Körperbelastung am Arbeitsplatz Ergonomie im Zeitalter von Industrie 4.0

Autor / Redakteur: Christoph Krieger und Holger Müller / M.A. Frauke Finus

Industrie 4.0 birgt für Unternehmen die vielfältigsten Chancen in Hinblick auf Effizienz, Kosteneinsparungen und wirtschaftliche Erfolgspotenziale. Zudem rücken Faktoren, die bislang eine eher untergeordnete Rolle spielten, vermehrt in den Fokus der Produktionssteuerung, beispielsweise die Körperbelastung am Arbeitsplatz.

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Das häufige Benutzen von größeren Werkzeugen führt zu Belastungen des Finger-Hand-Arm-Bereichs.
Das häufige Benutzen von größeren Werkzeugen führt zu Belastungen des Finger-Hand-Arm-Bereichs.
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Die Bezeichnung Industrie 4.0 wird benutzt, um damit eine vierte industrielle Revolution zu beschreiben. Beginnen wir folglich am besten mit einem Rückblick auf die drei bisherigen Revolutionen. Die erste Revolution fand Ende des 18. Jahrhunderts statt, als durch Wasser- und Dampfkraft mechanische Produktionsanlagen eingeführt werden konnten. Den zweiten revolutionären Einschnitt in die Produktionsarbeit brachte zu Beginn des 20. Jahrhunderts die mithilfe elektrischer Energie vorangetriebene arbeitsteilige Massenproduktion, die Henry Ford 1913 mit der Fließbandfertigung des heute legendären Model T perfektionierte. Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts ermöglichte dann der flächendeckende Einsatz von Computern und IT-Systemen die digitale Steuerung von Produktionsprozessen und schließlich den Einzug von Robotern in die Produktion, welche automatisierte Aufgaben übernahmen. Diese dritte industrielle Revolution hält bis heute an. [1]

Die vierte industrielle Revolution

Und nun soll eine vierte Revolution anstehen. Eingetreten ist sie wohlgemerkt noch nicht. Vielmehr wird sie im Moment nur vorhergesagt, was erklären könnte, warum sie so schwer zu beschreiben ist und bei vielen momentan eher Verwirrung als Verständnis auslöst. Die Technologie, die hinter dieser Revolution steckt, ist letztlich das Internet beziehungsweise ganz allgemein sind es digitale Netze.

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Kommunikationsinfrastruktur wird immer preisgünstiger, Datenübertragung geht heute schnell und zuverlässig von statten. Im privaten Sektor hat das durch Smartphones, soziale Netzwerke und vielfältige Internetdienste bereits zu einer grundlegenden Änderung des Alltags geführt – fast könnte man sagen, sie haben den Alltag revolutioniert. Die Industrie dagegen hält sich bislang eher zurück, solche technischen Lösungen umfangreich einzusetzen. Gelingt es ihr aber, die Vernetzung von Daten und Objekten voranzutreiben, entstehen völlig neue Möglichkeiten für die Fertigung, Steuerung und Organisation. [2] Und dann könnte man durchaus von einer Revolution sprechen.

Eine wichtige technische Grundlage der sich ändernden Produktionsbedingungen – und vielleicht den Haupttreiber von Industrie 4.0 – bilden sogenannte Cyber-Physische Systeme (CPS). Das sind reale Objekte, die über eine Softwarekomponente verfügen. Dadurch sind sie in der Lage, Daten zu speichern und auszuwerten. Zusätzlich können sie über Sensoren verfügen, die Umweltzustände aufnehmen können, sowie über Aktoren, die sie dazu befähigen, selbst Einfluss auf die physikalische Umwelt zu nehmen (Abbildung 1) [3]. Der Sensor kann in einem einfachen Beispiel ein Lesegerät sein, das an einem Fahrerlosen Transportsystem angebracht ist und automatisch RFID-Chips von Gütern ausliest. Die darauf gespeicherten Informationen werden verarbeitet und aus ihnen eine Handlung abgeleitet, die zum Beispiel darin bestehen kann, dass das Gut automatisch aufgeladen und an einen bestimmten Ort transportiert wird.

Werden diese CPS nun auch noch über ein digitales Netz miteinander verbunden, können sie sich gegenseitig abstimmen und koordinieren. Man spricht vom Internet der Dinge, der virtuellen Abbildung realer Objekte in digitaler Form. Dadurch entstehen Möglichkeiten, die von der unternehmensinternen und -externen Abstimmung in Echtzeit bis hin zu sich selbst steuernden Produktionssystemen reichen. Je mehr reale Objekte dabei zu CPS werden und sich miteinander verknüpften, desto umfangreicher sind die Möglichkeiten. Das ultimative Industrie 4.0-Szenario beschreibt einen Zustand, in dem dies auf sämtliche Objekte zutrifft und zusätzlich alle Management-, Zuliefer-, Kunden- und Steuerungsprozesse integriert werden.

Der Mensch im Internet der Dinge

Eine Komponente, die zwar kein „Objekt“, aber dennoch elementarer Bestandteil eines jeden Produktionsbetriebes ist – und das auch in der hypothetischen sich selbst steuernden Fabrik – ist der Mensch. Daher erscheint es sinnvoll, auch ihn in das Internet der Dinge zu integrieren. Der Mensch bringt die Eigenschaft mit, dass er von Natur aus bereits über Sensoren verfügt, nämlich seine Sinne, und auch selbst agieren kann. Was ihm lediglich fehlt, um auch Teil des Internets der Dinge zu werden, ist die Vernetzung mit dem restlichen System (Abbildung 2). Wird der Mensch in das Internet der Dinge integriert, hat das Vorteile für das Gesamtsystem, weil es nun noch detaillierter die Realität abbilden und dadurch noch passgenauere Informationen generieren kann. Aber kann es auch Vorteile für den Menschen selbst haben? Wie oben bereits angesprochen, hat die flächendeckende Einführung von CPS auch Auswirkungen auf die Art und Weise wie Produktionssysteme gesteuert werden.

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