Erweiterung eines Systems vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik

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1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Fakultät für Maschinenwesen Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Erweiterung eines Systems vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik David Michael Florian Kelterborn Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Prüfer der Dissertation: 1. Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner 2. Prof. Dr. phil. Klaus Bengler Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

2 Herausgegeben von: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Technische Universität München Zugleich: Dissertation, München, Technische Universität München, 2017 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruck, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwendung dem Autor vorbehalten Layout und Satz: Michael Kelterborn Copyright Michael Kelterborn, 2017 ISBN: Printed in Germany, 2017

3 Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der Technischen Universität München. Den Rahmen für meine Dissertation bildete eine Forschungskooperation mit der MAN Truck & Bus AG. In einem motivierenden Umfeld erhielt ich hier die Gelegenheit an der Schnittstelle von Wissenschaft und industrieller Anwendung zu arbeiten und zu forschen. Mein erster Dank gilt meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner für seine Unterstützung und sein Vertrauen. Weiterhin danke ich Herrn Prof. Dr. phil. Klaus Bengler für die Übernahme des Koreferats, sowie Herrn Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart für die Übernahme des Vorsitzes der Prüfungskommission. Für die Ermöglichung der Arbeit bei der MAN Truck & Bus AG und die persönliche Förderung möchte ich Prof. Dr.-Ing. Sebastian Meißner und Dr. Martin Meyer meinen Dank aussprechen. Besonders bedanken möchte ich bei meinen ehemaligen Kollegen Eva Klenk, Christopher Keuntje und Dr. Markus Klevers, die mit ihren wertvollen Anregungen zum Gelingen dieser Arbeit entscheidend beigetragen haben. Auf die Unterstützung meiner Familie konnte ich mich immer verlassen. Besonders danke ich meiner lieben Frau Katharina Kelterborn für ihren bedingungslosen Rückhalt und meiner Tante Dr. Maya Kelterborn für das lektorieren der Arbeit. München, im Juli 2017 Michael Kelterborn I

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5 Kurzfassung Die ergonomische Gestaltung industrieller Arbeitsplätze stellt für produzierende Unternehmen in Deutschland eine hohe Priorität dar. Insbesondere in der Automobilindustrie wurde die Arbeitsplatzergonomie mit hohem Aufwand verbessert. Gleichzeitig hat jedoch die Einführung von Lean-Production-Konzepten in der Automobilindustrie zu einer zunehmenden Arbeitsteilung und Arbeitsverdichtung geführt. Dies stellt sich als ergonomisch ungünstig dar. Problematisch ist dies insbesondere, da Verfahren zur Bewertung der Arbeitsbelastung (z. B. European Assembly Worksheet, Leitmerkmalmethoden) die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten und daraus resultierende einseitige Belastungen nicht erfassen. Systeme vorbestimmter Zeiten (z. B. MTM) werden im betrieblichen Umfeld zur Arbeitsvorbereitung eingesetzt und beschreiben die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten. Bisherige Erweiterungen zur Belastungsbewertung von Systemen vorbestimmter Zeiten sind für die Produktionslogistik nur bedingt geeignet und berücksichtigen nicht den Aspekt von Abwechslung und Einseitigkeit. In der vorliegenden Arbeit wurde dieser Ansatz aufgegriffen, ein System vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik entwickelt und im betrieblichen Umfeld eines Nutzfahrzeugherstellers umgesetzt. Hierfür wurden im Rahmen einer Feldstudie Tätigkeiten und auftretende körperliche Belastungen in der Produktionslogistik untersucht und das System vorbestimmter Zeiten in zwei Stufen erweitert. In der ersten Stufe wurde eine Methodik zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung entwickelt. Die Methodik erlaubt, mittels Parametrisierung wiederkehrender Abläufe aus der Produktionslogistik, eine zeiteffiziente Bewertung von Zeit und Belastung in der betrieblichen Arbeitsvorbereitung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Methodik für einen betrieblichen GLT-Routenzugprozesses umgesetzt. In der zweiten Erweiterungsstufe wurde untersucht, wie der zeitliche Ablauf, welcher in Systemen vorbestimmter Zeiten hinterlegt ist, zur ergonomischen Bewertung verwendet werden kann. Die entwickelte Methodik ermöglicht die Identifikation einseitiger Belastungssituationen anhand qualitativer und quantitativer Merkmale und wurde zur Untersuchung dreier betrieblicher Fallbeispiele eingesetzt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Umsetzung von Lean-Production-Konzepten zu Arbeitsabläufen mit einseitiger Belastung führen kann. Den Abschluss der Arbeit stellen betriebliche Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik dar. III

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7 Abstract The ergonomic design of industrial workplaces represents a high priority for manufacturing companies in Germany. Particularly in the automotive industry workplace ergonomics have been improved with great effort in recent years. But at the same time, the industry-wide implementation of Lean-Production concepts has led to an increasing division of labor and work intensification. This is problematic, as variation in biomechanical exposure is beneficial to musculoskeletal health and well-being, but commonly used workload-assessing-techniques, for instance the European Assembly Worksheet or the key indicator method, do not consider the temporal order of tasks and exposure variation. Predetermined motion time systems (e. g. MTM) comprise the temporal order of tasks and are being used for work preparation in the industrial practice. These systems can be extended to evaluate physical workload of workers. However, existing approaches are not suitable for production logistics and do not consider the temporal order of tasks and exposure variation. This aspect is addressed in the presented work. A predetermined motion time system is extended by ergonomic factors and tested in an industrial setting at a commercial vehicle manufacturer. The extension covers two stages. In the first stage a method for the combined evaluation of time and physical workload in production logistics is developed. By parameterizing recurring production logistics processes the method allows a time-efficient evaluation of workers temporal utilization and physical workload. The presented method was implemented for an in-plant tow train process at a commercial vehicle manufacturer. In the second stage it is examined how the temporal order of tasks, which predetermined motion time system comprise, can be used for an ergonomic evaluation. A method is developed, which allows the identification of one-sided workload situations. Three case studies, which cover various aspects of Lean-Production, were used to apply the method. It was found, that the implementation of Lean-Production concepts significantly affects workers physical workload and can intensify one-sided workload situations. As conclusion operational recommendations to avoid one-sided workload situation in production logistics are presented. V

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9 Inhaltsverzeichnis Kurzfassung Abstract Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis III V VII X 1 Einführung Problemstellung Zielsetzung Vorgehensweise 6 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Vorstellung der Produktionslogistik als Anwendungsdomäne Systeme vorbestimmter Zeiten MTM-Prozessbausteinsysteme MTM Universelles Analysiersystem und Standardvorgänge Logistik Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen Belastungs-Beanspruchungs-Konzept Stufenmodell der Gefährdungsbeurteilung Biomechanik der Belastungen Die NIOSH-Gleichung als Grundlage zur Bewertung der körperlichen Belastung aufgrund Lasthandhabung Fazit Verfahren zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung Biomechanische Grundlagen Empirische Untersuchungen Ansätze zur Definition und Bewertung einseitiger und wechselnder Belastung Fazit Zusammenfassung und Ableitung Forschungsbedarf 39 VII

10 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Vorgehensweise Identifizierte Belastungsschwerpunkte nach Tätigkeitsgruppen Auswahl geeigneter Verfahren zur Bewertung der identifizierten Belastungsschwerpunkte Zusammenfassung Anforderungsdefinition 58 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Anforderungen Anwendungsdomäne und Aggregationsebene Modellaufbau Auswahl der Einflussparameter Vorgehensweise zur Umsetzung von Konzeptelement Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT- Routenzugprozesses Referenzprozess Modellerstellung Sensitivitätsanalyse Modellvereinfachung Ergebnisabsicherung Diskussion der Ergebnisse Fallbeispiel zur betrieblichen Anwendung Zusammenfassung 92 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Anforderungen Anwendungsdomäne Modellaufbau 99 VIII

11 5.1.4 Qualitative Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen Quantitative Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Fallbeispiel 1: Integration einfacher Vormontagetätigkeiten in die Kommissionierung Fallbeispiel 2: Untersuchung unterschiedlicher Layoutvarianten in der Mann-zu-Ware Kommissionierung Fallbeispiel 3: Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten in der Mann-zu-Ware Kommissionierung Diskussion der Ergebnisse Zusammenfassung Ableitung von Handlungsempfehlungen Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik Kombination unterschiedlicher Tätigkeiten Flexible Leistungserbringung Entlastungsmöglichkeit für Steharbeitsplätze Vermeidung einseitiger Arbeitsrichtung Gestaltungsbeispiel Routenzug Gestaltungsbeispiel Mann-zu-Ware Kommissionierung Zusammenfassung und Ausblick 147 Literaturverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 167 Tabellenverzeichnis 171 Anhang A Zeitabhängige Risikofaktoren für Muskel-Skelett Beschwerden A-1 Anhang B Leitmerkmalmethoden B-3 Anhang C Experteninterview zu Abwechslung und Belastung C-5 Anhang D KE 1: Umsetzungsbeispiel GLT-Routenzug D-9 Anhang E KE 2: Tätigkeitsbeschreibung zu Fallbeispiel 1 (MTM-1, OWAS) E-11 Anhang F KE 2: Tätigkeitsbeschreibung zu Fallbeispiel 3 (MTM-1, OWAS) F-18 IX

12 Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Bedeutung BAuA EAWS elmm GLT HAL TLVs HVK KLT LMM LMM HHT LMM ZS MEK MLT MOST MTA MTM Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin European Assembly Worksheet erweiterte Leitmerkmalmethode Großladungsträger Hand Activity Level Threshold Limit Values Haltungsverteilungskoeffizient Kleinladungsträger Leitmerkmalmethode Leitmerkmalmethode Heben, Halten, Tragen Leitmerkmalmethode Ziehen, Schieben Methods-Time Measurement für die Einzel- und Kleinserienfertigung Multiple-Lasten-Tool Maynard Operation Sequence Technique Motion Time Analysis Methods-Time Measurement MzW-Kommissionierung Mann-zu-Ware Kommissionierung NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health (US) OCRA Occupational Risk Assessment of Repetitive Movements and Exertions of the Upper Limb OWAS Ovako Working Posture Analysing RULA Rapid Upper Limb Assessment SAM Sequential Activity and Methods Analysis TMU Time Measurement Units TRLV Technische Regeln zur Lärm- und Vibrations- Arbeitsschutzverordnung UAS Universelles Analysiersystem WF Work-Factor WR Wechselrate WRULD Work-related upper limb disorders WzM-Kommissionierung Ware-zu-Mann Kommissionierung X

13 1 Einführung In Deutschland produzierende Unternehmen sind aus verschiedenen Gründen bestrebt, Arbeitsplätze in Produktion und Logistik ergonomisch zu gestalten. Zum einen ist es erforderlich, die Arbeitsplätze an die Bedürfnisse älterer Menschen anzupassen. So führt der demografische Wandel sowie die damit verbundene Erhöhung des Renteneintrittsalters in der Bundesrepublik Deutschland zu einem höheren Anteil älterer Erwerbspersonen. Bis zum Jahre 2020 ist zu erwarten, dass die 50- bis 63- Jährigen die 35- bis 49-Jährigen als stärkste Gruppe der Erwerbsbevölkerung ablösen werden [Bad-2010, S.21]. Zum anderen liegt es im Interesse der Unternehmen, gesundheitliche Schädigungen aufgrund der Arbeitstätigkeit zu vermeiden. Andernfalls drohen steigende Kosten für Fehlzeiten sowie Schadensersatzansprüche. Ein weiterer Grund, sich in diesem Bereich zu engagieren, kann eine positive Darstellung des Unternehmens in der Öffentlichkeit sein (z. B. [Loc-2010]). Vor diesem Hintergrund wurden in vielen Unternehmen die Arbeitsbedingungen kontinuierlich verbessert. Eine Vorreiterrolle nimmt innerhalb Deutschlands die Automobilindustrie ein. Zusätzlich zur beschriebenen allgemeinen Motivation hat in der Automobilindustrie die Kombination aus starken Arbeitnehmervertretungen und wirtschaftlichen Möglichkeiten mutmaßlich dazu geführt, dass die Arbeitsplatzergonomie mittlerweile auf einem sehr hohen Niveau angelangt ist. Die nachfolgenden Beispiele illustrieren den hohen Aufwand, mit welchem die körperlichen Belastungen reduziert worden sind. - Manuelle Lasthandhabung: In diesem Bereich wurde die körperliche Belastung durch technische Maßnahmen wie den Einsatz von Manipulatoren und Kränen für schwere Bauteile reduziert. Ein Beispiel hierfür ist die in Abbildung 1-1 dargestellte Achssequenzierung mit moderner Krananlage bei einem Nutzfahrzeughersteller. Abbildung 1-1: Krananlage bei der MAN Truck&Bus AG [Kel-2014a] 1

14 1 Einführung - Erzwungene Körperhaltungen: Hoch belastende Körperhaltungen wie Überkopfarbeit oder tiefes Bücken sind größtenteils eliminiert worden. Abbildung 1-2 zeigt als Beispiel den Einsatz von Hub-Kippgeräten in der Automobilindustrie. Diese ermöglichen eine ergonomische Körperhaltung bei der Bauteilentnahme aus Großladungsträgern in Logistik und Produktion. Abbildung 1-2: Hub-Kippgeräte für die Bauteileentnahme aus Großladungsträgern bei der Volkswagen AG [Kro-2012] - Mithilfe von Grenzwerten wird für weitere Belastungsarten sichergestellt, dass keine gesundheitliche Gefährdung der Mitarbeiter vorliegt. Dies umfasst Belastungsarten wie Aktionskräfte (z. B. Setzen von Montage-Clips), Belastung der oberen Extremitäten bei repetitiven Tätigkeiten (Finger/Hand/Arm Bereich), Hand-Arm- und Ganzkörpervibrationen. Hierzu wurden Verfahren entwickelt, die aus den auftretenden körperlichen Belastungen eine ergonomische Risikoeinstufung ableiten. 1 Parallel zu dieser Entwicklung ist die Logistik und Produktion in der Automobilbranche allerdings von einer zunehmenden Arbeitsteilung und Arbeitsverdichtung gekennzeichnet. Mathiassen sieht in den folgenden Managementkonzepten die wesentliche Ursache hierfür [Mat-2006]: - Outsourcing von Nebentätigkeiten. Durch die Fokussierung auf Kerntätigkeiten in der Produktion und das Auslagern von Nebentätigkeiten wie der Logistik werden die fixen Lohnkosten reduziert. Daraus resultieren allerdings standardisierte Arbeitsaufgaben mit hohem Wiederholungscharakter. - Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten nach dem Vorbild des Toyota Produktionssystems [Ōno-1988, S.18ff]. Mit der Eliminierung nichtwertschöpfender Tätigkeiten entfallen auch potenzielle Phasen mit wechselnder Belastung, da sich das Belastungsprofil von wertschöpfenden und nichtwertschöpfenden Tätigkeiten in der Regel unterscheidet (vgl. [Pal-2012; Kel- 2015b]). Durch Standardisierung und Verkürzung der Taktzeiten werden zu- 1 Vgl. Ergonomic Assembly Worksheet (EAWS) [Sch-2013], Leitmerkmalmethode (LMM) [Ste-2012]. 2

15 1.1 Problemstellung sätzlich die Möglichkeit für den Mitarbeiter begrenzt, den Bewegungsablauf zu variieren und kurze informelle Erholungspausen zu machen. - Personelle Trennung von Produktions- und Logistikaufgaben. Dies ermöglicht den Einsatz von Mitarbeitern mit geringem Lohnniveau für Aufgaben mit niedrigen Anforderungen in der Logistik. Für den Mitarbeiter führt dies allerdings zu einseitigeren Tätigkeiten. - Leiharbeit und Werkverträge. Dies erfordert einen hohen Grad an Aufgabenstandardisierung. Die hohe Standardisierung ist erforderlich, um Mitarbeiter schnell einweisen und diese Tätigkeiten von denen der Stammbelegschaft abgrenzen zu können. Damit werden Möglichkeiten eingeschränkt, im Arbeitsablauf zu variieren und kurze informelle Erholungspausen einzulegen. 1.1 Problemstellung In der Arbeitswissenschaft wird eine abwechselnde Belastung als grundsätzlich gesundheitsförderlich angesehen [Wel-2007]. Insbesondere Arbeitsplätze für ältere Arbeitnehmer sollten Variationsmöglichkeiten beinhalten und einseitige Belastungen vermeiden [Pra-2010, S.44]. Außerdem kann sich Abwechslung positiv auf die Arbeitszufriedenheit auswirken [Mat-2006]. Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung berücksichtigen allerdings nicht, in welcher zeitlichen Abfolge die Tätigkeiten ausgeführt werden und inwieweit einseitige Belastungen entstehen. Aus diesem Grund besteht die Gefahr, dass durch Umsetzung obiger Managementkonzepte eine Erhöhung der körperlichen Belastung entsteht, welche von den eingesetzten Verfahren zur Belastungsbewertung nicht erfasst wird. Systeme vorbestimmter Zeiten werden in der betrieblichen Arbeitsvorbereitung zur Beschreibung manueller Arbeitsvorgänge und zur Ermittlung von Planzeiten eingesetzt. Die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten wird hierbei in hoher Detaillierung beschrieben. Somit liegen im betrieblichen Umfeld bereits Informationen zur zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten vor. Diese werden jedoch bisher nicht zur Untersuchung der körperlichen Belastung genutzt. Im Umfeld der Produktion werden Systeme vorbestimmter Zeiten bereits mit einer Bewertung der körperlichen Belastung kombiniert 2. Hierdurch wird Doppelarbeit für 2 Ein Beispiel ist das Zusatzmodul MTMergonomics der Software TiCon, welche von der deutschen MTM-Vereinigung e.v. angeboten wird [Sch-2013]. 3

16 1 Einführung die Analyse des Arbeitsablaufes vermieden und eine konsistente Datengrundlage sichergestellt. Zudem wird bereits in der Arbeitsvorbereitung die körperliche Belastung transparent, so dass Maßnahmen zur Reduktion der körperlichen Belastung frühzeitig ergriffen werden können. Für die Produktionslogistik sind bestehende Ansätze zur Integration der körperlichen Belastung in Systeme vorbestimmter Zeiten allerdings nur bedingt geeignet 3. Entsprechend der Anwendungsdomäne basieren sie auf Methoden, welche zur Bewertung typischer Belastungen in der Montage entwickelt wurden 4. Zur Bewertung logistischer Arbeitsabläufe sind diese weniger gut geeignet. Zum einen unterscheidet sich das Belastungsprofil in der Produktionslogistik wesentlich von dem Belastungsprofil in der Montage [Wal-20111, S.75ff]. Aus diesem Grund ist nicht sichergestellt, dass die spezifischen Belastungen in der Produktionslogistik korrekt erfasst werden. Zum anderen können die Wiederholzyklen in der Produktionslogistik deutlich länger sein als in der Montage, woraus ein höherer Bewertungsaufwand resultiert. Die zeitliche Abfolge wird in bestehenden Ansätzen zur Erweiterung eines Systems vorbestimmter Zeiten bisher nicht zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung verwendet. Dies ist bemerkenswert, da die Grundlagen hierfür grundsätzlich vorliegen. Zum einen ist die Gesundheitsgefährdung aufgrund einseitiger Belastungen bekannt und findet auch in der industriellen Praxis zunehmende Beachtung (u. a. [Fre-2001; IGM-2010, S.2ff; Mor-2003; Neu-2006; Óla-1998; Pal-2012]). Zum anderen identifizieren bereits Wells et al. Systeme vorbestimmter Zeiten als geeignete Datenbasis zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung im betrieblichen Umfeld [Wel-2007]. 1.2 Zielsetzung Vorliegende Arbeit greift diese Problemstellung auf. Die Arbeit entstand im Rahmen einer Kooperation der Technischen Universität München mit einem Nutzfahrzeughersteller in den Jahren 2012 bis Als Untersuchungsbereich standen die Arbeitsplätze und Abläufe in der operativen Werkslogistik des Nutzfahrzeugherstellers zur Verfügung. Wesentliche Ergebnisse des Forschungsprojektes wurden in [Kel-2013; Kel-2014a; Kel-2014b; Kel-2015a; Kel-2015b] veröffentlicht und bilden die Basis der vorliegenden Arbeit. 3 4 Einen detaillierten Überblick verfügbarer Ansätze zur Integration der körperlichen Belastung in Systeme vorbestimmter Zeiten bietet Kapitel 2.4. Ein Beispiel ist das European Assembly Worksheet (EAWS) [Sch-2013]. Es wird sowohl in der Software MTMErgonomics als auch auch in verschiedenen firmenspezifischen Softwarelösungen, wie Ergo-UAS bei FIAT-Gruppe [Vit-2012] oder AP- Ergo bei der Volkswagen AG [Kan-2013] verwendet. 4

17 1.2 Zielsetzung Zielsetzung der Arbeit ist die Erweiterung eines Systems vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik. Zentral sind zwei Aspekte: - Integrierte Bewertung von Zeit und Belastung in der Produktionslogistik: Entwicklung eines Konzeptes zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung, welches Anwendungsbeschränkungen bestehender Ansätze aufgreift und den Einsatz in der Produktionslogistik ermöglicht. Dies soll zum einen durch die Wahl geeigneter Bewertungsverfahren erreicht werden. Zum anderen soll der Bewertungsaufwand für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe mithilfe von vordefinierten Prozessbausteinen reduziert werden. Vordefinierte Prozessbausteine beschreiben einen Prozess zeitlich und belastungsseitig mithilfe von Parametern 5. In diesem Fall muss für eine Bewertung nicht der gesamte Ablauf aus Grundbewegungen neu aufgebaut werden. - Untersuchung Einseitigkeit und Abwechslung: Systeme vorbestimmter Zeiten beschreiben in hoher Detaillierung die Körperbewegungen des Mitarbeiters. Diese Information wird bisher allerdings nicht zur Untersuchung hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung genutzt. Basierend auf einem System vorbestimmter Zeiten soll daher ein Konzept zur Untersuchung der zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung entwickelt werden. Die Zielsetzung der Arbeit erfordert die Untersuchung nachfolgender Fragestellungen 6, welche sich im Aufbau der Arbeit widerspiegeln: Welche körperlichen Belastungen treten in der Produktionslogistik auf und welche Verfahren eignen sich zu deren Bewertung? (Kapitel 3) Welche wiederkehrenden Tätigkeitsfolgen lassen sich in der Produktionslogistik definieren, und auf welcher Aggregationsebene können Parametermodelle zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung aufgebaut werden? Wie werden Einflussgrößen (Parameter und Konstanten) bestimmt? (Kapitel 4) Welche Zeit- und Belastungsmodelle eignen sich zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung, und anhand welcher Merkmale können einseitige Belastungssituationen identifiziert werden? (Kapitel 5) Wie können in der industriellen Praxis einseitige Belastungen in der Produktionslogistik vermieden werden? (Kapitel 6) 5 6 Beispiel Kommissionierung: Artikelgewicht, Anzahl Positionen je Auftrag, Anzahl Aufträge, Wegelänge pro Auftrag. Die detaillierte Herausarbeitung der untersuchten Fragestellungen erfolgt in Kapitel 2. 5

18 1 Einführung Die gewonnenen Erkenntnisse sollen eine Bewertung der körperlichen Belastung mit geringem Aufwand und eine Identifikation einseitiger Belastungssituationen ermöglichen. Daneben sollen Handlungsempfehlungen zur Reduktion einseitiger Belastungssituationen dem betrieblichen Praktiker Hilfestellung und Anregung geben. 1.3 Vorgehensweise Als Untersuchungsobjekt steht die operative Werkslogistik eines Nutzfahrzeugherstellers zur Verfügung. Der Untersuchungsbereich umfasst über 500 Mitarbeiter und deckt alle charakteristischen Funktionen der Produktionslogistik ab. Die Arbeit umfasst sieben Kapitel. Abbildung 1-3 zeigt Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit. Die Ausgangssituation und die Zielsetzung der Arbeit werden in Kapitel 1 dargestellt. Hierauf folgen in Kapitel 2 die Grundlagen zur Beschreibung körperlicher Arbeit und die Abgrenzung der Forschungsfrage. In Kapitel 3 werden im Rahmen einer Feldstudie Tätigkeiten und auftretende körperliche Belastungen in der Produktionslogistik untersucht und geeignete Verfahren zur Bewertung identifiziert. Basierend hierauf werden die Anforderungen an das erweiterte System vorbestimmter Zeiten definiert. Die Erweiterung umfasst zwei Stufen. Kapitel 4 umfasst die erste Erweiterungsstufe (Konzeptelement 1) des Systems vorbestimmter Zeiten. Dabei wird das System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung erweitert und ein Konzept zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung für wiederkehrende Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik entwickelt. Hierzu werden geeignete Zeit- und Belastungsmodelle ausgewählt und eine Vorgehensweise zur Bestimmung der Einflussgrößen vorgestellt. Das entwickelte Konzept wird in der vorliegenden Arbeit am Beispiel eines industriellen Großladungsträger- Routenzugprozess angewendet. Die zweite Erweiterungsstufe (Konzeptelement 2) in Kapitel 5 umfasst die Erweiterung des Systems vorbestimmter Zeiten um die Körperhaltung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastungen. Hierzu werden geeignete Zeit- und Belastungsmodelle ausgewählt und Merkmale einseitiger Belastungssituationen identifiziert. Das entwickelte Konzept wird zur Untersuchung dreier Fallbeispiele eingesetzt. In den Fallbeispielen wird untersucht, wie sich Lean-Production-Gestaltungsansätze 6

19 1.3 Vorgehensweise nach dem Vorbild des Toyota Produktionssystems auf die körperliche Belastung auswirken können. Aus den gewonnen Erkenntnissen werden in Kapitel 6 Gestaltungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik abgeleitet. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf den weiteren Forschungsbedarf in Kapitel 7 ab. Abgrenzung der Forschungsfrage Kap 1 Ausgangssituation und Zielsetzung Kap 2 Grundlagen zur Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Feldstudie Kap 3 Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Zusammenfassung und Anforderungsdefinition Systementwicklung und Evaluierung Kap 4 Kap 5 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Konzeptentwicklung Anwendung Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Konzeptentwicklung Anwendung Schlussfolgerung Kap 6 Ableitung von Gestaltungsempfehlungen Kap 7 Zusammenfassung und Ausblick Abbildung 1-3: Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit 7

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21 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Im nachfolgenden Kapitel werden die relevanten Grundlagen zur Beschreibung und Bewertung körperlicher Arbeit in der Produktionslogistik vorgestellt. Zunächst wird die Produktionslogistik als Anwendungsdomäne abgegrenzt (2.1). Anschließend werden die Grundlagen zu Systemen vorbestimmter Zeiten (2.2) sowie arbeitsbezogener körperlicher Belastungen (2.3) vorgestellt. Entsprechend dem Fokus der Arbeit wird anschließend der Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung (2.4) sowie der kombinierten Bewertung von Zeit und Belastung (2.5) recherchiert. Abschluss des Kapitels bildet eine Zusammenfassung und Ableitung des Forschungsbedarfes (2.6). 2.1 Vorstellung der Produktionslogistik als Anwendungsdomäne Die Arbeit ist im Bereich der Logistik und damit der anwendungsorientierten Forschung angesiedelt. Aufgabe der Logistik ist die Planung, Steuerung, Realisierung und Kontrolle des Güter- und Informationsflusses im und zwischen Unternehmen [Gün-2014a, Kap.1, S.4]. Abbildung 2-1 zeigt eine schematische Einordnung der Begriffe Beschaffungslogistik, Produktionslogistik, Distributionslogistik und Entsorgungslogistik sowie Transport- und Lagerlogistik nach Günthner. Beschaffungslogistik Distributionslogistik Produktionslogistik Transportlogistik Lagerlogistik Lagerlogistik Lagerlogistik Transportlogistik Entsorgungslogistik Abbildung 2-1: Abgrenzung Produktionslogistik nach [Gün-2014a, Kap.1, S.6] 9

22 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Die Versorgung des Unternehmens mit betriebsfremden Gütern wird von der Beschaffungslogistik durchgeführt. Die Produktionslogistik umfasst den Material- und Informationsfluss innerhalb der Produktion vom Wareneingang über die unterschiedlichen Stufen des Produktionsprozesses bis zum Warenausgang. Neben dem physischen Materialfluss (operative Logistik) beinhaltet dies die Steuerung von Aufträgen, Kapazitäten und Material sowie die Planung von Strukturen und Prozessen. Die Versorgung des Kunden mit dem Fertigprodukt wird als Distributionslogistik bezeichnet. Wesentliche Aufgabe ist die Überbrückung räumlicher und zeitlicher Unterschiede zwischen Güterproduktion und -verbrauch. Die Entsorgungslogistik beinhaltet die Rückführung der Produkte zur Verwertung oder Entsorgung. Transport- und Lagerlogistik bezeichnen logistische Kernfunktionen, welche entlang der gesamten Wertschöpfungskette eingesetzt werden. [Gün-2014a, Kap.1, S.6ff; Wil-2009, S.33-59] Anwendungsdomäne der vorliegenden Arbeit ist die Produktionslogistik. Betrachtet werden Arbeitsplätze und Prozesse innerhalb der operativen Logistik. Funktionen der Steuerung und Planung werden nicht betrachtet. Aufgabe der operativen Logistik ist die Durchführung des Materialflusses vom Wareneingang über die unterschiedlichen Stufen des Produktionsprozesses bis zum Warenausgang. Dabei treten folgende logistischen Grundfunktionen auf: - Wareneingang - Lager - Kommissionierung - Innerbetrieblicher Transport - Warenausgang Im Wareneingang werden die betriebsfremden Güter angeliefert und vereinnahmt [Gün-2014a, Kap.2, S.22]. Neben der Entladung werden folgende Teilprozesse durchgeführt: Prüfung der Frachtpapiere, Identifikation der Waren, Prüfung der Lieferung, Bestätigung über Erhalt der Lieferung und Wareneingangsbuchung. Das Umpacken von Ware stellt eine Sondertätigkeit dar, welche ebenfalls im Wareneingang auftreten kann. Entsprechend der durchgeführten Prozesse treten im Wareneingang vornehmlich folgende Arbeitstätigkeiten auf: - Administrative Tätigkeiten - Fahrtätigkeiten (Gegengewicht und Schubmaststapler) - Manuelles Umsetzen (z. B. Umpacken) 10

23 2.1 Vorstellung der Produktionslogistik als Anwendungsdomäne - Manuelles Ziehen und Schieben (z. B. Handgabelhubwagen) Materiallager dienen der Bevorratung des angelieferten Materials und dem Ausgleich von Liefer- und Bedarfsmengen 7 Zur Versorgung der Produktion sind Lager- und Kommissionierbereiche häufig in einem Bereich konsolidiert. In Lagerbereichen treten vornehmlich folgende Tätigkeiten auf: - Administrative Tätigkeiten - Fahr- und Einlagertätigkeiten (Gegengewicht-, Schubmast- und Hochregalstapler) - Manuelles Umsetzen (z. B. manuelle Einlagerung von Kleinladungsträgern) - Manuelles Ziehen und Schieben (z. B. Handgabelhubwagen) Die Kommissionierung bezeichnet nach VDI-Richtlinie das Zusammenstellen von Teilmengen aufgrund von Anforderungen (Auftrag) aus einer Gesamtmenge (Sortiment) [VDI ]. In der automobilen Produktionslogistik finden Kommissioniervorgänge zur Zusammenstellung fahrzeugbezogener Warenkörbe, zur Sequenzierung 8 und zur Gebindevereinzelung statt. Je nach dem, ob sich der Mitarbeiter zur Ware bewegt oder nicht, unterscheidet man folgende Kommissioniersysteme: - Mann-zu-Ware Kommissionierung (MzW-Kommissionierung), - Ware-zu-Mann Kommissionierung (WzM-Kommissionierung) Der innerbetriebliche Transport umfasst den Transport von Material und Leergut innerhalb des Unternehmens. Transportaufgaben treten vom Wareneingang über die unterschiedlichen Stufen des Produktionsprozesses bis zum Warenausgang auf. Die Durchführung der Transportaufgaben erfolgt in der Regel durch: - Gegengewichtsstapler - Schubmaststapler - Kleinladungsträger-Routenzug (KLT-Routenzug) - Großladungsträger-Routenzug (GLT-Routenzug) 7 8 Fertigwarenlager bilden die Schnittstelle zur Distributionslogistik und werden daher in der vorliegenden Arbeit nicht betrachtet. Zusammenstellen unterschiedlicher Bauteilvarianten in der Verbaureihenfolge. 11

24 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Im Warenausgang werden die Fertigprodukte bereitgestellt und versandt. Typische Prozesse im Warenausgang sind das Bereitstellen der Waren zur Verladung, Prüfung auf Vollständigkeit der Lieferung, Erstellung der Lieferpapiere und die Verladung [Gün-2010, S. 2-23]. Tätigkeiten im Warenausgang umfassen: - Administrative Tätigkeiten - Fahrtätigkeiten (Gegengewicht und Schubmaststapler) - Manuelles Umsetzen (z. B. Verpacken) - Manuelles Ziehen und Schieben (z. B. Handgabelhubwagen) Die Versorgung der Produktion mit dem erforderlichen Material stellt eine Kernaufgabe der Produktionslogistik dar. In der Automobil- und Nutzfahrzeugendmontage werden je nach Erfordernis der Bauteilfamilie unterschiedliche Versorgungskonzepte eingesetzt. Abbildung 2-2 zeigt beispielhafte Versorgungskonzepte der Nutzfahrzeugendmontage, welche im Folgenden kurz vorgestellt werden. Belieferung mit Lagerstufe Wareneingang Direktbelieferung Just-in-time / Just-in-sequence Wareneingang Direktbelieferung in die Kommissionierung Wareneingang Lager Kommissionierung Kommissionierung Montageband Abbildung 2-2: Beispielhafte Versorgungskonzepte in der Nutzfahrzeugendmontage Die Versorgung der Produktion aus einem Lagerbereich stellt das erste Versorgungskonzept dar. Das Versorgungskonzept umfasst die Prozessstufen Wareneingang, Lager und Bereitstellung am Montageband. Vor der Bereitstellung wird das Material gegebenenfalls kommissioniert. Dabei werden beispielsweise fahrzeugbezogene Warenkörbe oder unterschiedlicher Bauteilvarianten in der Verbaureihenfolge zusammengestellt. Kommissioniert wird entweder im Lager oder produktionsnah 12

25 2.2 Systeme vorbestimmter Zeiten in sogenannten Supermärkten. Dieses Versorgungskonzept erlaubt die Optimierung der Transportkosten und die Integration von Lieferanten mit langen Lieferzeiten. Allerdings kann dieses Versorgungskonzept zu hohen Beständen führen und ist daher für Teile und Baugruppen mit hohem Wert oder hoher Variantenanzahl weniger geeignet. [Gün-2014a, Kap.2, S.18] In diesem Fall können lagerlose Versorgungskonzepte eine Alternative darstellen. Das Material wird bei diesen Konzepten ohne Zwischenstufe direkt zum Montageband transportiert. Im Vergleich zur lagerhaltigen Belieferung ermöglichen diese als Just-in-time und Just-in-sequence bezeichneten Versorgungskonzepte eine signifikante Bestandsreduktion, erfordern allerdings einen höheren Steuerungs- und Transportaufwand. Just-in-time bezeichnet die lagerlose Anlieferung sortenreiner Behälter und ist geeignet für hochwertige Teile mit geringer Variantenanzahl. Just-insequence bezeichnet die lagerlose Anlieferung in der richtigen Reihenfolge (Verbausequenz) und ist für variantenreiche oder kundenspezifische Teile mit hohem Wert geeignet. [Gün-2014a, Kap.2, S.19] Eine Zwischenstufe stellt die Direktbelieferung in die Kommissionierung dar. Hierbei werden sortenreine Behälter direkt in produktionsnahe Kommissionierbereiche angeliefert. Dort werden die Bauteile fahrzeugbezogen kommissioniert und anschließend an den Anlieferort transportiert. Die vorgestellten beispielhaften Versorgungskonzepte lassen sich beliebig erweitern und kombinieren. Die Planung und Auswahl geeigneter Versorgungsprozesse ist dementsprechend eine komplexe Aufgabenstellung. Eine umfassende Darstellung zu Auswahl und Gestaltung von Versorgungskonzepten findet sich unter anderem in der Dissertation von Boppert [Bop-2008, S.77ff] Nach Festlegung des Versorgungskonzeptes werden in der betrieblichen Arbeitsvorbereitung die operativen Logistikprozesse geplant und die erforderlichen Kapazitäten bestimmt. Für manuelle Arbeitsvorgänge werden dabei Systeme vorbestimmter Zeiten eingesetzt, welche nachfolgend vorgestellt werden. 2.2 Systeme vorbestimmter Zeiten Systeme vorbestimmter Zeiten dienen der Beschreibung manueller Arbeitsvorgänge und ermöglichen die rechnerische Ermittlung von Planzeiten. Neben der Ermittlung von Planzeiten kann die Arbeitsvorgangsbeschreibung auch zur Identifikation von Schwachstellen und Ableitung von Optimierungsmaßnahmen eingesetzt werden. 13

26 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Das Grundprinzip von Systemen vorbestimmter Zeiten ist das Unterteilen von Bewegungsabläufen in Bewegungselemente. Den Bewegungselementen sind vorbestimmte Zeiten zugeordnet und deren Summe ergibt eine Planzeit für den gesamten Bewegungsablauf. Im Gegensatz zu Zeitaufnahmeverfahren wie dem REFA-Verfahren 9 [Sch-2010, S ], welche auf Messung beruhen, kann so bereits in der Planungsphase die Zeitdauer manueller Arbeitsschritte bestimmt werden. Die Entwicklung dieser Systeme geht auf Gilbreth und Taylor Anfang des 20. Jahrhunderts zurück. Ausgehend von der Annahme, dass es für eine Tätigkeit eine beste Art der Bewegungsausführung gibt, führten sie Bewegungsanalysen durch [May-2001, Kap.1, S.6]. Mithilfe von Filmaufnahmen identifizierte Gilbreth 17 Vorgangselemente, aus welchen sich die meisten menschlichen Bewegungen zusammensetzen lassen [Sch- 2010, S.696]. Aufbauend hierauf wurde von Segur 1926 unter der Bezeichnung Motion Time Analysis (MTA) das erste System vorbestimmter Zeiten veröffentlicht [MTM-2011, S.10]. Hieraus wurden die heute praktisch relevanten Verfahren, das Methods-Time Measurement (MTM), das Work-Factor (WF) und das Maynard Operation Sequence Technique (MOST) entwickelt [Sch-2010, S ]. Das MTM-Verfahren berücksichtigt im Gegensatz zum WF-Verfahren auch qualitative Einflussgrößen wie den Kontrollaufwand, welche einer Beurteilung des Analysierenden unterliegen [Sch-2010, S.697]. Das MOST-Verfahren basiert auf dem MTM- Grundsystem und beinhaltet zur Reduktion des Analyseaufwandes standardisierte Bewegungssequenzmodelle [May-2001, Kap.5, S ]. Das MTM-System ist das Verfahren mit der weltweit größten Verbreitung [Bok-2012, S.98]. Die deutsche MTM- Vereinigung gibt an, dass heutzutage 80 Prozent aller Systeme vorbestimmter Zeiten auf dem MTM-System beruhen [MTM-2011, S.10]. Aufgrund der hohen Verbreitung wird in der vorliegenden Arbeit als System vorbestimmter Zeiten das MTM-System verwendet. Dies erleichtert eine Übertragung und Weiterverwendung der Ergebnisse. Das MTM-System wird im Folgenden näher beschrieben MTM-Prozessbausteinsysteme Das MTM-System wurde in den 50er Jahren von Maynard, Schwab und Stegemerten basierend auf Filmaufnahmen und dem MTA-System entwickelt. Das System wird heute als MTM-1-Grundsystem bezeichnet. Um die Dauer von Grundbewegungen (wie z. B. Greifen, Hinlangen oder Gehen) zu bestimmen, wurden industrielle Arbeitsabläufe gefilmt. Die Filmgeschwindigkeit betrug 16 Bilder pro Sekunde. Durch Auszählen der Bilder je Bewegung wurden die Zeiten errechnet. Aus der individuellen Ausführungszeit wurde mit einem Faktor zur Leistungsgradbeurteilung eine Normzeit errechnet. Der Faktor zur Leistungsgradbeurteilung umfasst die vier Bewer- 9 Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung (Abk. REFA von Reichsausschuß für Arbeitszeitermittlung). 14

27 2.2 Systeme vorbestimmter Zeiten tungsmerkmale Geschicklichkeit, Anstrengung, Gleichmäßigkeit der Ausführungszeit und Arbeitsbedingungen. [MTM-2011, S.12 ff] Die Zeitwerte werden in Time Measurement Unit (TMU) angegeben. Für die Umrechnung in das SI-System gilt: 1 TMU = h = 0,036s Aufgrund einer hohen Detaillierung eignet sich das MTM-1-Grundsystem zur Beschreibung kurzzyklischer Arbeitsabläufe mit hohem Wiederholcharakter. Für längerzyklische Arbeitsabläufe mit niedrigerem Wiederholcharakter wurden weitere MTM- Systeme entwickelt. Je nach Wiederholcharakter und Länge der Zykluszeit werden drei Prozesstypen unterschieden [MTM-2011, S.21]: - Kurzzyklische Mengenfertigung wird als Prozesstyp 1 bezeichnet. Die Zykluszeit liegt zumeist unter 60 Sekunden. Der Bewegungsablauf wiederholt sich ohne Abweichungen ständig und variiert nur in geringem Maße zwischen verschiedenen Mitarbeitern. Ein Beispiel stellt die Massenfertigung von Elektronikkomponenten dar. Zur Beschreibung von Tätigkeiten des Prozesstyps 1 wird das MTM-1-Grundsystem verwendet. - Längerzyklische Fertigung mit Wiederholcharakter wird als Prozesstyp 2 bezeichnet. Die Zykluszeit liegt im Bereich von einigen Minuten. Arbeitsinhalte und -ausführungszeiten können variieren und die Arbeitsausführung kann sich zwischen Mitarbeitern unterscheiden. Typische Anwendungsbeispiele sind in der Automobilindustrie oder der Logistik zu finden. Zur Beschreibung von Tätigkeiten des Prozesstyps 2 können die Systeme MTM-2, Universelles Analysiersystem (UAS), Sequential Activity and Methods Analysis (SAM) oder Standardvorgänge Logistik (SVL) verwendet werden. - Fertigung ohne zyklische Wiederholung wird als Prozesstyp 3 bezeichnet. Hier wird in Kleinserien oder Einzelfertigung zumeist auftragsbezogen produziert. Die Mitarbeiter haben einen geringen Routinegrad und die Arbeitsausführung unterscheidet sich wesentlich zwischen den Mitarbeitern. Beispiele liegen im Bereich des kundenspezifischen Maschinen-, Stahl- und Anlagenbaus. Zur Beschreibung von Tätigkeiten des Prozesstyps 3 kann MTM für die Einzel- und Kleinserienfertigung (MEK) verwendet werden. Die in der Arbeit betrachteten Logistikarbeitsplätze umfassen sich wiederholende Tätigkeiten mit längerem Zyklus und einer gewissen Streuung in der Arbeitsausführung. Sie werden daher dem Prozesstyp 2 zugeordnet. Hierfür sind das UAS-System 15

28 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit sowie das SVL-System geeignet. Diese werden neben dem MTM-1-Grundsystem nachfolgend vorgestellt MTM-1 Grundlage des MTM-1-System bildet ein Grundzyklus, welcher folgende Bewegungen umfasst [MTM-2011, S. 33ff]: - Hinlangen: Bewegen der Hand zu einem Gegenstand - Greifen: Einen Gegenstand unter Kontrolle nehmen - Bringen: Bewegen eines Gegenstandes mit der Hand - Fügen: In- oder Aneinanderfügen von Gegenständen - Loslassen: Aufheben der Kontrolle über einen Gegenstand Ergänzt wird dieser Grundzyklus durch - Drei Grundbewegungen: Drehen, Drücken, Trennen, - Zwei Blickfunktionen: Blickverschieben, Prüfen, - Elf Körperbewegungen: Fußbewegung, Beinbewegung, Seitenschritt, Körperdrehung, Gehen, Beugen und Aufrichten, Knien und Aufrichten, Setzen und Aufstehen. In Datenkarten sind Normzeiten für diese Bewegungen hinterlegt. Die Normzeiten werden in Abhängigkeit der relevanten Einflussgrößen in tabellarischer Form angegeben. Abbildung 2-3 zeigt für das Beispiel Bringen den Aufbau der MTM-1- Datenkarte mit Normzeitwerten und Einflussfaktoren. Bewegungslänge [cm] Kontrollaufwand A B C Korrektur- Konstante für vorangehende / folgende Bewegung Faktoren Kraftaufwand Gewicht / Kraft [dan/kg] bis Statische Konstante Dynamischer Faktor Abbildung 2-3: Aufbau MTM-1-Datenkarte [MTM-2011] 16

29 2.2 Systeme vorbestimmter Zeiten Die Normzeiten der Bewegung Bringen berücksichtigen als Einflussfaktoren die Bewegungslänge, den Kontrollaufwand, vorangehende oder folgende Bewegungen sowie die aufzubringende Kraft. Die wichtigste Einflussgröße dieser Bewegung ist die Bewegungslänge in Zentimetern. Unter Kontrollaufwand wird der Schwierigkeitsgrad der Koordination von Motorik und Sensorik verstanden. Für das Beispiel Bringen werden drei Fälle unterschieden: - Fall A: Einen Gegenstand zur anderen Hand oder Anschlag bringen - Fall B: Einen Gegenstand in eine ungefähre oder unbestimmte Lage bringen (Spiel: >25mm) - Fall C: Einen Gegenstand in eine genau bestimmte Lage bringen (Spiel: >12 bis 24 mm) Falls der Bewegung Bringen unmittelbar eine Bewegung vorangeht (oder folgt), entfällt die Beschleunigung am Anfang (oder das Abbremsen am Ende) der Bewegung. Hierfür werden Korrektur-Konstanten verwendet. Ein erhöhter Kraftaufwand verlangsamt die Bewegungsausführung. Das MTM-1-System bildet dies über eine statische Konstante und einen dynamischen Faktor ab. Die statische Konstante wird zu der Grundzeit der Bewegung addiert und bildet die reduzierte Beschleunigung am Anfang und Ende der Bewegung ab. Der dynamische Faktor wird mit der Grundzeit der Bewegung multipliziert und bildet die reduzierte Bewegungsgeschwindigkeit ab Universelles Analysiersystem und Standardvorgänge Logistik Das UAS-System fasst den Grundzyklus der fünf MTM-1-Grundbewegungen zu einem Vorgang Aufnehmen und Platzieren zusammen. Die Einflussfaktoren Bewegungslänge, aufzubringende Kraft und Kontrollaufwand bleiben bestehen, allerdings sind die Abstufungen weniger detailliert. Durch Zusammenfassung zu einer Bewegungsfolge werden die Einflussfaktoren außerdem für die gesamte Bewegungsfolge nur einmal analysiert und nicht mehr für jede Grundbewegung getrennt (Abbildung 2-4). Die geringere Genauigkeit ist aufgrund unterschiedlicher Möglichkeiten der Arbeitsausführung sinnvoll und reduziert den Analyseaufwand im Vergleich zum MTM- 1-System erheblich. Neben dem Grundzyklus Aufnehmen und Platzieren umfasst das UAS-System folgende Bewegungen: 1 Platziervorgang, 1 Vorgang Hilfsmittel handhaben, 2 Betätigen-Vorgänge, 4 Bewegungszyklen, 3 Körperbewegungen und 1 Vorgang visuelle Kontrolle. [Bok-2012, S ] Ein wesentlicher Unterschied des UAS-Systems zu MTM-1 ist, dass die Tätigkeitsabfolge in der Analyse aufgrund der Aggregation von der tatsächlichen Reihenfolge 17

30 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit abweichen kann. Beispielsweise kann es vorkommen, dass während des Aufnehmens und Platzierens eines Gegenstandes weitere Bewegungen ausgeführt werden. Diese werden im UAS-System dann nach dem Baustein Aufnehmen und Platzieren analysiert. MTM-1 MTM-2 UAS / MEK Hinlangen Greifen Bringen Fügen Loslassen Aufnehmen Platzieren Aufnehmen und Platzieren Abbildung 2-4: Bausteinaggregation der Systeme MTM-1, MTM-2 und UAS / MEK, nach [MTM- 2012, S.17] Speziell für Logistiktätigkeiten wurde das SVL-System entwickelt. Dieses stellt auf Basis von UAS-Bausteinen eine weitere Aggregation für wiederholende Logistiktätigkeiten dar. Das SVL-System umfasst Vorgangsfolgen für [Bok-2012, S.466]: - Stapler - Kräne - Elektroschlepper - Handgabelhubwagen - Transportwagen - Ergänzungswerte für die Handhabung Die vorgestellten Bausteinsysteme MTM-1, UAS sowie SVL bauen auf dem gleichen Grundsystem auf und können daher in Kombination angewendet werden. 2.3 Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen Im Folgenden werden Grundlagen zu arbeitsbezogen körperlichen Belastungen vorgestellt. Hierfür wird zunächst die personenunabhängige Belastung von der individuellen Beanspruchung abgegrenzt (2.3.1). Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung unterscheiden sich hinsichtlich Detaillierungsgrad und Anwendungsfokus 18

31 2.3 Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen voneinander. Zur Einteilung und Auswahl der Verfahren kann das sogenannte Stufenmodell verwendet werden (2.3.2). Unterschiedlichen Belastungsarten und deren biomechanische Grundlagen werden ebenso dargelegt (2.3.3). Das NIOSH- Verfahren, welches bereits vor 20 Jahren entwickelt wurde, stellt für aktuelle Verfahren und Normen eine wesentliche wissenschaftliche Grundlage zur Bewertung manueller Lasthandhabung dar. Daher werden Aufbau, Entwicklungsansatz und methodische Einschränkungen des NIOSH-Verfahrens vorgestellt (2.3.4) Belastungs-Beanspruchungs-Konzept Das Belastungs-Beanspruchungs-Konzept grenzt die personenunabhängige Belastung und die individuelle Beanspruchung einer Person voneinander ab [Roh-1983, S.9ff]. Belastungen sind aus Arbeitsaufgabe und Umgebung einwirkende Einflüsse auf eine Person. Körperliche Belastungen sind in der Regel physikalisch messbare Größen (z. B. Kraft, Temperatur oder Lärm). Die Beanspruchung ergibt sich aus der Belastung sowie den individuellen Eigenschaften und Fähigkeiten der betrachteten Person (siehe Abbildung 2-5). Belastungen Einflüsse, die im Arbeitssystem auf den Menschen einwirken Arbeitender Mensch mit individuellen Eigenschaften, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Bedürfnissen Beanspruchungen individuelle Auswirkung der Belastung im Menschen Abbildung 2-5: Belastungs-Beanspruchungs-Konzept nach Rohmert [Sch-2010, S.39] Stufenmodell der Gefährdungsbeurteilung Zur Bewertung der körperlichen Belastung wurden von staatlichen Institutionen, Forschungsinstituten, Unternehmen sowie Unfallversicherungen Richtlinien und Bewertungsverfahren entwickelt 10. Diese analysieren arbeitsbezogene körperliche Belastungen und bewerten mögliche gesundheitliche Risiken. Je nach Detaillierungsgrad der Analyse sowie Umfang der erforderlichen Schulung werden die Verfahren unterteilt in [Har-2013, S.111]: - Grob-Screening-Verfahren 10 In Deutschland u. a. maßgebliche Institutionen: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) Institut für Arbeitswissenschaften, Technische Universität Darmstatt 19

32 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit - Screeningverfahren - Detail-/Expertenverfahren - Messverfahren Im ersten Schritt kann mit einem Grob-Screening-Verfahren eine orientierte Erfassung und Bewertung durchgeführt werden. Grob-Screening-Verfahren identifizieren Belastungsschwerpunkte und schließen nicht relevante Belastungen von der weiteren Betrachtung aus [Har-2013, S.111]. Beispiel für ein in Deutschland verbreitetes Grob-Screening-Verfahren ist die nach den berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen für arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen G46 empfohlene Checkliste der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung [DGU-2009]. Basierend auf den erkannten erhöhten Belastungen sind für die Bewertung der Arbeitsplätze geeignete detailliertere Verfahren auszuwählen. Hierfür können Screening-Verfahren eingesetzt werden. Diese erlauben eine genauere Bewertung für spezifische Belastungsarten. Beispiele sind die Leitmerkmalmethoden (LMM) für Lasthandhabung [Jür-2001, S.17ff] oder das European Assembly Worksheet (EAWS) für repetitive Montage-Tätigkeiten [Sch-2013]. Die Detail-/Expertenverfahren erlauben eine vertiefte Beurteilung spezifischer Belastungen. Messverfahren erfassen kontinuierlich bestimmte Belastungsgrößen (z. B. Körperhaltungen und -bewegungen). Jedes Verfahren deckt bestimmte Belastungsarten ab. Daher sind immer für den spezifischen Anwendungsfall geeignete Verfahren auszuwählen. Nachfolgend werden die unterschiedlichen körperlichen Belastungen vorgestellt Biomechanik der Belastungen Die berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen für arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen G46 unterscheiden im Bereich körperlicher Belastungen folgende Belastungsarten [DGU-2009]: - Manuelle Lasthandhabung - Arbeit mit erhöhter Kraftanstrengung und/oder Krafteinwirkung - Erzwungene Körperhaltungen 20

33 2.3 Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen - Repetitive Tätigkeiten mit hoher Wiederholungsfrequenzen - Ganzkörper-Vibrationen - Hand-Arm-Vibrationen Manuelle Lasthandhabung führt neben einer Belastung des gesamten Muskel- Skelett-Systems primär zu einer Belastung der Wirbelsäule [DGU-2009]. Manuelle Lasthandhabung tritt beim Heben, Halten und Tragen sowie beim Ziehen und Schieben von größerer Lasten auf. Am höchsten ist die Belastung der Wirbelsäule an den unteren Wirbelkörpern [Jür-2001, S.8]. Die zwischen den Wirbelkörpern liegenden Bandscheiben ermöglichen durch ihre Elastizität die Beweglichkeit der Wirbelsäule [Nie-2009, S. 375]. Lasthandhabung führt zu einer Kompression der Bandscheiben. Eine Überlastung kann zu einer Deformation der Bandscheiben führen [Die-1997]. Die Bandscheiben werden durch Diffusion versorgt, welche durch Kompression verlangsamt wird. Dies führt zu einer Druckreduktion in den Bandscheiben, weshalb die Anfälligkeit für eine Schädigung unter wiederholter Kompression über einen längeren Zeitraum (z. B. einer Arbeitsschicht) steigt [Die-1997]. Abbildung 2-6 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen einer zu tragenden Last und der resultierenden Druckkraft auf die Bandscheiben. Die resultierende Belastung hängt im Wesentlichen von Lastgewicht, der Ausführungshäufigkeit und der dabei eingenommen Körperhaltung ab [Jür-2001, S.10-11]. Abbildung 2-6: Vereinfachtes Prinzip der biomechanischen Wirkung von Lasten auf die Lendenregion nach dem Hebelgesetz [Har-2013, S.28] 21

34 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Arbeiten mit erhöhter Kraftanstrengung und/oder Krafteinwirkung werden nach den berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen für arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen G46 in drei Gruppen eingeteilt [DGU-2009]. Die erste Gruppe umfasst die Arbeit an schwer zugänglichen Arbeitsstellen, welche Steigen oder Klettern erfordert. Hier wird das gesamte Muskel-Skelett-System belastet. Der Einsatz des Hand- Arm-Systems als Werkzeug stellt die zweite Gruppe dar, bei welcher überwiegend der Schulter-Arm-Bereich belastet wird. Beispiele sind Klopfen, Schlagen, Drehen und Drücken. Kraft- oder Druckeinwirkung bei der Bedienung von Arbeitsmitteln stellt die dritte Gruppe dar. Arbeiten mit erhöhter Kraftanstrengung und/oder Krafteinwirkung belasten das Muskel-Skelett-System sowie die Nerven der betroffenen Körperregion. Erzwungene Körperhaltungen sind nach Kusserow Körperhaltungen mit eingeschränkter Bewegungsmöglichkeit, die aufgrund der Tätigkeit, des Arbeitsmittels oder der Arbeitsplatzgestaltung über eine längere Zeit eingenommen werden müssen [Kus-2005, S.89ff]. Neben ungünstigen Körperhaltungen (z. B. Knien oder Arme über Schulterniveau) können hierzu auch das Sitzen und Stehen zählen. Bei statischer Haltearbeit kommt es bereits ab einem Einsatz von 15 % der Maximalkraft sehr schnell zu einer Ermüdung [Roh-1960, S.160]. Erzwungene Körperhaltungen belasten das Muskel-Skelett-System sowie im Fall ungünstiger Haltungen die Gelenke. Als Folge können Muskelschmerzen, Verspannungen und Verkrampfungen entstehen. Daneben können erzwungene Körperhaltungen langfristig zu degenerativen Muskelerkrankungen führen [Kus-2005, S.89ff]. Repetitive Tätigkeiten mit hoher Wiederholungsfrequenz bezeichnen Tätigkeiten, bei welchen ähnliche Arbeitszyklen wieder und wieder durchgeführt werden. Hierdurch werden insbesondere Gelenke, Muskeln, Sehnen und Nerven belastet. In der Automobil- und Nutzfahrzeugbranche treten repetitive Tätigkeiten mit hoher Wiederholungsfrequenz insbesondere in der Montage auf. Die Beschwerdebilder werden unter dem Begriff Work-related upper limb disorders (WRULD) zusammengefasst. Als häufige Erkrankungen nennt Hoehne-Hückstädt unter anderem Beschwerden im Bereich der Halswirbelsäule, Epicondylitis radialis (Tennisellenbogen), Sehnenscheidenentzündungen sowie das Karpaltunnelsyndrom. [Hoe-2005, S.39ff] Demzufolge ist weder eine statische Haltung (z. B. erzwungenes Stehen oder Sitzen) noch eine Bewegung mit hoher Wiederholungsfrequenz anzustreben, da beides mit einem erhöhten Gesundheitsrisiko verbunden ist. Abbildung 2-7 visualisiert diesen Zusammenhang schematisch. 22

35 2.3 Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen Abbildung 2-7: Zusammenhang zwischen Bewegungsfrequenz und Gesundheitsrisiko, schematische Darstellung nach DIN EN [Kus-2005, S.91] Vibrationen werden unterteilt in Hand-Arm-Vibrationen und Ganzkörpervibrationen [Chr-2006]. Hand-Arm-Vibrationen entstehen bei der Benutzung von vibrierenden Geräten, beispielsweise einer Bohrmaschine. Hand-Arm-Vibrationen können Durchblutungsstörungen, Knochen- und Gelenkschäden sowie neurologische Schäden hervorrufen [BMA-2015]. Mitarbeitern in Fahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen sind Ganzkörpervibrationen ausgesetzt. Ganzkörpervibrationen können unmittelbar zu Befindlichkeitsstörungen (z. B. Schwindel) und langfristig zu Rückenschmerzen und einer Schädigung der Wirbelsäule führen [BMA-2015] Die NIOSH-Gleichung als Grundlage zur Bewertung der körperlichen Belastung aufgrund Lasthandhabung Die Revised NIOSH equation des National Institute of Occupational Safety and Health in den USA stellt die wesentliche wissenschaftliche Grundlage zur Bewertung der körperlichen Belastung aufgrund von Lasthandhabung dar. Direkt auf dieser Gleichung beruhen die Normen zur Sicherheit von Maschinen DIN EN und ISO [Ell-05, S.27], sowie abgeleitete Screeningverfahren wie die Leitmerkmalmethoden [Jür-2001, S.17]. Auf den Leitmerkmalmethoden wiederum beruhen eine Reihe weiterer Verfahren, u. a. das Multiple-Lasten-Tool 11, welches in Konzeptelement 1 zur Bewertung der körperlichen Belastung verwendet wird. Aus diesen Gründen werden im Folgenden Aufbau, Entwicklungsansatz und methodische Einschränkungen näher beschrieben. Die Revised NIOSH equation wurde von einer Expertenkommission entwickelt und 1993 von Waters et al. 11 Siehe Kapitel und Kapitel

36 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit veröffentlicht [Wat-1993]. Die Gleichung wurde basierend auf folgenden Prämissen erarbeitet: - Biomechanisches Schadensmodell: Es wird eine maximal zulässige Kompressionskraft von 3,4 kn auf ein Bandscheibensegment definiert. Berücksichtigt wird nur die Maximalkraft. - Energieumsatz: Die Begrenzung des Arbeitsenergieumsatzes soll Ermüdung, welche zu einem erhöhten Verletzungsrisiko führt, vermeiden. In Abhängigkeit der Ausführungsdauer werden Grenzwerte für den Arbeitsenergieumsatz definiert. - Probandenversuche: Mithilfe von Probandenversuchen werden in Abhängigkeit von Haltung und Häufigkeit maximal akzeptable Gewichte für das Heben ermittelt. Die NIOSH-Gleichung stellt sicher, dass immer das strengste Kriterium eingehalten wird. Bestimmt wird die empfohlene Grenzlast (Recommended load weight limit, RWL) aus der maximal zulässigen Last (LC = 25kg) sowie sechs Reduktionsfaktoren: RWL = LC HM VM DM AM FM CM (2-1) mit: HM Horizontaler Multiplikator (25 Horizontaler Abstand[cm]) VM Vertikaler Multiplikator (1 (0,003 Vertikaler Abstand [cm] 75 )) DM Distanz Multiplikator (0,82 + (4,5 Vertikaler Hebeweg [cm])) AM Asymmetrie Multiplikator (1 (0,0032 Asymetriewinkel)) FM Frequenzmultiplikator (Tabelle, siehe Anhang 1) CM Faktor Griffbedingungen (Tabelle, siehe Anhang 1) Die Risikoabschätzung erfolgt über den Lifting Index LI: LI = Load lifted Recommended load weight limit (RWL) (2-2) 24

37 2.3 Grundlagen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen wobei drei Risikoklassen unterschieden werden: LI < 1 unbedenklich 1 < LI < 3 Potenzielle Gefährdung liegt vor LI > 3 Gefährdung ist wahrscheinlich Die NIOSH-Gleichung erlaubt somit, das Risiko von Lasthandhabungsvorgängen unter Berücksichtigung folgender sieben Einflussfaktoren zu bewerten: - Gewicht - Horizontale Position - Vertikale Position - Hebedistanz - Asymmetrie - Frequenzmultiplikator - Griffbedingungen Nicht berücksichtigt werden die zeitliche Abfolge der Tätigkeitsausführung und mögliche einseitige Belastungssituationen. Zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen müsste beispielsweise erfasst werden, inwiefern bei der Lasthandhabung unterschiedliche Körperhaltungen eingenommen werden oder Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung auftreten. Waters et al. weisen u. a. auf folgende grundlegende Einschränkungen der NIOSH- Gleichung hin [Wat-1993]. Erstens beruhen wesentliche Elemente der Gleichung auf der Selbsteinschätzung von Probanden. Dies testet primär die Toleranzschwelle der Probanden. Zweitens werden weitere Belastungen, wie das Ziehen oder Schieben von Lasten, nicht berücksichtigt. Drittens ist eine große personenabhängige Streuung (maximale Druckkraft auf Bandscheibe und Dauerleistungsgrenze) feststellbar, welche in dem Modell nicht berücksichtigt werden kann Fazit Die Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen ist aufgrund der hohen Komplexität nur in Teilen objektiv zu begründen. Zum einen kann mit Verfahren zur Beurteilung der körperlichen Belastung nicht die individuelle Beanspruchung sondern nur die personenunabhängige Belastung berücksichtigt werden. Zum anderen ist die wissenschaftlich begründete Ableitung von Belastungsgrenzwerten nur schwer mög- 25

38 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit lich. Wie am Beispiel der NIOSH-Gleichung aufgezeigt wurde, beruhen Belastungsgrenzwerte daher zumeist auf Experteneinschätzungen. In einer umfangreichen Evaluierung aktueller Normen und Regeln kommen Fallentin et al. zu dem Ergebnis, dass aktuell verwendete quantitative Methoden zur Gefährdungsbeurteilung weitestgehend nicht mit epidemiologischen Studien begründet werden können [Fal-2001, S.3]. Trotzdem kann eine Anwendung sinnvoll sein, allerdings sollte die große Unsicherheit der Verfahren berücksichtigt werden. Insbesondere sollte das Ergebnis nur zur groben Unterscheidung von niedrig-, mittel- und hochbelasteten Arbeitsplätzen verwendet werden [Fal-2001, S.4]. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass Erkrankungen in der Regel multikausal sind. Aus diesem Grund ist es schwierig nachzuweisen, dass die Anwendung und Einhaltung von Belastungsgrenzwerten einen positiven Effekt auf die Gesundheit der Mitarbeiter hat. Dempsey et al. weist beispielsweise darauf hin, dass mehr als 50 % der Bevölkerung an Rückenschmerzen leidet und eine Vielzahl an außerberuflichen Einflussfaktoren die Entstehung von Rückenschmerzen beeinflussen [Dem-2006]. Entsprechend schwierig ist es, für dieses Beispiel berufliche Risikofaktoren nachzuweisen. Basierend auf einer Auswertung von 92 Studien kommen Westgaard et al. zu dem Schluss, dass nur Unternehmensprogramme eine positive Auswirkung auf die Gesundheit der Mitarbeiter haben, welche Verhältnisprävention und Verhaltensprävention umfassen [Wes-1997]. Verhältnisprävention bezeichnet die Verbesserung der Arbeitsbedingungen. Das Fördern eines (auch außerberuflich) gesunden Verhaltens wird als Verhaltensprävention bezeichnet. Schwerpunkt vorliegender Arbeit ist die Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen basierend auf einem System vorbestimmter Zeiten. Aus diesem Grund sind die vorangehend ausgeführten generellen Einschränkungen zur Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen zu berücksichtigen. Für den Anwender des Systems vorbestimmter Zeiten sind insbesondere folgende Punkte relevant: - Die Beurteilung arbeitsbezogener körperlicher Belastungen erlaubt grundsätzlich nur eine grobe Orientierung. Da individuelle Voraussetzungen nicht berücksichtigt werden können, ist in der betrieblichen Praxis gegebenenfalls zusätzlich eine individuelle Betrachtung durch den medizinischen Dienst erforderlich. Dies gilt insbesondere für Mitarbeiter mit eingeschränkter Leistungsfähigkeit oder Vorerkrankungen. 26

39 2.4 Verfahren zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung - Im Rahmen eines betrieblichen Gesundheitsmanagements ist neben der Vermeidung hoher arbeitsbezogener Belastungen ein gesundes individuelles Verhalten zu fördern. 2.4 Verfahren zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung Im Folgenden werden bestehende Ansätze vorgestellt, welche eine zeitliche Arbeitsablaufbeschreibung mit einer Bewertung der körperlichen Belastung kombinieren. Hierzu sind Erweiterungen von MTM-Systemen, kommerzielle Softwarelösungen sowie weitere Ansätze für spezifische Anwendungsgebiete verfügbar. Erweiterung von MTM-Systemen Das Motion Analysis and Index Derivation System leitet aus der MTM-Analyse ohne zusätzliche Informationen eine Belastungsanalyse ab [Küh-1985]. Den MTM- Grundbewegungen wurden dabei dominante Belastungen zugeordnet. Dabei werden folgende sechs Belastungsgruppen unterschieden: - Finger-/Handsystem - Hand-/Armsystem - Körper - Erhöhter Kontrollaufwand - Visuelle Kontrolle - Erhöhte aufzubringende Kraft Die Methode ermöglicht auf Basis der MTM-Daten eine Belastungsanalyse ohne Zusatzinformationen. Allerdings kann nur erkannt werden, welche Belastungen in der Bewegungsfolge dominieren. Eine Risikoabschätzung für ergonomische Aspekte kann hieraus nicht abgeleitet werden, da wichtige Belastungsfaktoren wie das Gewicht oder die Körperhaltung nicht berücksichtigt werden. ErgoSAM stellt eine ergonomische Erweiterung des in der schwedischen Automobilindustrie entwickelten MTM-Systems Sequential Activity and Methods Analysis dar. Die MTM-Bausteine werden um zwei Parameter erweitert: Das zu handhabende Gewicht sowie, zur Bestimmung der Körperhaltung, die Entfernungszone, in der sich das zu handhabende Objekt befindet [Lar-2002]. Die Methode erzeugt einen fortlaufenden Risikowert, welcher sich auf die momentan durchgeführte Bewegung bezieht. 27

40 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Somit ist es möglich, Situationen mit hoher Belastung zu identifizieren. In Feldstudien wurden die Ergebnisse mit Experteneinschätzungen [Chr-2000; Lar-2005] sowie der von Mitarbeitern subjektiv empfundenen Belastung [Lar-2002] verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Methode eignet, Situationen mit hoher Belastung zu identifizieren [Lar-2002; Chr-2000]. Nicht geeignet ist die Methode dagegen zur Identifikation von Belastungen im Bereich Hand, Handgelenk und Nacken. Zudem wird kein über eine Schicht kumulierter Risikowert zur Gefährdungsbeurteilung vorgeschlagen. Kommerzielle Softwaresysteme Kommerzielle Softwarelösungen, welche eine MTM-Analyse um eine Belastungsanalyse erweitern, liegen ebenfalls vor. Von der deutschen MTM-Vereinigung ist mit MTM Ergonomics eine Software verfügbar, welche basierend auf dem EAWS- Verfahren eine Analyse der Belastungen erlaubt. Dieser Ansatz wird auch für verschiedene firmenspezifische Softwarelösungen wie Ergo-UAS bei FIAT-Gruppe [Vit- 2012] oder AP Ergo bei der Volkswagen AG [Kan-2013] verwendet. Von der deutschen MTM-Vereinigung wurde daneben ein neues MTM-Bausteinsystem entwickelt. Das System Human Work Design integriert die Körperhaltung in die zeitliche Beschreibung von Arbeitsabläufen [Fin-2015]. Die Zeitbausteine basieren auf dem MTM-1-System [Fin-2014], die Ergonomiebewertung auf dem EAWS-Verfahren [Fin- 2015]. Die oben vorgestellten kommerziellen Softwaresysteme ermöglichen grundsätzlich auch die Beschreibung und Bewertung von Tätigkeiten in der Produktionslogistik. Allerdings bestehen hierbei folgende Einschränkungen: - In der Produktionslogistik können die Wiederholzyklen deutlich länger sein als in der Automobilmontage. Beispielsweise liegt die Zykluszeit für einen Routenzug im Bereich von 10 bis 30 Minuten. Demgegenüber stehen Zykluszeiten von wenigen Minuten in der Endmontage von Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen. Dies führt zu einem wesentlich höheren Bewertungsaufwand Die vorgestellten kommerziellen Softwaresysteme basieren zur Bewertung der Belastung auf dem EAWS-System. Dieses wurde zur Bewertung typischer Belastungen in der Montage entwickelt (siehe Kapitel 3.1.3). Zur Bewertung produktionslogistischer Arbeitsabläufe ist das EAWS-System allerdings nur bedingt geeignet, da sich das Belastungsprofil in der Produktionslogistik wesentlich von dem in der Montage unterscheidet [Wal-2011, S.78f]. Beispielsweise wird im EAWS-System die Belastungsart Belastung der oberen Extremitäten aufgrund repetitiver Tätigkeiten erfasst, welche in der Produktionslogistik

41 2.4 Verfahren zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung nicht relevant ist. Dies macht die Bewertung aufwendiger und stellt nicht sicher, dass die spezifischen Belastungen in der Produktionslogistik korrekt erfasst werden. Weitere Ansätze für spezifische Anwendungsgebiete Otto et al. integrieren ergonomische Risikomodelle in das sogenannte assemblyline-balancing-problem [Ott-2011]. Dieses beschreibt das grundlegende Problem der Montagebandaustaktung [Boy-2008]. Je nach Problemstellen werden unter Berücksichtigung bestimmter Randbedingungen (z. B. Zykluszeit, Anzahl der Stationen und Aufgabenabfolge) Strategien zur optimalen Zuteilung von Arbeitsinhalten auf Stationen vorgeschlagen. Die Belastung kann dabei sowohl als Randbedingung (z. B. kein Mitarbeiter darf über eine kritische Grenze belastet werden) sowie als Zielfunktion (z. B. minimiere die durchschnittliche Belastung aller Stationen) formuliert werden. Da die verwendeten Risikobewertungsverfahren (u. a. NIOSH-Gleichung, EAWS) nichtlineare Funktionen beinhalten, ist die Lösung nicht trivial. Otto et. al. schlagen vor, das Problem mithilfe einer 2-stufigen Heuristik zu lösen. Im ersten Schritt wird dabei die optimale Anzahl von Stationen ermittelt und ausgehend hiervon im zweiten Schritt die Aufgabenzuteilung ergonomisch optimiert. Eine Identifikation möglicher einseitiger Belastungen ist mit diesem Ansatz nicht möglich. Die Übertragbarkeit auf die Produktionslogistik ist aufgrund der spezifischen Problemstellung der Montagebandaustaktung kaum gegeben. Von Walch et al. wurde ein Ansatz zur zeitlichen und ergonomischen Bewertung von Kommissionierprozessen vorgestellt [Wal-2009]. Basierend auf Durchschnittswerten (z. B. durchschnittliches Artikelgewicht) wird dabei die MTM-Bewertung mit der Belastungsbewertung kombiniert. Als Belastung wird ausschließlich das Umsetzen der Artikel berücksichtigt. Das Schieben des Kommissionierwagens kann mit dem von Walch vorgestellten Ansatz nicht berücksichtigt werden. Mit ErgoWMS wurde von Günthner und Koch eine Methodik entwickelt, welche eine automatische und fortlaufende Bewertung der körperlichen Belastung in der Kommissionierung erlaubt [Gün-2014b, S ]. Hierfür werden die Informationen aus dem Warehouse-Management-System verwendet. Als körperliche Belastung berücksichtigt werden die Artikelentnahme sowie das Schieben des Kommissionierwagens. Die hierfür relevanten Informationen sind entweder in einem Warehouse- Management-System bereits vorhanden oder integrierbar. Eine Verbindung mit den Informationen aus einem System vorbestimmter Zeiten war für diesen Ansatz daher nicht notwendig. 29

42 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Für Routenzüge hat Droste ein Modell zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung vorgestellt [Dro-2013, S ]. Das Modell berechnet die minimal mögliche Routenzug-Taktzeit unter Einhaltung von ergonomischen und kapazitiven Randbedingungen [Dro-2013, S.129]. Die Zeitberechnung wird mithilfe von MTM- Zeitbausteinen durchgeführt [Dro-2013, S.99]. Die Bewertung der Belastung basiert auf den Leitmerkmalmethoden. Im Vergleich zu den vorgestellten kommerziellen Softwaresystemen ist der Aufwand für die Durchführung einer Bewertung wesentlich reduziert. Zum einen erfordert die Bewertung der Belastung aufgrund der verwendeten Methode weniger Einflussgrößen. Zum anderen muss nicht der gesamte Ablauf mit MTM-Bausteinen beschrieben werden, da vordefinierte Prozessbausteine verwendet werden. Für eine Bewertung müssen lediglich die relevanten Einflussgrößen ermittelt werden. Die Auswahl, welche Einflussgrößen als Parameter in das Modell eingehen und welche als konstant angenommen werden, erfolgt in dem Modell von Droste per Definition, ohne Untersuchung des Einflusses der Eingangsparameter auf die Ausgangsgrößen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass verschiedene Ansätze zur kombinierten Bewertung von Zeit und körperliche Belastung vorliegen, diese allerdings für die Produktionslogistik nur bedingt geeignet sind. Weiterhin berücksichtigt keiner der vorgestellten Ansätze zur kombinierten Bewertung von Zeit und Belastung die zeitliche Abfolge der Tätigkeitsausführung und daraus resultierende einseitige und wechselnde Belastungen. Für die Belastungssituation des Mitarbeiters ist die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten allerdings entscheidend. So wirkt sich eine andauernde einseitige Belastung negativ aus, während eine abwechslungsreiche Tätigkeit Regenerationsmöglichkeiten für aktuell nicht beanspruchte Körperregionen bildet. Dieser Aspekt wird im nachfolgenden Teilkapitel näher betrachtet. 2.5 Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung Nachfolgend wird der Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung vorgestellt. Die Energieerzeugung im Muskel stellt eine wesentliche biomechanische Grundlage hierfür dar und wird eingangs vorgestellt (2.5.1). Daneben wurden verschiedene empirische Untersuchungen zu einseitiger und wechselnder Belastung durchgeführt, welche anschließend diskutiert werden (2.5.2). Den Abschluss bildet eine Zusammenfassung bestehender Ansätze zur Definition und Bewertung von einseitiger und wechselnder Belastung (2.5.3). 30

43 2.5 Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung Biomechanische Grundlagen Die Energieumwandlung im Muskel stellt eine wesentliche biomechanische Grundlage für die Annahme dar, dass eine abwechslungsreiche Tätigkeit gesundheitsförderlich ist. Abbildung 2-8 zeigt zeitabhängig verschiedene Wirkmechanismen für die Energieumwandlung im Muskel. Kurzzeitig ist eine hohe Muskelkraft über Umwandlung von Phosphaten und anaerobe Glykolyse verfügbar. Mittel- und langfristig sind aerober Glykogenabbau und Fettabbau für die Energieerzeugung verantwortlich. Die zur Verfügung stehende Energie ist hier deutlich niedriger und maßgeblich für die Dauerleistungsgrenze. [Har-2013, S11] Abbildung 2-8: Energieerzeugung im Muskel [Har-2013, S.11] Kurzzeitige anaerobe Kraftleistungen müssen immer durch eine Erholungsphase ausgeglichen werden (siehe Abbildung 2-9) [Har-2013, S.15]. In Untersuchungen zu statischer Haltearbeit zeigte Rohmert, dass die relative Erholungszeit (Erholungsphase im Verhältnis zu Arbeitsphase) höher ist, je länger die Arbeitsphase andauert [Roh-1960, S.134]. Wird den Muskeln keine ausreichende Regenerationsmöglichkeit gegeben, kommt es zur Schädigung [Vis-2006]. Abbildung 2-9: Muskelermüdung und Erholung [Har-2013, S.15] 31

44 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Für jeden einzelnen Muskel sind daher nach Phasen hoher Belastung Erholungsphasen erforderlich. Eine dauerhafte Beanspruchung des selben Muskels, beziehungsweise der gleichen Muskelgruppen, ist zu vermeiden. Dies hat folgende Konsequenzen für die Arbeitsplatzgestaltung: - Tätigkeiten, welche unterschiedliche Muskelgruppen abwechselnd beanspruchen, sind vorzuziehen. - Im Arbeitsablauf sind nach Phasen mit hoher Belastung Erholungsphasen vorzusehen Empirische Untersuchungen Der Aspekt von einseitiger und wechselnder Belastung, im Folgenden als Varianz bezeichnet, wurde bisher nicht als direkter Risikofaktor untersucht. Nach Wells et al. ist die Aggregation verwendbarer Daten problematisch, da Menschen nur in geringem Maße in der Lage sind, Zeiten und Zeitanteile abzuschätzen [Wel-2007]. Deshalb wären in diesem Zusammenhang Daten aus direkter Messung notwendig. Mathiassen sieht als zusätzliche Erschwernis den Mangel an einheitlichen Definitionen zur Beschreibung und Messung von Varianz [Mat-2006]. In verschiedenen Studien aus dem Bereich Arbeitswissenschaften wurden allerdings Änderungen in der zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten untersucht. Diese werden nachfolgend vorgestellt. In Laborstudien zu repetitiver Arbeit wurde festgestellt, dass bei gleicher Gesamtproduktivität ein Zeitregime mit regelmäßigen kurzen Pausen und höherem Arbeitstempo weniger ermüdender wirkt als ein Zeitregime ohne Pausen und langsameres Arbeitstempo [Sun-1993]. Ebenfalls in Laborstudien zeigen Dempsey et al., dass Probanden (bei freier Wahl der Arbeitsgeschwindigkeit) zu einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit als dem MTM-Standard tendieren [Dem-2010]. Dieser Effekt wird auch im betrieblichen Umfeld beobachtet. So bevorzugen Mitarbeiter in der Regel einen Arbeitsplatz mit der Möglichkeit, das Arbeitstempo individuell zu gestalten, um informelle Pausen einlegen zu können. Im betrieblichen Umfeld ist der Einfluss von Pausen allerdings schwer zu untersuchen, da sich eine Änderung der geplanten Pausenzeiten auf die informellen Pausen auswirken kann [Mat-2006]. So kann, beispielsweise durch die Einführung von zusätzlichen geplanten Pausen, die informelle Pausenzeit zurückgehen [Mat-2006]. Diese kann in Studien allerdings nur bedingt erfasst werden. Für Jobrotation im betrieblichen Umfeld liegen Untersuchungen mit widersprüchlichen Ergebnissen vor [Lei-2014; Mat-2006]. So konnten Roquelaure et al. anhand von Patientendaten zeigen, dass fehlende Jobrotation einen Risikofaktor für das Auf- 32

45 2.5 Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung treten des Karpaltunnelsyndroms darstellt [Roq-1997]. In einer Studie in der Schuhfertigung stellten Guimarães et al. fest, dass die Einführung von Arbeitsgruppen, innerhalb derer Mitarbeiter zwischen Arbeitsplätzen rotieren, zu einer Reduktion der Muskel-Skelett-Beschwerden geführt hat [Gui-2012]. Zur Rotation zwischen verschiedenen Tätigkeiten im Einzelhandel liegen keine eindeutigen Ergebnisse vor. Während Hinnen et al. eine Verbesserung für bestimmte Arbeitsplätze feststellen konnten [Hin-1992], stellten Rissen et al. in einer aktuelleren Studie keinen Rückgang der Muskel-Skelett-Beschwerden fest [Ris-2012]. Auch für Jobrotation unter Müllwerkern liegen unterschiedliche Ergebnisse vor. Kuijer et al berichten in einer ersten Studie, dass die Erschöpfung der Mitarbeiter durch eine Rotation zwischen Fahren, Mülleinsammeln und Straßenreinigen reduziert wurde [Kui-1999]. In einer Folgestudie wurde dagegen in der Rotationsgruppe eine Zunahme an Rückenbeschwerden festgestellt [Kui-2005]. Auch Tirloni et al. konnten bei einer Untersuchung von 290 Arbeitern in einem Schlachtbetrieb keine positive Auswirkung von Jobrotation auf Muskel-Skelett-Beschwerden feststellen [Tir-2012]. Ein möglicher Grund für die widersprüchlichen Ergebnisse ist, dass Jobrotation Auswirkungen auf den Arbeitsort, das soziale Umfeld und den Handlungsspielraum hat. Nach der Selbstbestimmungstheorie von Deci und Ryan sind diese Aspekte aber wesentlich für die Arbeitszufriedenheit [Dec-2000]. Die Arbeitszufriedenheit ist wiederum ein wichtiger Faktor für die individuelle Gesundheit [Bad-2010, S.46]. Im Bereich Arbeitsteilung liegen verschiedene Studien vor. Olafsdottir et al. haben die Auswirkung der Fließbandeinführung in der isländischen Fischverarbeitungsindustrie untersucht [Óla-1998]. Vor der Fließbandeinführung wurde in kleinen Gruppen mit 2 bis 5 Personen an Tischen gearbeitet. Über die Arbeitsschicht wurden die Tätigkeiten mehrmals getauscht. Nach der Fließbandeinführung arbeiteten die Mitarbeiter an Einzelarbeitsplätzen und wechselten nicht mehr. Olafsdottir et al. haben mithilfe von Fragebögen die Häufigkeit von WRULD-Beschwerdebildern 12 vor und nach der Fließbandeinführung untersucht. Die Autoren stellten einen deutlichen Anstieg der WRULD-Beschwerdebilder fest und führten dies auf die einseitige Belastung durch die Arbeitsplätze zurück. Fredriksson et al. untersuchten in der Rohbaufertigung eines Automobilherstellers die Auswirkungen einer Fertigungs-Umorganisation auf Arbeitszufriedenheit und Gesundheit der Mitarbeiter [Fre-2001]. In der ursprünglichen Werkstattfertigung versiegelten zwei Mitarbeiter innerhalb von 20 Minuten eine Karosserie. Dies wurde durch eine Fließfertigung mit einer maximalen Taktzeit von 1,5 Minuten ersetzt. Die gemessene physische Belastung (Zeitanteil in ungünstiger Körperhaltung) wurde durch die Änderung reduziert. Außerdem tauschten die Mitarbeiter im neuen System viermal 12 Work-related upper limb disorders (siehe Kapitel 2.5.1) 33

46 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit am Tag die Arbeitsstation. Die Änderung wurde von den Mitarbeitern insgesamt negativ beurteilt. Beklagt wurden der geringere Handlungsspielraum und die wenig anregende, einförmige Arbeit. Die Zahl an Muskel-Skelett-Erkrankungen hat sich nach der Änderung erhöht. Palmerund et al. und Neumann et al. untersuchten in der Motormontage eines schwedischen Automobilherstellers die Umstellung von Insel- zu Fließfertigung [Pal- 2012; Neu-2006]. Die Autoren zeichnen in den beiden Studien ein gemischtes Bild. So wurden ungünstige schnelle Bewegungen im getakteten Fließsystem reduziert. Dies wurde allerdings auch auf Wartezeiten zurückgeführt, welche durch Austaktungsverluste entstanden sind. Die Eliminierung dieser Wartezeiten würde wiederum zu einem Anstieg der körperlichen Belastung führen [Pal-2012]. Zur Entwicklung des Krankenstandes lagen keine aussagekräftigen Daten vor, da der Krankenstand nur auf höherer Organisationsebene ausgewertet werden konnte. Diese umfasst weitere Arbeitsplätze, welche nicht von der Fließbandeinführung betroffen waren. Insgesamt gehen Neumann et al. von einer Risikoerhöhung für Muskel-Skelett-Erkrankungen aus [Neu-2006]. Als wesentliche Gründe sehen die Autoren die erhöhte Repetitivität, monotone Bewegungsabläufe und eine Verschlechterung psychosozialer Faktoren. Moreau hat über fünf Jahre das Ergonomie-Programm im Peugeot-Werk Sochaux untersucht [Mor-2003]. Im Rahmen einer Studie wurden die medizinischen Daten von 1230 Mitarbeitern ausgewertet, welche überwiegend in der Endmontage tätig waren. Ab dem Jahr 1996 wurden folgende ergonomische Verbesserungen umgesetzt: Ergonomische Optimierung der Arbeitshöhen, Eliminierung schwerer Werkzeuge und vermehrter Einsatz von Manipulatoren für schwere Bauteile. Diese Maßnahmen hatten ab dem Jahr 1996 eine deutliche Reduktion der jährlichen Neuerkrankungen zur Folge (siehe Abbildung 2-10). Trotz gleichbleibender ergonomischer Rahmenbedingungen kam es allerdings ab dem Jahr 1999 wieder zu einem Anstieg der Neuerkrankungen. Nach Moreau ist dies auf eine Umorganisation der Montagelinie zurückzuführen, in deren Zuge die Zykluszeit von 2:30 auf 1:36 reduziert wurde. 34

47 2.5 Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung Abbildung 2-10: Jährliche-Muskel-Skelett-Neuerkrankungen im Automobilwerk Peugeot-Sochaux [Mor-2003] Die vorgestellten Studien im Bereich Arbeitsteilung legen nahe, dass eine Zunahme der Arbeitsteilung und einseitige Belastungen zu einer Zunahme an Muskel-Skelett- Erkrankungen führen. Da Erkrankungen allerdings in der Regel multikausal und die vorgestellten Studien aus dem betrieblichen Umfeld ohne Kontrollgruppen durchgeführt wurden, können die Studien nicht als empirischer Beleg gewertet werden Ansätze zur Definition und Bewertung einseitiger und wechselnder Belastung Wells et al. stellen in einer Literaturstudie Konzepte und Methoden gegenüber, welche einen Bezug zur zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten besitzen. Die Autoren identifizierten folgende Risikofaktoren mit Zeitbezug (vollständige Tabelle siehe Anhang A- 1) [Wel-2007]: - Dauer in kritischen Haltungen - Bewegungsfrequenz und Zykluszeit - Gelenkwinkelgeschwindigkeit und -beschleunigung - Fehlende Muskel-Erholungsphasen - Kumulierte Bandscheibenbelastung (Zeitdauer und Höhe der Kompressionskraft) In der Literaturstudie werden Systeme vorbestimmter Zeiten als eine Möglichkeit identifiziert, um die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten auch bei der ergonomischen 35

48 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Bewertung zu berücksichtigen. Ein konkreter Ansatz hierzu wird allerdings nicht vorgeschlagen. Mathiassen und Winkel haben mit der Exposure Variation Analysis ein Konzept zur Auswertung von Varianz für kontinuierliche Belastungskenngrößen entwickelt [Mat- 1991]. Kontinuierliche Belastungskenngrößen sind beispielsweise Herzfrequenz, Muskelaktivität oder Gelenkwinkelstellungen. Abbildung 2-11 zeigt die Funktionsweise der Methode: Ausgehend von dem zeitlichen Verlauf einer Belastungskenngröße werden Bereiche für Belastungshöhe und Dauer gebildet (a). In einer Matrix wird für jeden Belastungs- und Zeitbereich der prozentuale zeitliche Anteil an der Gesamtarbeitszeit ausgewertet (b). Das Ergebnis kann in einem dreidimensionalen Diagramm dargestellt werden (c). Abbildung 2-11: Schematische Darstellung Exposure Variation Analysis [Mat-1991] Die Methode ist sensitiv bezüglich der Periodenlänge, über welche ein Belastungsniveau erreicht wird. Dies wird am Beispiel der Armwinkelstellung veranschaulicht. Die Exposure Variation Analysis unterscheidet, ob die ungünstige Haltung Arm über Schulter wenige Male über lange Zeiträume (kritisch) oder mehrmals über kurze Zeiträume (weniger kritisch) auftritt. Nicht sensitiv dagegen ist die Methode bezüglich der zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten. Die Methode ist konzipiert, um Daten kontinuierlicher Belastungskenngrößen auszuwerten und geeignet zu komprimieren. Eine Identifikation einseitiger Belastungssituationen ermöglicht die Methode nicht. Zum einen wird keine Interpretation hinsichtlich abwechslungsreich und einseitig vorgeschlagen. Zum anderen wäre hierfür die Betrachtung der Ganzkörperhaltung und der unterschiedlichen Muskelgruppen notwendig. Dies ist mit der Exposure Variation 36

49 2.5 Stand der Forschung zu einseitiger und wechselnder Belastung Analysis nicht möglich, da sich die Methode auf eine Belastungskenngröße beschränkt. Zur Bewertung der zeitlichen Abfolge von Lasthandhabungsvorgängen wurde als Erweiterung zur NIOSH-Gleichung der Sequential Lifting Index entwickelt [Wat- 2007]. Der Sequential Lifting Index ist sensitiv bezüglich der zeitlichen Abfolge, in welcher Lasthandhabungsvorgänge durchgeführt werden. Als Beispiel steht A für eine Lasthandhabungstätigkeit mit hohem Gewicht und B für eine Lasthandhabungstätigkeit mit leichtem Gewicht; jeweils mit einer Dauer von einer Stunde. Der Sequential Lifting Index bewertet die Abfolge ABAB mit einem niedrigeren Risikowert als die Abfolge AABB. Die Methode ist ein rein mathematischer Ansatz, bei welchem die maximale Länge der höher belastenden Tätigkeit mit einfließt. Eine praktische Anwendung und Überprüfung des SLI wurde nicht durchgeführt. Zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung eignet sich die Methode aus folgenden Gründen nicht: Zum einen ist die Methode beim Heben von Lasten nur bedingt aussagekräftig, da die Körperbewegungen nicht berücksichtigt werden. Beispielsweise ermöglicht die Methode keine Unterscheidung, ob sich der Mitarbeiter zur Lastaufnahme immer auf die gleiche Seite dreht oder ob die Last von unterschiedlichen Positionen aufgenommen wird. Zum anderen ist die Methode auf das Heben von Lasten beschränkt. In Kombination mit anderen Tätigkeiten ist die Methode nicht anwendbar, wobei sich insbesondere hierdurch abwechslungsreiche Tätigkeiten gestalten ließen. Mathiassen schlägt vor, zur Beschreibung von Varianz auf gängige Ansätze aus dem Bereich der Statistik zurückzugreifen [Mat-2006]. Dabei werden Belastungsgrößen aus direkter Messung (z. B. Muskelaktivität) mit Mittelwert und Standardabweichung charakterisiert. Die Varianz zwischen Tätigkeiten wird anhand der mittleren quadratischen Abweichung berechnet. Dieser Ansatz wurde beispielsweise zur Untersuchung von Bildschirmarbeitsplätzen angewendet [Bar-2014]. Barbieri et al. untersuchten, inwieweit sich durch zusätzliche Tätigkeiten wie das Gehen zum Drucker oder Reinigungsaufgaben einseitige Belastungen reduzieren lassen. Hierzu wurde die Muskelaktivität des oberen Trapezius und der Handextensoren als Belastungskenngrößen ausgewählt. Diese sind bei Bildschirmarbeit besonders belastet. Der Ansatz von Mathiassen ermöglicht eine allgemeingültige Definition von Varianz und eine Untersuchung, wie sich die Kombination unterschiedlicher Tätigkeiten auf die Varianz der betrachteten Belastungsgröße auswirkt. Die Aussage beschränkt sich allerdings auf die untersuchten einzelnen Belastungsgrößen. Die Ganzkörperhaltung wird bei diesem Ansatz nicht berücksichtigt. 37

50 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Fazit Im vorangehenden Abschnitt wurden biomechanische Grundlagen und empirische Untersuchungen zu einseitiger und wechselnder Belastung dargestellt. Folgende methodische Einschränkungen traten dabei zu Tage: Zum einen steht aktuell keine einheitliche Definition oder Messgröße für Abwechslung zur Verfügung. Zum anderen ist ein kausaler Zusammenhang zwischen arbeitsbezogener Belastung und Erkrankung aufgrund komplexer Zusammenhänge kaum herzustellen. Insgesamt sprechen jedoch folgende Indizien für eine gesundheitsförderliche Wirkung von Abwechslung: - Energieerzeugung im Muskel: Für Muskelgruppen sind nach Phasen hoher Belastung Erholungsphasen erforderlich [Har-2013, S.15]. Wird den belasteten Muskelgruppen keine ausreichende Regenerationsmöglichkeit gegeben, kann es zur Schädigung kommen [Vis-2006]. - Pausen: Der Wechsel zwischen hohem Arbeitstempo und Pausen (wechselnde Belastung) wirkt weniger ermüdend als ein konstantes niedrigeres Arbeitstempo ohne Pausen (konstante Belastung) [Sun-1993] und wird in der Regel von Probanden und Mitarbeitern bevorzugt. - Arbeitsteilung: Empirische Studien zeigen, dass die Einführung von standardisierten, repetitiven Tätigkeiten zu einem Anstieg an Muskel-Skelett- Erkrankungen führt und die Arbeitszufriedenheit negativ beeinflussen kann [Óla-1998; Fre-2001; Mor-2003]. Zur Beschreibung von Abwechslung wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen. Diese beziehen sich allerdings zumeist auf spezifische Belastungsgrößen und berücksichtigen die Ganzkörperhaltung nicht. Zur Analyse von Abwechslung und Einseitigkeit an Arbeitsplätzen mit unterschiedlichen Tätigkeiten und Belastungsfällen sind somit keine geeigneten Methoden verfügbar. Erhöhte körperliche Belastungen aufgrund einseitiger Tätigkeiten können aus diesem Grund nicht erkannt werden. Dies ist problematisch, da verbreitete Maßnahmen zur Erhöhung der Produktivität (z. B. Outsourcing, Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten, personelle Trennung von Produktions- und Logistikaufgaben sowie Leiharbeit und Werkverträge) einseitige Tätigkeiten tendenziell begünstigen. 38

51 2.6 Zusammenfassung und Ableitung Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassung und Ableitung Forschungsbedarf Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Erweiterung eines Systems vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik. Hierzu wurden in Kapitel 2 die Grundlagen erarbeitet. Bestehende Ansätze zur kombinierten Analyse von Zeit und Belastung sind für die Produktionslogistik nur teilweise geeignet. Grundsätzlich anwendbar sind kommerzielle Softwaresysteme, welche beispielsweise von der deutschen MTM-Vereinigung angeboten werden. Allerdings basieren diese auf Methoden, welche zur Bewertung typischer Belastungen in der Montage entwickelt wurden. Dies führt zu einer aufwendigen Bewertung und stellt nicht sicher, dass die spezifischen Belastungen in der Produktionslogistik korrekt erfasst werden. Hieraus leitet sich die erste Fragestellung ab, welche den Schwerpunkt von Kapitel 3 bildet: Untersuchungsfrage 1: Welche körperlichen Belastungen treten in der Produktionslogistik auf, und welche Verfahren eignen sich zu deren Bewertung? Einen Ansatz zur Reduktion des Bewertungsaufwandes für den Routenzug-Prozess hat Droste vorgestellt [Dro-2013, S ]. Durch Hinterlegen eines festen Referenzprozesses muss für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe nicht der gesamte Ablauf aus Grundbewegungen neu aufgebaut werden. Dieser Ansatz soll in vorliegender Arbeit aufgegriffen werden und, basierend auf vordefinierten Prozessbausteinen, ein Vorgehen zur Reduktion des Bewertungsaufwandes für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe entwickelt werden. Die Auswahl, welche Einflussgrößen als Parameter in das Modell eingehen und welche als konstant angenommen werden, erfolgt in dem Modell von Droste per Definition. Dies ist allerdings in der Modellbildung ein kritischer Schritt, da nur bei richtiger Auswahl ein effizientes Modell resultiert. Ziel ist es, die Anzahl Eingangsparameter so gering wie möglich zu halten. Hier soll in vorliegender Arbeit eine erweiterte Betrachtung durchgeführt werden und ein Vorgehen zur quantitativen Auswahl der Eingangsgrößen entwickelt werden. Dies umfasst eine Untersuchung des Einflusses der Eingangsgrößen auf die Ergebnisgrößen. Hieraus leitet sich die zweite Fragestellung ab, welche den Schwerpunkt von Kapitel 4 bildet: 39

52 2 Beschreibung und Bewertung von körperlicher Arbeit Untersuchungsfrage 2: Welche wiederkehrenden Tätigkeitsfolgen lassen sich in der Produktionslogistik definieren, und auf welcher Aggregationsebene können Parametermodelle zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung aufgebaut werden? Wie werden Einflussgrößen (Parameter und Konstanten) bestimmt? Eingesetzte Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung berücksichtigen den zeitlichen Ablauf der Tätigkeitsführung nicht. Einseitige Belastungssituationen können daher nicht erkannt werden. Dies ist problematisch, da einseitige Belastungen einen gesundheitlichen Risikofaktor darstellen. Um zu beurteilen, ob eine Tätigkeit einseitige Belastungen umfasst, ist die Berücksichtigung der Ganzkörperhaltung im zeitlichen Verlauf notwendig. Dies können aktuelle Ansätze aus der Arbeitswissenschaft zur Definition und Bewertung von Varianz noch nicht leisten, da sie sich auf einzelne Belastungsgrößen (z. B. oberer Trapezius [Bar-2014]) oder Belastungsarten (z. B. Lasthandhandhabung in [Wat-2007]) beschränken. Auch bisherige Erweiterungen von Systemen vorbestimmter Zeiten zur Bewertung der Arbeitsbelastung berücksichtigen den Aspekt von Abwechslung und Einseitigkeit nicht. Dies obwohl Systeme vorbestimmter Zeiten die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten und Bewegungen in hoher Detaillierung beschreiben und somit wesentliche Informationen zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen beinhalten. In vorliegender Arbeit wird dieser Aspekt aufgegriffen. Hieraus leitet sich die dritte Fragestellung ab, welche den Schwerpunkt von Kapitel 5 bildet: Untersuchungsfrage 3: Welche Zeit- und Belastungsmodelle eignen sich zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung, und anhand welcher Merkmale können einseitige Belastungssituationen identifiziert werden? In der betrieblichen Praxis stellt die Verbesserung der Arbeitsplatzergonomie den wesentlichen Schritt nach Analyse und Bewertung körperlicher Belastungen dar. Für die Produktionslogistik stehen bisher keine Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen zur Verfügung. Diese Fragestellung wird in Kapitel 6 behandelt und bildet den Abschluss vorliegender Arbeit: 40

53 2.6 Zusammenfassung und Ableitung Forschungsbedarf Untersuchungsfrage 4: Wie können in der industriellen Praxis einseitige Belastungen in der Produktionslogistik vermieden werden? Durch Untersuchung obiger Fragestellungen soll folgender Erkenntnisbeitrag geleistet werden: - Auf Basis eines Systems vorbestimmter Zeiten soll eine Bewertung der körperlichen Belastung in der Produktionslogistik mit geringem Aufwand umgesetzt werden können. Anwendungsgebiet ist die betriebliche Arbeitsvorbereitung. - Die Erweiterung des Systems vorbestimmter Zeiten zur Untersuchung der zeitlichen Abfolge stellt eine Grundlagenuntersuchung dar. Zielsetzung ist ein konzeptioneller Beitrag zum aktuellen Stand der Forschung in Verbindung mit einer beispielhaften Anwendung. Eine betriebliche Anwendung ist in diesem Stadium noch nicht vorgesehen. - Für die Produktionslogistik sollen praxisrelevante Empfehlungen zur Arbeitsplatz- und Prozessgestaltung zur Vermeidung einseitiger Belastungen abgeleitet werden. 41

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55 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition In diesem Kapitel wird untersucht, welche Tätigkeiten und körperlichen Belastungen in der Produktionslogistik auftreten und welche Verfahren sich zu deren Bewertung eignen (3.1). Aufbauend hierauf werden die Anforderungen und Anwendungsdomäne für Konzeptelement 1 und 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten definiert und abgegrenzt (3.2). 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Folgender Abschnitt enthält eine Feldstudie zu körperlichen Belastungen in der Produktionslogistik. Zunächst werden Zielsetzung und Vorgehensweise erläutert (3.1.1). Anschließend werden Tätigkeiten und auftretende körperliche Belastungen untersucht (3.1.2) und geeignete Verfahren zur Bewertung der auftretenden Belastungen identifiziert (3.1.3). Wesentliche Inhalte dieses Kapitels wurden in [Kel-2013] veröffentlicht Vorgehensweise Zielsetzung der Untersuchung ist die Identifikation von Belastungsschwerpunkten für unterschiedliche Tätigkeiten in der Produktionslogistik und die Auswahl geeigneter Verfahren zu deren Bewertung. Diese Fragestellung wird von bereits vorliegenden Untersuchungen nicht abgedeckt. Diese fokussieren spezielle Tätigkeiten [Gün-2014b; Gün-2014c; Gol-2007; Wal- 2011] oder Belastungsarten [Fis-2015]. Aus diesem Grund wird als Methode eine Feldstudie, also das systematische Beobachten unter natürlichen Bedingungen, ausgewählt. Der Untersuchungsbereich umfasst mehr als 500 operative Mitarbeiter, die im Mehrschichtsystem an mehr als 200 operativen Arbeitsplätzen arbeiten. Administrative Tätigkeiten werden nicht betrachtet. Im Rahmen der Untersuchung wurden Arbeitsabläufe sowie auftretende Belastungen an den Produktionslogistik-Arbeitsplätzen aufgenommen. Als Grundlage für die Einteilung der Arbeitsplätze dienen die logistischen Funktionen und Tätigkeiten aus Kapitel 2.1. Diese wurden den drei Gruppen 43

56 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Fahrtätigkeiten, Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten zugeordnet (siehe Tabelle 3-1). Diese Einteilung wurde unter der Annahme gewählt, dass sich Körperhaltung, Tätigkeiten und Belastungsschwerpunkte zwischen Fahrtätigkeiten und Handhabungstätigkeiten wesentlich unterscheiden. Tabelle 3-1: Kategorisierung produktionslogistischer Tätigkeiten Fahrtätigkeiten Fahr- und Handhabungstätigkeiten Handhabungstätigkeiten Gegengewichtsstapler KLT-Routenzug MzW-Kommissionierung Schubmaststapler GLT-Routenzug WzM-Kommissionierung Hochregalstapler Manuelles Umsetzen (KLT-Handhabung) Manuelles Ziehen und Schieben (GLT-Handhabung) Anhand dieser Kategorisierung konnten 90 % der Arbeitsplätze im Untersuchungsbereich zugeordnet werden. Die verbleibenden Arbeitsplätze wurden unter der Kategorie Sonstige zusammengefasst. Der Untersuchungsbereich umfasst die gesamte Werkslogistik eines Nutzfahrzeugherstellers. Diese ist in drei Abteilungen aufgeteilt, welche unterschiedliche Produktionssparten versorgen. Die Abteilungen sind in insgesamt 9 Bereiche untergliedert, welchen jeweils ein Meister vorsteht. Die Bereiche decken mit Wareneingang, Lagerung, Kommissionierung, Bereitstellung und Transport sowie Warenausgang den gesamten innerbetrieblichen Materialfluss ab. Tabelle 3-2 zeigt Funktionen, Tätigkeiten und Anzahl Arbeitsplätze der untersuchten Bereiche. Zum Schutz vertraulicher Unternehmensdaten wurden die erhobenen Daten mit einem multiplikativen Zufallsfehler überlagert. Dabei wurde die Anzahl der Arbeitsplätze je Bereich und Tätigkeit mit einer gleichverteilten Zufallszahl zwischen 0,5 und 1,5 multipliziert. 44

57 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Tabelle 3-2: Arbeitsplätze im Untersuchungsbereich Bereich Funktion Tätigkeiten Anzahl AP * 1 Lager (Hochregallager) 2 Bereitstellung und Transport 3 Kommissionierung und manuelles Lager Gegengewichtsstapler Schubmaststapler WzM-Kommissionierung Sonstige Gegengewichtsstapler KLT-Routenzug Manuelle GLT-Handhabung Gegengewichtsstapler MzW-Kommissionierung Sonstige Lager (Automatisches Hochregallager und Kleinteilelager) Gegengewichtsstapler Hochregalstapler Manuelles Umsetzen WzM-Kommissionierung Sonstige 30 5 Kommissionierung und manuelles Lager 6 Bereitstellung und Transport 7 Warenein- und ausgang 8 Kommissionierung und manuelles Lager 9 Bereitstellung und Transport Gegengewichtsstapler Schubmaststapler Hochregalstapler MzW-Kommissionierung Gegengewichtstapler Schubmaststapler GLT-Routenzug KLT-Routenzug Gegengewichtsstapler Manuelles Umsetzen Sonstige Gegengewichtsstapler Schubmaststapler Hochregalstapler MzW-Kommissionierung Gegengewichtsstapler Schubmaststapler GLT-Routenzug KLT-Routenzug Sonstige *Zum Schutz vertraulicher Unternehmensdaten wurden die erhobenen Daten mit einem multiplikativen Zufallsfehler überlagert. Dabei wurde die Anzahl der Arbeitsplätze je Bereich und Tätigkeit mit einer gleichverteilten Zufallszahl zwischen 0,5 und 1,5 multipliziert. 45

58 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Im Rahmen der Untersuchung wurden die Arbeitsabläufe sowie die auftretenden Belastungen an den Arbeitsplätzen aufgenommen. Die eingesetzte Kategorisierung für die Belastungsarten entspricht der Kategorisierung aus den berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen für arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen G 46 Belastungen des Muskel-Skelettsystems einschließlich Vibrationen [DGU-2009]. Dabei handelt es sich um die in (2.2) vorgestellten Belastungsarten: - Manuelle Lasthandhabung - Erzwungene Körperhaltungen - Arbeit mit erhöhter Kraftanstrengung und/oder Krafteinwirkung - Repetitive Tätigkeiten mit hohen Handhabungsfrequenzen - Ganzkörper-Vibrationen - Hand-Arm-Vibrationen Weitere Belastungen (z. B. Lärm), welche sich nicht aus den ausgeführten Tätigkeiten ableiten lassen, sind nicht Gegenstand der Untersuchung. Die Untersuchung wurde im Rahmen von Vor-Ort-Begehungen durchgeführt. Dabei wurde der reale Prozess beobachtet und der Mitarbeiter hinsichtlich auftretender Belastungen befragt. Erfasst wurde, welche der obigen Belastungsarten auftreten. Eine Quantifizierung der Belastungshöhe wurde nicht durchgeführt Identifizierte Belastungsschwerpunkte nach Tätigkeitsgruppen Tabelle 3-3 zeigt für jede Tätigkeit die Häufigkeit auftretender Belastungsarten. Festgestellt wurden die Belastungsarten manuelle Lasthandhabung, erzwungene Körperhaltung sowie Ganzkörper-Vibrationen. Arbeiten mit erhöhter Kraftanstrengung oder Krafteinwirkung sowie repetitive Tätigkeiten mit hohen Handhabungsfrequenzen traten im Untersuchungsbereich nicht auf. 46

59 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Tabelle 3-3: Identifizierte Belastungsschwerpunkte nach Tätigkeitsgruppen Tätigkeit Anzahl * Häufigkeit auftretender Belastungsarten Fahrtätigkeiten Heben, Halten, Tragen Ziehen, Schieben Erzwungene Körperhaltung Kopfhaltung Sitzen ohne Entlastung Dauerhaftes Stehen Manuelle Lasthandhabung Ganzkörper- Vibrationen Gegengewichtsstapler % - 46 % 100 % % Schubmaststapler 16 9 % % % Hochregalstapler 7 27 % % % Fahr- und - Handhabungstätigkeiten KLT-Routenzug % 100 % % GLT-Routenzug % % Handhabungstätigkeiten MzW-Kommissionierung % 72 % WzM-Kommissionierung % % - Manuelles Umsetzen % 42 % Manuelles Ziehen / Schieben % *Zum Schutz vertraulicher Unternehmensdaten wurden die erhobenen Daten mit einem multiplikativen Zufallsfehler überlagert. Dabei wurde die Anzahl der Arbeitsplätze je Bereich und Tätigkeit mit einer gleichverteilten Zufallszahl zwischen 0,5 und 1,5 multipliziert. Fahrtätigkeiten Zur Gruppe Fahrtätigkeiten gehören die Arbeitsplätze der Fahrer von Gegengewichts-, Schubmast- und Hochregalstaplern. Eine physische Belastung der Mitarbeiter ergibt sich in dieser Gruppe durch erzwungene Körperhaltungen sowie Ganzkörper-Vibrationen. Bei Rückwärtsfahrten muss der Kopf um mehr als 45 gedreht werden 13 und verbleibt für die Dauer der Rückwärtsfahrt in dieser Stellung. Rückwärtsfahrten sind beim Entladen von LKW erforderlich und falls keine freie Sicht nach vorne besteht, da mehrere Behälter gleichzeitig aufgenommen werden. Bei allen Fahrzeugen sind die Fahrer Ganzkörper-Vibrationen ausgesetzt und gezwungen, über längere Zeitabschnitte zu sitzen. Neben dem Fahrzeugtyp beeinflussen vor allem die Beschaffenheit der Fahrbahn, die Fahrgeschwindigkeit und die richtige Sitzeinstellung die Stärke der Ganzkörper-Vibrationen [Gün-2011, S.183]. Im Untersuchungsbereich sind insbesondere Gegengewichtsstapler von Ganzkörper-Vibrationen betroffen, da diese auch im Freien und daher auf unebenem Untergrund fahren. Zusätzlich zur Fahrtätigkeit führen Mitarbeiter teilweise mit manueller Lasthandhabung verbundene Nebentätigkeiten durch (z. B. Umpacken). Zur Beurteilung des Gefährdungsrisikos von Fahrtätigkeiten ist es somit erforderlich, die Körperhaltung des Mitarbeiters, Ganzkörper-Vibrationen sowie gegebenenfalls die manuelle Lasthandhabung zu betrachten. 13 Grenzwert nach DIN : Sicherheit von Maschinen Menschliche körperliche Leistung Teil 4 [DIN ]. 47

60 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Fahr- und Handhabungstätigkeiten Arbeitsplätze der Routenzugfahrer für Klein- und Großladungsträger fallen in die Gruppe Fahr- und Handhabungstätigkeiten. Im Gegensatz zu Staplerfahrern führen Routenzugfahrer manuelle Lasthandhabungen im Rahmen der Haupttätigkeit durch. KLT-Routenzugfahrer setzen Behälter an den Haltestellen vom Routenzug in Regale um. GLT-Routenzugfahrer ziehen oder schieben an den Haltestellen Behälter auf Rolluntergestellen vom Routenzug an den Anlieferort. Als weitere Belastung wurde bei den KLT-Routenzügen das Ziehen und Schieben der Anhänger während der Routenzug-Beladung festgestellt. Dauerhaftes Stehen trat bei den untersuchten Routenzügen nicht auf. Bei den KLT-Routenzügen waren zwei der neun Zugfahrzeuge allerdings ohne Sitz ausgeführt. In diesem Fall tritt eine einseitige Belastung durch dauerhaftes Stehen und Gehen auf. Diese findet sich in der verwendeten Kategorisierung der Belastungsarten [DGU-2009] allerdings nicht wieder. Im Gegensatz zu Gegengewichtsstaplern verkehren die Routenzüge überwiegend innerhalb der Halle mit reduzierter Geschwindigkeit und auf ebenem Boden. Aus diesem Grund sind die Ganzkörper-Vibrationen wesentlich geringer als bei Gegengewichtsstaplern. Bei Fahr- und Handhabungstätigkeiten stellt somit die manuelle Lasthandhabung die primäre Belastung dar und muss zur Beurteilung des Gefährdungsrisikos betrachtet werden. Handhabungstätigkeiten Die Gruppe Handhabungstätigkeiten umfasst die Tätigkeiten Mann-zu-Ware Kommissionierung, Ware-zu-Mann Kommissionierung, manuelles Umsetzen und manuelles Ziehen und Schieben. Im Bereich Kommissionierung stellt das manuelle Umsetzen von Lasten die Hauptbelastung dar. In der Mann-zu-Ware Kommissionierung wurde das Ziehen oder Schieben des Kommissionierwagens als weitere Belastung beobachtet. In der Ware-zu-Mann Kommissionierung kann sich eine weitere Belastung aufgrund dauerhaftem Stehen ergeben. In produktionsnahen Kommissionierbereichen, in welchen Einzelteile fahrzeugbezogen kommissioniert werden, sind die Arbeitstätigkeiten teilweise eng an den Produktionstakt gekoppelt. Der Mitarbeiter kann in diesem Fall das Arbeitstempo nicht individuell nach seinen Leistungsvoraussetzungen variieren. Dies kann zu einer erhöhten Belastung aufgrund von Zeitdruck und Stress führen. Diese wird in der verwendeten Kategorisierung der Belastungsarten [DGU-2009] allerdings nicht abgedeckt. Die Tätigkeit manuelles Umsetzen umfasst die manuelle Handhabung von Behältern und sonstigen Lasten und tritt beim Ein- und Auslagern von Kleinladungsträgern in manuellen Lagern, bei der Palettierung sowie bei der Verpackung im Warenausgang auf. Entsprechend der Tätigkeit entsteht die körperliche Belastung hier durch das Heben von Lasten. Die Tätigkeit manuelles Ziehen und Schieben umfasst das Bewegen von Behältern und Lasten auf Rollen oder Handgabelhubwagen. Diese Tätigkeiten werden typischerweise im 48

61 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Wareneingang, Warenausgang und in der Bereitstellung ausgeführt. Entsprechend der Tätigkeit entsteht die körperliche Belastung hier durch das Ziehen und Schieben von Lasten. Häufig führt ein Mitarbeiter sowohl ein Ziehen und Schieben als auch ein Umsetzen von Lasten aus. So trat bei ca. 50 Prozent der Arbeitsplätze der Kategorie manuelles Umsetzten ebenfalls ein Ziehen und Schieben auf. Zur Bewertung der körperlichen Belastung ist in diesem Fall ein Verfahren zu verwenden, welches beide Belastungsarten berücksichtigt. Bei Handhabungstätigkeiten steht somit die körperliche Belastung aufgrund manueller Lasthandhabung im Vordergrund und ist im Rahmen der Risikobeurteilung zu betrachten Auswahl geeigneter Verfahren zur Bewertung der identifizierten Belastungsschwerpunkte Im Folgenden werden Verfahren zur Bewertung körperlicher Belastungen vorgestellt und hinsichtlich Ihrer Eignung zur Bewertung der identifizierten Belastungsschwerpunkte analysiert. Leitmerkmalmethode und Erweiterungen Für die Beurteilung von manueller Lasthandhabung haben sich in Deutschland die Leitmerkmalmethoden der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) etabliert. Die beiden Screeningverfahren Leitmerkmalmethode zur Beurteilung von Heben, Halten, Tragen (LMM HHT) und Leitmerkmalmethode zur Beurteilung von Ziehen, Schieben (LMM ZS) ermöglichen eine schnelle Bewertung der Belastungssituation bei einfachen Tätigkeiten [Ste-2012] 14. Grundlage der Methode ist die NIOSH-Gleichung, wobei die nachfolgenden Einflussfaktoren zu dem Merkmal Haltung zusammengefasst wurde: - Horizontale Position - Vertikale Position - Asymmetrie Um eine Verwendung in der betrieblichen Praxis zu erleichtern, werden anstelle einer Berechnungsformel vereinfachte Bewertungstabellen verwendet. Die Bewertung erfolgt anhand der vier Merkmale Haltung, Gewicht, Häufigkeit und Ausführungsbedingungen [Jür-2001, S.17]. Für das Ziehen und Schieben wird als 14 Für repetitive Tätigkeiten mit hohen Handhabungsfrequenzen steht zusätzlich die Leitmerkmalmethode Manuelle Arbeitsprozesse zur Verfügung [Ste-2007]. 49

62 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition zusätzliches Kriterium noch die Positioniergenauigkeit berücksichtigt. Aus den vier Kriterien wird ein Risikopunktwert nach der in Abbildung 3-1 dargestellten Vorschrift bestimmt. Abbildung 3-1: Berechnung des Risikopunktwertes nach der Leitmerkmalmethode [Jür-2002, S. 14] Je höher der Risikopunktwert, desto größer ist die körperliche Belastung. Die jeweiligen Einstufungen werden mithilfe von Tabellen ermittelt [Jür-2001, S.17ff; Jür-2002]. Eine Einstufungshilfe erlaubt eine einfache und schnelle Bewertung anhand von Piktogrammen ohne weiteres Hintergrundwissen. Abbildung 3-2 zeigt als Beispiel die Einstufungshilfe für die Körperhaltung der Leitmerkmalmethode Heben, Halten, Tragen. Abbildung 3-2: Einstufungshilfe Haltungswichtung LMM HHT [Jür-2001, Anhang] 50

63 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Die vollständigen Leitmerkmalmethoden sind in Anhang B zu finden. Zu den Leitmerkmalmethoden wurden Erweiterungen vorgenommen, welche eine additive Bewertung unterschiedlicher Lasthandhabungsvorgänge ermöglichen. Im Bereich der Logistik wurde am Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München die erweiterte Leitmerkmalmethode (elmm) entwickelt, mit welcher sich unterschiedliche Hebe- und Tragevorgänge bewerten lassen [Wal-2011, S.95ff]. Am Institut für Arbeitswissenschaften der Universität Darmstadt wurde das Multiple-Lasten-Tool (MLT) entwickelt. Es stellt eine Kombination der beiden Leitmerkmalmethoden HHT und ZS auf Basis von MS-Excel dar und ermöglicht die Bewertung unterschiedlicher Lastfälle [Sch-2012]. Eine detaillierte Beschreibung dieser Erweiterung erfolgt in Kapitel Grenzlast- und Grenzkraftverfahren Grenzkraftverfahren liefern Richtwerte für maximal aufzuwendende Kräfte, beispielsweise bei der Bedienung von Maschinen. Das Grenzlastverfahren nach DIN [DIN ] basiert auf der NIOSH-Gleichung und kann zur Beurteilung von Heben, Halten und Tragen eingesetzt werden. Das Grenzlastverfahren nach DIN [DIN ] kann zur Beurteilung beim Ziehen und Schieben von Lasten verwendet werden. Des Weiteren wurden Grenzlastverfahren entwickelt, welche zusätzlich individuelle Voraussetzungen berücksichtigen. Beispiel ist das Verfahren nach REFA, bei welchem als individuelle Voraussetzungen Alter, Geschlecht und Trainingszustand des Mitarbeiters berücksichtigt werden [Bon-1995, S. 163]. Grenzlast- und Grenzkraftverfahren bilden Einzeltätigkeiten detailliert ab. Einsatzbereich dieser Verfahren ist die Gestaltung und Konstruktion von Maschinen und Arbeitsmitteln. Zur Bewertung von Tätigkeiten in der Produktionslogistik sind Grenzlastverfahren dagegen weniger geeignet, da Mitarbeiter über eine Schicht zumeist verschiedene Lasthandhabungsvorgänge ausführen und eine kumulierte Betrachtung mit diesen Verfahren nicht möglich ist. Ovako Working Posture Analysing System (OWAS) Die OWAS-Methode wurde 1973 beim finnischen Stahlhersteller OVAKO zur Bewertung von Körperhaltungen entwickelt [Kar-1977; Kar-1981]. Die Methode berücksichtigt die Haltung des Rückens, der Arme und der Beine sowie den erforderlichen Kraftaufwand. Für jede Kategorie gibt es eine Auswahl möglicher Haltungen, welche mit einer Ziffer codiert werden. Abbildung 3-3 zeigt als Beispiel die Entnahme aus einem Großladungsträger und die vier möglichen Haltungen für die Körperregion Rücken. Spätere Erweiterungen betrachten zudem die Haltung des Kopfes [Sto-1985]. 51

64 Rücken 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Rücken: gebeugt Beine: Stehen auf einem Bein Arme: unter Schulter Last: weniger als 10 kg gerade 2 gebeugt 3 gedreht 4 gedreht u. gebeugt Abbildung 3-3: Beispiel OWAS-Haltungscodierung nach [Kar-1977] Bei der OWAS-Methode werden zum einen die zeitlichen Anteile der einzelnen Körperhaltungen und zum anderen die Häufigkeit von Haltungskombinationen bewertet. Eine einzelne Körperhaltung ist die unabhängig vom Rest des Körpers analysierte Haltung des Rückens, der Arme und der Beine. Die Kombination der Haltung von Rücken, Armen und Beinen sowie des zu manipulierenden Gewichtes wird als Haltungskombination bezeichnet. Das Verfahren ist einfach anzuwenden und bildet die Grundlage zur Analyse von Körperhaltungen mithilfe aktueller Motion-Capturing- Systeme 15. Eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens erfolgt in Kapitel Rapid Upper Limb Assessment (RULA) Das RULA-Verfahren ist ein Screeningverfahren und wurde von McAtamney und Corlett für die Analyse der oberen Gliedmaßen entwickelt [McA-1993]. Das Verfahren gibt einen schnellen Überblick über die ergonomische Belastung einer Einzeltätigkeit und zeigt an, ob Gestaltungsmaßnahmen notwendig sind [Hoe-2005, S.44-45]. Das Verfahren analysiert für eine ausgewählte Einzeltätigkeit die Haltung des Halses, der Arme, der Handgelenke, des Oberkörpers und der Beine. Haltungswerte für Arm und Handgelenk und Hals, Oberkörper und Beine werden mit Lastpunkten zu einem Gesamtrisikowert verrechnet. Das Verfahren ermöglicht eine schnelle Bewertung ausgewählter Körperhaltungen mit dem Schwerpunkt auf den oberen Extremitäten. Eine Analyse der Ganzkörperhaltung ist mit dem Verfahren nur bedingt möglich. 15 Siehe CUELA [Gli-2004] oder [Gud-2009]. 52

65 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Kriterien nach Kilbon Basierend auf der Auswertung wissenschaftlicher Studien aus den Gebieten der Biomechanik, Ergonomie, Arbeitsmedizin, Orthopädie, Rheumatologie und Physiologie wurde von Kilbon ein Leitfaden zur Beurteilung repetitiver Tätigkeiten entwickelt [Kil- 1994a; Kil-1994b]. Darin finden sich Grenzwerte für die Anzahl an Bewegungen, ab welcher eine hoch repetitive Tätigkeit mit erhöhtem Gesundheitsrisiko vorliegt. Abbildung 3-4 zeigt die Kriterien nach Kilbon. Diese unterscheiden die Gelenkregionen Schulter, Oberarm/Ellenbogen, Unterarm/Handgelenk und Finger. Abbildung 3-4: Kriterien nach Kilbon [Hoe-2005, S.43] Nach Hoehne-Hückstädt handelt es sich um ein einfaches, grob orientierendes Verfahren, wobei für die Anwendung teilweise Erfahrungswissen notwendig ist [Hoe- 2005, S.43]. So bedarf es zur reproduzierbaren Erfassung der Bewegungsanzahl und zur Beurteilung der risikoerhöhenden Faktoren Übung und Erfahrungswissen. Das Verfahren eignet sich zur Beurteilung repetitiver Tätigkeiten mit hohen Wiederholungsfrequenzen. Da das Verfahren Lasthandhabung und die Ganzkörperhaltung nicht umfasst, ist es zur Risikobeurteilung in der Produktionslogistik nicht geeignet. Die Grenzwerte können jedoch als Anhaltswerte zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen in der Produktionslogistik verwendet werden. Hand Activity Level Threshold Limit Values (HAL TLVs) Die Hand Activity Level Threshold Limit Values wurden von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists entwickelt [Fra-2005]. Die Methode bewertet die Belastung des Hand-Arm Systems aufgrund repetitiver Tätigkeiten, welche über mindestens vier Stunden pro Tag ausgeführt werden. Erhoben werden ein Faktor für die Handaktivität und ein Faktor für die von der Hand aufgebrachte Spitzen- 53

66 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition kraft. Diese Faktoren werden in einem Diagramm aufgetragen und mit dem Aktionsund Schwellenlimit verglichen (Abbildung 3-3). Abbildung 3-5: Aktions- und Schwellenlimit HAL TLVs [Hoe-2005, S.60] Bei Überschreiten des Aktionslimits werden Kontrollen und Überwachungen empfohlen. Das Schwellenlimit markiert den Bereich eines signifikant erhöhten Muskel- Skelett-Risikos. Zur Bestimmung der Faktoren können tabellarische Einstufungshilfen (z. B. Skala nach Borg 16 für aufgebrachte Spitzenkraft) oder Messungen verwendet werden. Die Methode ist beschränkt auf den Hand-Unterarmbereich. [Hoe-2005, S.46-60] Occupational Risk Assessment of Repetitive Movements and Exertions of the Upper Limb (OCRA) Das OCRA-Verfahren wurde von der italienischen Arbeitsgruppe um Colobini, Occhipinti und Grieco entwickelt. Eine Tätigkeit wird anhand der Risikofaktoren Frequenz, Repetivität, Kraftaufbringung, Haltung, Bewegungen und zusätzlichen Risikofaktoren (z. B. Vibrationen oder Umgebungstemperatur) detailliert bewertet. Aus den Risikofaktoren errechnet das Verfahren eine maximal empfohlene Tätigkeitsanzahl pro Schicht. Der OCRA-Index (Risikoindex) ergibt sich aus der tatsächlichen Ausführungszahl im Verhältnis zur empfohlenen Ausführungszahl. Verschiedene Einzeltätigkeiten können aggregiert betrachtet werden, so dass ein heterogenes Tätigkeitsprofil über eine Schicht abgebildet werden kann. Nach Hoehne-Hückstädt handelt es sich um ein aufwendiges Verfahren, welches eine umfassende Beurteilung von repetitiver Arbeit erlaubt. [Col-1998; Occ-1998; Hoe-05, S.47-50] 16 Die Borg-Skala für aufgebrachte Spitzenkraft ist eine Schätzskala zur Beurteilung des empfundenen Kraftaufwandes [Bor- 1982] 54

67 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik European Assembly Worksheet (EAWS) Das Screeningverfahren European Assembly Worksheet wurde vom Institut für Arbeitswissenschaften an der Universität Darmstatt entwickelt. Es stellt die aktuellste Version in einer Reihe von Verfahren dar, welche zur Bewertung auftretender Belastungen in der Automobilindustrie entwickelt worden sind 17. Schwerpunkt der Verfahrensentwicklung stellten Belastungen in der automobilen Endmontage dar. Das Verfahren orientiert aus diesem Grund an montagetypischen Belastungsprofilen und Tätigkeiten mit hohem Wiederholcharakter. Es erlaubt eine kombinierte Bewertung folgender Belastungsarten: - Erzwungene Körperhaltungen - Aktionskräfte - Manuelle Lasthandhabung - Belastung der oberen Extremitäten aufgrund repetitiver Tätigkeiten Die Bewertungen der einzelnen Belastungsarten basieren auf den Verfahren OWAS, DIN EN , DIN EN1005-3, RULA, LMM und OCRA [Sch-2013]. Typische Belastungssituationen in der Montage können mit dem EAWS-Verfahren präzise und schnell erfasst werden. Grundsätzlich ist das EAWS-Verfahren auch zur Bewertung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik geeignet. Das Verfahren umfasst allerdings Belastungsarten, welche in der Produktionslogistik nicht relevant sind (z. B. repetitive Tätigkeiten mit hohen Handhabungsfrequenzen). Abbildung 3-6 zeigt die Berechnung des Gesamtrisikowertes und die Einstufung anhand eines Ampelschemas. Abbildung 3-6: EAWS Gesamtrisikowertberechung [Sch-2013] 17 Vgl. Design Check (DC), New Production Worksheet (NPW), Automotive Assembly Worksheet (AAWS) [Sch-2013] 55

68 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Technische Regeln zur Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (TRLV) Die Technischen Regeln zur Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung definieren Grenzwerte für Vibrationseinwirkungen. Werden sie eingehalten, kann der Arbeitgeber davon ausgehen, die Anforderungen der Vorschriften der Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung zu erfüllen. Zur Bestimmung der Höhe der Belastung durch Ganzkörper-Vibrationen ist in einem ersten Schritt zu überprüfen, ob für den zu beurteilenden Arbeitsplatz repräsentative Vibrationsmesswerte oder Ergebnisse orientierender Verfahren (z. B. repräsentativer Dosimetermessungen) vorhanden sind. Falls ja, können die vorhandenen Werte verwendet werden. Sollte dies nicht der Fall sein, kann ermittelt werden, ob Vergleichswerte (z. B. von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin) verfügbar sind. Sollten weder repräsentative Messungen noch Vergleichswerte verfügbar sein, muss eine Vibrationsmessung durchgeführt werden, um deren Ergebnisse für die Gefährdungsbeurteilung zu verwenden. [BMA-2015] 56

69 3.1 Feldstudie: Körperliche Belastungen in der Produktionslogistik Zusammenfassung Die vorgestellten Verfahren und abgedeckten Belastungsarten sind nachfolgend in Tabelle 3-4 zusammengefasst. Tabelle 3-4: Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung Manuelle Lasthandhabung HHT ZS Aktionskräfte Repetitive Tätigkeiten DIN (NIOSH) X DIN X LMM HHT X LMM ZS X elmm X MLT X X RULA X X OWAS X X X Kriterien nach Kilbon X HAL TLVs X OCRA X EAWS X X X X X TRLV Vibrationen Erzwungene Körperhaltung Ganzkörper- Vibrationen X Hand-Arm- Vibrationen X In Bezug auf die Fragestellung, welche körperlichen Belastungen in der Produktionslogistik auftreten und welche Verfahren sich zu deren Bewertung eignen, wird zusammenfassend festgestellt: - Die körperliche Belastung in der Gruppe Fahrtätigkeiten ergibt sich primär aus Ganzkörpervibrationen sowie der ungünstigen Kopfhaltung beim Rückwärtsfahren. Zur Beurteilung von Ganzkörper-Vibrationen empfehlen sich die Technischen Regeln zur Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung. Als Verfahren zur Beurteilung der Körperhaltung ist die OWAS-Methode gut geeignet, da die Haltung des gesamten Körpers erfasst wird und die Methode einfach anzuwenden ist. Notwendig ist die Verwendung einer Erweiterung der OWAS-Methode, beispielsweise nach Stoffert [Sto-1985], welche die Kopfhaltung umfasst. - In den Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten stellt die Lasthandhabung die dominante Belastung dar. Zur aussagekräftigen Beurteilung der körperlichen Belastung ist eine Methode zu verwenden, welche Heben, Halten und Tragen in Kombination mit Ziehen und 57

70 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition Schieben berücksichtigt. Hierfür eignen sich das Multiple-Lasten-Tool, die OWAS-Methode sowie das EAWS-Verfahren. Die Annahme, dass sich die Belastungsschwerpunkte zwischen Fahrtätigkeiten und Handhabungstätigkeiten wesentlich unterscheiden, wurde in der Untersuchung bestätigt. Belastungsschwerpunkt von Fahrtätigkeiten stellen Ganzkörpervibrationen und erzwungene Körperhaltungen dar. Die Höhe der Belastungen hängen von der Arbeitsweise und der Umgebung ab. So wird die Höhe der Ganzkörpervibrationen wesentlich von der Fahrgeschwindigkeit und dem Untergrund bestimmt [Gün-2011, S.183]. Die Anzahl und Dauer der Rückwärtsfahrten hängen von der Arbeitsweise ab. Diese Informationen liegen in der Tätigkeitsbeschreibung eines Systems vorbestimmter Zeiten nicht vor. Aus diesem Grund eignen sich Tätigkeiten der Gruppe Fahrtätigkeiten nicht, um auf Basis eines Systems vorbestimmter Zeiten die körperliche Belastung zu abzubilden. Belastungsschwerpunkt von Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten ist die Lasthandhabung. Wesentliche Einflussgrößen der körperlichen Belastung sind das zu handhabende Gewicht, die Ausführungsanzahl und die Körperhaltung. Hierzu liegen in der Tätigkeitsbeschreibung eines Systems vorbestimmter Zeiten wesentliche Informationen vor. Die individuelle Arbeitsweise und die Umgebung beeinflussen obige Einflussgrößen dagegen nur in Ausnahmefällen. Somit sind Tätigkeiten der Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten geeignet, um auf Basis eines Systems vorbestimmter Zeiten die körperliche Belastung abzubilden. Die Konzeptentwicklung des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten wird aus diesem Grund auf Tätigkeiten der Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten beschränkt. 3.2 Anforderungsdefinition In diesem Abschnitt erfolgt die Definition der Anforderungen des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Basierend auf dem Stand der Forschung wurden in Kapitel 2 folgende Fragestellungen formuliert: - Welche wiederkehrenden Tätigkeitsfolgen lassen sich in der Produktionslogistik definieren, und auf welcher Aggregationsebene können Parametermodelle 58

71 3.2 Anforderungsdefinition zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung aufgebaut werden? Wie werden Einflussgrößen (Parameter und Konstanten) bestimmt? - Welche Zeit- und Belastungsmodelle eignen sich zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung, und anhand welcher Merkmale können einseitige Belastungssituationen identifiziert werden? Zur Untersuchung dieser Fragestellungen wird das System vorbestimmter Zeiten um zwei Stufen erweitert. Die erste Erweiterungsstufe wird als Konzeptelement 1 bezeichnet. Zielsetzung ist die Entwicklung eines Konzeptes zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung, welches im Vergleich zu bestehenden Ansätzen eine aufwandsarme Bewertung ermöglicht. Hierzu sollen geeignete, möglichst einfache Bewertungsverfahren verwendet und der Bewertungsaufwand für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe mithilfe von vordefinierten Prozessbausteinen reduziert werden. Hieraus leiten sich folgende Anforderungen ab: - Konzeptelement 1 soll für sich wiederkehrende Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik angewendet werden, für welche sich ein Referenzprozess in einem Parametermodell definieren lässt. - Die betriebliche Anwendbarkeit steht im Fokus der Entwicklung. Hieraus leitet sich die Anforderung ab, anerkannte und in der Praxis erprobte Methoden zur Bewertung der körperlichen Belastung einzusetzen, welche arbeitsrechtliche Anforderungen erfüllen (z. B. Lastenhandhabungsverordnung) und eine zeiteffiziente Anwendung ermöglichen. - Die Lasthandhabung stellt in der Anwendungsdomäne die wesentliche körperliche Belastung dar. Aus diesem Grund soll die Lasthandhabung als Belastungsart in Konzeptelement 1 berücksichtigt werden. Aufgrund der geforderten Zeiteffizienz in der Anwendung sollen keine weiteren Belastungsarten berücksichtigt werden. Aus selbigem Grund ist der Detaillierungsgrad so gering wie möglich zu halten. Die zweite Erweiterungsstufe wird als Konzeptelement 2 bezeichnet. Zielsetzung ist die Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung auf Basis eines Systems vorbestimmter Zeiten. Im Vordergrund steht die konzeptionelle Entwicklung in Verbindung mit einer experimentellen Untersuchung praktischer Anwendungsfälle. Hieraus leiten sich folgende Anforderungen ab: 59

72 3 Untersuchung auftretender Belastungen in der Produktionslogistik und Anforderungsdefinition - Zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufes und der Identifikation einseitiger Belastungssituationen ist die detaillierte Betrachtung der Körperbewegungen erforderlich. Diese unterscheiden sich, auch für gleiche Tätigkeiten, wesentlich zwischen einzelnen Arbeitsplätzen. Anwendungsebene von Konzeptelement 2 sind daher einzelne Arbeitsplätze. - Der Anwendungsfokus liegt auf der Konzeptentwicklung und -erprobung. Daher ist die Verwendung und Weiterentwicklung von nicht-etablierten Ansätzen zur Bewertung der körperlichen Belastung möglich. Die betriebliche Umsetzung, die Zeiteffizienz für den Anwender und arbeitsrechtliche Verordnungen stehen dagegen nicht im Vordergrund. - Zur detaillierten Betrachtung der Körperbewegungen ist ein Belastungsmodell erforderlich, welches die Ganzkörperhaltung im zeitlichen Verlauf berücksichtigt und einen hohen Detaillierungsgrad aufweist. Tabelle 3-5 stellt Zielsetzung und Anforderungen der Konzeptelemente 1 und 2 gegenüber. Tabelle 3-5: Anforderungsdefinition und Abgrenzung der Konzeptelemente 1 und 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Zielsetzung Konzeptelement 1 Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Integrierte Bewertung von zeitlicher Auslastung und körperlicher Belastung Konzeptelement 2 Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Untersuchung des zeitlichen Ablaufes und Identifikation einseitiger Belastungssituationen Untersuchungsgegenstand Wiederkehrende Tätigkeitsabläufe Einzelne Arbeitsplätze Anwendung Betriebliche Arbeitsvorbereitung Experimenteller Einsatz Körperliche Belastung Lasthandhabung Ganze Körperhaltung Detaillierungsgrad Gering Hoch 60

73 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Nachfolgendes Kapitel umfasst die Beschreibung von Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Das Kapitel unterteilt sich in zwei Abschnitte. Im ersten Abschnitt wird die Konzeptentwicklung beschrieben (4.1). Die Umsetzung des entwickelten Konzeptes im betrieblichen Umfeld wird im zweiten Abschnitt am Beispiel eines industriellen Großladungsträger-Routenzugprozesses vorgestellt (4.2). Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das entwickelte Konzept für folgende weitere Produktionslogistikprozesse umgesetzt, zu welchen separate Dokumentationen vorliegen: - Kleinladungsträger-Routenzug [fml-2013b] - Mann-zu-Ware Kommissionierung [Kel-2014b; fml-2013a] 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Gegenstand nachfolgenden Abschnittes ist die Entwicklung von Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Die Entwicklung gliedert sich in fünf Schritte. Im ersten Schritt werden die Anforderungen an das zu entwickelnde System festgelegt (4.1.1). Anschließend erfolgen die Definition der Anwendungsdomäne und Aggregationsebene (4.1.2), der Modellaufbau (4.1.3) sowie die Entwicklung eines Vorgehens zur quantitativen Auswahl der Eingangsgrößen (4.1.4). Ein Vorgehensmodell zur betrieblichen Anwendung von Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten bildet den Abschluss dieses Abschnittes (4.1.5) Anforderungen Zielsetzung von Konzeptelement 1 ist die integrierte Bewertung von Zeit und Belastung aufgrund von Lasthandhabung für wiederkehrende Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik. Hierdurch können die zeitliche Auslastung und körperliche Belastung von Mitarbeitern in der Produktionslogistik in einem Schritt bestimmt werden. Einsatzgebiet ist die betriebliche Arbeitsvorbereitung. Die Arbeitsplätze in der Produktionslogistik wurden in Kapitel in folgende drei Gruppen eingeteilt: 61

74 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung - Fahrtätigkeiten - Fahr- und Handhabungstätigkeiten - Handhabungstätigkeiten Anwendungsdomäne von Konzeptelement 1 sind wiederkehrende Tätigkeitsabläufe der Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten. Die Gruppe Fahrtätigkeiten wird nicht betrachtet, da die körperliche Belastung hier wesentlich von der Arbeitsweise 18 abhängt und sich nicht aussagekräftig aus einem System vorbestimmter Zeiten ableiten lässt. Das System vorbestimmter Zeiten muss aus Gründen der betrieblichen Anwendbarkeit erprobt und validiert sein. Weiterhin muss das System vorbestimmter Zeiten zur Beschreibung der Tätigkeiten in der Produktionslogistik geeignet sein. Dies bedeutet, dass auch das Prozessniveau 19 des Systems zur Beschreibung der Anwendungsdomäne geeignet sein muss. In der Feldstudie wurde für die Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten Lasthandhabung als dominante Belastungsart identifiziert (vgl. Kapitel 3.1.2). Weiterhin wurde festgestellt, dass häufig an einem Arbeitsplatz sowohl die Handhabungsarten Heben, Halten und Tragen als auch Ziehen und Schieben stattfinden. Aus diesem Grund muss die Methode zur Bewertung der körperlichen Belastung beide Handhabungsarten in Kombination berücksichtigen. Um die betriebliche Anwendbarkeit sicherzustellen, muss die Methode außerdem rechtlichen Anforderungen genügen. Zu beachten sind hier das Arbeitsschutzgesetz 20 sowie die Lastenhandhabungsverordnung 21. Das Arbeitsschutzgesetz enthält allgemeine Vorschriften zu Sicherheit und Gesundheitsschutz der Beschäftigten bei der Arbeit. Unter anderem wird der Arbeitgeber darin verpflichtet, mit der Arbeit verbundene Gefährdungen zu ermitteln und zu dokumentieren ( 5 und 6). Die Lastenhandhabungsverordnung enthält Vorschriften zu Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der manuellen Lasthandhabung. Danach ist der Arbeitgeber verpflichtet, Gefährdungen aufgrund manueller Lasthandhabung zu beurteilen und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung umzusetzen ( 2). Im Anhang der Lastenhandhabungsverordnung sind allgemeine Merkmale festgehalten, aus denen sich eine Gefährdung ergeben Vgl. Kapitel 3.1.4, S. 57. Vgl. Kapitel 2.2.1, S. 15. Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit (Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG) vom 7. August 1996 (BGBl. I S. 1246), geändert durch Artikel 9 des Gesetzes vom 27. September 1996 (BGBl. I S. 1461) Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der manuellen Handhabung von Lasten bei der Arbeit (Lastenhandhabungsverordnung). Artikel 2 der Verordnung zur Umsetzung von EG-Einzelrichtlinien zur EG-Rahmenrichtlinie Arbeitsschutz vom 4. Dezember 1996 (BGBl. I S. 1841) 62

75 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik kann. Die Wahl des Bewertungsverfahrens ist dem Arbeitgeber grundsätzlich freigestellt. Allerdings erhält der Arbeitgeber durch Verwendung eines wissenschaftlich anerkannten Verfahrens Rechtssicherheit. Zur Wahl des Bewertungsverfahrens werden von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin und dem Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik Empfehlungen ausgesprochen [Jür-2001, S.13f]. Basierend auf vordefinierten Prozessbausteinen soll ein Vorgehen zur Reduktion des Bewertungsaufwand für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe entwickelt werden. Vordefinierte Prozessbausteine beschreiben wiederkehrende Tätigkeitsabläufe und ermöglichen eine Bewertung von Zeit und körperlicher Belastung anhand von Parametern. In diesem Fall muss für eine Bewertung nicht der gesamte Ablauf aus Grundbewegungen neu aufgebaut werden. Um die zeiteffiziente Anwendbarkeit sicherzustellen, sollen die verwendeten Verfahren zur Bewertung der Zeit und der Belastung möglichst einfach und die erforderliche Anzahl der Eingangsparameter möglichst gering sein. Nachfolgend sind die Anforderungen in Tabelle 4-1 zusammengefasst. Tabelle 4-1: Anforderungen Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Bereich Beschreibung der Anforderung Priorität Zeitmodell Belastungsmodell Prozessniveau des Systems vorbestimmter Zeiten zur Beschreibung der Anwendungsdomäne geeignet Belastungsmodell berücksichtigt Heben, Halten und Tragen sowie Ziehen und Schieben Muss Muss Belastungsmodell Belastungsmodell als Methode wissenschaftlich anerkannt Muss Anwendung Verwendete Verfahren zur Bewertung von Zeit und Belastung möglichst einfach Soll Anwendung Gesamtzahl der verwendeten Parameter möglichst gering Soll Anwendungsdomäne und Aggregationsebene Im folgenden Abschnitt wird eine geeignete Anwendungsdomäne und Aggregationsebene zur Entwicklung vordefinierter Prozessabläufe festgelegt. Hierzu wurde die in Abbildung 4-1 dargestellte Systematisierung verwendet. Diese basiert auf den in der Feldstudie (Kapitel 3) verwendeten Tätigkeitsgruppen. 63

76 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Ebene 1: Tätigkeitsgruppe Ebene 2: Tätigkeitsuntergruppe Ebene 3: Tätigkeit Ebene 4: Bewegung Fahrtätigkeiten Stapler Gegengewichtstapler Einsteigen Schubmaststapler Starten Hochregalstapler Fahr- und Handhabungs tätigkeiten Routenzug GLT Routenzug Aussteigen KLT Routenzug Gehen Handhabungstätigkeiten Kommissionierung MzW-Kommissionierung Gehen WzM-Kommissionierung Bücken Manuelle Handhabung Umsetzen (KLT-Handhabung) Hinlangen Ziehen / Schieben (GLT-Handhabung) Anwendungsdomäne und Aggregationsebene von Konzeptelement 1 Abbildung 4-1: Anwendungsdomäne und Aggregationsebene für Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Auf der obersten Ebene stehen die drei Gruppen Fahrtätigkeiten, Handhabungsund Fahrtätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten. In der zweiten Ebene erfolgt eine spezifischere Einteilung in die Untergruppen Stapler, Routenzug, Kommissionierung und Behälterhandhabung. In der dritten Ebene wurden neun spezifische Tätigkeiten identifiziert, welche jeweils wiederkehrende Tätigkeitsfolgen umfassen. In der vierten Ebene finden sich schließlich einzelne Vorgänge, wie Aussteigen, Einsteigen oder Gehen. Auf den ersten zwei Ebenen lassen sich noch keine wiederkehrenden Tätigkeitsfolgen definieren, da sich die Tätigkeiten zu stark voneinander unterscheiden. In der vierten Ebene finden sich bereits einzelne Vorgänge. Diese Ebene stellt keine wesentliche Aggregation mehr dar. Für die Tätigkeiten auf Ebene 3 finden sich 64

77 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik dagegen wiederkehrende Tätigkeitsfolgen. Als Aggregationsebene für Konzeptelement 1 wird aus diesem Grund die Ebene 3 festgelegt Modellaufbau Im Folgenden erfolgt der Modellaufbau von Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Hierzu werden je ein geeignetes Zeit- und Belastungsmodell ausgewählt und in einem integrierten Gesamtmodell zusammengeführt. Zeitmodell In Kapitel 2.2 wurden verschiedene Systeme vorbestimmter Zeiten einander gegenübergestellt. Aufgrund der hohen Verbreitung wurde für die vorliegende Arbeit MTM als Grundsystem ausgewählt. Dies stellt eine gute betriebliche Anwendbarkeit sicher und erleichtert die Übertragung und Weiterverwendung der Ergebnisse. Innerhalb des MTM-Systems stehen verschiedene Bausteinsysteme zur Verfügung, welche sich hinsichtlich Detaillierungsgrad und Anwendungsbereich unterschieden. Die für Konzeptelement 1 definierte Aggregationsebene umfasst wiederkehrende Tätigkeitsfolgen mit Zykluszeiten im Bereich von einigen Minuten. Dies kann dem Prozesstyp 2 zugeordnet werden. Zur Beschreibung von Prozesstyp-2-Tätigkeiten sind grundsätzlich die Bausteinsysteme MTM-SVL, MTM-SAM, MTM-2 und MTM- UAS geeignet (siehe Kapitel 2.2.1). MTM-2, MTM-UAS und MTM-SAM sind allgemeine, höher aggregierte Bausteinsysteme auf Basis von MTM-1. Das MTM-SVL- System beinhaltet Vorgabezeiten speziell für die Logistik. Aufgrund ihres geringeren Detaillierungsgrades können mithilfe dieser Systeme auch längerzyklische Tätigkeiten zeiteffizient analysiert werden. Das MTM-SAM-System wurde von der schwedischen MTM-Vereinigung entwickelt und ist im deutschsprachigen Raum kaum verbreitet. Dies erschwert die betriebliche Anwendbarkeit. Aus diesem Grund wird es für Konzeptelement 1 nicht verwendet. Das MTM-SVL-System erlaubt eine zeitsparende Analyse spezifischer logistischer Tätigkeiten (z. B. Aufnehmen einer Palette mit Gabelhubwagen). Daher wird es für Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten verwendet. Das MTM-2-System ist detaillierter als das MTM-UAS-System. Dies ist am Beispiel des MTM-Grundzyklus erkennbar, der im MTM-1-System aus Hinlangen, Greifen, Bringen, Fügen und Loslassen besteht. Diese fünf Bewegungen werden im MTM-2- System zu zwei Bewegungen und im MTM-UAS-System zu einer Bewegung zu- 65

78 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung sammengefasst (siehe Kapitel 2.2 und Abbildung 2-4). Tabelle 4-2 stellt die wesentlichen Eigenschaften des MTM-2-Systems und des MTM-UAS-Systems gegenüber. Tabelle 4-2: Vergleich MTM-2 System und MTM-UAS System [MTM-2011, Seite 18] MTM-2 Fertigung mit hohem Wiederholungscharakter Längerzyklische Arbeitsabläufe Detailliert gestaltete Arbeitsabläufe Mitarbeiter lassen streuende Arbeitsweisen erkennen Arbeitsunterweisung mit genauer Methodenbeschreibung MTM-UAS Auftragsorientierte Fertigung mit Wiederholungscharakter Trotz Arten und Variantenvielvielfalt der Erzeugnisse häufig vergleichbare Arbeitsinhalte Dauer der Arbeitszyklen deutlich länger als in der Großserienfertigung Definierte Rahmenbedingungen für die Arbeitsabläufe Gestaltete Abläufe Routinierte Mitarbeiter Arbeitsunterweisung ohne detaillierte Methodenbeschreibung Das MTM-2-System ist für längerzyklische Tätigkeiten mit hohem Wiederholungscharakter und detailliert gestalteten Arbeitsabläufen geeignet. Die Mitarbeiter lassen Unterschiede in der Arbeitsausführung erkennen, die Arbeitsunterweisung erfolgt allerdings mit genauer Beschreibung der Arbeitsmethode. Diese Rahmenbedingungen sind in der Anwendungsdomäne und definierten Aggregationsebene nicht gegeben. Aus diesem Grund wird das MTM-2-System in Konzeptelement 1 nicht angewendet. Das MTM-UAS-System ist dagegen auch für Tätigkeiten geeignet, bei welchen sich vergleichbare Arbeitsinhalte in längeren Arbeitszyklen wiederholen. Für die Arbeitsabläufe existieren Rahmenbedingungen, eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsmethode ist nicht erforderlich. Diese Rahmenbedingungen treffen auf die Anwendungsdomäne und die definierte Aggregationsebene zu. Daher wird in Konzeptelement 1 neben dem MTM-SVL-System auch das MTM-UAS-System angewendet. Integration körperlicher Belastung Nachfolgend wird ein geeignetes Verfahren zur Integration der körperlichen Belastungsbewertung ausgewählt. An das Verfahren werden folgende Muss- Anforderungen gestellt. Das Verfahren muss die Belastungen Heben, Halten und Tragen sowie Ziehen und Schieben in Kombination berücksichtigen. Außerdem muss das Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung wissenschaftlich anerkannt und validiert sein. Soll-Anforderung an das Verfahren ist, dass das Verfahren möglichst einfach ist und wenige Parameter umfasst. Die Muss-Anforderungen werden von dem Multiple-Lasten-Tool, dem Ovako Working Posture Analysing System sowie dem European Assembly Worksheet erfüllt (siehe Tabelle 3-4). 66

79 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Die Soll-Anforderung wird insbesondere vom Multiple-Lasten-Tool erfüllt. Das Verfahren basiert auf den einfach anzuwendenden Leitmerkmalmethoden und berücksichtigt als Belastungsart ausschließlich die Lasthandhabung. Die Leitmerkmalmethoden werden zudem von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin und dem Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik zur Beurteilung der Gefährdungen aufgrund manueller Lasthandhabung explizit empfohlen [Jür-2001, S.13]. Die OWAS-Methode berücksichtigt die Ganzkörperhaltung in Kombination mit der Lasthandhabung. Dies macht die Bewertung mit der OWAS-Methode aufwendiger. Das EAWS-Verfahren wurde zur Bewertung der körperlichen Belastung in der Montage entwickelt. Daher berücksichtigt es neben Lasthandhabung auch Aktionskräfte, erzwungene Körperhaltungen und Belastungen der oberen Extremitäten aufgrund repetitiver Tätigkeiten mit hoher Wiederholungsfrequenz. Hieraus ergibt sich im Vergleich zum Multiple-Lasten-Tool ebenfalls ein höherer Bewertungsaufwand. Aus diesen Gründen wird als Belastungsmodell für Konzeptelement 1 das Multiple- Lasten-Tool ausgewählt. Dieses wird im Folgenden erläutert. Das Multiple-Lasten-Tool wurde im Rahmen des Forschungsverbundes Kooperationsprogramm zu normativem Management von Belastungen und Risiken bei körperlicher Arbeit vom Institut für Arbeitswissenschaften an der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Es dient insbesondere zur Bewertung von Tätigkeiten, bei welchen ein breites Spektrum von Lasten, Häufigkeiten und Handhabungsarten auftritt [IAD-2010, S.3]. Die Entwicklung wurde fachlich von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin begleitet. Die folgende Darstellung basiert auf den zur Entwicklung des Multiple-Lasten-Tools veröffentlichten Hintergrundinformationen [IAD-2010]. Entsprechend den Leitmerkmalmethoden werden als Eingangsparameter folgende Kriterien berücksichtigt: - Gewicht - Häufigkeit - Haltung - Ausführungsbedingungen - Positioniergenauigkeit (nur für Ziehen oder Schieben) Die Eingabe der einzelnen Lastfälle erfolgt zeilenweise in einem Tabellenkalkulationsprogramm (Abbildung 4-2). Es werden folgende Fälle unterschieden: Umsetzen, 67

80 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Halten (ab 5s), Tragen (ab 5m), Ziehen oder Schieben kurz und Ziehen oder Schieben lang (ab 5m). Abbildung 4-2: Zeilenweise Erfassung der Lastfälle im MLT (die Belastungsarten Umsetzen und Tragen wurden für die Abbildung ausgeblendet) [IAD-2016] Die Berechnung des Risikopunktwertes erfolgt in den Leitmerkmalmethoden nach folgender Formel RW = (A + B + C + D) t (4-1) mit: RW A B C D t Risikopunktwert Lastwichtung Wichtung der Positioniergenauigkeit Haltungswichtung Ausführungswichtung Zeitwichtung. Die Wichtungen werden in den Leitmerkmalmethoden auf Basis der Tabellen bestimmt (siehe Anhang A). Zur Integration in das Multiple-Lasten-Tool sind für die Tabellen stetige Ersatzfunktion hinterlegt. Abbildung 4-3 zeigt die Wichtungstabelle Zeit und die Approximation der Ersatzfunktion für den Fall Umsetzen. 68

81 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Abbildung 4-3: Interpolation der Zeitwichtung im MLT [IAD-2010, S.4] Die Zusammenführung der unterschiedlichen Belastungsarten erfolgt über die Zeitwichtung. Hierzu wird die Zeitwichtung von Trage-, Halte-, Zieh- und Schiebevorgängen in eine äquivalente Anzahl Umsetzvorgänge umgerechnet (siehe Abbildung 4-4). Abbildung 4-4: Berechnung Anzahläquivalente MLT [IAD-2010, S.6] Für die Kriterien Lastwichtung, Körperhaltung, Ausführungsbedingungen und Positioniergenauigkeit wird für jeden Belastungsfall ein häufigkeitsgewichteter Mittelwert berechnet. Abbildung 4-5 zeigt die Berechnung des Gesamtergebnisses. Der degressive Kurvenverlauf der Zeitwichtung wird durch eine Korrektur berücksichtigt. Die korrigierte Zeitwichtung wird als relative Zeitwichtung bezeichnet (Zeile 7, Abbildung 4-5). Für jeden Belastungsfall wird der Risikopunktwert unter Verwendung der relativen Zeitwichtung berechnet. Das Gesamtergebnis ergibt sich durch Addition der Risikopunktwerte je Belastungsfall (Zeile 13, Abbildung 4-5). 69

82 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Abbildung 4-5: Berechnung Gesamtergebnis MLT [IAD-2010, S.9] Die Summe aller Belastungspunkte wird mithilfe eines Ampelschemas interpretiert. Das Risikoschema entspricht den Leitmerkmalmethoden [IAD-2010, S. 9]: - Grün (0 bis < 25): Geringe Belastung, Gesundheitsgefährdung durch körperliche Überbeanspruchung ist unwahrscheinlich. Bei 10 bis 25 Punkte kann eine körperliche Überbeanspruchung bei vermindert belastbaren Personen möglich sein. Für diesen Personenkreis sind Gestaltungsmaßnahmen sinnvoll. - Gelb (25 bis < 50): Wesentlich erhöhte Belastung, körperliche Überbeanspruchung ist auch für normal belastbare Personen möglich. Gestaltungsmaßnahmen sind angezeigt. - Rot (> 50): Hohe Belastung, körperliche Überbeanspruchung ist wahrscheinlich. Gestaltungsmaßnahmen sind erforderlich. Integrierte Bewertung von zeitlicher Auslastung und körperlicher Belastung Mithilfe der ausgewählten Zeit- und Belastungsmodelle können auf Basis von Referenzprozessen Parametermodelle zur Bewertung von Zeit und Belastung erstellt werden. Im Folgenden werden für die Tätigkeiten der Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten Referenzprozess definiert. Diese basieren auf den Prozessbeobachtungen im Rahmen der Feldstudie (Kapitel 3) und stellen aus diesem Grund spezifische Prozesse und Abläufe aus dem Untersuchungsbereich dar. Eine generelle Übertragbarkeit der Tätigkeitsfolgen ist nicht gegeben, da Prozessabläufe und eingesetzte technische Hilfsmittel sich je nach Unternehmen und Standorten unterscheiden. Zur betrieblichen Umsetzung von Konzeptelement 1 des 70

83 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten ist daher die anwendungsspezifische Anpassung beziehungsweise eine Definition der Referenzprozesse erforderlich. Übertragbar ist die Strukturierung der Referenzprozesse in: - GLT-Routenzug - KLT-Routenzug - MzW-Kommissionierung - WzM-Kommissionierung - Manuelles Umsetzen - Manuelles Ziehen und Schieben Tabelle 4-3 zeigt den Referenzprozess der betrachteten Tätigkeiten. Tabelle 4-3: Referenzprozesse betrachteter Tätigkeitsfolgen von Konzeptelement 1 GLT- Routenzug KLT- Routenzug Tour starten Tour starten Auftrag vorbereiten Fahrt zur Haltestelle Anhalten und Aussteigen Volle GLT entladen (ZS) Leere GLT beladen (ZS) Einsteigen und Losfahren Fahrt zwischen Haltestellen Beladung am Bahnhof Fahrt zur Haltestelle Halten und Aussteigen Volle KLT entladen (HHT) Leere KLT beladen (HHT) Einsteigen und Losfahren Fahrt zwischen Haltestellen Beladung am Bahnhof Belastungsart in Klammern (): HHT: Heben, Halten oder Tragen ZS: Ziehen oder Schieben Weg zum Entnahmeort (ZS o. HHT) Artikelentnahme (HHT) Ablage in Sammelbehälter (HHT) Quittieren Weg zwischen Entnahmeorten (ZS o. HHT) Weg zum Abgabeort (ZS o. HHT) Abgabe des Auftrags (ZS o. HHT) Auftrag nachbereiten MzW-Kommissionierung WzM-Kommissionierung Auftrag vorbereiten Artikelentnahme (HHT) Ablage in Sammelbehälter (HHT) Quittieren Abgabe des Auftrags (ZS o. HHT) Aufrag nachbereiten Manuelles Umsetzen Vorbereiten / Identifizieren Gehen Behälter / Last aufnehmen (HHT) Gehen (HHT) Behälter / Last abgeben (HHT) Nachbereiten / Quittieren Manuelles Ziehen und Schieben Vorbereiten / Identifizieren Gehen Last aufnehmen Schieben (ZS) Positionieren und Last abgeben (ZS) Nachbereiten / Quittieren 71

84 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Der Referenzprozess für den GLT-Routenzug umfasst folgende Schritte: Der Routenzugfahrer beginnt seine Tour und fährt zur ersten Haltestelle. Hier hält er an, steigt aus, identifiziert an dieser Haltestelle auszuliefernde Behälter und schiebt diese vom Routenzug an den Anlieferort. In Abhängigkeit von dem verwendeten Routenzugsystem sind unterschiedliche Tätigkeiten zum Abkuppeln oder Entriegeln der Behälter aus dem Schleppverbund durchzuführen. Stehen am Anlieferort leere Behälter bereit, werden diese vom Routenzugfahrer mitgenommen. Gegebenenfalls löst der Routenzugfahrer die Bestellung der geleerten Behälter durch das Einscannen eines Barcodes aus. Nachdem alle Haltestellen angefahren wurden, fährt der Routenzug in den Bahnhof, um das Leergut abzuladen und neue Behälter aufzunehmen. Dies kann entweder durch den Routenzugfahrer, einen separaten Mitarbeiter oder automatisiert durchgeführt werden. Der Referenzprozess des KLT-Routenzuges unterscheidet sich bezüglich der Tätigkeiten am Anlieferort. Dort werden die Kleinladungsträger vom Anhänger gehoben und zu Durchlaufregalen am Anlieferort getragen. Entsprechend unterscheidet sich die auftretende körperliche Belastung. Beim GLT-Routenzug entsteht die körperliche Belastung durch das Ziehen und Schieben der Großladungsträger. Beim KLT-Routenzug entsteht die körperliche Belastung durch das Heben und Tragen der Kleinladungsträger. Der Referenzprozess für die Mann-zu-Ware Kommissionierung umfasst Auftragsvorbereitung, Auftragsbearbeitung und Auftragsnachbearbeitung. Die Auftragsvorbereitung beinhaltet Tätigkeiten wie die Erstellung der Auftragsdokumente, die Vorbereitung des Wagens und die Aufnahme der Kommissionierliste. Die Auftragsbearbeitung beginnt mit dem Weg zum Standort des ersten Artikels. Anschließend wird der Artikel entnommen, in einen Sammelbehälter abgelegt und die Entnahme quittiert. Nachdem dieser Ablauf für alle Positionen des Auftrages durchlaufen wurde, wird der Sammelbehälter zum Abgabeort gebracht. In der Auftragsnachbearbeitung können Tätigkeiten wie Etikettieren oder Umpacken erforderlich sein. Die Art der Informationsbereitstellung beeinflusst den Ablauf wesentlich. Daher ist beispielsweise eine Unterscheidung zwischen Kommissionierliste, Barcodescanner, Pick-by-Light oder Pick-by-Voice erforderlich. In der Ware-zu-Mann Kommissionierung entfallen die Laufwege des Kommissionierers, da die Ware mithilfe von Fördertechnik zum Kommissionierer transportiert wird. Dieser entnimmt die geforderte Menge, legt die Artikel in einen Sammelbehälter ab und quittiert die Entnahme. Die körperliche Belastung des Kommissionierers entsteht durch das Umsetzen bei der Artikelentnahme sowie im Fall der Mann-zu-Ware Kommissionierung durch das Ziehen und Schieben eines Kommissionierwagens oder das Tragen eines Sammelbehälters. Manuelle Handhabungsprozesse treten insbesondere im Wareneingang und Warenausgang auf. Manuelles Umsetzen tritt insbesondere beim Depalettieren und in La- 72

85 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik gern bei der Ein- und Auslagerung auf. Ein Beispiel ist das Umsetzen von Kleinladungsträgern von einer Palette auf die Einlagerstichbahn eines automatischen Kleinteilelagers. Manuelles Ziehen und Schieben wurde beispielsweise bei den sogenannten Bandbetreuern identifiziert. Aufgabe der Bandbetreuer ist der Tausch von gefüllten und leeren Behältern am Montageband sowie die Koordination des Behälter-Nachschubes per Stapler. Der grundsätzliche Ablauf besteht aus den Schritten Identifizieren, Gehen, Last Bewegen und Quittieren. Die definierten Referenzprozesse werden in einem Parametermodell hinterlegt. Abbildung 4-6 zeigt den schematischen Aufbau hierzu. Eingangsparameter Multiple- Lasten-Tool MTM- Zeitbausteine GLT Routenzug M-z-W Kommissionierung Referenzprozess für Tätigkeitsfolge KLT Routenzug W-z-M Kommissionierung GLT Behälterhandhabung Zeitliche Auslastung Körperliche Belastung Zeit MTM-Zeit A x Baustein A + B Parameter A: z. B. Anzahl Artikelentnahmen Belastung KLT Behälterhandhabung MTM- Zeitbaustein B1 oder MTM- Zeitbaustein B2 Parameter B: Entscheidungsvariable z.b. Kommissionierliste oder Pick-by-light Übergabe relevanter Parameter A, B,C Berechnung Multiple-Lasten-Tool Ausgabe Risikoindex Bildquelle: Screenshot Multiple-Lasten-Tool, Institut für Arbeitswissenschaften der Technischen Universität Darmstadt Abbildung 4-6: Modellaufbau Konzeptelement 1 73

86 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Die Abläufe des Referenzmodells werden mithilfe von MTM-Zeitbausteinen beschrieben. Die Parameter, welche vom Anwender eingegeben werden, spezifizieren Prozessalternativen (z. B. Kommissionierliste oder Pick-by-Light) und die Anzahl der Vorgänge (z. B. Anzahl Artikelentnahmen). Hieraus wird die Gesamtdauer und die zeitliche Auslastung der Mitarbeiter berechnet. Im Referenzprozess sind die auftretenden Belastungsfälle hinterlegt. Die eingegebenen Parameter spezifizieren diese bezüglich Gewicht, Häufigkeit, Haltung, Ausführungsbedingungen und Positioniergenauigkeit (nur für Ziehen oder Schieben). Diese werden an das Multiple-Lasten-Tool übergeben, in welchem die Bewertung der Belastung umgesetzt ist. Das Ergebnis der Belastungsbewertung wird dem Anwender als Ausgabe zurückgegeben Auswahl der Einflussparameter Zur Sicherstellung der betrieblichen Anwendbarkeit soll Konzeptelement 1 möglichst zeiteffizient anwendbar sein. Daher sollen die Parametermodelle zur Bewertung von Zeit und Belastung möglichst wenige Eingangsparameter umfassen. Um dies zu erreichen, sollen Parameter mit geringem Einfluss auf das Ergebnis als Konstanten im Modell fixiert werden. In Kapitel wurde die Anforderung definiert, dass das Belastungsmodell erprobt und wissenschaftlich anerkannt ist. Diese Anforderung erlaubt keine Änderung des Belastungsmodells. Aus diesem Grund wird ausschließlich das Zeitmodell untersucht und vereinfacht. Im Rahmen der Untersuchung wird aus diesem Grund der Einfluss der Eingangsgrößen auf die Ergebnisgröße Zeit betrachtet. Der Einfluss eines Eingangsparameters auf eine Ausgangsgröße kann mithilfe einer Sensitivitätsanalyse ermittelt werden. Es wird zwischen lokalen und globalen Methoden unterschieden [Sch-2005a, S.11]. Die lokale Sensitivitätsanalyse untersucht den Einfluss eines Eingangsparameters auf die Ausgangsgröße lokal an einem Punkt. Hierzu wird der zu untersuchende Parameter in seinem Wertebereich variiert, während die verbleibenden Parameter konstant gehalten werden. Basierend auf der ersten Ableitung wird die lokale Sensitivität mithilfe des normierten Sensitivitätskoeffizienten s i σ bestimmt [Sal-2008, S. 15f]: s i σ = y x i σ x i σ y (4-2) 74

87 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik mit: y x i σ s i Modellausgangsparameter Modelleingangsparameter Normierter Sensitivitätskoeffizient des Eingangsparameters x i s i σ berücksichtigt die erste partielle Ableitung, die Verteilung der Eingangsgrößen, und ist normiert auf den Wertebereich von (0,1). Für lineare Modelle hat das Ergebnis globale Gültigkeit. s i σ stellt somit ein geeignetes Maß zur Bestimmung der Sensitivität linearer Modelle dar. [Sal-2008, S. 15f] Für nicht-lineare Modelle ist das Ergebnis nur an dem betrachteten Punkt gültig und stellt daher kein geeignetes Maß zur Bestimmung der Sensitivität dar. In diesem Fall müssen globale Verfahren verwendet werden, welche die Sensitivität an verschiedenen Punkten im Raum betrachten. Mithilfe der linearen Regression kann ein nichtlineares Modell linearisiert werden. An dem linearen Ersatzmodell lässt sich die Sensitivität der Eingangsgrößen einfach bestimmen. Das lineare Ersatzmodell hat folgende Form: y = b 0 + b i x i r i=1 (4-3) mit: y Modellausgangsparameter x i Modelleingangsparameter b 0, b i Regressionskoeffizienten Die Regressionskoeffizienten b 0, b i werden durch Minimierung der mittleren quadratischen Abweichung zwischen dem Originalmodell und dem linearen Ersatzmodell berechnet [Sch-2005a, S.23]. Durch Normieren des Koeffizienten b i mit dem Quotienten der Standardabweichungen σ xi σ y erhält man den standardisierten Regressionskoeffizienten β i [Sch-2005a, S.23]. Dieser ist ein direktes Maß für die Sensitivität des Eingangsparameters x i und entspricht für lineare Modelle dem normierten Sensitvitätskoeffizienten s σ i. Für nicht-lineare Modelle ist die Summe der quadrierten Regressionskoeffizienten R 2 nach Formel (4-4) kleiner 1 und entspricht dem linearen Anteil des Modells [Sal-2008, S.19]: r R 2 = (β i ) 2 i=1 (4-4) 75

88 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Für Modelle mit großem R 2 wird ein großer Anteil der Varianz durch das lineare Ersatzmodell abgebildet. In diesem Fall stellt die lineare Regression eine geeignete Methode zur Untersuchung der Sensitivität dar. Für kleine R 2 ist dies dagegen nicht zutreffend und die Regressionskoeffizienten stellen kein geeignetes Maß zur Bestimmung der Sensitivität dar. [Sal-2008, S.19-20] In diesem Fall muss auf varianzbasierte Methoden zurückgegriffen werden. Dabei wird untersucht, welche Varianz sich in der Ausgangsgröße ergibt, falls alle Eingangsparameter bis auf den untersuchten Eingangsparameter x i variiert werden. Je größer diese Varianz im Verhältnis zur gesamten Varianz ist, desto geringer ist der Einfluss der Eingangsgröße x i auf y. Dies wird als bedingte Varianz 1.Ordnung bezeichnet und ist für additive Modelle ausreichend. Für nicht-additive Modelle müssen zusätzlich Effekte höherer Ordnung berücksichtigt werden. Der Berechnungsaufwand hierfür steigt exponentiell mit der Anzahl der Eingangsparameter an [Sal-2008, S. 31]. Aufgrund der hohen Komplexität der Methoden muss zur Berechnung auf entsprechende Software und Algorithmen zurückgegriffen 22. Zur Auswahl einer geeigneten Methode wird an dieser Stelle auf das Parametermodell des GLT-Routenzuges vorgegriffen, welches in Kapitel 4.2 vorgestellt wird. Aus dem Parametermodell für den GLT-Routenzug wird der Zeitbaustein Fahren hinsichtlich Linearität und Additivität untersucht. Die Fahrzeit berechnet sich aus dem Quotienten der Fahrstrecke und der Geschwindigkeit multipliziert mit der Anzahl Fahrten pro Schicht. Dazu kommen die Zeiten für Verzögerungen: y Fahrzeit = ( x 3 x 5 + c 1 x 12 + c 2 x 8 + c 3 x 10 ) x 1 x 2 (4-5) mit: y Fahrzeit x 1 x 2 x 3 x 5 x 8 x 10 x 12 c 11 Fahrzeit je Schicht Gesamtzahl Touren je Schicht Staufaktor Fahrweg je Tour Geschwindigkeit Anzahl Bandüberfahrten Anzahl Durchfahrten Hallentor je Tour Anzahl 90-Grad-Kurven je Tour Zeitkonstante für 90-Grad-Kurve 22 Vgl.: [Cuk-1978; Sal-1999]. 76

89 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik c 2 c 3 Zeitkonstante für Bandüberfahrt Zeitkonstante für Durchfahrt Hallentor Der Baustein wird hinsichtlich Linearität und Additivität untersucht. Ein System ist linear, falls es als y = x β + ε dargestellt werden kann [Sch-2005a, S. 12]. Dies ist für (4-5) nicht erfüllt, da x 3 und x 5 in einem Quotienten auftreten. Ein System ist additiv, wenn zweimaliges Ableiten nach unterschiedlichen Eingangsparametern null ergibt, also y ( x 1 x 2 ) = 0 erfüllt ist [Sch-2005a, S. 13]. Dies ist für (4-5) ebenfalls nicht erfüllt, da y 2 x 1 x 2 = x 3 x 5 + c 1 x 12 + c 2 x 8 + c 3 x 10 0 (4-6) Damit ist gezeigt, dass der Prozessbaustein Fahrt nicht-linear und nicht-additiv ist. Das Gesamtmodell, welches diesen Baustein beinhaltet, ist damit insgesamt nichtadditiv und nicht-linear. Zur Untersuchung der in Konzeptelement 1 entworfenen Parametermodelle ist eine lineare Sensitivitätsanalyse daher nicht geeignet. Aufgrund der hohen Komplexität ist eine varianzbasierte Sensitivitätsanalyse ebenfalls nur bedingt geeignet. Dies würde dem Ziel einer einfachen betrieblichen Anwendbarkeit zuwiderlaufen. Daher wird zur Untersuchung des Einflusses der Eingangsparameter auf die zeitliche Auslastung die multiple lineare Regression angewendet. Die Methode kann einfach angewendet werden und bietet eine ausreichende Lösung für die Problemstellung. 77

90 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Vorgehensweise zur Umsetzung von Konzeptelement 1 Im folgenden Abschnitt wird das Vorgehen zur Umsetzung der integrierten Bewertung von Zeit und Belastung aufgrund Lasthandhabung vorgestellt. Das Vorgehen wird in Teilkapitel angewendet. Die Vorgehensweise ist in fünf Schritte unterteilt (siehe Abbildung 4-7). 1. Referenzprozess: Ablaufanalyse und Festlegen Referenzprozess 2. Modellerstellung: Abbildung Zeit und Belastung als Parametermodell 3. Sensitivitätsanalyse: Durchführung multiple lineare Regressionsanalyse 4. Modellvereinfachung: Fixierung nicht-einflussreicher Parameter 5. Ergebnisabsicherung: Berechnung zu erwartender Fehler Abbildung 4-7: Vorgehensmodell zur betrieblichen Umsetzung von Konzeptelement 1 Im ersten Schritt wird eine Ablaufanalyse der Tätigkeit durchgeführt, für welche das Parametermodell entwickelt werden soll. Hierzu werden zunächst Arbeitsplätze identifiziert, an denen die Tätigkeit durchgeführt wird. Anschließend werden Arbeitsablaufanalysen der Tätigkeiten erstellt. Die erfassten Informationen können durch eine Arbeitsfolgedarstellung veranschaulicht werden. Die Analyse sollte mehrmals bei verschiedenen Mitarbeitern und zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden. Basierend auf der Analyse wird der Referenzprozess angepasst und im Detail ausgearbeitet. Zur Erstellung des Zeitmodells werden die einzelnen Aktivitäten innerhalb dieses Referenzprozesses mit MTM-Zeitbausteinen modelliert. Zur Erstellung des Belastungsmodells werden alle Lastfälle im Referenzprozess identifiziert. Hieraus können im nächsten Schritt die Eingangsparameter abgeleitet werden und das Modell auf Basis eines Tabellenkalkulationsprogrammes umgesetzt werden. Nach der Modellerstellung wird die Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Hierzu werden für jeden Eingangsparameter ein Mittelwert und eine Verteilungsfunktion definiert. 78

91 4.1 Konzeptentwicklung zur Bewertung wiederkehrender Tätigkeitsfolgen in der Produktionslogistik Anschließend wird eine Monte-Carlo-Simulation durchgeführt. Das heißt, für die Eingangsparameter werden entsprechend der definierten Verteilung Zufallswerte generiert und das Modell an diesen Stellen ausgewertet. Diese Daten stellen die Eingangsdaten zur Berechnung der Regressionskoeffizienten dar. Die standardisierten Regressionskoeffizienten β i bilden die Sensitivität der Eingangsparameter ab, wobei der Parameter mit dem höchsten Koeffizienten den größten Einfluss auf die Gesamtzeit hat. Zur Überprüfung der Modellgüte wird R 2 nach (4-4) berechnet. Je größer R 2, desto kleiner ist der Fehler durch die Linearisierung und desto genauer approximieren die standardisierten Regressionskoeffizienten β i die Sensitivität der Eingangsparameter x i. Als Kriterium wird in der vorliegenden Arbeit R 2 > 0,9 als ausreichend akzeptiert. Im Modell werden diejenigen Faktoren fixiert, welche einen geringen Einfluss auf das Ergebnis haben und nicht als Eingangsparameter in das Belastungsmodell eingehen. Als Grenzwert wird in der vorliegenden Arbeit β i < 0,03 verwendet. Im letzten Schritt wird der zu erwartende Fehler aufgrund der Fixierung der nichteinflussreichen Parameter berechnet. Für das ursprüngliche Modell werden per Monte-Carlo-Simulation zufällige Eingangsvektoren erzeugt und ausgewertet. Diese stellen das ursprüngliche vollständige Modell dar. Nun werden dieselben Szenarien erneut ausgewertet, wobei die fixierten Eingangsparameter auf ihrem Mittelwert bleiben. Diese Auswertung stellt das vereinfachte Modell dar. In jedem Szenario kann nun die Differenz zwischen dem Ergebnis des vollständigen und des vereinfachten Modells ermittelt werden. Das arithmetische Mittel aller Differenzen stellt den Fehler dar, welcher aus der Modellvereinfachung resultiert. Entsprechend der Zielstellung können die vorgeschlagenen Grenzwerte vom Anwender angepasst werden. 79

92 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses In nachfolgendem Abschnitt wird Konzeptelement 1 anhand eines industriellen GLT- Routenzugprozesses umgesetzt. Der Aufbau orientiert sich an der in Kapitel vorgestellten Vorgehensweise. Routenzüge ermöglichen eine effiziente Materialversorgung der Produktion mit kleinen Losgrößen und hoher Frequenz. Routenzüge fahren in der Regel auf einer vorgegeben Strecke zu festen Zeiten. Dies erfordert bereits in der Planungsphase eine genaue Berechnung der Prozess- und Fahrzeiten. Aufgrund der manuellen Lasthandhabungstätigkeiten muss zusätzlich die körperliche Belastung der Mitarbeiter berücksichtigt werden Referenzprozess Ein Routenzug besteht aus einem angetriebenen Zugfahrzeug und mehreren nichtangetriebenen Anhängern. Der Routenzug wird in einem Lagerbereich beladen und beliefert auf einer Tour mehrere Verbrauchsorte. Abbildung 4-8 zeigt den Referenzprozess des GLT-Routenzuges. Haltestelle ( ) Vollgut-Entladung( ) Beladung ( ) Leergut-Beladung ( ) Lager Fahrt ( ) Produktion Haltestelle Gefüllter GLT auf Rolluntergestell Leerer GLT auf Rolluntergestell Abbildung 4-8: Schematische Prozessdarstellung für GLT Routenzug. Der Referenzprozess umfasst die Versorgung eines Produktionsbereiches mit Großladungsträgern. Die Behälter werden auf einem Transporthilfsmittel (Rolluntergestell) transportiert und am Anlieferort bereitgestellt. Der Referenzprozess unterstellt folgenden Ablauf: Der Routenzug wird am Bahnhof beladen (y 1 ), fährt auf einer festen 80

93 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses Route (y 2 ), hält an den Haltestellen (y 3 ), entlädt gefüllte Behälter (y 4 ), belädt leere Behälter (y 5 ) und fährt zurück zum Lager Modellerstellung Das Zeitmodell setzt sich aus MTM-Zeitbausteinen zusammen. Basis des Belastungsmodells bildet die LMM-Methode sowie das hierauf aufbauende Multiple- Lasten-Tool (siehe Kapitel 4.1.3). Das Modell wurde auf Basis von MS-Excel erstellt. Auf dem ersten Tabellenblatt werden die Eingangsparameter eingegeben und dem Benutzer das Resultat, die zeitliche Auslastung und die körperliche Belastung ausgegeben. Die Berechnung der zeitlichen Auslastung ist im zweiten Tabellenblatt hinterlegt. Die Berechnung basiert auf MTM-Zeitbausteinen und wurde analytisch formuliert. Zur Integration der körperlichen Belastung wurde das Multiple-Lasten-Tool direkt als drittes Blatt in die MS-Excel-Datei eingebunden. Zur Berechnung werden die relevanten Parameter übergeben. Abbildung 4-9: Screenshot der Ein- und Ausgabemaske (Konzeptelement 1) Zeitmodell Das Zeitmodell ist entsprechend dem Referenzprozess modular aufgebaut und besteht aus fünf Bausteinen: y = y 1 + y 2 + y 3 + y 4 + y 5 (4-7) mit: y y 1 Gesamtarbeitszeit [s] Beladung [s] 81

94 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung y 2 y 3 y 4 y 5 Fahrt [s] Anhalten und Losfahren an der Haltestelle [s] Vollgut-Entladung [s] Leergut-Beladung [s] Das Zeitmodell umfasst Eingangsparameter (x i ) sowie Zeitkonstanten (c i ). Die Zeitkonstanten basieren auf MTM-Zeitbausteinen. Die Werte der Zeitkonstanten finden sich in Anhang D. Die Beladung im Lager kann manuell oder automatisiert durchgeführt werden. Die manuelle Beladung erfolgt entweder durch den Routenzugfahrer oder durch einen weiteren Mitarbeiter. Eine automatisierte Beladung ist vor allem im Bereich der KLT- Routenzüge verbreitet. Abläufe und Prozesszeiten in der Beladung können sich je nach technischer und organisatorischer Umsetzung wesentlich unterscheiden [Gün- 2012, S.55ff]. Aus diesem Grund wird die Beladung nicht in das Modell integriert und die Zeit am Bahnhof geht direkt als Parameter in das Modell ein: y 1 = x 11 (4-8) mit: x 11 Zeit im Bahnhof [s] Die Fahrzeit je Tour ergibt sich aus dem Quotienten der Fahrstrecke und der Geschwindigkeit. Verzögerungen durch andere Fahrzeuge im Werk werden mit einem Staufaktor abgebildet. Addiert werden zusätzliche Zeiten für 90-Grad-Kurven, Bandüberfahrten und Schleusen (Hallentore). Die Gesamtfahrzeit y 2 je Schicht ergibt sich durch Multiplikation der Fahrzeit je Tour mit der Anzahl Touren: y 2 = ( x 3 x 5 + c 1 x 12 + c 2 x 8 + c 3 x 10 ) x 1 x 2 (4-9) mit: y 2 x 1 x 2 x 3 x 5 x 8 Fahrzeit je Schicht [s] Anzahl Touren je Schicht Staufaktor Fahrweg je Tour [m] Fahrgeschwindigkeit [m/s] Anzahl Bandüberfahrten je Tour 82

95 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses x 10 x 12 c 11 c 2 c 3 Anzahl Schleusen-Durchfahrten je Tour Anzahl 90-Grad-Kurven je Tour Zeitkonstante für 90-Grad-Kurve [s] Zeitkonstante für Bandüberfahrt [s] Zeitkonstante für Schleusen-Durchfahrt [s] An der Haltestelle hält der Mitarbeiter den Routenzug an, steigt aus und geht zum ersten auszuliefernden Behälter. Die anschließende Vollgut-Entladung (y 4 ) und Leergut-Beladung (y 5 ) werden in separaten Bausteinen abgebildet. Nach Abschluss dieser Tätigkeiten geht der Mitarbeiter zum Zugfahrzeug zurück und fährt wieder an. Die Zeiten für Bremsen, Aussteigen, Einsteigen und Anfahren werden in einer Zeitkonstanten (c 5 ) zusammengefasst. Die Weglänge vom Zugfahrzeug zum ersten auszuliefernden Behälter wird über eine Schicht gemittelt. Vereinfachend wird daher angenommen, dass der Mitarbeiter jeweils die halbe Routenzuglänge zu den Behältern hin- und wieder zurück geht. Diese Vorgänge werden an jeder Haltestelle durchgeführt, weshalb die resultierende Zeit mit der Anzahl Haltestellen multipliziert wird: y 3 = (c 4 x c 5) x 7 x 1 (4-10) mit: x 6 x 7 c 4 c 5 Länge Routenzug [m] Anzahl Haltestellen je Tour Zeitkonstante Gehen [s/m] Zeitkonstante Anhalten, Aussteigen, Einsteigen, Anfahren [s] Nachdem Anfahren der Haltestelle erfolgt die Auslieferung der gefüllten Behälter. Zunächst müssen die auszuliefernden Behälter erfasst werden. Dies wird im Modell über das Lesen und Vergleichen einer Sachnummern an Behälter und Anlieferort abgebildet. Anschließend wird der Behälter aus dem Routenzug gelöst, zum Anlieferort geschoben und positioniert. Diese Einzelzeiten werden addiert und mit der Anzahl Behälter je Schicht multipliziert: y 4 = (c 6 x 18 + c 7 x 17 + c 8 x 14 + c 9 x 9 + x 15 + c 10 ) (4-11) x 4 mit: x 4 Anzahl Behälter je Schicht x 9 Weg von Haltestelle zum Anlieferort [m] x 14 Anteil Behälter mit genauer Positionierung am Anlieferort [%] 83

96 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung x 15 x 17 x 18 c 6 c 7 c 8 c 9 c 10 Zeit Behälter entladen [s] Anzahl zu vergleichender Codes (3-stellige Ziffernfolge) Anzahl zu lesender Codes (3-stellige Ziffernfolge) Zeitkonstante Code Lesen [s] Zeitkonstante Code Vergleichen [s] Zeitkonstante Behälter positionieren [s] Zeitkonstante Voll-Behälter schieben [s/m] Zeitkonstante Voll-Behälter Anschieben und Abbremsen [s] Im Gegenzug zur Anlieferung gefüllter Behälter werden leere Behälter mitgenommen. Der Mitarbeiter schiebt die leeren Behälter vom Anlieferort zur Haltestelle und fixiert diese im Routenzug. Gegebenenfalls wird per Barcode-Scanner eine Nachbestellung der geleerten Behälter ausgelöst. Die Summe der hierfür notwendigen Zeit wird mit der Anzahl Behälter je Schicht multipliziert: y 5 = (c 11 x 9 + c 12 x 13 + x 16 + c 13 ) x 4 (4-12) mit: x 13 Entscheidungsvariable für Leergut scannen [0; 1] x 16 Zeit Behälter beladen [s] c 11 Zeitkonstante Leer-Behälter schieben [s/m] c 12 Zeitkonstante Leer-Behälter scannen [s] c 13 Zeitkonstante Leer-Behälter Anschieben und Abbremsen [s] Belastungsmodell Die dominante körperliche Belastung ergibt sich bei GLT-Routenzügen durch das Ziehen oder Schieben der Behälter am Anlieferort. Zur Berechnung der Belastungen beim Ziehen und Schieben wird das Multiple- Lasten-Tool verwendet. Für das Ziehen und Schieben unterscheidet dieses zwischen Ziehen und Schieben bis zu fünf Meter ( Ziehen Schieben kurz ) sowie Ziehen und Schieben ab fünf Meter ( Ziehen Schieben lang ). In der Belastungsberechnung wird für Ziehen Schieben kurz nur die Anzahl Schiebevorgänge und nicht die Weglänge berücksichtigt. Für Ziehen Schieben lang wird dagegen nur die über eine Schicht kumulierte Weglänge berücksichtigt und die Anzahl der Schiebevorgänge wird vernachlässigt. Der Hintergrund dieser Unterscheidung ist, dass im Fall kurzer Schiebevorgänge die Belastung durch das Anschieben und Abbremsen der Last überwiegt [Ste-2008, S. 14]. An der Grenze zwischen Ziehen Schieben kurz und Ziehen Schieben lang ergibt sich aufgrund dieser Unterscheidung eine Unstetigkeit. 84

97 Punktwert im MLT 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses Dies wurde in einer durch den Autor betreuten Studienarbeit untersucht [fml-2014b, S. 45ff]. Abbildung 4-10 zeigt für die Fälle 1 Bewegung, 10 Bewegungen und 100 Bewegungen, wie sich der Risikowert für das Schieben eines 100 Kilogramm schweren Behälters auf einem Rolluntergestell verhält Bewegung 10 Bewegungen 100 Bewegungen ,7 m ,3 m 21,8 m ZS kurz ZS lang Distanz in [m] Abbildung 4-10: Unstetigkeit im MLT beim Übergang von ZS kurz zu ZS lang [fml-2014b, S.47] Aus der Untersuchung geht hervor, dass die Funktion Ziehen Schieben kurz für den Grenzfall bei fünf Meter zu einem höheren Risikopunktwert führt, als die Funktion Ziehen Schieben lang. Die Grenzlänge, ab welcher die Funktion Ziehen Schieben lang den gleichen Risikopunktwert wie die Funktion Ziehen Schieben kurz erreicht, ist abhängig von der Anzahl Bewegungen pro Schicht. In der industriellen Praxis wird aus Produktivitätsgründen eine möglichst kurze Entfernung zwischen Haltestelle des Routenzuges und Anlieferort des Behälters angestrebt. Diese liegt in der Regel bei wenigen Metern. Für diesen Wertebereich ergibt die Funktion Ziehen Schieben lang geringere Belastungswerte als Ziehen Schieben kurz. Aus diesem Grund werden alle Schiebevorgänge im Parametermodell als Ziehen Schieben kurz bewertet. Dies stellt eine konservative Bewertung sicher. Falls ein wesentlicher Teil der Weglängen deutlich über 10 Meter liegt (13,7 Meter für 100 Bewegungen je Schicht), müsste das Parametermodell entsprechend angepasst werden. 85

98 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung Als Parameter werden dem Multiple-Lasten-Tool folgende Parameter übergeben: - x 4 Anzahl Behälter je Schicht - x 14 Anteil Behälter mit genauer Positionierung am Anlieferort [%] - x 19 Gewicht Transporteinheit (Behälter plus Transporthilfsmittel) [kg] - x 20 Körperhaltung 23 - x 21 Ausführungsbedingungen 24 - x 22 Bockrollen Die resultierende Belastung ergibt sich durch Auswertung dieser Parameter entsprechend der in Kapitel dargestellten Berechnungsvorschrift Sensitivitätsanalyse Im Folgenden wird der Einfluss der Eingangsparameter im Zeitmodell untersucht. Das Belastungsmodell wird aufgrund der in Kapitel definierten Anforderung, ein erprobtes und wissenschaftlich anerkanntes Verfahren zu verwenden, nicht angepasst. Im ersten Schritt werden für die Eingangsparameter Minimal- und Maximalwerte festgelegt (siehe Anhang D). Diese sind so gewählt, dass realistisch auftretende Fälle abgedeckt werden, welche von betrieblichen Praktikern festgelegt wurden. Zwischen Minimal- und Maximalwert wird eine Gleichverteilung angenommen. Anschließend wird eine Monte-Carlo-Simulation durchgeführt. Das Modell umfasst i = 18 Eingangsparamter. Für jeden der Eingangsparameter wird ein Zufallswert generiert und das Modell an diesen Stellen ausgewertet. Als Stichprobengröße wird N = gewählt, so dass N >> i. Dies stellt die Eingangsdaten für die Berechnung der Regressionskoeffizienten dar. Als Programm für die Berechnung der Regressionskoeffizienten wird IBM SPSS verwendet. Das Ergebnis der Berechnung, die standardisierten Regressionskoeffizienten β i, sind in Tabelle 4-4 aufgeführt. Die vollständigen Berechnungsergebnisse finden sich in Anhang D Haltungswichtung entsprechend der tabellarischen Einstufungshilfen (siehe Anhang B): 1=Rumpf aufrecht, keine Verdrehung; 2=Rumpf leicht vorgeneigt oder leicht verdreht; 3=Stärkere Neigung des Körpers in Bewegungsrichtung, Hocken, Knien, Bücken; 4=Kombination von Bücken und Verdrehen. Ausführungswichtung entsprechend der tabellarischen Einstufungshilfen (siehe Anhang B): 0=Gut; 2=Eingeschränkt (z. B. Fußboden verschmutzt, etwas uneben); 4=Schwierig (z. B. unbefestigter oder grob gepflasterter Fahrweg); 8=Kompliziert (z. B. Stufen, Neigung > 5 ). 86

99 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses Tabelle 4-4: Standardisierte Regressionskoeffizienten x i Bezeichnung β i x 1 Anzahl Touren je Schicht 0,723 x 2 Staufaktor 0,133 x 3 Fahrweg je Tour 0,512 x 4 Anzahl Behälter je Schicht 0,243 x 5 Geschwindigkeit 0,101 x 6 Länge Routenzug 0,060 x 7 Anzahl Haltestellen je Tour 0,184 x 8 Anzahl Bandüberfahrten je Tour 0,108 x 9 Weg von Haltestelle zum Anlieferort 0,098 x 10 Anzahl Hallentor-Durchfahrten je Tour 0,084 x 11 Zeit im Bahnhof 0,040 x 12 Anzahl 90 Grad Kurven je Tour 0,019 x 13 Entscheidungsvariable für Leergutscan 0,023 Anteil Behälter mit genauer Positionierung am Anlieferort (%) 0,026 x 14 x 15 Zeit Behälter entladen 0,039 x 16 Zeit Behälter beladen 0,042 x 17 Anzahl zu vergleichender Codes 0,028 x 18 Anzahl zu lesender Codes 0,021 R 2 Summe der quadrierten Regressionskoeffizienten 0,948 Unterstrichene Parameter erfüllen Nicht-Sensitivitätsbedingung (β i < 0,03) Die Auswertung von R 2 ergibt einen Wert von 0,948, d. h. mithilfe der gewählten Regressionskoeffizienten werden 94,8% der ursprünglichen Modellvarianz abgebildet. Dies stellt eine hohe Übereinstimmung dar. Hieraus folgt, dass die multiple Regressionsanalyse die gegebene Problemstellung mit hoher Genauigkeit löst und die standardisierten Regressionskoeffizienten ein aussagekräftiges Maß für den Einfluss der Eingangsparameter auf die Ausgangsgröße darstellen Modellvereinfachung Die in Kapitel festgelegte Bedingung für Nicht-Sensitivität β i < 0,03 wird von den Parametern x 12, x 13, x 14, x 17, x 18 erfüllt. Da der Parameter x 14 auch in das Belastungsmodell eingeht, wird x 14 nicht als Konstante fixiert. Im Modell werden daher folgende Parameter fixiert: - x Grad-Kurven je Tour 87

100 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung - x 13 Scannen des Leerguts - x 17 Anzahl zu vergleichender Codes - x 18 Anzahl zu lesender Codes Diese Parameter werden auf ihrem Erwartungswert x e fixiert und gehen als Konstanten in das vereinfachte Modell ein Ergebnisabsicherung Um die Auswirkung dieser Modelländerung abzuschätzen, wird abschließend eine Fehleranalyse durchgeführt. Hierzu wurde das ursprüngliche und das vereinfachte Modell an 500 Zufalls-Punkten ausgewertet und die Differenz bestimmt. Das arithmetische Mittel aller Differenzen stellt den zu erwartenden Fehler e dar. Die Berechnung ergibt einen zu erwartenden Fehler von e = 2,9%. Die Verwendung des vereinfachten Modells führt gegenüber dem Originalmodell folglich zu einer durchschnittlichen Abweichung um 2,9% Diskussion der Ergebnisse Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten wurde am Beispiel des GLT-Routenzuges umgesetzt. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss der Eingangsparameter auf die Ausgangsgrößen untersucht. Zur Einteilung werden vier Gruppen vorgeschlagen. Die Parameter der ersten Gruppe bestimmen maßgeblich die zeitliche Auslastung von GLT-Routenzügen. In der Planungsphase müssen diese Parameter daher speziell beachtet werden. Zudem bieten diese Parameter den größten Hebel für Prozessverbesserungen: - x 1 Anzahl Touren je Schicht - x 2 Staufaktor - x 3 Fahrweg je Tour - x 4 Anzahl Behälter je Schicht - x 5 Fahrgeschwindigkeit Die Parameter der zweiten Gruppe sind erforderlich, um die zeitliche Auslastung mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmten, und können einen weiteren Ansatzpunkt für Prozessverbesserungen darstellen: 88

101 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses - x 6 Länge Routenzug - x 7 Anzahl Haltestellen je Tour - x 8 Anzahl Bandüberfahrten je Tour - x 9 Weg von Haltestelle zum Anlieferort - x 10 Anzahl Schleusen-Durchfahrten je Tour - x 11 Zeit im Bahnhof - x 15 Zeit Behälter entladen - x 16 Zeit Behälter beladen Die Parameter der dritten Gruppe sind zur Bewertung der körperlichen Belastung erforderlich: - x 14 Anteil Behälter mit genauer Positionierung am Anlieferort - x 19 Gewicht Transporteinheit (Behälter plus Transporthilfsmittel) - x 20 Körperhaltung - x 21 Ausführungsbedingungen - x 22 Bockrollen (ja/nein) Die Parameter der vierten Gruppe haben nur einen geringen Einfluss auf den Routenzugprozess. Diese Parameter werden auf ihrem Erwartungswert fixiert und gehen als Konstanten in das optimierte Modell ein: - x Grad-Kurven je Tour - x 13 Entscheidungsvariable für Leergut scannen - x 17 Anzahl zu vergleichender Codes - x 18 Anzahl zu lesender Codes Das entwickelte Parametermodell ermöglicht für GLT-Routenzüge eine effiziente Bewertung von körperlicher Belastung und zeitlicher Auslastung. Folgende Einschränkungen müssen in der Anwendung berücksichtigt werden: Zum einen umfasst das Parametermodell nur die Belastungsart Lasthandhabung. Treten weitere wesentliche Belastungen auf, müssen diese separat untersucht werden. Weitere Belastungen können bei GLT-Routenzügen beispielsweise durch Lärm und Vibrationen auftreten. Zum anderen sind die Ergebnisse nur für Prozesse gültig, welche sich mit 89

102 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung dem dargestellten Referenzprozess und Wertebereich der Eingangsparameter (Anhang D) beschreiben lassen Fallbeispiel zur betrieblichen Anwendung Zur Veranschaulichung der industriellen Anwendbarkeit des Parametermodells wird im Folgenden eine kurze Fallstudie vorgestellt 25. Untersuchungsgegenstand bildet die Versorgung eines Montagebandabschnittes mit Großladungsträgern durch drei Routenzüge. Die Modell-Eingangsparameter wurden vor Ort aufgenommen. Die Analyse der zeitlichen Auslastung und körperlichen Belastung zeigte in der Ausgangssituation deutliches Verbesserungspotenzial. Die wesentlichen Kennzahlen hierzu sind in Tabelle 4-5 dargestellt. Tabelle 4-5: Anwendungsbeispiel Parametermodell; Kennzahlen der Ausgangssituation Routenzugnummer Zeitliche Auslastung Ergonomische Belastung * 1 102,6 % 22,2 Ja 2 87,9 % 30,8 Nein 3 62,7 % 28,7 Nein * Risikoeinstufung nach Multiple-Lasten-Tool 0 bis < 25: Geringe Belastung 25 bis < 50: Wesentlich erhöhte Belastung > 50: Hohe Belastung Schiebehilfe Für Routenzug 1 wird eine elektrische Schiebehilfe verwendet, um die Großladungsträger vom Routenzug zum Anlieferort zu schieben. Eine Schiebehilfe reduziert die körperliche Belastung, führt allerdings zu einem zeitlichen Mehraufwand. Abbildung 4-11 zeigt ein industrielles Anwendungsbeispiel einer elektrischen Schiebehilfe. Abbildung 4-11: Elektrische Schiebehilfe [Sei-2016] 25 Zur Die Fallstudie wurde in [Sei-2016] und [fml-2016] veröffentlicht. Für eine ausführliche Darstellung der betrieblichen Rahmenbedingungen wird hierauf verwiesen. 90

103 4.2 Umsetzung von Konzeptelement 1 am Beispiel eines industriellen GLT-Routenzugprozesses Für Routenzug 2 und 3 wird keine Schiebehilfe eingesetzt. Die körperliche Belastung liegt für Routenzug 2 und 3 über der kritischen Belastungssituation von 25 Punkten. Die zeitliche Auslastung von Routenzug 1 beträgt 102,6 %. Demzufolge kann der Arbeitsprozess nicht in der vorgesehenen Zeit ausgeführt werden. Die zeitliche Auslastung von Routenzug 2 beträgt 87,9 %. Dies stellt einen akzeptablen Wert dar, da für ungeplante Ereignisse (Fehler, Stau, etc.) ein gewisser Puffer vorgehalten werden sollte. Die Auslastung von Routenzug 3 liegt bei 62,7 %. Dies stellt eine zu geringe Auslastung dar. Aus dieser Untersuchung konnten einige einfache Optimierungsmaßnahmen abgeleitet werden. Zum einen wurden die Umfänge zwischen den Routen neu verteilt, um die Anzahl ausgelieferter Behälter pro Schicht gleichmäßig zu verteilen. Hierdurch konnte eine Nivellierung der zeitlichen Auslastung erreicht werden. Diese liegt für alle Routenzüge in einem günstigen Bereich zwischen 87 % und 92 %. Zum anderen wird eine elektrische Schiebehilfe für alle drei Routenzüge eingesetzt, aber nur für Transporteinheiten mit mehr als 350 Kilogramm Gewicht. Dies hat sich als guter Kompromiss zwischen hoher Zeiteffizienz und geringer körperlicher Belastung erwiesen. Die ergonomische Belastung konnte so für alle drei Routenzüge auf ein akzeptables Niveau von ca. 25 Punkten gesenkt werden. Tabelle 4-6 zeigt die wesentlichen Kennzahlen nach der Optimierung. Tabelle 4-6: Anwendungsbeispiel Parametermodell; Kennzahlen nach Optimierung Routenzugnummer Zeitliche Auslastung Ergonomische Belastung * Schiebehilfe 1 91,6 26,6 Teilweise 2 89,6 24,8 Teilweise 3 86,7 22,6 Teilweise * Risikoeinstufung nach LMM 0 bis < 25: Geringe Belastung 25 bis < 50: Wesentlich erhöhte Belastung > 50: Hohe Belastung 91

104 4 Konzeptelement 1: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Lasthandhabung 4.3 Zusammenfassung Im vorliegenden Kapitel wurde untersucht: - Welche wiederkehrenden Tätigkeitsfolgen sich in der Produktionslogistik definieren lassen und auf welcher Aggregationsebene Parametermodelle zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung aufgebaut werden können. - Wie die Einflussgrößen von Parametermodellen zur integrierten Bewertung von Zeit und Belastung bestimmt werden können. Basierend auf den in der Feldstudie untersuchten Arbeitsplätzen in der Produktionslogistik (Kapitel 3.1) wurden folgende sechs Tätigkeiten identifiziert, welche wiederkehrende Tätigkeitsfolgen umfassen und sich zur zeitlichen und belastungsseitigen Beschreibung mit einem Parametermodell eignen: - GLT-Routenzug - KLT-Routenzug - MzW-Kommissionierung - WzM-Kommissionierung - Manuelles Umsetzen - Manuelles Ziehen und Schieben Für diese Tätigkeiten wurden Referenzprozesse definiert, auf deren Basis Parametermodelle zur integrierten zeitlichen und ergonomischen Bewertung umgesetzt werden können. Die in den Referenzprozessen definierten Tätigkeitsfolgen sind allerdings nicht generalisierbar, da Prozessabläufe und eingesetzte technische Hilfsmittel sich zwischen Unternehmen und Standorten unterscheiden. Zur betrieblichen Umsetzung von Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten ist daher die Definition unternehmensspezifischer Referenzprozesse und abgeleiteter Parametermodelle erforderlich. Hierzu wurde in Kapitel die Vorgehensweise dargelegt und beispielhaft für einen GLT-Routenzugprozess in Kapitel 4.2 umgesetzt. Zur Auswahl der Einflussgrößen (Eingangsparameter und Konstanten) wurde ein Vorgehen zur quantitativen Untersuchung entwickelt. Dies umfasst eine Untersuchung des Einflusses der Eingangs- auf die Ausgangsgrößen. Hierdurch können Eingangsgrößen mit geringem Einfluss auf die Ergebnisgrößen als Parameter fixiert und die Modelleffizienz somit erhöht werden. Aufgrund der Anforderung, ein erprobtes und wissenschaftlich anerkanntes Belastungsmodell zu verwenden, wird aus- 92

105 4.3 Zusammenfassung schließlich das Zeitmodell untersucht und vereinfacht. Aufgrund der nicht-linearen und nicht-additiven Charakteristik des Zeitmodells ist eine lokale Sensitivitätsanalyse allerdings nicht aussagekräftig. Als Methode wird daher die multiple lineare Regressionsanalyse vorgeschlagen. Basierend auf einer Auswertung des Originalmodells an Zufallspunkten wird ein lineares Ersatzmodell erstellt. Die Regressionskoeffizienten des linearen Ersatzmodells können als Maß für die Sensitivität verwendet werden. Dieses Vorgehen wurde für das GLT-Routenzug-Zeitmodell angewendet. Bei einer Erhöhung der Modellunsicherheit um 2,9% konnte die Anzahl Eingangsparameter um 20% reduziert werden. Dies stellt eine wesentliche Erhöhung der Modelleffizienz dar und ermöglicht eine zeiteffiziente Anwendbarkeit. 93

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107 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Vorliegendes Kapitel beschreibt die Entwicklung und Erprobung von Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Dieses umfasst eine Erweiterung um die Körperhaltung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung. Die Konzeptentwicklung ist Gegenstand von Kapitel 5.1. In Kapitel 5.2 wird das Konzept anhand dreier Fallbeispiele erprobt. Wesentliche Ergebnisse dieses Kapitels wurden in [Kel-2015a] und [Kel-2015b] veröffentlicht. 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Im folgenden Abschnitt ist die Entwicklung von Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten beschrieben. Zielsetzung von Konzeptelement 2 ist die Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung. Als Basis für den Modellaufbau (5.1.3) werden zunächst die Anforderungen (5.1.1) und die Anwendungsdomäne (5.1.2) definiert. Abschließend werden abschließend qualitative (5.1.4) und quantitative (5.1.5) Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen herausgearbeitet Anforderungen Zur Erreichung der Zielsetzung wird die zeitliche Abfolge von Tätigkeiten untersucht. Im Rahmen grundlegender Untersuchungen soll geklärt werden, inwieweit sich Systeme vorbestimmter Zeiten zur Identifikation von einseitigen Belastungssituationen in der Produktionslogistik eignen. Um seine Möglichkeiten und Grenzen zu erforschen, soll Konzeptelement 2 zur experimentellen Untersuchung industrieller Anwendungsfälle aus der Produktionslogistik eingesetzt werden. Da es sich um grundlegende Untersuchungen handelt, steht die unmittelbare betriebliche Umsetzung nicht im Fokus der Entwicklung. Das Konzept soll im Rahmen des Forschungsprojektes prototypenhaft umgesetzt werden und betriebsübergreifend übertragbar und anwendbar sein. Aus diesem Grund soll die Umsetzung mit frei verfügbaren Methoden und ohne spezielles Messequipment erfolgen. 95

108 Regal Bandförderer Regal Regal Regal 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Untersucht werden soll die zeitliche Abfolge der Tätigkeitsausführung. Aus diesem Grund muss das Zeitmodell die reale Abfolge ohne Vereinfachungen korrekt wiedergeben. Dies ist aufgrund der Zusammenfassung von Tätigkeiten in höher aggregierten MTM-Systemen teilweise nicht gegeben. Zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen ist die Betrachtung der Ganzkörperhaltung über den zeitlichen Verlauf erforderlich. Auf diese Weise kann festgestellt werden, inwiefern sich Haltungen abwechseln oder wiederholen. Dies wird nachfolgend am Beispiel der Mann-zu-Ware Kommissionierung veranschaulicht. Abbildung 5-1 zeigt zwei Kommissioniersysteme: links ein Gang-Layout und rechts ein U- Layout. Gang-Layout U-Layout Wagen Abbildung 5-1: Gang-Layout und U-Layout in der MzW-Kommissionierung Das Belastungsprofil ist durch Lasthandhabung, Gehen und Stehen, sowie ungünstige Körperhaltungen wie Bücken, Strecken und Drehen gekennzeichnet. Sowohl im Gang-Layout als auch im U-Layout steht und geht der Mitarbeiter und hat einen Wechsel zwischen Bücken und Strecken. Im Gang-Layout dreht sich der Mitarbeiter zur Bauteileentnahme nach links und rechts. Im U-Layout dagegen dreht sich der Mitarbeiter zur Bauteileentnahme immer nach links, woraus eine einseitige Belastungssituation entsteht. 96

109 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Vorgestelltes Beispiel zeigt eine typische einseitige Belastungssituation in der Produktionslogistik. Einseitige Belastungen resultieren hier aus der Verteilung und Abfolge von Bücken und Strecken sowie Links- und Rechtsdrehungen. Einen weiteren wichtigen Aspekt stellt die zeitliche Verteilung und Abfolge der Haltungen Stehen, Gehen und Sitzen dar. Belastungen durch Finger-, Hand- und Armbewegungen mit hohen Wiederholungsfrequenzen wurden in der Feldstudie zur Untersuchung körperlicher Belastungen (Kapitel 3.1) dagegen nicht festgestellt. Hieraus leitet sich als Anforderung an den Detaillierungsgrad des Belastungsmodells ab, dass folgende Unterschiede aufgelöst werden können: - Stehen, Gehen und Sitzen - Bücken und Strecken - Drehung links und rechts Eine detaillierte Betrachtung des Finger-Hand-Armsystems ist im Belastungsmodell nicht erforderlich. Die Anforderungen sind nachfolgend tabellarisch zusammengefasst (Tabelle 5-1). Tabelle 5-1: Anforderungen Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Bereich Beschreibung der Anforderung Priorität Zeitmodell Belastungsmodell Belastungsmodell Anwendung System vorbestimmter Zeiten gibt reale zeitlichen Tätigkeitsabfolge ohne Vereinfachungen wieder Belastungsmodell berücksichtigt Ganzkörperhaltung im zeitlichen Verlauf Detaillierungsgrad zur Beschreibung von manuellen Tätigkeiten in der Produktionslogistik geeignet Prototypenhafte Umsetzung mit frei verfügbaren Methoden und ohne spezielles Messequipment möglich Muss Muss Muss Muss Anwendungsdomäne Im folgenden Abschnitt wird eine geeignete Anwendungsdomäne und -ebene für Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten festgelegt. Manuelle Tätigkeiten in der Produktionslogistik stellen die Anwendungsdomäne dar. 97

110 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Im Rahmen der Feldstudie wurden vier Ebenen definiert (siehe Abbildung 4-1): - Tätigkeitsgruppe (z. B. Handhabungstätigkeit) - Tätigkeitsuntergruppe (z. B. Kommissionierung) - Tätigkeit (z. B. Mann-zu-Ware Kommissionierung) - Bewegung (z. B. Gehen, Bücken, Hinlangen) Einseitige und wechselnde Belastung kann zudem auf Ebene einzelner Muskeln und Gelenke betrachtet werden. Diese wird als fünfte Ebene in die Betrachtung miteinbezogen. In Tabelle 5-2 sind Beispiele und methodische Ansätze zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung auf den verschiedenen Ebenen zusammenfassend dargestellt. Tabelle 5-2: Aggregationsebene für Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Ebene Bezeichnung Beispiel Methodische Ansätze 1 Tätigkeitsgruppe Fahrtätigkeit Fahr- und Handhabungstätigkeit Handhabungstätigkeit 98 2 Tätigkeitsuntergruppe Stapler Routenzug Kommissionierung Behälterhandhabung 3 Tätigkeit Gegengewichtsstapler Schubmaststapler Hochregalstapler GLT-Routenzug KLT-Routenzug MzW-Kommissionierung WzM-Kommissionierung Manuelles Umsetzen Manuelles Ziehen und Schieben 4 Bewegungen Gehen Stehen Bücken Hinlangen 5 Muskeln und Gelenke Elektromyografie (EMG) Gelenkwinkelstellung und -geschwindigkeit Gelenkmoment Jobrotation, Jobenlargement, Jobenrichment [Die-2009; Car- 2010; Koc-2015] Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten Exposure Variance Analysis [Mat-1991] Exposure Variance [Mat- 2006; Bar-2014]

111 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Auf Ebene der Arbeitsplätze und Tätigkeiten (Ebene 1 bis 3) werden Tätigkeiten, belastete Körperregionen und Belastungsarten betrachtet. Zur Vermeidung einseitiger Belastungen werden auf diesen Ebenen Jobrotation, Jobenlargement und Jobenrichment eingesetzt. Jobrotation bezeichnet den systematischen Wechsel zwischen verschiedenen Arbeitsplätzen und kann eingesetzt werden, um einen Belastungswechsel zu erreichen. Jobrotation ist in der industriellen Praxis weit verbreitet und methodisch in der wissenschaftlichen Literatur aufgearbeitet (u. a. [Die-2009; Car- 2010]. Von Koch et al. [Koc-2015] wurde eine Planungsmethode zur belastungsoptimierten Erstellung von Rotationsplänen in der Logistik entwickelt. Jobenlargement bezeichnet die Kombination verschiedener Tätigkeiten der gleichen Qualifikationsstufe an einem Arbeitsplatz. Ein Beispiel ist die in Kapitel vorgestellte Erweiterung einer Kommissionierung um Vormontageumfänge. Der Mitarbeiter erhält hierdurch einen körperlich abwechslungsreicheren und insgesamt vielseitigeren Arbeitsplatz. Die Kombination verschiedener Tätigkeiten unterschiedlicher Qualifikationsstufen wird als Jobenrichment bezeichnet. Ein Beispiel ist die Erweiterung operativer Logistiktätigkeiten um administrative Aufgaben. Auf Ebene eins bis drei kann Abwechslung demzufolge durch eine Kombination verschiedener Tätigkeiten erreicht werden, welche unterschiedliche Körperregionen belasten. Auf der vierten Ebene werden Bewegungen an einzelnen Arbeitsplätzen betrachtet. Dies ist die Anwendungsebene von Konzeptelement 2. Hierbei wird die Abwechslung hinsichtlich der eingenommenen Haltungen an einem einzelnen Arbeitsplatz betrachtet. Beispiele sind Körperdrehung, Bücken und Stecken oder Sitzen, Stehen und Gehen. Auf der fünften Ebene werden einzelne Muskeln und Gelenke betrachtet. Auf dieser Ebene können für einzelne Muskeln oder Gelenke einseitige Belastungssituationen festgestellt werden. Die in Kapitel vorgestellten Ansätze von Mathiassen und Winkel [Mat-1991], Mathiassen [Mat-2006] und Barbieri et al. [Bar-2014] bewegen sich auf dieser Ebene. Die Ganzkörperhaltung wird auf dieser Ebene allerdings nicht berücksichtigt. Für Konzeptelement 2 ist diese Anwendungsebene daher nicht geeignet Modellaufbau Im Folgenden erfolgt der Modellaufbau von Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten. Analog zu Konzeptelement 1 umfasst dies die Auswahl eines geeigneten Zeit- und Belastungsmodells und den anschließenden Aufbau eines integrierten Gesamtmodells. 99

112 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Zeitmodell In Kapitel 2.2 wurde bereits das MTM-System als Grundsystem festgelegt. Als Anforderung wurde für das Zeitmodell definiert, dass die reale Abfolge ohne Vereinfachungen wiedergeben werden muss. Diese Anforderung wird von den höher aggregierten MTM-Systemen nicht erfüllt (z. B. MTM-UAS). Die Bausteinaggregation fasst miteinander in Verbindung stehende Bewegungen zusammen, auch wenn diese nicht unmittelbar aufeinander folgen. Als Beispiel wird eine Artikelentnahme in einer Mann-zu-Ware Kommissionierung betrachtet. Die Tätigkeit umfasst folgende Schritte: Der Kommissionierer geht zum Entnahmefach, bückt sich, entnimmt einen Artikel, richtet sich auf, geht zum Kommissionierwagen und legt den Artikel dort ab. In Abbildung 5-2 ist diese Tätigkeitsfolge in den Bausteinsystemen MTM-1, MTM-2 und MTM-UAS dargestellt. Die Vorgangsfolge wird im MTM-1-System in der realen Abfolge dargestellt. Im MTM- 2-System wird beispielsweise Hinlangen und Loslassen zu Aufnehmen zusammengefasst. Hierdurch wird die Reihenfolge verfälscht. Tätigkeiten, welche zwischen Hinlangen und Loslassen ausgeführt werden, werden nach hinten verschoben. Im MTM-UAS-System werden darüber hinaus die Vorgänge Aufnehmen und Platzieren zusammengefasst. Der Vorgang Gehen, welcher dazwischen stattfindet, verschiebt sich hierdurch nach hinten und die reale Abfolge wird noch weiter abgeändert. MTM-1 MTM-2 MTM-UAS Gehen Bücken Hinlangen Greifen Aufrichten Gehen Bringen Loslassen Gehen Bücken u. Aufrichten Aufnehmen Gehen Platzieren Gehen Bücken u. Aufrichten Aufnehmen u. Platzieren Gehen Abbildung 5-2: Artikelentnahme in Mann-zu-Ware Kommissioniersystem, dargestellt in MTM-1, MTM-2 und MTM-UAS; 100

113 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Die Systeme MTM-SAM sowie MTM-SVL sind nach der gleichen Logik aufgebaut und weichen ebenfalls von der realen Abfolge ab. Aus diesem Grund wird das MTM- 1-System für Konzeptelement 2 verwendet. Auswahl Belastungsmodell Im Folgenden erfolgt die Auswahl und Beschreibung des Belastungsmodells. Für das Belastungsmodell wurden zwei Anforderungen definiert. Erstens muss das Belastungsmodell die Ganzkörperhaltung im zeitlichen Verlauf erfassen. Zweitens muss der Detaillierungsgrad zur Beschreibung von manuellen Tätigkeiten in der Produktionslogistik geeignet sein. Hierfür muss das Belastungsmodell Unterschiede in der Ganzkörperhaltung wie Gehen und Stehen, Bücken und Strecken oder Drehen nach links und rechts auflösen können. Eine detaillierte Erfassung der Finger und Hände ist dagegen nicht erforderlich. In Kapitel wurden Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung vorgestellt. Aus Tabelle 3-4 geht hervor, dass folgende Verfahren erzwungene Körperhaltungen berücksichtigen: - RULA - OWAS - EAWS Das RULA-Verfahren betrachtet die Körperregionen Hand-Arm, Oberkörper, Hals und Beine. Das Verfahren eignet sich speziell für die Analyse von Montagetätigkeiten. Schwerpunkt des Verfahrens ist der Hand-Arm-Bereich. Daher ist es als Belastungsmodell für Konzeptelement 2 nicht geeignet. Die OWAS-Methode berücksichtigt die Haltung des Rückens, der Arme, der Beine und den erforderliche Kraftaufwand. Für jede Kategorie gibt es eine Auswahl möglicher Haltungen, welche mit einer Ziffer codiert werden. Auf diese Weise kann das Verfahren sehr gut eingesetzt werden, um die Körperhaltung über die Zeit zu erfassen. Das Verfahren wurde im Umfeld der Stahlindustrie entwickelt. Das Belastungsprofil ist gekennzeichnet durch Lasthandhabung in Verbindung mit ungünstigen Körperhaltungen. Dieses Belastungsprofil tritt auch bei manuellen Tätigkeiten in der Produktionslogistik auf. Die OWAS-Methode ist daher gut zur Belastungsbewertung in der Anwendungsdomäne geeignet. Das EAWS-Verfahren wurde im Umfeld der Automobilindustrie zur Analyse von Montagetätigkeiten entwickelt. Es umfasst die Belastungsarten erzwungene Körperhal- 101

114 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung tungen, Aktionskräfte, manuelle Lasthandhabung und Belastung der oberen Extremitäten aufgrund repetitiver Tätigkeiten. Von diesen Belastungsarten sind für Konzeptelement 2 nur erzwungene Körperhaltungen und Lasthandhabung relevant. Eine Erfassung der Ganzkörperhaltung über die Zeit ermöglicht das Verfahren nicht. Aus diesen Gründen wird für Konzeptelement 2 das OWAS-Verfahren als am geeignetsten identifiziert. Das Verfahren wird nachfolgend detailliert vorgestellt. Vorstellung der OWAS-Methode Die OWAS-Methode wurde bei dem finnischen Stahlhersteller OVAKO entwickelt und von Karhu et al. veröffentlicht [Kar-1977]. Die Methode systematisiert und bewertet Körperhaltungen in Verbindung mit Lasthandhabungen, wobei die Abkürzung für OVAKO Working Posture Analysing System steht. Ziel der Methode ist die Gestaltung gesunder, sicherer und produktiver Arbeitsplätze [Kar-1981]. Zur Sicherstellung der betrieblichen Anwendbarkeit standen bei der Entwicklung folgende Prämissen im Vordergrund [Kar-1977]: - Einfachheit: Die Methode muss von Mitarbeitern ohne Expertenkenntnissen im Bereich Ergonomie angewendet werden können. - Eindeutigkeit: Zur Sicherstellung eindeutiger Ergebnisse wird eine starke Vereinfachung akzeptiert. Die OWAS-Methode wurde von Karhu et al. in zwei Fachaufsätzen veröffentlicht [Kar-1977; Kar-1981]. Seither wurde die Methode von verschiedenen Autoren weiterentwickelt und angepasst. Die im Folgenden verwendete Version ist unter anderem von Gudehus 26 beschreiben worden [Gud-2009, S.25-35]. Seine Ausführungen stellen die Grundlage für die folgende Beschreibung der OWAS-Methode dar. Die Methode besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil umfasst die Erfassung und Klassifizierung von Körperhaltungen. Er kann nach kurzer Anlernzeit von Produktionsingenieuren eingesetzt werden und liefert reproduzierbare Ergebnisse. Zur Erarbeitung wurden ca. 700 Arbeitshaltungen fotografiert und systematisiert [Sto-1985]. Der zweite Teil umfasst Handlungsempfehlungen zur Arbeitsplatzgestaltung. Hierzu wurden mit erfahrenen Arbeitern und Ergonomieexperten Bewertungskriterien ausgearbeitet [Kar-1977]. 26 Primärquelle: Louhevaara V & Suurnäkki T. OWAS : a method for the evaluation of postural load during work. Training publication no 11 Helsinki Institute of Occupational Health and Centre for Occupational Safety

115 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Teil 1: Beobachtung der Körperhaltung Die Erfassung der Körperhaltung wird fortlaufend in einem festen Intervall durch einen Beobachter durchgeführt. Für die Haltung des Rückens, der Arme und der Beine sowie des zu handhabenden Lastgewichts gibt es vorgegebene Kategorien. Diese werden jeweils mit einer Ziffer codiert. Hieraus ergibt sich ein vierstelliger Code (siehe Abbildung 5-3). Rücken Beine Arme Last X X X X Abbildung 5-3: Aufbau der OWAS-Codierung Für den Rücken werden die vier Haltungen gerade, gebeugt, gedreht sowie gedreht und gebeugt unterschieden (siehe Tabelle 5-3). Tabelle 5-3: Codierung der Rücken-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud-2009, S.27] Codierung Piktogramm Beschreibung der Körperhaltung 1 Rücken gerade 2 Rücken gebeugt (nach vorne oder hinten) 3 4 Rücken verdreht oder zur Seite gebeugt (nach links oder rechts) Rücken gebeugt und gedreht oder nach vorn und zur Seite gebeugt Für die Beine werden die Haltungen Sitzen, Stehen, Stehen auf einem Bein, beide Beine gebeugt, ein Bein gebeugt, Knien sowie Gehen unterschieden (siehe Tabelle 5-4). In den beiden Erstveröffentlichungen verwenden Karhu et al. [Kar-1977; Kar- 1981] die Ziffer 1 für stehen und die Ziffer 7 für sitzen. Mittlerweile hat sich jedoch die abweichende Zuordnung nach Tabelle 5-4 etabliert [Gud-2009, S. 26]. Diese wird auch in der vorliegenden Arbeit verwendet. 103

116 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Tabelle 5-4: Codierung der Bein-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud-2009, S.28] Codierung Piktogramm Beschreibung der Körperhaltung 1 Sitzen 2 Stehen, beide Beine gestreckt 3 Stehen auf einem Bein 4 Stehen oder kauern, beide Beine gebeugt 5 Stehen oder kauern, ein Bein gebeugt 6 Knien, auf einem oder beiden Knien 7 Gehen oder Fortbewegen Für die Arme werden folgende drei Haltungen unterschieden (siehe Tabelle 5-5): Beide Arme unterhalb Schulterhöhe, ein Arm mindestens auf Schulterhöhe und beide Arme mindestens auf Schulterhöhe. Tabelle 5-5: Codierung der Arm-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud-2009, S.27] Codierung Piktogramm Beschreibung der Körperhaltung 1 Beide Arme unterhalb Schulterhöhe 2 Ein Arm mindestens auf Schulterhöhe oder darüber 3 Beide Arme mindestens auf Schulterhöhe oder darüber 104

117 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Die hier gezeigten Codierungen ergeben 84 (4*7*3) Haltungskombinationen, die sogenannten Grundhaltungen. Spätere Erweiterungen der OWAS-Methode umfassen zusätzlich die Kopfhaltung [Sto-1985]. Tabelle 5-6 zeigt die Codierung für das zu handhabende Lastgewicht. In der OWAS- Methode wird als Einheit Kilogramm verwendet, wobei eigentlich die wirkende Gewichtskraft gemeint ist. Da dies insbesondere beim Ziehen und Schieben von Lasten relevant ist, wurde Tabelle 5-6 zusätzlich um den entsprechenden Wert in Newton ergänzt. Tabelle 5-6: Codierung der Lasten nach der OWAS-Methode [Gud-2009, S. 29] Codierung Last bzw. Gewicht 1 Weniger als 10 kg (entspricht ca. 100 N) 2 Zwischen 10 und 20 kg (ca N) 3 Mehr als 20 kg (ca. 200 N) Die Durchführung der OWAS-Analyse erfolgt durch einen Beobachter. Sie kann grundsätzlich vor Ort durchgeführt werden und auf Papier festgehalten werden. In der Praxis ist allerdings die Verwendung von Videoaufnahmen empfehlenswert [Gud- 2009, S.26]. Die Haltung wird fortlaufend in festen Intervallen erfasst. Es wird eine Intervalllänge von 30 bis 60 Sekunden vorgeschlagen. Aufgrund der diskontinuierlichen Erfassung ergibt sich ein Fehler. Dieser wird umso kleiner, je kürzer die Intervalle sind und je länger der Beobachtungszeitraum ist. Bei der Wahl der Intervalllänge muss der spezifische Anwendungsfall betrachtet werden. Zur Analyse kurzzyklischer Bewegungen muss das Intervall so klein gewählt werden, dass keine Haltung übersehen wird. Neben dem Fehler aufgrund der Intervalllänge stellt die Reliabilität des Verfahrens ein wichtiges Gütekriterium dar. Karhu et al. betrachten in ihrer Arbeit die Reliabilität des Verfahrens in Bezug auf unterschiedliche Beobachter, unterschiedliche Arbeiter sowie unterschiedliche Schichten [Kar-1977]. Hierzu wurden Einzelhaltungen von 52 Tätigkeiten analysiert. Tabelle 5-7 zeigt das Resultat. Festgestellt wurde eine hohe Übereinstimmung von 93 Prozent zwischen zwei Beobachtern und 86 Prozent zwischen Früh- und Spätschicht. Für verschiedene Arbeiter wurde mit 69 Prozent eine niedrigere Übereinstimmung festgestellt. Hieraus lässt sich ableiten, dass sich die Tätigkeitsausführungen und eingenommenen Haltungen zwischen verschiedenen Mitarbeitern wesentlich unterscheiden können. 105

118 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Tabelle 5-7: Reliabilität der OWAS-Methode [Kar-1977] Betrachtungsgegenstand Median in % Wertebereich in % Arbeiter A und B Beobachter 1 und Früh- und Spätschicht Teil 2: Bewertung der Körperhaltung Der zweite Teil der OWAS-Methode umfasst die Bewertung der Körperhaltungen und die Ableitung von Handlungsempfehlungen. Hierzu wurden die Körperhaltungen von erfahrenen Arbeitern und Ergonomieexperten anhand einer Skala bewertet [Kar- 1977]. Die Skala umfasst vier Risikoklassen, welche als Aktionskategorien bezeichnet werden (siehe Tabelle 5-8). Tabelle 5-8: Aktionskategorien der OWAS-Methode [Sto-1985] Aktionskategorie Bedeutung Die Körperhaltung ist normal. Maßnahmen zur Arbeitsplatzgestaltung sind nicht notwendig. Die Körperhaltung ist belastend. Maßnahmen die zu einer besseren Arbeitshaltung führen, sind in der nächsten Zeit vorzunehmen. Die Körperhaltung ist deutlich belastend. Maßnahmen, die zu einer besseren Arbeitshaltung führen, müssen so schnell wie möglich vorgenommen werden. Die Körperhaltung ist deutlich schwer belastend. Maßnahmen, die zu einer besseren Arbeitshaltung führen, müssen unmittelbar getroffen werden. Die OWAS-Methode bewertet sowohl die zeitlichen Anteile der einzelnen Körperhaltungen als auch Haltungskombinationen. Eine einzelne Körperhaltung bezieht sich auf die unabhängig vom Rest des Körpers beobachtete Haltung des Rückens, der Arme oder der Beine. Eine Haltungskombination umfasst dagegen die Kombination der Rücken-, Arm- und Beinhaltung sowie des Lastgewichtes. 106

119 Arme Körperhaltungen Beine Rücken 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Abbildung 5-4 zeigt die Zuordnung einzelner Körperhaltungen zu den Aktionskategorien. Berücksichtigt wird der Zeitanteil, über welchen eine einzelne Körperhaltung eingenommen wird Zeitanteil in Prozent Aktionskategorie 1 Aktionskategorie 2 Aktionskategorie 3 Aktionskategorie 3 Körperhaltungen Rücken 1) Gerade 2) Gebeugt 3) Gedreht 4) gedreht und gebeugt Beine 1) Sitzen 2) Stehen 3) Stehen auf einem Bein 4) Beide Beine gebeugt 5) Ein Bein gebeugt 6) Knien 7) Gehen Arme 1) Beide Arme unterhalb Schulterhöhe 2) Ein Arm mindestens auf Schulterhöhe 3) Beide Arme mindestens auf Schulterhöhe Abbildung 5-4: Zuordnung der Einzelhaltungen des Rückens, der Arme und der Beine zu den Aktionskategorien [Gud-2009, S.31-33] 107

120 Rücken Arme 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Abbildung 5-5 zeigt die Zuordnung der Haltungskombinationen zu den den Aktionskategorien. Der Zeitanteil der Haltungskombination wird dabei nicht berücksichtigt Beine Gewicht Abbildung 5-5: Aktionskategorie 1 Aktionskategorie 2 Aktionskategorie 3 Aktionskategorie 3 Zuordnung von Haltungskombinationen zu Aktionskategorien [Gud-2009, S.34] Integration Gesamtmodell Mit den ausgewählten Zeit- und Belastungsmodellen kann das Gesamtmodell zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufes aufgebaut werden. Konzeptelement 2 kann auf der Basis eines Tabellenkalkulationsprogrammes umgesetzt werden. Die Tätigkeiten und Körperhaltungen werden zeilenweise codiert. Hierzu wird zu jedem MTM-1-Code die OWAS-Körperhaltung erfasst. Tabelle 5-9 zeigt die Umsetzung für das Beispiel einer Bauteilentnahme in gebeugter Haltung aus einem Behälter. Tabelle 5-9: Integration Belastungsmodell in Konzeptelement 2 MTM-Code OWAS-Code Zeit Linker Arm Zeit Rechter Arm Bezeichnung Anzahl Code [TMU] Code Anzahl Bezeichnung Rücken Beine Arme [s] 75 W-P 5 Gehen ,7 29 S Bücken ,7 7,1 mr20b Hinlangen ,0 2 G1A Greifen ,1 31,9 AB Aufrichten ,2 108

121 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Grundsätzlich sind folgende Einsatzszenarien vorgesehen: Für in Planung befindliche Arbeitsplätze erfolgt zunächst die Definition der Tätigkeitsfolge mithilfe des MTM- 1-Systems. Hieraus können die Zeiten abgeleitet und eine angenommene Körperhaltung codiert werden. Für bestehende Arbeitsplätze ist es zweckmäßig, den Ablauf zunächst auf Video aufzunehmen und im Folgenden die realen Zeiten und Körperhaltungen entsprechend des Videomaterials zu verwenden. Das Lastgewicht wird in Konzeptelement 2 nicht betrachtet. Zum einen ist die Untersuchung des Lastgewichtes Teil von Konzeptelement 1. Zum anderen ist die Einteilung in Kilogramm, Kilogramm, - mehr als 20 Kilogramm für die Anwendungsdomäne nicht geeignet. Eine geeignete Einteilung müsste im Bereich 0 bis 20 Kilogramm deutlicher stärker differenzieren. Für die Codierung der Körperhaltung werden Einstufungskriterien benötigt. Hinweise hierzu finden sich in der Literatur u. a. in [Gud-2009, S.47-52] und [Ell-1998, S. 47]. Die in der vorliegenden Arbeit verwendeten Kriterien wurden im Rahmen einer durch den Autor betreuten Studienarbeit ausgearbeitet und sind in Tabelle 5-10 zusammengefasst [fml-2014a]. 109

122 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Tabelle 5-10: Einstufungskriterien für OWAS-Codierung [fml-2014a] Körperregion Code Bezeichnung Kriterium/Grenzwert Rücken 1 Gerade Es liegt keine Drehung oder Beugung vor. 2 Gebeugt Rücken nach vorne oder hinten gebeugt, mindestens Gedreht oder zur Seite Rücken verdreht oder zur Seite gebeugt, mindestens 15. gebeugt 4 Gebeugt und gedreht Kombination aus Beine 1 Sitzen Person sitzt auf einem Stuhl o.ä. 2 Stehen Stehen mit beiden Beinen durchgestreckt. 3 Stehen auf einem Bein Die Last wird eindeutig nur von einem Bein getragen, der Fuß des lastfreien Beins darf den Boden berühren, aber nicht vollständig aufgesetzt sein. 4 Stehen oder Kauern, Person geht in die Hocke, beide Knie gebeugt. beide Knie gebeugt 5 Stehen oder Kauern, Person geht in die Hocke, ein Knie gebeugt. ein Knie gebeugt 6 Knien Ein oder beide Knie berühren den Boden. 7 Gehen Mindestens drei Schritte mit dem klaren Zweck, den Standpunkt wesentlich zu verändern. Arme 1 Beide Arme unter Schulterhöhterhöhe. Beide Arme befinden sich komplett unterhalb der Schul- 2 Ein Arm mindestens auf Ein beliebiger Teil eines Armes befindet sich mindestens Schulterhöhe auf Schulterhöhe oder darüber. 3 Beide Arme mindestens Wie 2, nur für beide Arme. auf Schulterhöhe 110

123 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Qualitative Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen Das folgende Teilkapitel enthält grundsätzliche Überlegungen zu einseitiger und wechselnder Belastung und hieraus abgeleitete qualitative Merkmale, anhand derer einseitige Belastungssituationen identifiziert werden können. Charakterisierung einseitiger und wechselnder Belastung Abwechslung wird von Mathiassen [Mat-2006] als Veränderung in der Beanspruchung über die Zeit ( change in exposure over time ) definiert. Belastung wurde in Kapitel definiert als die aus Arbeitsaufgabe und Umgebung auf den Mensch einwirkenden Einflüsse. Die Belastung kann durch die Belastungsart und die Belastungsdauer charakterisiert werden. In Konzeptelement 2 wird als Belastungsart die Körperhaltung betrachtet. Hinsichtlich der Körperhaltung charakterisieren folgende Merkmale eine abwechslungsreiche Tätigkeit: - Die Tätigkeit umfasst verschiedene Haltungen. - Zwischen den Haltungen wird häufig gewechselt, so dass keine statische Haltearbeit auftritt. - Keine kurzzyklische Repetition von Bewegungsabläufen. - Lager Wiederholzyklus (möglichst lange Zeitdauer bis Tätigkeit wiederholt wird). Auf Basis dieser Charakterisierung werden im Folgenden qualitative Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen vorgestellt. Zykluszeit Nach Silvenstein stellt die Dauer eines Arbeitszyklus einen wesentlichen Risikofaktor für das Auftreten arbeitsbezogener Muskel-Skelett-Erkrankungen der oberen Extremitäten dar [Sil-1986]. Als hochrepetitiv werden hierbei Tätigkeiten definiert, deren Zykluszeit kürzer als 30 Sekunden ist oder wenn in einem Arbeitszyklus mit längerer Dauer mindestens die Hälfte der Zeit der gleiche grundlegende Bewegungsablauf ausgeführt wird. Zeitanteile der Körperhaltungen Zur Analyse der Körperhaltung hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung können die Zeitanteile der eingenommen Körperhaltungen aufschlussreich sein. Dabei sind insbesondere folgende drei Merkmale relevant: 111

124 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Das erste Merkmal sind hohe Zeitanteile in ungünstigen Körperhaltungen. Hierzu werden die Körperhaltungen entsprechend der OWAS-Methode bewertet. Dabei werden Körperhaltungen in Abhängigkeit des Zeitanteils einer Aktionskategorie zugeordnet 27. Einseitige Belastung zeigt sich in hohen Zeitanteilen in ungünstigen Körperhaltungen. Das zweite Merkmal stellt die Ganzkörperhaltung dar, also die Zeitanteile in den Körperhaltungen Sitzen, Stehen und Gehen. In der OWAS-Codierung wird die Ganzkörperhaltung anhand der Körperregion Beine interpretiert. Am besten sind Tätigkeiten, die abwechselnd im Stehen und Sitzen verrichtet werden [Sch-2005b, S.4]. Die Allgemeine Ortskrankenkasse (AOK) schlägt ein Verhältnis von 50% Sitzen, 25% Gehen und 25% Stehen vor [AOK-2011]. Der Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik und die schweizerische Unfallversicherung SUVA empfehlen ein Verhältnis von 60% Sitzen, 30% Stehen und 10% Gehen [Sch-2005b, S.4; Ber- 2009, S.18]. Andauernde Steharbeit ohne Entlastungsmöglichkeit ist ergonomisch ungünstig und sollte vermieden werden [Ber-2009, S.8]. In Abhängigkeit der Dauer pro Arbeitstag unterscheidet der Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik vier Risikobereiche [Ber-2009, S.14]: < 2,5 Stunden: Geringe Stehbelastung. Keine Überlastung erwartbar. 2,5 4 Stunden: Erhöhte Stehbelastung. Für vermindert belastbare Personen Überlastung möglich. 4 5,5 Stunden: Wesentlich erhöhte Stehbelastung. Für normal belastbare Personen sind gesundheitliche Auswirkungen möglich. > 5,5 Stunden: Hohe Stehbelastung. Für normal belastbare Personen sind gesundheitliche Auswirkungen wahrscheinlich. Wie am Beispiel unterschiedlicher Layoutvarianten in der Mann-zu-Ware Kommissionierung gezeigt wurde, können einseitige Belastungen durch ein einseitiges Arbeiten in eine Richtung entstehen. Das dritte Merkmal ist daher das Vorliegen einer dominanten Arbeitsrichtung. Die OWAS-Methode unterscheidet nicht zwischen einer Drehung nach links und rechts. Daher muss dieses Merkmal qualitativ anhand des Layouts oder einer Prozessbeobachtung beurteilt werden. 27 Siehe Abbildung 5-4, S

125 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Zeitliche Abfolge der Körperhaltungen In Bezug auf die zeitliche Abfolge von Körperhaltungen sind folgende zwei Merkmale relevant. Zum einen Auftreten und zeitliche Verteilung von Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung. Diese sind ein Merkmal abwechslungsreicher Tätigkeiten. Zum anderen stellt die kurzzyklische Repetition von Bewegungsabläufen ein Merkmal einseitiger Belastungssituationen dar. Diese Aspekte können beispielsweise mithilfe einer grafischen Darstellung der zeitlichen Abfolge der Körperhaltungen analysiert werden. Auf einer Zeitachse werden die Haltungsblöcke aneinandergereiht und jede Haltung in einer anderen Farbe dargestellt. Abbildung 5-6 zeigt den Zeitstahl für die Körperregion Beine für drei ausgewählte Arbeitsplatzbeispiele. Arbeitsplatz Beine, Haltung 1 Beine, Haltung 2 Beine, Haltung 3 Beine, Haltung 4 Beine, Haltung 5 Beine, Haltung 6 1 min 2 min 3 min 4 min Beine, Haltung 7 1) Wareneingang; 2) Kleinteile-Kommissionierung; 3) KLT-Routenzug; Abbildung 5-6: Darstellungsbeispiel der zeitlichen Abfolge der Körperhaltungen Mithilfe dieser Darstellung lassen sich die beschriebenen Aspekte interpretieren. So sind Auftreten und zeitliche Verteilung von Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung gut erkennbar. Außerdem können sich wiederholende Abläufe anhand von kurzen Blöcken mit sich wiederholender Haltungsfolge erkannt werden. Variierende Blocklängen mit kurzen und längeren Haltungsblöcken im Wechsel sind dagegen ein Merkmal von unterschiedlichen Tätigkeiten und mehr Abwechslung. Die in Abbildung 5-6 dargestellten Tätigkeitsbeispiele lassen sich folgendermaßen interpretieren: An Arbeitsplatz 1 (Wareneingang) treten regelmäßig längere Erholungsphasen im Sitzen auf. Hier führt der Mitarbeiter Wareneingangsbuchungen im Sitzen durch. Diese Erholungsphasen fehlen an Arbeitsplatz 2 (Kleinteile- Kommissionierung). Die Tätigkeit findet ausschließlich im Stehen und Gehen statt. Der einförmige Tätigkeitsablauf in der Kleinteile-Kommissionierung (Teil entnehmen, Teil ablegen, usw.) lässt sich an den kurzen Blocklängen und sich wiederholenden Haltungsfolgen erkennen. An Arbeitsplatz 3 (KLT-Routenzug) treten während der 113

126 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Fahrt ebenfalls längere Erholungsphasen im Sitzen auf. Die längeren Blöcke Gehen unterstützen die Abwechslung an diesem Arbeitsplatz zusätzlich. Im Zeitstrahl ist dies an den unterschiedlichen Blocklängen erkennbar Quantitative Merkmale zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen Das folgende Teilkapitel beschreibt quantitative Kenngrößen zur Identifikation einseitiger Belastungssituationen. Die Kenngrößen wurden gemeinsam mit dem Leiter des Gesundheitsdienstes und arbeitsmedizinischen Experten der MAN Truck & Bus AG entwickelt 28. Haltungsverteilungskoeffizient Der Haltungsverteilungskoeffizient gibt an, inwiefern unterschiedliche Körperhaltungen eingenommen werden. Damit stellt der Haltungsverteilungskoeffizient einen Ansatz zur quantitativen Beschreibung des qualitativen Merkmals Zeitanteile der Körperhaltungen. Grundlage des Haltungsverteilungskoeffizienten ist die Annahme, dass ein gewisses Maß an Beanspruchung einen positiven Trainingseffekt auf das Muskel-Skelett- System hat und somit zu einer dauerhaften Gesundhaltung beiträgt. In Leitsätze zum Thema Körperhaltung schreibt Sämann hierzu: Es soll ein Haltungswechsel möglich sein, damit die Belastung alternierend von verschiedenen Muskelgruppen aufgenommen werden kann. Keine Haltung ist so vollkommen, dass sie über längere Zeit eingenommen werden kann. [Säm-1970, S.120]. Hieraus wird für den Haltungsverteilungskoeffizienten abgeleitet, dass die Einnahme verschiedener Körperhaltungen ergonomisch günstig ist. Für diesen Grundsatz finden sich für Teilbereiche explizite Empfehlungen. Ein Beispiel sind die vorangehend vorgestellten Empfehlungen zur zeitlichen Verteilung von Sitzen, Stehen und Gehen (siehe Kapitel 5.1.4, S. 113). 28 Siehe Interview in Anhang C [Tav-2014]. 114

127 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Der Haltungsverteilungskoeffizient quantifiziert die Abweichung von einer solchen anzustrebenden Verteilung der Körperhaltung nach folgender Formel: k i HVK i = 1 2 (p n q n )² n=1 (5-1) Mit: HVK i Haltungsverteilungskoeffizient der Körperregion i k i Anzahl Kategorien für Körperregion i p n tatsächlicher Zeitanteil der Haltung n q n Zeitanteil der Haltung n in Sollverteilung Entsprechend der Zielsetzung können unterschiedliche Sollverteilungen der Haltungen angenommen werden. Die im Folgenden verwendete Verteilung stellt keine Empfehlung dar, sondern dient der beispielhaften Anwendung des Haltungsverteilungskoeffizienten. In der praktischen Anwendung wird eine Überprüfung der Sollverteilung empfohlen. Der folgende Ansatz leitet eine Sollverteilung von Zeitanteilen je Haltung und Körperregion deduktiv aus der OWAS-Methode ab. An die Sollverteilung wurden folgende Anforderungen gestellt: - Jede Körperhaltung soll zu einem bestimmten zeitlichen Anteil vorkommen. Die Zeitanteile in ungünstigen Körperhaltungen sollen aber so gering sein, dass immer Aktionskategorie 1 (grün) eingehalten wird. - Der Zeitanteil in einer Körperhaltung soll umso größer sein, desto günstiger die Körperhaltung in der OWAS-Methode bewertet ist. Zur Berechnung wurde die Grenze zwischen Aktionskategorie 1 und 2 aus der O- WAS-Methode normiert und als Zielverteilung verwendet. Dieses Vorgehen ist für die Körperregionen Rücken, Beine und Arme in Tabelle 5-11 dargestellt. 115

128 Arme Beine Rücken 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Tabelle 5-11: Ableitung Sollverteilung für Haltungsverteilungskoeffizient aus der OWAS-Methode [Kel-2015a] Körperhaltung Grenze zwischen Aktionskategorie 1 und 2 nach OWAS Methode Abgeleitete Sollverteilung 1 Gerade 100% 100% / 1,55 = 65% 2 Gebeugt 30% 30% / 1,55 = 19% 3 Gedreht 20% 20% / 1,55 = 13% 4 Gebeugt und gedreht 5% 5% / 1,55 = 3% Normierungsfaktor 155% 1 Sitzen 90% 90% / 3,10 = 2% 2 Stehen 80% 80% / 3,10 = 26% 3 Stehen auf einem Bein 30% 30% / 3,10 = 10% 4 Kauern, beide Knie gebeugt 5% 5% / 3,10 = 2% 5 Kauern, ein Knie gebeugt 5% 5% / 3,10 = 2% 6 Knien 20% 20% / 3,10 = 6% 7 Gehen oder Bewegen 80% 80% / 3,10 = 26% Normierungsfaktor 310% 1 Beide Arme unter Schulterhöhe 100% 100% / 1,50 = 67% 2 Ein Arm auf/über Schulterhöhe 30% 30% / 1,50 = 20% 3 Beide Arme auf/über Schulterhöhe 20% 20% / 1,50 = 13% Normierungsfaktor 150% Haltungswechsel pro Zeiteinheit Die Haltungswechsel pro Zeiteinheit sind ein Maß dafür, wie häufig die Körperhaltung gewechselt wird. Die Haltungswechsel pro Zeiteinheit stellen einen Ansatz dar, das qualitative Merkmal zeitliche Abfolge der Körperhaltungen quantitativ zu beschreiben. Als Kenngröße wird die Wechselrate (WR) definiert: WR = Anzahl Haltungswechsel Dauer des Arbeitsvorgangs [min 1 ] (5-2) Eine hohe Wechselrate bedeutet, dass die untersuchte Tätigkeit viele Haltungswechsel umfasst. Dies impliziert Abwechslung, da verschiedene Haltungen eingenommen werden. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass jeder Haltungswechsel mit Energieaufwand verbunden ist. Der maximale Wert für die Wechselrate ist theoretisch nach oben nicht begrenzt. Der minimale Wert für die Wechselrate liegt bei null. 116

129 5.1 Konzeptentwicklung zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung Dies würde bedeuten, dass für die betrachtete Körperregion kein Haltungswechsel stattfindet. Sowohl eine sehr niedrige als auch eine sehr hohe Wechselrate ist ungünstig, da weder eine statische Haltung noch eine Bewegung mit hoher Wiederholungsfrequenz ergonomisch günstig ist (vgl. Kapitel 2.3.1, Abbildung 2-7). Anzustreben ist daher ein Bereich zwischen den Extremen, welcher im Folgenden charakterisiert wird. In Abhängigkeit der Bewegungsfrequenz werden nach DIN drei Bereiche unterschieden [DIN ]: - Statische Halte- / Haltungsarbeit - Niederfrequent-dynamische Arbeit - Hochfrequent-dynamische / repetitive Arbeit Nach Rohmert behindert statische Halte- oder Haltungsarbeit die Muskeldurchblutung und führt so zu einer schnelleren Ermüdung [Roh-1960]. Im Bereich hochfrequent-dynamischer Arbeit konnte Kilbom durch Auswertung epidemiologischer Studien zeigen, dass Schädigungen der Sehnen mit Dauer und Frequenz repetitiver Tätigkeiten zusammenhängen [Kil-1994b]. Anzustreben ist folglich eine niederfrequentdynamische Arbeit. Zur Abgrenzung finden sich in der Literatur unterschiedliche Angaben: - In DIN wird als Grenze zwischen niederer und hoher Bewegungsfrequenz 2 Bewegungen pro Minute verwendet [DIN ]. Für die Bewegung des Oberarms wird ab einer Bewegungsfrequenz von 10 Bewegungen pro Minute die Risikoklasse erhöht. In DIN wird eine Körperhaltung, die länger als 4 Sekunden eingehalten wird (entspricht 15 Bewegungen pro Minute), als statisch definiert [DIN ]. Dieser Wert widerspricht den Definitionen in DIN Da eine Frequenz von 15 Bewegungen pro Minute bereits im dynamischen Bereich liegt, wird die Definition aus DIN im Folgenden nicht verwendet. - Nach Silvenstein liegt eine hoch repetitive Tätigkeit vor, wenn die Dauer eines Arbeitszyklus kürzer als 30 Sekunden ist oder wenn in einem Arbeitszyklus mit längerer Dauer mindestens die Hälfte der Zeit der gleiche grundlegende Bewegungsablauf ausgeführt wird [Sil-1986]. Bei dieser Definition muss beachtet werden, dass ein Arbeitszyklus aus mehreren Einzelbewegung bestehen kann. Nimmt man beispielsweise an, dass ein Arbeitszyklus aus 5-10 Einzelbewegungen besteht, würde dies einer Wechselrate von 10 bis 20 Bewegungen pro Minute entsprechen. 117

130 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung - Das OCRA-Verfahren [Occ-1998] definiert eine Häufigkeitskonstante von 30 Bewegungen pro Minute. In Abhängigkeit von Kraft und Haltung wird hieraus mithilfe von Reduktionsfaktoren eine kritische Frequenz definiert. - Die Kriterien nach Kilbom (siehe Kapitel 3.1.3, S.49) stellen Richtwerte für hochrepetitive Bewegungen dar, ab denen ein Gesundheitsrisiko vorliegt [Kil- 1994a]. Für Armbewegungen wird die kritische Bewegungsfrequenz bei 10 Bewegungen pro Minute festgelegt. Aus dieser Zusammenstellung gehen teilweise widersprüchliche Angaben hervor. Entsprechend schwierig ist die Festlegung eines Bereiches, in dem die Wechselrate liegen sollte. Zudem wird deutlich, dass die Körperregion und die wirkende Kraft betrachtet werden muss. So sind für die Finger deutlich höhere Wechselraten akzeptabel als für die Arme. Die OWAS-Methode beschreibt die Körperhaltung in groben Kategorien ohne eine detaillierte Erfassung der Hand-Finger-Bewegungen. Für die vorliegende Arbeit wird daher folgende Interpretation der Wechselrate vorgeschlagen: Unterhalb einer Frequenz von 2 Bewegungen pro Minute kann von einer statischen Haltung ausgegangen werden. In diesem Bereich ist eine Erhöhung der Wechselrate als ergonomisch günstig anzusehen, da die statische Haltedauer verkürzt wird. Ab einer Frequenz von 15 Bewegungen pro Minute kann von einer hochfrequenten repetitiven Bewegung ausgegangen werden. In diesem Bereich ist eine Reduktion der Wechselrate als ergonomisch günstig anzusehen. Das Reziproke der Haltungswechsel pro Zeiteinheit ist die Haltungsblocklänge. Die Haltungsblocklänge ist die Zeitdauer, über welche eine Körperhaltung eingenommen wird. Zur Beschreibung werden der Mittelwert Haltungsblocklänge und die Standardabweichung σ Haltungsblocklänge verwendet. Methodische Einschränkungen In Bezug auf die vorangehend vorgestellten quantitativen Kenngrößen müssen zwei methodische Einschränkungen berücksichtigt werden: Die Kenngrößen stellen keine Risikobewertung dar. Aus diesem Grund ist der rein kennzahlenbasierte Vergleich unterschiedlicher Arbeitsplätze nicht sinnvoll. Zweitens ist eine Kennzahlenaggregation oder Durchschnittsbildung über verschiedene Körperregionen nicht sinnvoll. Jede Körperregion muss immer einzeln interpretiert werden, da sich eine einseitige Belastung einer Körperregion nicht durch die Entlastung einer anderen kompensieren lässt. Dies ist insbesondere für die Wechselrate relevant, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige Wechselrate ergonomisch ungünstig ist. 118

131 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Im nachfolgenden Teilkapitel wird Konzeptelement 2 zur Untersuchung von Abwechslung und Einseitigkeit anhand von drei industriellen Fallbeispielen angewendet Fallbeispiel 1: Integration einfacher Vormontagetätigkeiten in die Kommissionierung Die Trennung von Produktions- und Logistiktätigkeiten verspricht durch Standardisierung, Transparenz und Outsourcing von Nebentätigkeiten Produktivitätssteigerungen. Allerdings kann dies zu monotonen Tätigkeiten und einseitigen Belastungen führen. Im nachfolgenden Abschnitt wird anhand eines Beispiels untersucht, wie sich die Integration einfacher Vormontagetätigkeiten in die Kommissionierung auf die körperliche Belastung auswirkt. Die Ergebnisse dieses Fallbeispiels wurden im Rahmen eines Fachbeitrages veröffentlicht [Kel-2015a]. Betrachtet wird die Versorgung eines Achs-Montagebandes mit dem Bremsgestängesteller. Dieses Bauteil hält bei Verschleiß des Bremsklotzes den Abstand zwischen Bremsscheibe und Bremsklotz konstant. Der Versorgungsprozess besteht aus Sequenzierung, Vormontage und Bereitstellung des Bauteils am Montageband (siehe Abbildung 5-7). Gestängesteller sequenzieren Gestängesteller einstellen Montage Abbildung 5-7: Fallbeispiel 1 - Versorgungsprozess Bremsgestängesteller Am Arbeitsplatz Sequenzierung (AP 1.1) wird der Bremsgestängesteller fahrzeugbezogen kommissioniert und in der Verbaureihenfolge in einem Spezialbehälter (Sequenzbehälter) abgelegt. Es werden jeweils zwei Bauteile aus den sortenreinen Behältern entnommen und im Sequenzbehälter abgelegt. Der Mitarbeiter hat an diesem Arbeitsplatz keine Sitzmöglichkeit. Abbildung 5-8 zeigt das Arbeitsplatzlayout und ein Foto aus dem Bereich. 119

132 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Gestängesteller sortenrein Sequenzbehälter Abbildung 5-8: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Sequenzierung Bremsgestängesteller (AP 1.1) Am Arbeitsplatz Bremsgestängesteller einstellen (AP 1.2) wird der Bremsgestängesteller in einer verbauortsnahen Vormontage eingestellt. Hierzu entnimmt der Mitarbeiter den Bremsgestängesteller aus dem Sequenzbehälter, platziert ihn auf einer Vorrichtung und führt mit einem Werkzeug den Einstellvorgang durch. Nach Abschluss dieser Tätigkeit legt der Mitarbeiter den Bremsgestängesteller wieder in den Sequenzbehälter zurück. Dem Mitarbeiter steht an diesem Arbeitsplatz eine Stehhilfe zur Verfügung. Abbildung 5-9 zeigt das Arbeitsplatzlayout und ein Foto der Einstellvorrichtung. Einstelllehre Stehhilfe Sequenzbehälter Einstellvorrichtung Aufnahmedorn Werkzeug Abbildung 5-9: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Vormontage Bremsgestängesteller (AP 1.2) Untersuchungsziel und Vorgehensweise Im Rahmen der Untersuchung wird die körperliche Belastung der Einzelarbeitsplätze mit einem Arbeitsplatz verglichen, bei welchem die Kommissionierung und Vormontage kombiniert in einem Schritt ausgeführt werden (AP 2). Dabei wird die Einstellvorrichtung inklusive der Stehhilfe neben dem Sequenzbehälter platziert. Der Mitarbeiter entnimmt jeweils zwei Bauteile, geht zur Einstellvorrichtung, führt den Einstellvorgang durch und legt die Bauteile anschließend im Sequenzbehälter ab. 120

133 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Gestängesteller sortenrein Sequenzbehälter Einstellvorrichtung Abbildung 5-10: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Sequenzierung und Vormontage Bremsgestängesteller (AP 2) Der Arbeitsablauf an den Arbeitsplätzen wurde mithilfe von MTM1-Zeitbausteinen beschrieben. Zu jedem Vorgangschritt wurde anschließend die Körperhaltung entsprechend der OWAS-Methode hinzugefügt. Dies wurde ohne die Durchführung von Filmaufnahmen, basierend auf einer Prozessbeobachtung, durchgeführt. Die vollständige Beschreibung des Arbeitsablaufes mit dem MTM-1-System der OWAS- Methode findet sich in Anhang E. 121

134 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Ergebnis Tabelle 5-12 zeigt das Ergebnis der Untersuchung Tabelle 5-12: Fallbeispiel 1 - Ergebnis AP 1.1 AP 1.2 AP 2 Zeit Dauer Grundzyklus 20,4 s 9,6 s 38,1 s Zeitanteile der Körperhaltungen (Aktionskategorie) * Rücken 1) Gerade 62% (AK1) 79% (AK1) 76% (AK1) 2) Gebeugt - 6% (AK1) 3% (AK1) 3) Gedreht ) Gedreht und gebeugt 38% (AK3) 15% (AK2) 21% (AK2) Beine 1) Sitzen - 100% (AK2) 63% (AK1) 2) Stehen 81% (AK2) - 20% (AK1) 3) Stehen auf einem Bein ) Beide Beine gebeugt ) Ein Bein gebeugt ) Knien ) Gehen 19% (AK1) - 17% (AK1) Arme 1) Beide Arme unterhalb Schulterhöhe 100% (AK1) 100% (AK1) 100% (AK1) 2) Ein Arm mindestens auf Schulterhöhe ) Beide Arme mindestens auf Schulterhöhe Haltungsverteilungskoeffizient Rücken 0,35 0,26 0,29 Beine 0,55 0,71 0,34 Arme 0,33 0,33 0,33 Haltungswechsel pro Zeiteinheit Rücken 23,08 min -1 24,91 min -1 20,51 min -1 Beine 11,89 min ,94 min -1 Arme Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge Rücken 1,09 s 1,50 s 2,23 s Beine 4,94 s - 7,39 s Arme * Legende Aktionskategorien AK1) Keine Gesundheitsgefährdung, Maßnahmen zur Arbeitsplatzgestaltung sind nicht notwendig. AK2) Gesundheitsgefährdung möglich, Maßnahmen zur Abhilfe sollten in der nächsten Zeit getroffen werden AK3) Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe sollten so schnell wie möglich ergriffen werden. AK4) Hoch Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe müssen unmittelbar ergriffen werden. (Summe kann aufgrund Rundung von 100% abweichen) Zykluszeit Die Zeit für einen Grundzyklus hat sich von 20,4 Sekunden an Arbeitsplatz 1.1 (für 2 Stück) und 9,6 Sekunden an Arbeitsplatz 1.2 (für 1 Stück) auf 38,1 Sekunden an Arbeitsplatz 2 (für 2 Stück) erhöht. Die Produktivität, gemessen in Arbeitszeit pro Bauteil, verbessert sich damit geringfügig von 20,3 Sekunden auf 19,5 Sekunden. Allerdings stellt die Erhöhung der Zykluszeit von 20,4 Sekunden respektive 9,6 Sekunden auf 38,1 Sekunden eine wesentliche ergonomische Verbesserung dar, da Zykluszei- 122

135 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen ten unter 30 Sekunden als hoch repetitiv und belastend zu bewerten sind [Sil-1986]. Tabelle 5-13 zeigt die zeitliche Auswertung der MTM-Analyse. Tabelle 5-13: Fallbeispiel 1 Auswertung MTM-Analyse (Datenbasis siehe Anhang E) Behälter Arbeitsplatz vorbereiten Stück pro Behälter Dauer Arbeitszyklus (Grundzyklus) Stück pro Arbeitszyklus TMU Sek. TMU Sek. AP , ,4 2 AP ,6 1 Produktivität (Arbeitszeit pro Bauteil) 20,3 AP , ,1 2 Produktivität (Arbeitszeit pro Bauteil) 19,5 Zeitanteile der Körperhaltungen Die Haltung des Rückens wurde durch die Kombination von Vormontage und Sequenzierung verbessert. An Arbeitsplatz 1.1 befindet sich der Mitarbeiter zu 38 % der Zeit in der Rücken-Haltung gebeugt und gedreht (4) und erreicht damit Aktionskategorie 3. An Arbeitsplatz 2 befindet sich der Mitarbeiter nur noch zu 21 % in dieser Haltung, wodurch sich die Aktionskategorie um eine Stufe auf Aktionskategorie 2 verbessert. Weiterhin führt die Kombination von Vormontage und Sequenzierung zu einer Verbesserung der Beinhaltung. Während der Mitarbeiter an Arbeitsplatz 1.1 ausschließlich die Haltungen stehen (2) oder geht (7) einnimmt, muss der Mitarbeiter an Arbeitsplatz 1.2 durchgehend in der Haltung sitzen (1) bleiben. Beides ist nicht optimal und wird mit Aktionskategorie 2 bewertet. Ergonomisch günstiger ist eine Abwechslung zwischen Gehen, Stehen und Sitzen. Dies wird an Arbeitsplatz 2 erreicht. Die Verteilung der Zeitanteile mit 63 % sitzen (1), 20 % stehen (2) und 17 % gehen (7) stellt eine abwechslungsreiche ergonomische Verteilung dar 29. Arbeit über Schulterhöhe tritt an keinem der Arbeitsplätze auf, so dass sich für die Körperregion Arme keine Unterschiede zwischen Arbeitsplatz 1.1, 1.2 und 2 ergeben. Haltungsverteilungskoeffizient Der Haltungsverteilungskoeffizient ist ein Maß, inwiefern unterschiedliche Körperhaltungen eingenommen werden, und quantifiziert die Abweichung von einer Zielverteilung 30. Als Grundlage für die Auswertung wurde die Zielverteilung nach Tabelle 5-11 verwendet. Je niedriger der Haltungsverteilungskoeffizient desto geringer ist die Ab Empfehlung Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik: 60 % Sitzen, 30 % Stehen und 10 % Gehen [Ber- 2009, S.18]. Vgl.: S. 86, Formel (5-2). 123

136 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung weichung des untersuchten Arbeitsplatzes von dieser Zielverteilung. Für die Körperregion Rücken ergibt sich zwischen den Arbeitsplätzen nur ein geringer Unterschied. Für die Körperregion Beine zeigt der Haltungsverteilungskoeffizient, dass sowohl an Arbeitsplatz 1.1 (HVK Beine: 0,55) mit reiner Steh- und Geharbeit als auch an Arbeitsplatz 1.2 (HVK Beine: 0,71) mit Sitzarbeit eine einseitige Haltung vorliegt. Die Kombination von Vormontage und Sequenzierung an Arbeitsplatz 2 stellt sich durch kombinierte Sitz- und Steharbeit abwechslungsreicher dar. Der Haltungsverteilungskoeffizient zeigt dies durch einen wesentlich niedrigeren Wert an Arbeitsplatz 2 (HVK Beine: 0,34). Für die Arme ergibt sich kein Unterschied, da an keinem der drei Arbeitsplätze Arbeit über Schulterhöhe auftritt. Haltungsverteilungskoeffizient 1 0,8 0,6 Ergonomisch günstige Kombination von Sitzund Steharbeit 0,4 0,2 0 Rücken Beine Arme AP 1.1 0,347 0,55 0,33 AP 1.2 0,261 0,71 0,33 AP 2 0,29 0,337 0,33 Abbildung 5-11: Fallbeispiel 1 - Haltungsverteilungskoeffizient Zeitliche Abfolge der Körperhaltungen Zur zeitlichen Abfolge der Körperhaltung wird im Folgenden der Rücken betrachtet. Auf den Bereich Beine wird verzichtet, da bereits im vorigen Abschnitt die Auswirkung einer kombinierten Sitz- und Steharbeit diskutiert wurde. Auf den Bereich Arme wird verzichtet, da Arbeit über Schulterhöhe an keinem der Arbeitsplätze auftritt und sich daher keine Unterschiede zwischen den Arbeitsplätzen ergeben. Im Bereich Rücken ist an Arbeitsplatz 1.1 und Arbeitsplatz 1.2 ein einförmiger Tätigkeitsablauf erkennbar. Dies zeigt sich in Abbildung 5-12 an den gleichförmigen Blocklängen und der sich wiederholenden Haltungsabfolge für Arbeitsplatz 1.1 und Arbeitsplatz 1.2. Der Arbeitsablauf an Arbeitsplatz 2 gestaltet sich dagegen abwechslungsreicher. Erkennbar ist dies in Abbildung 5-12 an der variierenden Blocklänge. Dies spiegelt sich auch in der Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge in Tabelle 5-12 wider. Die Standardabweichung ist an Arbeitsplatz 2 mit 2,23 Sekunden wesentlich größer als an Arbeitsplatz 1.1 mit 1,09 Sekunden und an Arbeitsplatz 1.2 mit 1,50 Sekunden. 124

137 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Arbeitsplatz AP 1.1 AP 1.2 AP 2 Rücken, Haltung 1 Rücken, Haltung 2 Rücken, Haltung 3 25 s 50 s 75 s Rücken, Haltung 4 Abbildung 5-12: Fallbeispiel 1 - Darstellung der Haltungsabfolge für die Körperregion Rücken Diskussion Das Ergebnis zeigt, dass eine Kombination von Vormontage und Kommissionierung an einem Arbeitsplatz ergonomische Vorteile mit sich bringt. Zum einen führt eine Kombination zu einem längeren Grundzyklus. Dies ist ergonomisch grundsätzlich positiv. Zum anderen ist es möglich, dass sich durch die Kombination eine abwechslungsreichere Kombination an unterschiedlichen Haltungen ergibt. Im untersuchten Beispiel ergab die Kombination von Vormontage und Kommissionierung eine ergonomisch günstige Abwechslung zwischen Sitzen, Stehen und Gehen. 125

138 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Fallbeispiel 2: Untersuchung unterschiedlicher Layoutvarianten in der Mann-zu-Ware Kommissionierung Mann-zu-Ware Kommissioniersysteme werden mit unterschiedlichen Layoutvarianten und Wegstrategien realisiert [Kos-2007]. Eine Auswahl erfolgt in der Regel nach Effizienzgesichtspunkten. Allerdings kann sich das Layout auch auf die körperliche Belastung auswirken. Dies wird im Folgenden anhand eines Fallbeispiels untersucht. Betrachtet wird eine Kleinteilekommissionierung mit Pick-by-Light Unterstützung. Im betrachteten Kommissioniersystem werden Norm- und Kleinteile fahrzeugbezogen kommissioniert und als Set am Montageband bereitgestellt. Der Kommissionierwagen wird durch eine Deckenschiene auf einer ovalen Bahn geführt. An den geraden Seiten wird das Material in Regalen mit sortenreinen Kleinladungsträgern bereitgestellt. Pro Umlauf werden vier Sets gebildet. Die Kommissionierung befindet sich in der Nähe der Produktion und ist mit einem Vorlauf von ca. 60 Minuten an den Produktionstakt gekoppelt. Aufgrund des Layouts und der fest vorgegebenen Wegstrategie entnimmt der Mitarbeiter die Bauteile immer von der linken Seite. Die Einzelteilgewichte liegen an diesem Arbeitsplatz unter 5 Kilogramm, das Durchschnittsgewicht beträgt ca. 0,5 Kilogramm. Der Wagen wiegt ca. 100 Kilogramm. Untersuchungsziel und Vorgehensweise Aufgrund der geringen Einzelteilgewichte stellt Lasthandhabung im betrachteten Kommissioniersystem nicht die dominante Belastung dar. Die Belastung wird an dem Arbeitsplatz durch einen einseitigen, repetitiven Ablauf sowie dauerndes Stehen und Gehen hervorgerufen. Bein- und Fußschmerzen stellen die vorherrschenden Beschwerdebilder der Mitarbeiter dar. Das Kommissioniersystem ist in zwei Bereiche A und B eingeteilt, welche jeweils einen Bandabschnitt versorgen. Abbildung 5-13 zeigt den Arbeitsplatz sowie ein schematisches Layout. 126

139 Abschnitt 1 Abschnitt 3 Regal Regal 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Abschnitt 1 Bereich B Abschnitt 2 Wagen Abschnitt 2 Bereich A Abschnitt 3 Abbildung 5-13: Fallbeispiel 2 - Layout Kleinteilekommissionierung Zur Untersuchung wird das Layout in drei Abschnitte unterteilt. In Abschnitt 1 bewegt sich der Mitarbeiter geradlinig entlang des Regals. Er entnimmt die Bauteile aus dem Regal in halbgedrehter Stellung und legt sie ohne wesentliche Positionsänderung in dem Wagen ab. In Abschnitt 2 befindet sich der Wagen bereits in der Kurve. In diesem Abschnitt pendelt der Mitarbeiter für jedes Teil zwischen Wagen und Regal. Dabei werden häufig ungünstige Positionen auf einem Bein eingenommen. In Abschnitt 3 bewegt sich der Mitarbeiter wiederum geradlinig entlang dem Regal. Im Folgenden wird der Arbeitsablauf mithilfe von Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung untersucht und die drei Abschnitte miteinander verglichen. Zur Erfassung der Zeiten und Körperhaltungen wurden Filmaufnahmen des Arbeitsablaufes erstellt. 127

140 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Ergebnis Tabelle 5-14 zeigt das Ergebnis der Auswertung. Der Grundzyklus, die Entnahme eines Teils, ist in den drei Abschnitten identisch. Tabelle 5-14: Fallbeispiel 2 - Ergebnis Zeitanteile der Körperhaltungen (Aktionskategorie)* Gesamt Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Rücken 1) Gerade 71% (AK1) 67% (AK1) 66% (AK1) 75% (AK1) 2) Gebeugt 17% (AK1) 18% (AK1) 23% (AK1) 14% (AK1) 3) Gedreht 6% (AK1) 12% (AK1) - - 4% (AK1) 4) Gedreht und gebeugt 6% (AK2) 4% (AK1) 12% (AK2) 6% (AK2) Beine 1) Sitzen ) Stehen 48% (AK1) 45% (AK1) 12% (AK1) 60% (AK1) 3) Stehen auf einem Bein 29% (AK1) 29% (AK1) 50% (AK2) 23% (AK1) 4) Beide Beine gebeugt ) Ein Bein gebeugt ) Knien ) Gehen 23% (AK1) 26% (AK1) 36% (AK1) 17% (AK1) Arme 1) Beide Arme unterh. Schulterhöhe 82% (AK1) 75% (AK1) 90% (AK1) 85% (AK1) 2) Ein Arm min. auf Schulterhöhe 16% (AK1) 23% (AK1) 10% (AK1) 12% (AK1) 3) Beide Arme min. auf Schulterhöhe 2% (AK1) 2% (AK1) 3% (AK1) Haltungsverteilungskoeffizient Rücken 0,09 0,03 0,13 0,13 Beine 0,42 0,39 0,51 0,48 Arme 0,15 0,11 0,23 0,18 Haltungswechsel pro Zeiteinheit Rücken 14,17 min -1 14,29 min -1 20,90 min -1 12,19 min -1 Beine 22,78 min -1 22,46 min -1 40,30 min -1 17,66 min -1 Arme 14,17 min -1 17,80 min -1 8,21 min -1 13,03 min -1 Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge Rücken 5,92 s 5,32 s 2,38 s 7,08 s Beine 2,67 s 2,27 s 1,03 s 3,40 s Arme 7,28 s 4,75 s 8,11 s 8,91 s * Legende Aktionskategorien AK1) Keine Gesundheitsgefährdung, Maßnahmen zur Arbeitsplatzgestaltung sind nicht notwendig. AK2) Gesundheitsgefährdung möglich, Maßnahmen zur Abhilfe sollten in der nächsten Zeit getroffen werden AK3) Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe sollten so schnell wie möglich ergriffen werden. AK4) Hoch Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe müssen unmittelbar ergriffen werden. (Summe der Zeitanteile kann aufgrund Rundung von 100% abweichen) Zeitanteile der Körperhaltungen Für die Körperregion Rücken wird vorwiegend die Haltung gerade (1) festgestellt, wobei in Abschnitt 2 der Zeitanteil in der Haltung gebeugt und gedreht (4) erhöht ist. Dies wird mit Aktionskategorie 2 bewertet. Ansonsten werden die Haltungen in 128

141 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen der Körperregion Rücken durchgängig mit Aktionskategorie 1 bewertet. Ausschließliches Stehen und Gehen wird für die Körperregion Beine festgestellt. In Abschnitt 2 tritt Stehen auf einem Bein (3) mit einem Zeitanteil von 50% auf. Dies wird mit Aktionskategorie 2 bewertet, ansonsten sind die Haltungen für die Körperregion Beine mit Aktionskategorie 1 bewertet. Die Haltungen für die Körperregion Arme sind über alle drei Abschnitte mit der Aktionskategorie 1 bewertet. Die Haltungen ein Arm mindestens auf Schulterhöhe (2) und beide Arme mindestens auf Schulterhöhe (3) treten insgesamt mit einem Zeitanteil von 18 % auf. Haltungsverteilungskoeffizient Für die Körperregion Rücken und Arme ist der Haltungsverteilungskoeffizient über alle drei Abschnitte niedrig (HVK Rücken: 0,09, HVK Arme: 0,15). Das bedeutet, die zeitliche Verteilung der Körperhaltungen weicht nur in geringem Maße von der Sollverteilung nach Tabelle 5-11 ab und kann als ergonomisch günstig interpretiert werden. Für die Körperregion Beine zeigt der Haltungsverteilungskoeffizient dagegen über alle drei Abschnitte einen wesentlich erhöhten Wert (HVK Beine: 0,42). Die ausschließliche Steh- und Geharbeit führt hier zu einer höheren Abweichung von der Sollverteilung nach Tabelle In diesem Fall weist der erhöhte Wert des Haltungsverteilungskoeffizienten für die Körperregion Beine somit auf eine einseitige Belastungssituation aufgrund ausschließlicher Steh- und Geharbeit hin. Zeitliche Abfolge der Körperhaltungen Die Analyse der Haltungswechsel pro Zeiteinheit zeigt für die Beine mit 40,3 Haltungswechseln pro Minute einen stark erhöhten Wert in Abschnitt 2 (siehe Abbildung Dies ist auf die Pendelbewegung zwischen Regal und Kommissionierwagen zurückzuführen und indiziert eine hochfrequente repetitive Bewegungsfolge, welche ergonomisch ungünstig ist. 129

142 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Haltungswechsel pro Minute Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 40,30 Hochfrequente, repetitive Bewegungsfolge 14,17 20,90 12,19 22,78 17,66 14,17 8,21 13,03 Rücken Beine Arme Abbildung 5-14: Fallbeispiel 2 - Haltungswechsel pro Zeiteinheit Die grafische Darstellung der Haltungsabfolge für die Körperregion Beine in Abbildung 5-15 unterstützt diese Analyse. So sind die Haltungsblöcke in Abschnitt 2 deutlicher kürzer und einförmiger als in Abschnitt 1 und Abschnitt 3. Entsprechend ist die Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge in Abschnitt 2 (1,03 s) wesentlich niedriger als in Abschnitt 1 (2,27 s) und Abschnitt 2 (3,40 s). Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt Zeit [s] Beine, Haltung 1 Beine, Haltung 2 Beine, Haltung 3 Beine, Haltung 5 Beine, Haltung 6 Beine, Haltung 7 Beine, Haltung 4 Abbildung 5-15: Fallbeispiel 2 - Darstellung der Haltungsabfolge für Körperregion Beine Diskussion Das Ergebnis zeigt, dass die Tätigkeit in Abschnitt 2 aufgrund der Pendelbewegung zwischen Regal und Kommissionierwagen zu einer einseitigen repetitiven Bewegung führt. Zudem tritt in diesem Abschnitt mit einem Zeitanteil von 50 % die ergonomisch ungünstige Haltung Stehen auf einem Bein (3) auf. Aus diesen Gründen stellt sich die Tätigkeit in Abschnitt 2 belastender dar als in Abschnitt 1 und Abschnitt

143 Regal Regal 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Auf Grundlage dieser Untersuchung wurde ein Vorschlag für ein geändertes Layout erarbeitet, welches in Abbildung 5-16 dargestellt ist. Dem Bereich A wird die linke Regalzeile und dem Bereich B die rechte Regalzeile zugewiesen. Der Mitarbeiter bewegt sich hierdurch geradlinig entlang des Regals und die erhöhte Belastung in Abschnitt 2 wird vermieden. Die einseitige Arbeitsrichtung nach links kann zusätzlich durch eine Mitarbeiter-Rotation zwischen den Bereichen A und B eliminiert werden. Die geänderte Wegführung bedingt, dass der Mitarbeiter den vollen Kommissionierwagen wieder zur Startposition zurückschieben muss. Dies führt zu einem längeren Haltungsblock in neutraler Körperhaltung und kann als ergonomisch günstige Erholungsphase gesehen werden. Die Strecke hat eine Länge von 14 Metern. Hierfür benötigt der Mitarbeiter etwa 10 Sekunden. Im Verhältnis zur Gesamtarbeitszeit (9:30 Minuten) stellt sich dies als gering dar. Ein nennenswerter Verlust an Produktivität ist durch das geänderte Layout folglich nicht zu erwarten. Wagen Wagen Bereich A Bereich B Abbildung 5-16: Fallbeispiel 2 - Vorschlag Layoutänderung Fallbeispiel 3: Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten in der Mann-zu-Ware Kommissionierung Die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten nach dem Vorbild des Toyota Produktionssystems stellt eine Methode zur Erhöhung der Produktivität dar [Ōno- 1988, S.18ff]. Allerdings können hierdurch monotone Bewegungsabläufe und einseitige Belastungen entstehen. Im folgenden Fallbeispiel wird untersucht, wie sich die körperliche Belastung in einer Mann-zu-Ware Kommissionierung durch die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten verändert. Zu dem Fallbeispiel wurde ein Fachbeitrag veröffentlicht [Kel-2015b]. 131

144 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Abbildung 5-17 zeigt das Layout des betrachteten Arbeitsplatzes. Der Mitarbeiter geht einen Gang entlang und entnimmt entsprechend einer Kommissionierliste Behälter aus den beidseitig angeordneten Regalen. Anschließend klebt der Mitarbeiter ein Etikett auf den entnommenen Behälter und stellt ihn auf dem Bandförderer ab. Bandförderer KLT Regal Regal Abbildung 5-17: Fallbeispiel 3 - Arbeitsplatzlayout. Untersuchungsziel und Vorgehensweise In der Untersuchung wird der betrachtete Arbeitsplatz mit einem simulierten Arbeitsplatz verglichen, bei welchem alle nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten eliminiert wurden. Zur Erfassung der Arbeitsschritte und Körperhaltungen wurden Filmaufnahmen am Arbeitsplatz erstellt. Basierend hierauf wurde ein Referenzablauf eines Grundzyklus definiert, welcher die Kommissionierung eines Behälters umfasst. Dieser Ablauf wurde mit MTM-1 und der OWAS-Methode beschrieben. Die vollständige Beschreibung des Tätigkeitsablaufes findet sich in Anhang F (MTM-1, OWAS). Im nächsten Schritt wurden die Tätigkeiten des Grundzyklus in wertschöpfend und nicht-wertschöpfend eingeteilt (siehe Tabelle 5-15). Das Aufbringen des Etiketts und das Umsetzten des Behälters stellen wertschöpfende Tätigkeiten dar, da hier eine logistische Leistung erbracht wird. Das Suchen des nächsten Behälters und das Gehen zum nächsten Behälter werden dagegen als nicht-wertschöpfend klassifiziert. Tabelle 5-15: Fallbeispiel 3 - Klassifizierung der Tätigkeiten nach Wertschöpfung 132 Tätigkeit Suchen d. nächsten Behälters Gehen z. nächsten Behälter Etikett aufkleben KLT auf Bandförderer umsetzen Klassifizierung nicht-wertschöpfend nicht-wertschöpfend wertschöpfend wertschöpfend

145 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Im Folgenden entspricht Arbeitsplatz 1 dem realen Ablauf und Arbeitsplatz 2 dem simulierten Ablauf ohne nicht-wertschöpfende Tätigkeiten. Der simulierte Ablauf an Arbeitsplatz 2 könnte beispielsweise durch ein Ware-zu-Mann Kommissioniersystem realisiert werden, bei welchem Behälter von Paletten, welche automatisiert an einem festen Ort bereitgestellt werden, kommissioniert werden. Ergebnis Tabelle 5-16 zeigt das Ergebnis der Untersuchung. Tabelle 5-16: Fallbeispiel 3 - Ergebnis AP 1 AP 2 Zeit Dauer Grundzyklus 6,33 s 4,71 s Zeitanteile der Körperhaltungen (Aktionskategorie)* Rücken 1) Gerade 66% (1) 44% (1) 2) Gebeugt 6% (1) 12% (1) 3) Gedreht 7% (1) 11% (1) 4) Gedreht und gebeugt 21% (2) 33% (3) Beine 1) Sitzen - - 2) Stehen 35% (1) 40% (1) 3) Stehen auf einem Bein 14% (1) 24% (1) 4) Beide Beine gebeugt 2% (1) - 5) Ein Bein gebeugt 7% (2) 15% (2) 6) Knien - - 7) Gehen 42% (1) 21% (1) Arme 1) Beide Arme unterh. Schulterhöhe 90% (1) 88% (1) 2) Ein Arm min. auf Schulterhöhe 7% (1) 5% (1) 3) Beide Arme min. auf Schulterhöhe 3% (1) 7% (1) Haltungsverteilungskoeffizient Rücken 0,19 0,30 Beine 0,35 0,42 Arme 0,23 0,21 Haltungswechsel pro Zeiteinheit Rücken 12,05 min -1 19,15 min -1 Beine 20,26 min -1 29,41 min -1 Arme 6,16 min -1 5,13 min -1 Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge Rücken 4,05 s 2,01 s Beine 2,41 s 1,66 s Arme 20,63 s 14,23 s * Legende Aktionskategorien 1) Keine Gesundheitsgefährdung, Maßnahmen zur Arbeitsplatzgestaltung sind nicht notwendig. 2) Gesundheitsgefährdung möglich, Maßnahmen zur Abhilfe sollten in der nächsten Zeit getroffen werden 3) Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe sollten so schnell wie möglich ergriffen werden. 4) Hoch Gesundheitsgefährdend, Maßnahmen zur Abhilfe müssen unmittelbar ergriffen werden. (Summe der Zeitanteile kann aufgrund Rundung von 100% abweichen) 133

146 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Zykluszeit Der Grundzyklus umfasst die Kommissionierung eines Behälters. Die Zeitdauer hierfür hat sich von 6,33 Sekunden an Arbeitsplatz 1 auf 4,71 Sekunden an Arbeitsplatz 2 verkürzt. Dies würde einer Produktivitätssteigerung um 34% entsprechen. Zykluszeiten unter 30 Sekunden gelten als hoch repetitiv und sind als belastend zu bewerten [Sil-1986]. Aus ergonomischer Sicht ist die Verkürzung der Zykluszeit daher als ungünstig zu bewerten. Zeitanteile der Körperhaltungen Für die Körperregion Rücken wird an beiden Arbeitsplätzen überwiegend die Haltung gerade (1) festgestellt. Durch die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten erhöht sich der Zeitanteil in der Haltung gebeugt und gedreht (4) von 21 % an Arbeitsplatz 1 auf 33 % an Arbeitsplatz 2. Hierdurch verschlechtert sich die Risikoklasse auf Aktionskategorie 3. An Arbeitsplatz 1 findet eine Abwechslung zwischen den Haltungen Stehen (2) und Gehen (7) statt. An Arbeitsplatz 2 wurde der Zeitanteil der Haltung Gehen (7) von 47 % auf 21 % reduziert. Dafür hat der Zeitanteil der ergonomisch ungünstigen Haltungen Stehen auf einem Bein (3) und ein Bein gebeugt (5) zugenommen. Arbeit über Schulterhöhe tritt an beiden Arbeitsplätzen nur zu einem geringen Zeitanteil (maximal 12 %) auf. Aus diesem Grund sind die Haltungen für die Körperregion Arme an beiden Arbeitsplätzen mit Aktionskategorie 1 bewertet. Haltungsverteilungskoeffizient Die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten führt zu einer Erhöhung des Haltungsverteilungskoeffizienten für die Körperregion Rücken (AP 1: 0,19, AP 2: 0,30) und für die Körperregion Beine (AP 1: 0,35, AP 2: 0,42). Dies ist ein Hinweis auf eine Zunahme einseitiger Haltungssituationen. Für die Körperregion Arme ergibt sich zwischen den Arbeitsplätzen nur ein geringer Unterschied. Zeitliche Abfolge der Körperhaltungen Die Analyse der Haltungswechsel pro Zeiteinheit ergibt für die Körperregionen Rücken und Beine eine Erhöhung der Haltungswechsel pro Minute und eine Verringerung der Standardabweichung der mittleren Haltungsblocklänge an Arbeitsplatz 2. Dies ist ein Indiz für eine Zunahme von kurzzyklischen, sich wiederholenden Bewegungsabläufen an Arbeitsplatz 2. Dies zeigt sich auch in der grafischen Darstellung der Haltungsabfolge für die Körperregion Rücken und Beine. Durch die Eliminierung der nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten entfallen ebenfalls Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung. Die verbleibenden Haltungsblöcke sind kürzer und variieren in der Länge weniger. 134

147 5.2 Anwendung von Konzeptelement 2 anhand von Fallbeispielen Rücken AP 1 AP 2 Beine AP 1 Reduktion Zeiten in neutraler Körperhaltung AP 2 25 s 50 s 75 s Rücken, Haltung 1 Rücken, Haltung 2 Rücken, Haltung 3 Rücken, Haltung 4 Beine, Haltung 1 Beine, Haltung 2 Beine, Haltung 3 Beine, Haltung 4 Beine, Haltung 5 Beine, Haltung 6 Beine, Haltung 7 Abbildung 5-18: Fallbeispiel 3 -Darstellung der Haltungsabfolge für Körperregion Rücken und Beine Diskussion Das Ergebnis zeigt exemplarisch, dass die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten wesentliche Auswirkungen auf die Belastungssituation haben kann. In dem untersuchten Fallbeispiel hat sich die körperliche Belastung erhöht, da durch die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten auch Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung weggefallen sind. Da in vorliegender Arbeit nur ein Einzelfall betrachtet wurde, ist das Ergebnis nicht generalisierbar. Allerdings können die im Fallbeispiel eliminierten nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten durchaus als typisch bezeichnet werden. So resultiert die Eliminierung von nicht-wertschöpfenden Tätigkeit in der Praxis häufig in der Reduktion von Such-, Geh- und Wartezeiten, da diese einfach zu identifizieren und eliminieren sind. Diese Zeiten stellen aber, wie im Fallbeispiel gezeigt, auch Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung dar. In der Praxis sollte daher im Rahmen der Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten die Auswirkung auf die körperliche Belastung, insbesondere hinsichtlich einseitiger Belastungssituationen, berücksichtigt werden. Als Maßnahme können gezielte Abwechslungsmöglichkeiten vorgesehen werden. Hierzu werden in Kapitel 6 Handlungsempfehlungen vorgestellt. 135

148 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung Diskussion der Ergebnisse In Bezug auf die Gestaltung von Produktionslogistikarbeitsplätzen wurde in den Fallbeispielen folgendes festgestellt: - Die Kombination von Produktions- und Logistiktätigkeiten kann sich aufgrund einer längeren Zykluszeit und der Kombination unterschiedlicher Tätigkeitsprofile positiv auf die Belastungssituation auswirken. - In der Mann-zu-Ware Kommissionierung hat das Layout und die Wegstrategie einen wesentlichen Einfluss auf die körperliche Belastung. Allerdings erfolgt die Gestaltung des Layouts und der Wegstrategie in der Regel nach wirtschaftlichen Kriterien. Insbesondere ein U-Layout hat aus ergonomischer Sicht Nachteile. Zum einen führt ein U-Layout zu einer einseitigen Arbeitsrichtung nach links oder rechts. Zum anderen entfallen Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung für Wege zwischen Start- und Endpunkt. - Die Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten kann durch den Entfall von Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung zu einseitigen Belastungssituationen führen. Diese Ergebnisse beziehen sich auf die untersuchten Einzelfälle und sind daher nicht grundsätzlich generalisierbar. Allerdings wurden die Untersuchungen im realen Betrieb durchgeführt und spiegeln charakteristische Prozesse und Gestaltungsvarianten der Produktionslogistik wider. Die Ergebnisse können daher als Indizien gewertet werden. 136

149 5.3 Zusammenfassung 5.3 Zusammenfassung Zusammenfassend kann die Frage, welche Zeit- und Belastungsmodelle sich zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung eignen und anhand welcher Merkmale einseitige Belastungssituationen identifiziert werden können, folgendermaßen beantwortet werden. Als Zeitmodell eignet sich das MTM-1-Grundsystems, da es die reale zeitliche Abfolge ausgeführter Tätigkeiten ohne Vereinfachungen wiedergibt. Diese Anforderung wird von den höher aggregierten MTM-Systemen nicht erfüllt (z. B. MTM-UAS). Diese sind daher nicht zur Untersuchung einseitiger und wechselnder Belastung geeignet. Als Belastungsmodell eignet sich die OWAS-Methode, da sie eine einfache und kontinuierliche Codierung der Ganzkörperhaltung ermöglicht. Dies stellt eine wesentliche Voraussetzung zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufes hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung dar. In den Fallstudien wurde gezeigt, dass durch Kombination des MTM-1-Grundsystem und der OWAS-Methode einseitige Belastungssituationen identifiziert werden können. Die Identifikation kann sowohl anhand qualitativer Merkmale als auch anhand quantitativer Merkmale durchgeführt werden. Qualitativ konnten einseitige Belastungssituationen anhand folgender Merkmale identifiziert werden: - Verkürzung der Zykluszeit - Abnahme Zeitanteil in neutraler Körperhaltung - Einseitige Ganzkörperhaltung - Einseitige Arbeitsrichtung - Mangel an Erholungsphasen in neutraler Körperhaltung Als quantitative Kennzahlen wurden der Haltungsverteilungskoeffizient, die Haltungswechsel pro Zeiteinheit und die Standardabweichung der Haltungsblocklänge betrachtet. Hohe Werte des Haltungsverteilungskoeffizienten zeigen einseitige Körperhaltungen und hohe Zeitanteile in ungünstiger Körperhaltung an. Einseitige repetitive Tätigkeitsabläufe sind durch eine hohe Anzahl an Haltungswechseln pro Zeitein- 137

150 5 Konzeptelement 2: Erweiterung System vorbestimmter Zeiten um Körperhaltung heit und eine geringe Standardabweichung der Haltungsblocklänge gekennzeichnet. Folgende in Kapitel dargestellten Einschränkungen müssen allerdings in der Anwendung berücksichtigt werden. Der Haltungsverteilungskoeffizient quantifiziert die Abweichung von einer Sollverteilung und ist daher nur für eine sinnvoll gewählte Sollverteilung aussagekräftig. Die in den Fallbeispielen verwendete Sollverteilung stellt keine Empfehlung dar, sondern dient der beispielhaften Anwendung des Haltungsverteilungskoeffizienten. In der praktischen Anwendung ist, in Abhängigkeit von Anforderungen und Zielstellung, eine Anpassung der Sollverteilung vorzunehmen. Mithilfe der vorgestellten Kennzahlen können die Auswirkung von Änderung an einem Arbeitsplatz quantitativ untersucht werden. Die Kennzahlen stellen allerdings keine Risikobewertung dar. Aus diesem Grund ist der rein kennzahlenbasierte Vergleich unterschiedlicher Arbeitsplätze nicht möglich. Weiterhin ist eine Kennzahlenaggregation oder Durchschnittsbildung über verschiedene Körperregionen nicht sinnvoll, da sich eine einseitige Belastung einer Körperregion nicht durch eine Entlastung einer anderen Körperregion kompensieren lässt. 138

151 6 Ableitung von Handlungsempfehlungen Im folgenden Kapitel werden Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik vorgestellt. Das Kapitel enthält allgemeine Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik (6.1) sowie eine beispielhafte Konkretisierung für Routenzüge (6.2) und Kommissioniersysteme (6.3). Die Handlungsempfehlungen leiten sich aus den Ergebnissen der Literaturrecherche, der Feldstudie sowie den vorgestellten Fallbeispielen ab. 6.1 Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik Die folgenden Handlungsempfehlungen beziehen sich auf die untersuchten manuellen Tätigkeiten in der Produktionslogistik. Diese umfassen die Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten. Für Tätigkeiten innerhalb der Gruppen Fahr- und Handhabungstätigkeiten sowie Handhabungstätigkeiten stellt Lasthandhabung die dominante Belastungsart dar. Daneben wurden folgende einseitige Belastungen identifiziert: - Dauerndes Stehen und Gehen - Einseitige Arbeitsrichtung - Kurzzyklisch wiederholende Arbeitsabläufe - Enge Taktbindung Im Folgenden werden Handlungsempfehlungen vorgestellt, um diese Belastungen zu vermeiden Kombination unterschiedlicher Tätigkeiten Durch eine Kombination verschiedener Tätigkeiten und Aufgaben können kurzzyklische, sich wiederholende Arbeitsabläufe vermieden werden. Ergonomisch günstig ist ein breites Aufgabenspektrum mit unterschiedlichen Tätigkeiten und einem möglichst großen individuellen Handlungsspielraum. Hierdurch werden einseitige Belastungen vermieden und es entstehen abwechslungsreichere Arbeitsinhalte, welche in der Regel auch inhaltlich anspruchsvoller sind. 139

152 6 Ableitung von Handlungsempfehlungen Dies kommt auch dem Leistungsspektrum älterer Mitarbeiter entgegen. Mit zunehmendem Alter nimmt die körperliche Belastbarkeit tendenziell ab, dafür nehmen mentale Fähigkeiten (z. B. Erfahrungswissen und Problemlösungskompetenz) tendenziell zu [Fri-2006; Ilm-2001]. Ein größerer Handlungsspielraum und inhaltlich anspruchsvollere Tätigkeiten können sich zudem positiv auf die Mitarbeitermotivation auswirken [Fre-2001]. Empfehlenswert ist die Kombination von Tätigkeiten mit unterschiedlichem Qualifikationsniveau (Jobenrichment) sowie die Kombination von Tätigkeiten mit gleichem Qualifikationsniveau (Jobenlargement). Ein Beispiel für Jobenlargement ist die in Kapitel untersuchte Integration einfacher Vormontagetätigkeiten in die Kommissionierung. Jobrotation sollte dagegen nur eingesetzt werden, wenn die Gestaltung abwechslungsreicher Arbeitsplätze nicht möglich ist. Zum einen kann eine Rotation den negativen Effekt einseitiger Belastungen nicht vollständig kompensieren [Óla- 1998; Fre-2001]. Zum anderen können mit einer Rotation auch Nachteile verbunden sein, wie beispielsweise wechselnde Arbeitsorte, ein instabiles soziales Umfeld oder ein geringerer Handlungsspielraum. Ein Ansatz zur Vermeidung dieser Nachteile stellt eigenverantwortliche Gruppenarbeit dar. Dabei werden den Mitarbeitern keine festen Arbeitsplätze zugewiesen, sondern die Gruppe organisiert eigenständig die Aufgabeneinteilung und Arbeitsplatzrotation. Hierdurch erhalten die Mitarbeiter mehr Handlungsspielraum und bewegen sich innerhalb der Gruppe in einem stabilen sozialen Umfeld Flexible Leistungserbringung Eine flexible Leistungserbringung gibt dem Mitarbeiter die Möglichkeit, eigenverantwortlich Arbeitstempo sowie Zeitpunkt und Dauer kleinerer Pausen zu bestimmen. Hierdurch kann der Mitarbeiter vorübergehend schneller oder langsamer arbeiten, in der Arbeitsausführung variieren und kleine Erholungspausen machen. Diese Maßnahme wird von Prasch auch als Maßnahme zur Integration älterer und leistungsgewandelter Mitarbeiter im Bereich der Montage empfohlen [Pra-2010, S.108ff]. Als Vorteile nennt Prasch im Bereich der körperlichen Belastung eine Reduktion der Kreislaufbelastung und eine verbesserte Nährstoffversorgung schlecht durchbluteten Gewebes. Zusätzlich wird nach Prasch die mentale und psychische Belastung reduziert, da natürliche menschliche Leistungsschwankungen nicht sofort zu Stresssituationen führen. Im Bereich der Produktionslogistik kann eine flexible Leistungserbringung insbesondere durch einen ausreichenden Materialbestand zu vorhergehenden und nachfolgenden Prozessen umgesetzt werden. 140

153 6.1 Handlungsempfehlungen zur Vermeidung einseitiger Belastungen in der Produktionslogistik Entlastungsmöglichkeit für Steharbeitsplätze Stehen ohne wirksame Entlastung sollte vermieden werden, da es einen expliziten Risikofaktor darstellt [Ber-2009, S. 8ff]. Falls an einem Arbeitsplatz der ideale Wechsel zwischen Stehen, Gehen und Sitzen nicht möglich ist, können Stehhilfen und Stühle in unmittelbarer Nähe des Arbeitsplatzes zur Entlastung oder für kurze informelle Pausen bereitgestellt werden. Eine neuere Entwicklung sind künstliche Exoskelette. Diese fungieren als äußere Stützstruktur und werden bisher vorwiegend im medizinischen Bereich eingesetzt. Abbildung 6-1 zeigt eine testweise industrielle Anwendung bei der AUDI AG [AUD-2015a]. Das Exoskelett wird an der Rückseite der Beine getragen und ist mit Gurten an Hüfte, Knien und Knöcheln befestigt. In sitzender Haltung leitet das Exoskelett das Körpergewicht in den Boden ab. Es ermöglicht so ortsungebunden auch für kurze Zeitspannen Steharbeit durch Sitzarbeit zu ersetzen. Abbildung 6-1: Testeinsatz Exoskelett bei der AUDI AG. [AUD-2015b] Vermeidung einseitiger Arbeitsrichtung Eine einseitige Arbeitsrichtung liegt vor, wenn der Mitarbeiter überwiegend in eine Arbeitsrichtung arbeitet. Dies betrifft links und rechts sowie oben und unten. Besonders ungünstig ist eine einseitige Arbeitsrichtung in Verbindung mit Lasthandhabung. 141

154 6 Ableitung von Handlungsempfehlungen Vermieden werden kann eine einseitige Arbeitsrichtung in der Regel durch Anpassungen des Layouts und der Arbeitsorganisation. In der Mann-zu-Ware Kommissionierung führt ein U-Layout zwangsläufig zu einer einseitigen Arbeitsrichtung. Dieser Aspekt wird in Kapitel 6.3 aufgegriffen. 6.2 Gestaltungsbeispiel Routenzug Bei Routenzugfahrern stellt manuelle Lasthandhabung die primäre Belastung dar. Am Anlieferort wird bei KLT-Routenzügen das Umsetzen der Behälter vom Routenzug in Regale und bei GLT-Routenzügen das Ziehen oder Schieben der Behälter auf Rolluntergestellen zur Bereitstellung durchgeführt. Neben der körperlich anstrengenden Arbeit stehen die Routenzugfahrer in der Regel unter Zeitdruck, da der Materialbestand am Bedarfsort so gering wie möglich gehalten wird. Vor diesem Hintergrund kommt der Berücksichtigung der Ergonomie bei der Auswahl einer geeigneten Technik für Anhänger und Transporthilfsmittel eine besondere Bedeutung zu [Keu-2016]. Daneben hat auch die Auswahl des Zugfahrzeuges einen Einfluss auf das Belastungsprofil des Routenzugfahrers, denn Zugfahrzeuge werden mit und ohne Sitzmöglichkeit ausgeführt. Abbildung 6-2 zeigt zwei Beispiele hierfür. Abbildung 6-2: Zugfahrzeuge für Routenzüge [Sti-2016a, Sti-2016b] Ein Zugfahrzeug mit Sitz ermöglicht dem Fahrer regelmäßige und längere Erholungsphasen im Arbeitsablauf. Dies wirkt einer einseitigen Ganzkörperhaltung entgegen. Das Diagramm in Abbildung 6-2 zeigt für einen beispielhaften GLT- Routenzugarbeitsplatz die Zeitanteile in den Körperhaltungen Sitzen, Stehen und Gehen. Die Daten wurden im Rahmen einer vom Autor betreuten Studienarbeit erhoben [fml-2014a, S.102f]. Für den untersuchten Arbeitsplatz führt eine Zugmaschine ohne Sitz zu einer einseitigen Steh- und Gehtätigkeit. Eine Zugmaschine mit Sitz führt hingegen zu einer ausgeglichenen Verteilung von Sitzen, Stehen und Gehen. Vor diesem Hintergrund wird für Routenzüge eine Zugmaschine mit Sitzmöglichkeit empfohlen. Eine Ausnahme stellen lediglich Routenzugprozesse mit sehr kurzen 142

155 6.3 Gestaltungsbeispiel Mann-zu-Ware Kommissionierung Fahrwegen dar, bei welchen das häufige Hinsetzen und Aufstehen wiederum eine Belastung darstellen würde. Ganzkörperhaltung GLT-Routenzug Zugfahrzeug ohne Sitz Zugfahrzeug mit Sitz Empfehlung LASI* 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Zeitanteil Sitzen Stehen Gehen * Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik Abbildung 6-3: Zeitanteil Sitzen, Stehen, Gehen für GLT-Routenzug; Vergleich Empfehlung Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik [Ber-2009, S.18], Zugmaschine mit Sitz und ohne Sitz [fml-2014a, S.103] 6.3 Gestaltungsbeispiel Mann-zu-Ware Kommissionierung Das Belastungsprofil in der Mann-zu-Ware Kommissionierung ist durch manuelle Lasthandhabung gekennzeichnet. Neben dem manuellen Umsetzen von Lasten bei der Entnahme ist häufig das Ziehen oder Schieben eines Kommissionierwagens erforderlich. Daneben können einseitige Belastungssituationen aufgrund einer einseitigen Arbeitsrichtung, dauerhaftem Stehen und Gehen sowie kurzzyklischer repetitiver Arbeitsabläufe entstehen. Die Arbeitsrichtung ergibt sich aus dem Layout und der Wegstrategie. Insbesondere produktionsnahe Kommissionierbereiche, sogenannte Supermärkte, werden häufig in einem U-Layout ausgeführt. Der Vorteil ist eine Reduktion der Gehwege zwischen Start- und Endpunkt. Allerdings führt ein U-Layout zwangsläufig zu einer einseitigen Arbeitsrichtung nach links oder rechts, da die Bauteile immer von der gleichen Seite entnommen werden (siehe Abbildung 6-4). Ein Gang-Layout ermöglicht dagegen ei- 143

156 6 Ableitung von Handlungsempfehlungen ne Entnahme der Bauteile von der linken und rechten Seite. Eine einseitige Arbeitsrichtung wird hierdurch vermieden. U-Layout Gang-Layout Regal Weg Abbildung 6-4: U-Layout und Gang-Layout in der MzW-Kommissionierung In der Mann-zu-Ware Kommissionierung ist dauerhaftes Stehen und Gehen erforderlich. Trittelastische Bodenmatten können die Belastung aufgrund dauerhaftem Stehen und Gehen wirksam reduzieren [Ede-2010]. Allerdings ist der Einsatz trittelastischer Bodenmatten in der Kommissionierung wegen des Kommissionierwagens in der Regel nicht möglich. Eine mögliche Alternative ist die Verwendung eines trittelastischen Fußbodens, wie er auch für Turnhallen verwendet wird. Dieser ermöglicht das Befahren mit einem Kommissionierwagen und reduziert die Belastung aufgrund von dauerhaftem Stehen und Gehen ebenfalls. Abbildung 6-5 zeigt den Einsatz eines trittelastischen Fußbodens in einer produktionsnahen Kommissionierung bei einem Nutzfahrzeughersteller. Zum Einsatz kommt ein einfacher Aufbau, bestehend aus Elastikschicht, Druckverteiler-Modul und Oberbelag. 144

157 6.3 Gestaltungsbeispiel Mann-zu-Ware Kommissionierung Linoleum Oberfläche Druckverteiler Modul Elastikschicht Bildquelle: Abbildung 6-5: Gelenkschonender Fußboden in der Kommissionierung bei der MAN Truck&Bus AG Die Kommissionieraufgabe ist in der Regel durch einen kurzen monotonen Grundzyklus geprägt, welcher die Entnahme und Abgabe eines Teils umfasst. Durch eine Erweiterung der Kommissionieraufgabe um weitere Arbeitsschritte kann der Grundzyklus verlängert und abwechslungsreicher gestaltet werden. Ein gutes Beispiel ist die Kombination von Kommissionierung und Vormontagetätigkeiten wie sie in Kapitel vorgestellt wurde. Hierdurch werden unterschiedliche Belastungsprofile kombiniert und es entsteht ein abwechslungsreicherer und inhaltlich anspruchsvollerer Arbeitsplatz. Zusätzlich ist es möglich, durch die Kombination von Kommissionierung und Vormontagetätigkeiten Produktivitätsverbesserungen zu erzielen. Durch die Eliminierung einer Prozessstufe werden die Bauteile weniger oft in die Hand genommen, und gegebenenfalls können Transporte zwischen Kommissionierung und Vormontage vermieden werden. Neben Montagetätigkeiten können sich auch Aufgaben aus den Bereichen Qualität, Administration und Materialversorgung zur Kombination mit Kommissioniertätigkeiten eignen. 145

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159 7 Zusammenfassung und Ausblick Für produzierende Unternehmen stellt die Verbesserung der Arbeitsbedingungen vor dem Hintergrund des demografischen Wandels in Deutschland ein wichtiges Ziel dar. Insbesondere in der Automobilindustrie wurden die körperlichen Belastungen in Produktion und Logistik mit hohem Aufwand reduziert. Die Umsetzung von Lean- Production nach dem Vorbild des Toyota Produktionssystems hat allerdings gleichzeitig zu einer weiteren Arbeitsteilung und Arbeitsverdichtung gefördert. Die Produktionslogistik ist hiervon besonders betroffen. Durch personelle Trennung von Produktions- und Logistiktätigkeiten, Standardisierung und Eliminierung nichtwertschöpfender Tätigkeiten sind in der automobilen Produktionslogistik zunehmend standardisierte und zeitlich vorbestimmte Arbeitsabläufe entstanden. Dies widerspricht dem Kompetenzprofil älterer Arbeitnehmer, deren Anteil in der Logistik traditionell höher ist als in der Produktion. Eingesetzte Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung berücksichtigen nicht, in welcher zeitlichen Abfolge Tätigkeiten ausgeführt werden. Aus diesem Grund konnten einseitige Belastungssituationen mit den eingesetzten Verfahren bisher nicht identifiziert werden. In Systemen vorbestimmter Zeiten liegen jedoch bereits Informationen zur zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten im betrieblichen Umfeld vor. Dieser Aspekt wurde in vorliegender Arbeit aufgegriffen und ein System vorbestimmter Zeiten um die Betrachtung der körperlichen Belastung erweitert. Die Erweiterung basiert auf zwei Elementen, welche unabhängig voneinander umgesetzt wurden. Konzeptelement 1 ermöglicht eine integrierte Bewertung von Zeit und körperlicher Belastung aufgrund Lasthandhabung. Ziel ist eine einheitliche und zeitsparende Bewertung zum Einsatz in der betrieblichen Arbeitsvorbereitung. Mithilfe eines Parametermodells, welches auf vordefinierten Prozessbausteinen basiert, kann der Bewertungsaufwand für wiederkehrende Tätigkeitsabläufe reduziert werden. Das Konzept wurde exemplarisch für einen GLT-Routenzugprozess umgesetzt. Konzeptelement 2 umfasst die Untersuchung der zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten hinsichtlich Einseitigkeit und Abwechslung. Das Modell weist einen hohen Detaillierungsgrad auf und berücksichtigt die Ganzkörperhaltung. Die Interpretation kann anhand qualitativer und quantitativer Merkmale erfolgen. Konzeptelement 2 wurde exemplarisch an drei Fallbeispielen aus der Produktionslogistik erprobt. Dabei konnten einseitige Belastungssituationen zuverlässig identifiziert werden. 147

160 7 Zusammenfassung und Ausblick In den Fallbeispielen wurde untersucht, wie sich folgende klassische Gestaltungsansätze aus dem Bereich Lean-Production auf die körperliche Belastung auswirken: - Trennung von Produktions- und Logistiktätigkeiten - U-Layout in der Mann-zu-Ware Kommissionierung - Eliminierung nicht-wertschöpfender Tätigkeiten Als Ergebnis wurde festgestellt, dass ebendiese Gestaltungsansätze zu einseitigen Arbeitsabläufen führen können. Studien, beispielsweise von Womack et al. [Wom- 2009] oder Saurin und Ferreira [Sau-2009], welche die ergonomischen Auswirkungen von Lean-Production positiv beurteilen, müssen vor diesem Hintergrund kritisch gesehen werden. Da die zeitliche Abfolge und der Aspekt von Einseitigkeit und Abwechslung nicht berücksichtigt wurden, haben die Studien nur eine begrenzte Aussagekraft. Die vorgestellte Methode stellt hier einen Beitrag dar, die ergonomischen Auswirkungen umfassender beurteilen zu können. Allerdings lässt sich Lean Produktion nicht auf obige Gestaltungsansätze reduzieren und die ergonomischen Auswirkungen von Lean-Production hängen sehr stark von den Gegebenheiten vor Ort ab. Dies spiegelt sich auch in den Ergebnissen einer Metastudie von Koukoulaki [Kou- 2014] wider, wonach sich die ergonomischen Auswirkungen von Lean-Production als uneinheitlich darstellen. Eine generelle Aussage zu den ergonomischen Auswirkungen von Lean-Production ist aus der vorliegenden Arbeit deshalb nicht abzuleiten. In der Anwendung des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten müssen folgende methodische Einschränkungen berücksichtigt werden: Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten umfasst nur die Belastungsart Lasthandhabung. Treten weitere wesentliche Belastungen auf, müssen diese separat untersucht werden. Konzeptelement 2 ermöglicht es, mithilfe der abgeleiteten Kennzahlen Änderung im zeitlichen Ablauf auch quantitativ zu untersuchen. Die Kennzahlen stellen allerdings keine Risikobewertung dar, weshalb ein rein kennzahlenbasierter Vergleich unterschiedlicher Arbeitsplätze nicht möglich ist. 148

161 7 Zusammenfassung und Ausblick Hier besteht weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Basierend auf den quantitativen Kenngrößen zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufes kann in weiterführenden arbeitswissenschaftlichen Studien eine Risikobewertung entwickelt werden. Dies eröffnet weitere Anwendungsmöglichkeiten für die entwickelte Methode. Beispielsweise könnte das erweiterte System vorbestimmter Zeiten in Motion-Capturing- Systeme integriert werden. Dies würde eine automatische Erfassung und Interpretation der zeitlichen Haltungsabfolge ermöglichen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Integration des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten in kommerzielle Softwaresysteme zur Arbeitsvorbereitung. 149

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176 Literaturverzeichnis [Sun-1993] Sundelin, G.: Patterns of electromyographic shoulder muscle fatigue during MTM-paced repetitive arm work with and without pauses. In: International Archives of Occupational and Environmental Health, Jg. 64 (1993) Nr. 7, S [Tav-2014] Tavs, H.; Breitkopf, O.,: Abwechslung und Belastung. Interview am , München, Interviewer: Kelterborn, M. [Tir-2012] Tirloni A.; dos Reis D.; dos Santos J.; Reis P.; Barbosa A., M. A. R.: Body discomfort in poultry slaughterhouse workers. In: Work (Reading, Mass.), Jg. 41 (2012), S [VDI ] Verein Deutscher Ingenieure: Kommissioniersysteme: Grundlagen. VDI-Richtlinie Nr Blatt 1, [VDI 5586] Verein Deutscher Ingenieure: Routenzugsysteme - Grundlagen, Gestaltung und Praxisbeispiel. VDI-Richtlinie Nr Blatt 1, Entwurf, April 2016 [Vis-2006] Visser, B.; van Dieën, J. H.: Pathophysiology of upper extremity muscle disorders. In: Journal of Electromyography and Kinesiology, Jg. 16 (2006) Nr. 1, S [Vit-2012] Vitello, M.; Galante, L. G.; Capoccia M.; Caragnano G.: Ergonomics and workplace design: application of Ergo-UAS System in Fiat Group Automobiles. In: Work (Reading, Mass.), Jg. 41 (2012), S [Wal-2009] Walch, D.; Galka, S.; Günthner, W. A.: Zwei auf einen Streich - Integrative Planung von Kommissionierprozessen durch die Kombination von MTM und der Leitmerkmalmethode. In: Landau, K. (Hrsg): Produktivität im Betrieb. Stuttgart: Ergonomia Verlag, 2009, S [Wal-2011] Walch, M. D.: Belastungsermittlung in der Kommissionierung vor dem Hintergrund einer alternsgerechten Arbeitsgestaltung der Intralogistik. Dissertation. Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik, Technische Universität München, Garching, [Wat-1993] 164 Waters, T. R.; Putz-Anderson, V.; Garig, A.; Fine, L.: Revised NIOSH equation for the design and evaluation of manual lifting tasks. In: Ergonomics, Jg. 36 (1993) Nr. 7, S

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178 Literaturverzeichnis Verzeichnis der betreuten Studienarbeiten Folgende Studienarbeiten wurden unter wissenschaftlicher und inhaltlicher Anleitung des Autors erarbeitet, deren Inhalte und Ergebnisse in Teilen in die Arbeit eingeflossen sind. Der Autor dankt allen Studierenden, die im Rahmen von Studienarbeiten die Arbeit vielfältig unterstützt haben, für ihr Engagement. [fml-2014a] [fml-2014b] [fml-2013a] [fml-2013b] Jeschke V.: Entwicklung und Erprobung einer Methode zur ergonomischen Beschreibung der Belastungsabwechslung in der Intralogistik. Diplomarbeit am Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München. Betreut durch Kelterborn, M. Abgegeben im November Guggemoos, M.: Entwicklung eines Parametermodells von Routenzügen zur Bewertung der zeitlichen Auslastung und der physischen Belastung. Masterarbeit am Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München. Betreut durch Kelterborn, M. Abgegeben im Mai Burghart C.: Systematisches Vorgehen und Entscheidungsfindung in der Supermarktplanung. Diplomarbeit am Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München. Betreut durch Kelterborn, M. Abgegeben im September Vollmers O.: Entwicklung eines Werkzeuges zur Bewertung von KLT Routenzügen - Integrierte Bewertung der zeitlichen Auslastung und physischen Belastung. Bachelorarbeit am Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München. Betreut durch Kelterborn, M. Abgegeben im September

179 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Krananlage bei der MAN Truck&Bus AG [Kel-2014a] 1 Abbildung 1-2: Hub-Kippgeräte für die Bauteileentnahme aus Großladungsträgern bei der Volkswagen AG [Kro-2012] 2 Abbildung 1-3: Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit 7 Abbildung 2-1: Abgrenzung Produktionslogistik nach [Gün-2014a, Kap.1, S.6] 9 Abbildung 2-2: Beispielhafte Versorgungskonzepte in der Nutzfahrzeugendmontage 12 Abbildung 2-3: Aufbau MTM-1-Datenkarte [MTM-2011] 16 Abbildung 2-4: Bausteinaggregation der Systeme MTM-1, MTM-2 und UAS / MEK, nach [MTM-2012, S.17] 18 Abbildung 2-5: Belastungs-Beanspruchungs-Konzept nach Rohmert [Sch-2010, S.39] 19 Abbildung 2-6: Vereinfachtes Prinzip der biomechanischen Wirkung von Lasten auf die Lendenregion nach dem Hebelgesetz [Har-2013, S.28] 21 Abbildung 2-7: Zusammenhang zwischen Bewegungsfrequenz und Gesundheitsrisiko, schematische Darstellung nach DIN EN [Kus-2005, S.91] 23 Abbildung 2-8: Energieerzeugung im Muskel [Har-2013, S.11] 31 Abbildung 2-9: Muskelermüdung und Erholung [Har-2013, S.15] 31 Abbildung 2-10: Jährliche-Muskel-Skelett-Neuerkrankungen im Automobilwerk Peugeot-Sochaux [Mor-2003] 35 Abbildung 2-11: Schematische Darstellung Exposure Variation Analysis [Mat- 1991] 36 Abbildung 3-1: Berechnung des Risikopunktwertes nach der Leitmerkmalmethode [Jür-2002, S. 14] 50 Abbildung 3-2: Einstufungshilfe Haltungswichtung LMM HHT [Jür-2001, Anhang] 50 Abbildung 3-3: Beispiel OWAS-Haltungscodierung nach [Kar-1977] 52 Abbildung 3-4: Kriterien nach Kilbon [Hoe-2005, S.43] 53 Abbildung 3-5: Aktions- und Schwellenlimit HAL TLVs [Hoe-2005, S.60] 54 Abbildung 3-6: EAWS Gesamtrisikowertberechung [Sch-2013] 55 Abbildung 4-1: Anwendungsdomäne und Aggregationsebene für Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten 64 Abbildung 4-2: Zeilenweise Erfassung der Lastfälle im MLT (die Belastungsarten Umsetzen und Tragen wurden für die Abbildung ausgeblendet) [IAD-2016] 68 Abbildung 4-3: Interpolation der Zeitwichtung im MLT [IAD-2010, S.4]

180 Abbildungsverzeichnis Abbildung 4-4: Berechnung Anzahläquivalente MLT [IAD-2010, S.6] 69 Abbildung 4-5: Berechnung Gesamtergebnis MLT [IAD-2010, S.9] 70 Abbildung 4-6: Modellaufbau Konzeptelement 1 73 Abbildung 4-7: Vorgehensmodell zur betrieblichen Umsetzung von Konzeptelement 1 78 Abbildung 4-8: Schematische Prozessdarstellung für GLT Routenzug. 80 Abbildung 4-9: Screenshot der Ein- und Ausgabemaske (Konzeptelement 1) 81 Abbildung 4-10: Unstetigkeit im MLT beim Übergang von ZS kurz zu ZS lang [fml- 2014b, S.47] 85 Abbildung 4-11: Elektrische Schiebehilfe [Sei-2016] 90 Abbildung 5-1: Gang-Layout und U-Layout in der MzW-Kommissionierung 96 Abbildung 5-2: Artikelentnahme in Mann-zu-Ware Kommissioniersystem, dargestellt in MTM-1, MTM-2 und MTM-UAS; 100 Abbildung 5-3: Aufbau der OWAS-Codierung 103 Abbildung 5-4: Zuordnung der Einzelhaltungen des Rückens, der Arme und der Beine zu den Aktionskategorien [Gud-2009, S.31-33] 107 Abbildung 5-5: Zuordnung von Haltungskombinationen zu Aktionskategorien [Gud-2009, S.34] 108 Abbildung 5-6: Darstellungsbeispiel der zeitlichen Abfolge der Körperhaltungen 113 Abbildung 5-7: Fallbeispiel 1 - Versorgungsprozess Bremsgestängesteller 119 Abbildung 5-8: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Sequenzierung Bremsgestängesteller (AP 1.1) 120 Abbildung 5-9: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Vormontage Bremsgestängesteller (AP 1.2) 120 Abbildung 5-10: Fallbeispiel 1 - Arbeitsplatz Sequenzierung und Vormontage Bremsgestängesteller (AP 2) 121 Abbildung 5-11: Fallbeispiel 1 - Haltungsverteilungskoeffizient 124 Abbildung 5-12: Fallbeispiel 1 - Darstellung der Haltungsabfolge für die Körperregion Rücken 125 Abbildung 5-13: Fallbeispiel 2 - Layout Kleinteilekommissionierung 127 Abbildung 5-14: Fallbeispiel 2 - Haltungswechsel pro Zeiteinheit 130 Abbildung 5-15: Fallbeispiel 2 - Darstellung der Haltungsabfolge für Körperregion Beine 130 Abbildung 5-16: Fallbeispiel 2 - Vorschlag Layoutänderung 131 Abbildung 5-17: Fallbeispiel 3 - Arbeitsplatzlayout. 132 Abbildung 5-18: Fallbeispiel 3 -Darstellung der Haltungsabfolge für Körperregion Rücken und Beine 135 Abbildung 6-1: Testeinsatz Exoskelett bei der AUDI AG. [AUD-2015b]

181 Abbildungsverzeichnis Abbildung 6-2: Zugfahrzeuge für Routenzüge [Sti-2016a, Sti-2016b] 142 Abbildung 6-3: Zeitanteil Sitzen, Stehen, Gehen für GLT-Routenzug; Vergleich Empfehlung Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik [Ber-2009, S.18], Zugmaschine mit Sitz und ohne Sitz [fml-2014a, S.103] 143 Abbildung 6-4: U-Layout und Gang-Layout in der MzW-Kommissionierung 144 Abbildung 6-5: Gelenkschonender Fußboden in der Kommissionierung bei der MAN Truck&Bus AG 145 Abbildung B-1: Leitmerkmalmethode Ziehen, Schieben [Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, B-3 Abbildung B-2: Leitmerkmalmethode Heben, Halten, Tragen [Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, B-4 Abbildung D-1: Ergebnis Regressionsanalyse D

182

183 Tabellenverzeichnis Tabelle 3-1: Kategorisierung produktionslogistischer Tätigkeiten 44 Tabelle 3-2: Arbeitsplätze im Untersuchungsbereich 45 Tabelle 3-3: Identifizierte Belastungsschwerpunkte nach Tätigkeitsgruppen 47 Tabelle 3-4: Verfahren zur Bewertung der körperlichen Belastung 57 Tabelle 3-5: Anforderungsdefinition und Abgrenzung der Konzeptelemente 1 und 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten 60 Tabelle 4-1: Tabelle 4-2: Tabelle 4-3: Anforderungen Konzeptelement 1 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten 63 Vergleich MTM-2 System und MTM-UAS System [MTM-2011, Seite 18] 66 Referenzprozesse betrachteter Tätigkeitsfolgen von Konzeptelement 1 71 Tabelle 4-4: Standardisierte Regressionskoeffizienten 87 Tabelle 4-5: Tabelle 4-6: Tabelle 5-1: Tabelle 5-2: Tabelle 5-3: Tabelle 5-4: Tabelle 5-5: Anwendungsbeispiel Parametermodell; Kennzahlen der Ausgangssituation 90 Anwendungsbeispiel Parametermodell; Kennzahlen nach Optimierung 91 Anforderungen Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten 97 Aggregationsebene für Konzeptelement 2 des erweiterten Systems vorbestimmter Zeiten 98 Codierung der Rücken-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud- 2009, S.27] 103 Codierung der Bein-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud- 2009, S.28] 104 Codierung der Arm-Haltung nach der OWAS-Methode [Gud- 2009, S.27] 104 Tabelle 5-6: Codierung der Lasten nach der OWAS-Methode [Gud-2009, S. 29] 105 Tabelle 5-7: Reliabilität der OWAS-Methode [Kar-1977] 106 Tabelle 5-8: Aktionskategorien der OWAS-Methode [Sto-1985] 106 Tabelle 5-9: Integration Belastungsmodell in Konzeptelement Tabelle 5-10: Einstufungskriterien für OWAS-Codierung [fml-2014a] 110 Tabelle 5-11: Ableitung Sollverteilung für Haltungsverteilungskoeffizient aus der OWAS-Methode [Kel-2015a] 116 Tabelle 5-12: Fallbeispiel 1 - Ergebnis

184 Tabellenverzeichnis Tabelle 5-13: Fallbeispiel 1 Auswertung MTM-Analyse (Datenbasis siehe Anhang E) 123 Tabelle 5-14: Fallbeispiel 2 - Ergebnis 128 Tabelle 5-15: Fallbeispiel 3 - Klassifizierung der Tätigkeiten nach Wertschöpfung 132 Tabelle 5-16: Fallbeispiel 3 - Ergebnis 133 Tabelle A-1: Beispiele zeitbezogener Risikofaktoren für Muskel-Skelett Beschwerden nach Wells et al. [Wel-2006, eigene Übersetzung, Literaturangaben siehe Folgeseite] A-1 Tabelle D-1: Zeitkonstanten GLT-Routenzug-Zeitmodell D-9 Tabelle D-2: Wertebereich Eingangsparameter GLT-Routenzug-Zeitmodell D-9 Tabelle E-1: Tabelle E-2: Tabelle E-3: AP1.1: Tätigkeitsbeschreibung Gestängesteller sequenzieren (MTM-1, OWAS) E-11 AP1.2: Tätigkeitsbeschreibung Gestängesteller einstellen (MTM- 1, OWAS) E-13 AP.2: Tätigkeitsbeschreibung Gestängesteller sequenzieren und einstellen (MTM-1, OWAS) E-14 Tabelle F-1: Tätigkeitsbeschreibung zu Fallbeispiel 3 (MTM-1, OWAS) F

185 Anhang A Zeitabhängige Risikofaktoren für Muskel- Skelett Beschwerden Tabelle A-1: Beispiele zeitbezogener Risikofaktoren für Muskel-Skelett Beschwerden nach Wells et al. [Wel-2006, eigene Übersetzung, Literaturangaben siehe Folgeseite] Risikofaktor Messgröße Körperteil Risiko von Erkrankungen u. Beschwerden Quelle Zeit / Zeitanteil Zeit Zeitanteil [%] Schulter Steigendes Risiko mit steigendem Zeitanteil Arm über Schulter [Pun-2000] [Sve-2004] Handgelenk Steigendes Risiko mit steigendem Zeitanteil Handgelenk gebeugt oder gestreckt [Hün-1981] Frequenz / Zykluszeit Winkelgeschwindigkeit und - beschleunigung Hand-Arm Aktivität Muskel Erholungsphasen (Muscle Rest Events) Kummulative Last Zeit 1 Zeit Grad s Grad s 2 Lenden- Schulter wirbelsäu- le Handgelenk Lenden- wirbelsäu- le Lenden- wirbelsäu- le [Pun-1991] [Sil-1986] [Lin-1998] [Pun-2000] [Mar-1995] [Mar- 1993a] [Nor-1998] [Mar- 1993b] [Lin-1998] [Lat-1999] [Vei-1993] [Kum-1990] [Nor-1998] Handgelenk Steigendes Risiko für Zeitanteil in leicht gebeugter Haltung > 10 % Steigendes Risiko, falls Zykluszeit < 30s und fundamentaler Subzyklus mehr als 50% d. Zykluszeit umfasst Risiko von Schulterbeschwerden steigt, falls Arm häufiger als einmal pro Minute über Schulterhöhe angehoben wird Steigendes Risiko, falls mehr als 120 Hebevorgänge pro Stunde Steigendes Risiko mit zunehmender Handgelenkwinkelgeschwindigkeit und -beschleunigung - Hand/Arm Steigendes Risiko mit steigender Hand- 1 Zeit Schulter Kraft Zeit Nacken Lenden- wirbelsäu- le Arm Aktivität Steigender Krankenstand für Tätigkeiten mit wenigen Muskel-Erholungsphasen ( EMG gaps ) Steigendes Rückenschmerzen-Risiko mit zunehmender Bandscheibenkompressionkraft und -querkraft Steigendes Risiko mit zunehmender Flexions/Extensions- und lateraler Beugegeschwindigkeit

186 Anhang Literaturangaben zu Tabelle A-1: [Pun-2000] Punnett, L.; Fine, L.J.; Monroe Keyserling, W.; Herrin, G.D.; Chaffin, D.B.: Shoulder disorders and postural stress in automobile assembly work. In: Scand. J. Work Environ. Health, 26 (2000), S [Sve-2004] Svendsen, S.W.; Bonde, J.P.; Mathiassen, S.E.; Steengaard-Pedersen, K.; Frich, L.H.: Work-related shoulder disorders: quantitative exposure-response relationships with reference to arm posture. In: Occup. Environ. Med., 61 (2004), S [Hüt-1981] Hünting, W.; Läubli, T.; Grandjean, E.: Postural and visual loads at VDT workplaces. I. Constrained postures. In: Ergonomics 24 (1981), S [Pun-1991] Punnett, L.; Fine, L.; Keyserling, W.M.; Herrin, G.D.; Chaffin, D.: Back disorders and nonneutral trunk postures of automobile assembly workers. In: Scand. J. Work Environ. Health 17 (1991), S [Sil-1986] Silverstein, B. A.; Fine, L. J.; Armstrong, T. J.: Hand wrist cumulative trauma disorders in industry. In: Occupational and Environmental Medicine, Jg. 43 (1986)11, S [Lin-1998] Lin, M.-L.; Radwin, R.: Agreement between a frequency-weighted filter for continuous biomechanical measurements of repetitive wrist flexion against a load and published psychophysical data. In Ergonomics 41 (1998), S [Mar-1995] Marras, W.S.; Lavender, S.A.; Leurgans, S.E.; Fathallah, F.A.; Ferguson, S.A.; Allread, W.G.; Rajulu, S.L.: Biomechanical risk factors for occupationally related low back disorders. In: Ergonomics 38 (1995), S [Mar-1993a] Marras, W.S.; Schoenmarklin, R.W.: Wrist motions in industry. In: Ergonomics 36 (1993), S [Nor-1998] Norman, R.; Wells, R.; Neumann, P.; Frank, J.; Shannon, H.; Kerr, M.; OUBPS Group: A comparison of peak vs. cumulative physical work exposure risk factors for the reporting of low back pain in the automotive industry. In: Clin. Biomech. 13 (1998), S [Mar-1993b] Marras, W.S.; Lavender, S.A.; Leurgans, S.E.; Rajulu, S.L.; Allread, W.G.; Fathallah, F.A.; Ferguson, S.A.: The role of dynamic three-dimensional trunk motion in occupationally-related low-back disorders: the effects of workplace factors, trunk position, and trunk motion characteristics on risk of injury. In: Spine 18 (1993), S [Lat-1999] Latko, W.; Armstrong, T.J.; Franzblau, A.; Ulin, S.S.; Werner, R.A.; Albers, J.W.: Crosssectional study of the relationship between repetitive work and the prevalence of upper limb musculoskeletal disorders. In: Am. J. Ind. Med. 36 (1999), S [Vei-1993] Veiersted, K.B.; Westgaard, R.H.; Andersen, P.: Electromyographic evaluation of muscular work pattern as a predictor of trapezius myalgia. In Scand. J. Work Environ. Health 19 (1993), S [Kum-1990] Kumar, S.: Cumulative load as a risk factor for back pain. In: Spine 15 (1990), S A-2

187 Anhang Anhang B Leitmerkmalmethoden Abbildung B-1: Leitmerkmalmethode Ziehen, Schieben [Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, B-3

188 Anhang Abbildung B-2: Leitmerkmalmethode Heben, Halten, Tragen [Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, B-4