinden der Milchkühe vergrössert werden sollten. Grössere Melkplätze könnten jedoch dazu führen, dass die horizontale Entfernung zwischen Melker und Kuh sich vergrössert und die Ergonomie des Melkers somit beeinflusst. In der dritten Studie melkten daher neun Personen 30 Kühe je zwei Mal im Fischgräten 30° und zwei Mal im Side by Side Melkstand. Hierbei waren die Melkplatzabmessungen der Kühe jeweils auf einer Seite des Melkstands gross, während Sie auf der anderen Seite Standardmass hatten. Die Melkplatzmessungen hatten beim Side by Side Melkstand keinen und beim Fischgräten 30° Melkstand einen widersprüchlichen Einfluss auf die Intensität der Muskelkontraktionen. Die Intensität der Muskelkontraktionen im rechten Unter- und Oberarm waren höher, wenn die Kühe in Standard Melkplätzen gemolken wurden, während im linken Oberarm die Intensität der Muskelkontraktionen höher waren, wenn die Kühe in grossen Melkplätzen gemolken wurden. Der Einfluss der Melkplatzabmessungen auf die Arbeitsbedingungen im Melkstand sollte daher noch genauer untersucht werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, mit der ergonomisch vorteilhafte Arbeitshöhen für unterschiedliche Melkstandtypen berechnet werden können. Diese Empfehlungen wurden validiert und es wurde gezeigt, dass tiefere Arbeitshöhen die Belastung der Schultermuskulatur reduzierten.