Ergonomie im Zeitalter von Industrie 4.0

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Die Entscheidung, was in obigem Beispiel mit dem Fahrerlosen Transportsystem wann wohin transportiert wird, wird nicht mehr zentral vorgegeben, sondern von den intelligenten Objekten selbst entschieden. Dafür werden sämtliche im Internet der Dinge verfügbaren relevanten Daten verarbeitet und ausgewertet. Damit die CPS selbst Entscheidungen treffen können, müssen aber Regeln hinterlegt sein, nach denen sie diese treffen. Ist nun der Arbeiter mit im Internet der Dinge abgebildet, können auch arbeiterspezifische Daten in die Steuerung einfließen und die Arbeit des Menschen als flexible Größe im Produktionsprozess integrieren werden.

Körperbelastung als Kenngröße

Der Mensch als Arbeitskraft wird auch in der Produktion der Zukunft einen entscheidenden Faktor darstellen. Dies gilt insbesondere für montagelastige Produktionsschritte, die auch zukünftig umfangreiche manuelle Tätigkeiten umfassen werden. Montagearbeiten beinhalten jedoch einen hohen und konstanten Anteil an körperlicher Arbeit und führen zu einer erheblichen körperlichen Belastung. Dies stellt Unternehmen vor ergonomische und gesundheitliche Probleme ihrer Mitarbeiter, die sich insbesondere durch Muskel-Skelett-Erkrankungen äußern, welche für fast ein Viertel der Arbeitsunfähigkeitstage in Deutschland verantwortlich sind. Insbesondere führen folgende Punkte zu einer erhöhten körperlichen Belastung:

• ungünstige Körperhaltungen (z. B. Bücken, Oberkörper verdrehen)

• hohe Kraftaufwendungen im Finger-Hand-Arm-Bereich (z. B. beim Einsatz großer Werkzeuge)

• hohe Bewegungshäufigkeit der Finger und Hände

• andhaben von Lasten (vor allem in Abhängigkeit von Gewicht, Häufigkeit beziehungsweise Dauer und der eingenommenen Körperhaltung)

Hinzu kommt, dass durch die Standardisierung von Prozessen und Arbeitsabläufen ein hoher Faktor an repetitiven Tätigkeiten mit hoher Wiederholungsrate entsteht, wodurch die Belastung einzelner Körperbereiche nochmals verstärkt wird. Um einen Belastungsausgleich zu schaffen, sollten körperliche Belastungen also nicht nur möglichst gering, sondern auch verteilt sein. [5]

Wird der Arbeiter mit seiner Arbeit nun im Internet der Dinge erfasst, kann er aktiv in die Produktionsplanung miteinbezogen werden. Stehen für einen Montageschritt verschiedene Optionen zur Verfügung, zum Beispiel im Stehen schrauben oder im Sitzen schrauben, so kann das Produkt selbst als intelligentes Objekt entscheiden, von welchem Arbeiter es bearbeitet werden will und welche der Optionen dieser anwenden soll. Zu den Daten, die dafür verarbeitet werden, gehören auch die bisherigen Montageschritte des Arbeiters und seine personenspezifischen Körperdaten. Dadurch kann der Belastungsausgleich für jeden Arbeiter speziell abgestimmt und dem Umstand Rechnung getragen werden, dass jeder Mensch in Bezug auf seine Körperbeschaffenheit unterschiedlich ist. Um die Belastung dabei zu messen, kommen Messverfahren aus der Arbeitswissenschaft zum Einsatz, mit denen körperliche Belastungen nach Belastungshöhe und Belastungsdauer erfasst und bewertet werden können. Ein solches Verfahren stellt zum Beispiel das Ovako Working Posture Analysis System (OWAS) dar, das sich auf Rücken-, Arm- und Beinhaltungen konzentriert und insgesamt 84 unterschiedliche Haltungs-Kombinationen, deren zeitlichen Anteil sowie das Gewicht zu hebender Teile berücksichtigt. Ein weiteres Beispiel ist das Ergonomic Assessment Worksheet (EAWS), welches speziell für die Arbeit in Takten entworfen wurde. [5] Als Belastungsgröße bestimmen diese Verfahren einen numerischen Wert, der mit anderen Werten von den CPS rechnerisch verarbeitet und in die Entscheidungsfindung mit einbezogen werden kann. Faktoren, die bei dieser Entscheidung eine Rolle spielen, sind unter anderem die Montagetätigkeiten, die der Arbeiter bereits ausgeführt hat und wie hoch sein Belastungswert demnach ist, wie viel Zeit die jeweilige Montageoption in Anspruch nimmt, wie hoch deren durchschnittliche Fehlerquoten sind und andere situationsabhängig variierende Aspekte. Zusammen mit anderen relevanten Zielgrößen kann die Ergonomie auf diese Weise direkt und personifiziert in die Steuerung miteinbezogen werden.

Die Industrie steht vor gravierenden Änderungen. Ob man das letztlich mit Recht als revolutionären Einschnitt bezeichnen kann, wird sich wohl nur rückblickend und damit frühestens in einer Dekade abschließend bewerten lassen. Tatsache aber ist, dass man die Möglichkeiten, die sich aus neuen Rahmenbedingungen ergeben, nutzen sollte. Die Berücksichtigung von ergonomischen Aspekten stellt dabei eine Möglichkeit dar, die Produktionssteuerung um eine Komponente zu erweitern und die Belange des Menschen aktiv in die Optimierung von Arbeitsabläufen zu integrieren. Neben den komplexen (informations-)technischen Herausforderungen darf dabei auch nicht verkannt werden, dass der Schutz von sensiblen personenbezogenen Daten in solchen Systemen eine kritische rechtliche Fragestellung darstellt, die es ebenfalls zu lösen gilt.

Literatur

[1] Bauernhansl, T.: Die Vierte Industrielle Revolution – Der Weg in ein wertschöpfendes Produktionsparadigma. In: Bauernhansl, T.; Ten Hompel, M.; Vogel-Heuser, B. (Hrsg.): Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik. Anwendung, Technologien, Migration. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014, S. 5-35.

[2] Ganschar, O. et al.: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0. Fraunhofer, Stuttgart 2013. URL: https://www.fraunhofer.de/content/dam/zv/de/forschungsthemen/Wissenschaftsjahr/2014-die-digitale-gesellschaft/Produktionsarbeit-der-Zukunft_Industrie-4.0.pdf.

[3] Geisberger, E.; Broy, M.: Agenda CPS. Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 2012. URL: http://www.bmbf.de/pubRD/acatech_STUDIE_agendaCPS_Web_20120312_superfinal.pdf.

[4] Lee, E.; Seshia, S.: Introduction to Embedded Systems – A Cyber-Physical Systems Approach. LeeSeshia.org, 2011. URL: http://leeseshia.org/releases/LeeSeshia_DigitalV1_08.pdf.

[5] Kugler, M. et al.: Ergonomie in der Industrie – aber wie? Handlungshilfe für den schrittweisen Aufbau eines einfachen Ergonomiemanagements. Darmstadt: Institut für Arbeitswissenschaft der TU Darmstadt 2010. URL: www.kobra-projekt.de/page/handlungshilfe.

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