Fähigkeitsgerechte Arbeitsgestaltung mit Hilfe digitaler Menschmodelle
Neben einem starken internationalen Wettbewerb sowie einer Beschleunigung struktureller Umbrüche infolge der Digitalisierung stellen auch die Veränderungen in den Belegschaften produzierende Unternehmen vor große Herausforderungen (Adenauer 2015). Der Anteil älterer und leistungsgewandelter Beschäftigter in den Betrieben steigt an (Keskin u. Stork 2010; Reinhart u. Egbers 2012; Scheller et al. 2015). Leistungsgewandelte Beschäftigte sind Personen, deren Einsatz an ihren angestammten Arbeitsplätzen aufgrund irreversibler physischer und/oder psychischer Leistungseinschränkungen nicht mehr gewährleistet werden kann (Rudow 2011). Aktuelle Strategien zu deren Weiterbeschäftigung sind größtenteils individuelle, korrektive Einzellösungen (oftmals sog. Schonarbeitsplätze). Eine frühzeitige Einbeziehung der Anforderungen leistungsgewandelter Beschäftigter in die Planung neuer Arbeitsplätze oder in der Umgestaltung aktueller Arbeitsplätze findet meist nur unzureichend statt (Kocka u. Staudinger 2009; Egbers 2014). Instrumente der digitalen Fabrik und insbesondere digitale Menschmodelle bieten dafür aber inzwischen neue Möglichkeiten.
Das digitale Planungssystem ema Work Designer (emaWD) ermöglicht die prospektive Planung, Gestaltung und Bewertung manueller und teilautomatisierter Arbeitsprozesse (Bauer et al. 2019). Zur Simulation von Arbeitsprozessen kann aus verschiedenen Menschmodellen gewählt werden (Geschlecht, Anthropometrie/Köperhöhenperzentil, Nationalität). Eine parametrisierte Tätigkeitsbeschreibung (ema-Verrichtungsbibliothek) mit der Angabe von weiteren Randbedingungen wie Objekthandhabungen und Zielpositionen ermöglicht die eigeninitiative und automatisch generierte Bewegung des Menschmodells. Darüber hinaus bietet emaWD verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung. Die Ermittlung einer Fertigungszeit auf Basis von MTM-UAS (Methods-time Measurement, universelles Analysiersystem; Bokranz 2016) sowie eine Ergonomiebewertung mittels EAWS (Ergonomic Assessment Worksheet; Schaub et al. 2013) erfolgt automatisch, ebenso wie die Analyse von Laufwegen, Taktzeiten und Wertschöpfungsanteilen.
Bei der Neuplanung werden Arbeitsplätze zumeist nach den entsprechenden anthropometrischen Engpässen (kleinste Frau, größter Mann) oder nach einer Standardpopulation (50. Perzentil) ausgelegt. Dabei wird üblicherweise mit „Norm-Menschen“, zum Beispiel basierend auf der DIN 33402-2:2020, gearbeitet. Zur zielgerichteten fähigkeitsgerechten Arbeitsgestaltung mit Hilfe digitaler Menschmodelle sind jedoch zusätzliche Auswertungen und Eingabemöglichkeiten notwendig. Der emaWD bietet in seiner neuesten Version 2.0 zusätzliche Analysefunktionen zur Berücksichtigung von Leistungseinschränkungen in der digitalen Planung. Im ersten Schritt ist eine Datengrundlage möglicher Fähigkeitsmerkmale notwendig. Hierzu wurde im emaWD ein Klassifikationssystem mit 57 physischen und arbeitsorganisatorischen Kriterien zur Anwendung auf digitale Menschmodelle integriert. Die einzelnen Merkmale und deren Bewertungsgrenzen basieren auf bestehenden Verfahren, beispielsweise dem EAWS, dem IMBA (Integration von Menschen mit Behinderung in die Arbeitswelt; Mozdzanowski u. Glatz 2013) und verschiedenen Normen (u. a. DIN EN ISO 1005-4). Für die Anwendungsfälle zum Einsatz leistungsgewandelter Personen auf neu zu planenden Arbeitsplätzen (prospektive Berücksichtigung) und der nachträglichen Integration in bestehende Produktionsbereiche bietet der emaWD zudem eine neue Option zur automatischen Generierung von Arbeitsplatzanforderungsprofilen sowie erweiterte Eingaben zur Detaillierung von Kriterien (z. B. Faktoren der Arbeitsumwelt). Diese ermöglichen bei digitalen Menschmodellen erstmals eine systematische Vorgehensweise bei der Analyse und fähigkeitsgerechten Gestaltung von Arbeitsplätzen und Arbeitsprozessen. Nachfolgend wird die Systematik anhand zweier Praxisbeispiele aus der Automobilindustrie vorgestellt.
Prospektive fähigkeitsgerechte Arbeitsgestaltung am Beispiel eines Vormontagebereichs der Fahrzeugendmontage mittels ema Work Designer
Digitale Menschmodelle können bereits in der Planungsphase von neuen Arbeitsprozessen und Arbeitsplätzen wichtige Erkenntnisse zur fähigkeitsgerechten Arbeitsgestaltung liefern. Im Volkswagenwerk Zwickau wurde im Rahmen der Einführung des vollelektrischen Fahrzeugs ID.3 aufgrund neuer Teilkomponenten eine zusätzliche Vormontagelinie geschaffen. In diesem abgegrenzten Linienabschnitt erfolgt der Zusammenbau des so genannten Versorgungskanals. Auf Basis eines vorhandenen Planungsstandes mit Layout, Betriebsmitteln und Arbeitsprozessen wurde dieser digital im emaWD abgebildet und simuliert (➥ Abb. 1).
Anschließend erfolgte die Definition eines Fähigkeitsprofils des einzusetzenden Personals auf Grundlage einer „Heat-Map“ der häufigsten Einschränkungskombinationen bei den vorhandenen Beschäftigten im Werk. Neben der notwendigen Gelegenheit zum Sitzen sowie der Vermeidung ungünstiger Körperhaltungen (Arbeiten über Kopf und auf Schulterniveau, häufiges Beugen/Bücken) wurden Lastenhandhabungen auf < 10 kg sowie Fingerkräfte auf < 30 N limitiert. Die auf Basis der Simulation entstandenen Arbeitsplatzanforderungsprofile zeigten im Vergleich zum Fähigkeitsprofil der Zielgruppe Verbesserungspotenziale auf, die umgesetzt werden müssen, um leistungseingeschränkte Beschäftigte einsetzen zu können. Insbesondere hochfrequente Aktionskräfte (Eindrücken von Leitungen) und ungünstige Körperhaltungen (Rumpfbeugungen bei der Entnahme von Bauteilen aus Ladungsträgern, Über-Schulter-Arbeit bei Montagevorgängen auf Teileträger) stellten sich als Engpässe heraus. Des Weiteren wird an den Arbeitsplätzen im Vormontagebereich – entgegen der Anforderung zum zeitweisen Sitzen – durchgängig im Stehen gearbeitet.
Gemäß des TOP-Prinzips sind technische Maßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung von Gefährdungen umzusetzen (Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2018). Mittels des emaWD wurden iterativ Maßnahmen simuliert, bewertet und miteinander verglichen. ➥ Abbildung 2 zeigt als Beispiel die konstruktive Anpassung des Teileträgers (Aussparungen im Montagebereich zur Verbesserung der Erreichbarkeit) sowie die Anhebung der Förderstrecke zur Optimierung der Arbeitshöhe.
Ein weiterer Schwerpunkt der Umgestaltung betraf die Schaffung von Sitzmöglichkeiten innerhalb des Arbeitsprozesses. Mit der Neuverteilung von Arbeitsumfängen konnte die Montage von zwei Teilbaugruppen auf einen Arbeitsplatz konzentriert werden. Die vormals ergonomisch ungünstige Teilmontage mit hohen Armreichweiten und starker Rumpfdrehung kann nach Umgestaltung in sitzender, aufrechter Körperhaltung erfolgen. Der Ersatz des geplanten Pistolenschraubers mit einem ergonomischen Winkelschrauber ermöglicht zudem eine Beidhandarbeit und somit eine bessere Verteilung der Rückschlagkräfte auf das Hand-Arm-System (➥ Abb. 3).
Den überarbeiteten Planungsstand mit der zusätzlichen Anpassung des Layouts (insbesondere der Materialbereitstellung) zeigt ➥ Abb. 4. Die geplanten Maßnahmen reduzieren die Anforderungen an den Arbeitsplatz und ermöglichen eine zusätzliche Integration leistungsgewandelter Beschäftigter.
Partizipative Arbeitsplatzgestaltung für Beschäftigte mit Einschränkungen
Eine häufige Herausforderung bei der Berücksichtigung von leistungsgewandelten Beschäftigten ist deren Einsatz in bereits bestehenden Fertigungsbereichen. Am Beispiel der Daimler Truck AG im Werk Kassel wurden hierzu vorhandene Arbeitsplätze grundlegend umgestaltet. Nach einem Workshop zur Definition des Planungsbereichs und der maßgeblichen Anforderungen zum Einsatz leistungsgewandelter Beschäftigter erfolgte eine Konzepterstellung zur Überführung der vormals dezentralen Komponentenmontage an verschiedenen Arbeitsplätzen in einen zentralen Vormontagebereich. Nach einer Ist-Analyse der bestehenden Arbeitsprozesse wurden diese in einen neuen Bereich mit entsprechenden Anpassungen im Layout und im Materialfluss übertragen (➥ Abb. 5). Durch den Einsatz höhenverstellbarer Tische mit rückseitiger Materialanstellung konnten ergonomisch ungünstige Körperhaltungen und die Lastenhandhabung schwerer Kleinladungsträger weitestgehend reduziert werden. Zusätzlich wurde die Möglichkeit zum Wechsel zwischen der Arbeit im Stehen und Sitzen geschaffen. Die konsequente Nutzung von Hilfsmitteln wie zum Beispiel Drehmomentabstützungen für Winkelschrauber sowie der Einsatz von Pressvorrichtungen und Handhabungsgeräten reduzieren die auftretenden Aktions- und Rückschlagkräfte erheblich. In partizipativen Workshops mit Werkerinnen/Werkern, Meisterinnen/Meistern sowie weiteren Fachexpertinnen und -experten (Planung, Gesundheitswesen etc.) wurden die virtuellen Entwürfe der neuen Arbeitsplätze vorgestellt, um das Feedback und die Ideen der späteren Nutzerinnen und Nutzer noch vor Abschluss der Planungsphase zu berücksichtigen und so die Effizienz sowie die Akzeptanz für die geplanten Umgestaltungsmaßnahmen zu erhöhen.
Im Projektergebnis wurde mit der Gestaltung eines zentralen Vormontagebereichs die Integration leistungsgewandelter Beschäftigter ermöglicht. Durch die gleichzeitige Verbesserung von Layout und Materialfluss konnten zudem Laufwege und Fertigungszeiten optimiert werden.
Ausblick
Die vorgestellten Beispiele zeigen, wie innovative Werkzeuge der digitalen fähigkeitsgerechten Arbeitsplatz- und Prozessgestaltung zur (Re-)Integration von leistungsgewandelten Beschäftigten beitragen können. Dabei bieten die im emaWD umgesetzten Funktionen noch zusätzliches Potenzial zur Weiterentwicklung. Neben der Erweiterung der Menschmodelle hinsichtlich altersabhängiger Faktoren der Beweglichkeit und Anthropometrie sind weitere Auswertungsfunktionen zur Einsatzanalyse denkbar. Unter anderem kann mittels eines Imports von Mitarbeiterfähigkeitsprofilen zur initialen Berücksichtigung von Leistungseinschränkungen ein automatisierter Profilvergleich ermöglicht werden.
Interessenkonflikt: Beide Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte vorliegen.
Literatur
Adenauer S: Demografischer Wandel und Auswirkungen auf Unternehmen. In: Institut für angewandte Arbeitswissenschaft e.V. (Hrsg.): Leistungsfähigkeit im Betrieb: Kompendium für den Betriebspraktiker zur Bewältigung des demografischen Wandels. Wiesbaden: Springer, 2015, S. 9–25.
Bauer S, Jayan Sylaja V, Fritzsche L, Ullmann S: Task-based digital human simulation with Editor for Manual work Activities – Basic functionalities, applications, and future works. In: Scataglini S, Paul G (Hrsg.): DHM and Posturography. London: Academic Press, 2019.
Bokranz R, Landau K: Produktivitätsmanagement von Arbeitssystemen. Stuttgart: Schäffer-Poeschel, 2006.
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: Technische Regeln für Betriebssicherheit TRBS 1111: Gefährdungsbeurteilung. Berlin, 2018.
DIN EN 1005-4: Sicherheit von Maschinen – Menschliche körperliche Leistung – Teil 4: Bewertung von Körperhaltungen und Bewegungen bei der Arbeit an Maschinen. Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.). Berlin: Beuth, 2009.
DIN 33402-2: Ergonomie – Körpermaße des Menschen – Teil 2: Werte. Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.). Berlin: Beuth, 2020.
Egbers JF: Identifikation und Adaption von Arbeitsplätzen für leistungsgewandelte Mitarbeiter entlang des Montageplanungsprozesses. München: Herbert Utz, 2014.
Keskin M-C, Stork J: Der chronisch Kranke im Betrieb: Erkenntnisse aus dem Audi Checkup, 2020. https://docplayer.org/27975501-Der-chronisch-kranke-im-betrieb-erkenntnisse-aus-dem-audi-checkup-keskin-m-c-stork-j.html (abgerufen am 31. 01. 2021).
Kocka J, Staudinger U: Gewonnene Jahre: Empfehlungen der Akademiengruppe Altern in Deutschland. Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, 2009.
Mozdzanowski M, Glatz A: Das Profilvergleichssystem IMBA als Instrument im betrieblichen Eingliederungsmanagement. Bewegungstherapie und Gesundheitssport 2013; 29: 55–61.
Reinhart G, Egbers J: Integrating Ability Limitations into Assembly System Design. In: El Maraghy H (Hrsg.): Enabling manufacturing competitiveness and economic sustainability – Proceedings of the 4th International Conference on Changeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production (CARV2011). Berlin: Springer, 2012, S. 35–40.
Rudow B: Die gesunde Arbeit: Arbeitsgestaltung, Arbeitsorganisation und Personalführung. München: Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2011.
Schaub K, Caragnano G, Britzke B, Bruder R: The European assembly worksheet. Theoretical Issues in Ergonomics Science 2013; 14: 616–639.
Scheller K, Wittemann P, Müglich D, Sinn-Behrendt A, Pirger A, Bruder R: Auswertung altersdifferenzierter Fähigkeitsdaten zur Entwicklung von ergonomischen Gestaltungsansätzen in der Produktion. Z Arbeitswiss 2015; 69: 137–145.
Weitere Infos
Virtuelle Produktionsplanung mit der ema Software Suite
https://imk-ema.com/softwaresuite.html
ema Software Suite – Produktions- & Materialflussplanung und Arbeitsplatz- und Prozessgestaltung
https://www.youtube.com/user/imkautomotive
Kernaussagen
Koautor
An der Erstellung des Beitrags beteiligt war Prof. Dr. rer. nat. Lars Fritzsche, Fachbereichsleiter Ergonomie, imk automotive GmbH, Chemnitz.
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