Ein Lernassistenzsystem zur Verbesserung der Ergonomie - Ein Ansatz zur Verbesserung der Verhaltensprävention in der Produktion

Justus Brosche, Hermann Lödding, Hannes Wackerle und Peter Augat

Muskuloskelettale Erkrankungen (MSE) sind die Hauptursache für krankheitsbedingte Arbeitsunfähigkeitstage im produzierenden Gewerbe. Entsprechend sind ergonomische Arbeitsabläufe besonders wichtig, um die Gesundheit der Mitarbeiter zu schützen sowie die hohen Folgekosten von MSE für die Unternehmen und die Gesellschaft zu verringern. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz vor, der die individuellen Fähigkeiten von Mitarbeitern und die individuelle Beanspruchung der Mitarbeiter am Arbeitsplatz mithilfe moderner Motion-Capture-Systeme aufwandsarm erfasst und analysiert. Ein Lernassistenzsystem (LAS) nutzt die Analyseergebnisse zur ergonomischen Verhaltensprävention in der Produktion.

Verhaltensprävention zielt darauf ab, gesundheitsgefährdende Verhaltensweisen zu minimieren und die Gesundheitskompetenz sowie gesundheitsgerechtes Handeln zu fördern. Das betriebliche Gesundheitsmanagement setzt zur Verhaltensprävention häufig auf Informationsveranstaltungen, Vorträge sowie Workshops und Seminare [1]. Diese traditionelle Form der Gesundheitsaufklärung und -belehrung hat sich jedoch als wenig wirksam herausgestellt [2]. Dies ist wenig verwunderlich, weil sie weder die individuellen Fähigkeiten der Mitarbeiter berücksichtigen kann noch die Beanspruchung, die sich aus den realen Abläufen am Arbeitsplatz ergibt. Mit den technologischen Fortschritten besteht nun die Möglichkeit, sowohl die individuellen Fähigkeiten als auch die Arbeitsabläufe mit geringem Aufwand zu erfassen und ergonomisch zu bewerten. Das im Folgenden vorgestellte LAS nutzt dazu digitale Menschmodelle und Motion Capturing.

Digitale Menschmodelle und Motion Capturing

Digitale Menschmodelle bilden die Geometrie und weitere Eigenschaften eines Menschen ab und ermöglichen es, Bewegungsabläufe aus dem Motion Capturing dreidimensional nachzubilden und physische Belastungen zu ermitteln und zu bewerten [3, 4]. Motion-Capture-Technologien erfassen menschliche Bewegungen, z. B. mit Hilfe von Tiefenkameras, Inertialsensorsystemen oder markerbasierter Bewegungsanalyse [5]. Ansätze zur Nutzung dieser Technologien für die Verhaltensprävention existieren gleichwohl bisher nur vereinzelt, z. B. durch eine ergonomische Bewertung der Haltung mit einer 3D-Kamera in Echtzeit [6]. Auch andere neuartige Technologien werden in der Verhaltensprävention vorwiegend zur Kontrolle unterschiedlicher Risikofaktoren wie Gewicht, Ernährung und körperlicher Aktivität genutzt [7].

Fähigkeitsanalysen

Ergonomische Fähigkeitsanalysen bewerten die individuelle Leistungsfähigkeit von Mitarbeitern. Dazu haben sich Methoden aus dem Gebiet der Functional Capacity Evaluation (FCE) etabliert: Zum Beispiel die Evaluation der Leistungsfähigkeit nach Isernhagen, der ERGOS Arbeitssimulator oder das ELA-Verfahren. Sie verwenden standardisierte Tests, um die arbeitsbezogene körperliche Leistungsfähigkeit der Probanden zu bestimmen. Oft sind sie mit erheblichem zeitlichen Aufwand (ca. 5 Stunden exkl. Nachbereitung) verbunden, was eine Analyse der gesamten Belegschaft häufig zu kostenund zeitintensiv macht. Die Methoden werden im ergotherapeutischen Kontext angewendet, um beispielsweise den beruflichen Wiedereinstieg nach einer Erkrankung schadensfrei zu ermöglichen, oder um den Rehabilitationsverlauf zu quantifizieren [8 - 11]. Außerdem werden FCE dazu genutzt, Fähigkeitsprofile für Profilvergleichsverfahren wie dem IMBA-Verfahren zu erstellen. Die Fähigkeitsprofile werden mit den Arbeitsplatzanforderungen abgeglichen, um einen den individuellen Fähigkeiten entsprechenden Arbeitsplatz zu identifizieren [12] oder Arbeitsplätze fähigkeitsgerecht zu gestalten [13].


Bild 1: Schematischer Aufbau des LAS.

Konzept für das LAS

Das LAS verknüpft Motion Capturing und digitale Menschmodelle, um Mitarbeiterfähigkeiten und Arbeitsplatzanforderungen zu erfassen. So ist es möglich, ergonomisch ungünstige Haltungen zu erkennen, am Arbeitsplatz mit dem Mitarbeiter zu besprechen und zu korrigieren. Unter einer verbesserten, ergonomisch günstigen Haltung können beispielsweise das Heben aus den Beinen oder das Arbeiten ohne Verdrehung des Oberkörpers verstanden werden. Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau des LAS, dessen Bestandteile nachfolgend detaillierter dargestellt sind. Die Fähigkeitsanalyse erfasst die Beweglichkeit und die Handgriffkraft des Mitarbeiters, um im LAS ein Fähigkeitsprofil zu erstellen. Im Zuge der Arbeitsplatzanalyse werden die Arbeitsabläufe und die auf den Mitarbeiter wirkenden externen Lasten aufgenommen, um die Arbeitsplatzbelastung zu bestimmen. Der Vergleich von Mitarbeiterfähigkeit und Arbeitsplatzbelastung lässt auf die Beanspruchung des Mitarbeiters am Arbeitsplatz schließen. Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, unterschiedliche Maßnahmen abzuleiten:
• Aus der Mitarbeiterfähigkeit lassen sich individuelle Maßnahmen zur allgemeinen Steigerung seiner Kraft- und Bewegungsfähigkeit ableiten.
• Aus der Arbeitsplatzbelastung lassen sich arbeitsplatzspezifische Maßnahmen für alle Mitarbeiter ableiten.
• Aus der Beanspruchung lassen sich arbeitsplatzspezifische Maßnahmen für den einzelnen Mitarbeiter ableiten.

Umsetzung des LAS

Die Software für das LAS wurde in der Spiel-Engine Unity entwickelt und wertet die Fähigkeitsund Arbeitsplatzanalyse direkt aus. Um die bewegten externen Lasten am Arbeitsplatz aufzunehmen, wird eine Web-App genutzt. Diese ermöglicht es, die Gewichtsklasse, den Zeitpunkt des Greifens und den Zeitpunkt des Ablegens von Bauteilen oder Werkzeugen mit dem Smartphone zu erfassen. Das XSens MVN Awinda Motion-Capture-System erfasst die kinematischen Daten (Xsens MVN Awinda, Xsens Technology BV, Enschede, Niederlande). Das Intertialsensorsystem erlaubt im Gegensatz zu kamerabasierten Systemen eine Bewegungsanalyse am Arbeitsplatz, da die Aufnahmequalität nicht durch Verdeckung des Körpers beeinträchtigt wird, z. B. durch Werkstücke oder Maschinen. Die zugehörige Software ermöglicht es, kinematische Informationen aus der aufgezeichneten menschlichen Bewegung zu extrahieren. Diese enthalten die Positionsdaten für 23 Körpersegmente, die anschließend in die Software des LAS importiert werden. Die Nutzung des LAS erfordert einen in der Methode geschulten Mitarbeiter, um den Produktionsmitarbeiter zu analysieren. Dies ist notwendig, weil die Identifikation kritischer Arbeitsabläufe und die Ableitung geeigneter Maßnahmen ein hohes Maß an Ergonomieverständnis erfordern.

Zum Weiterlesen hier klicken
 

Fehler | INDUSTRIE-MANAGEMENT

Fehler

Auf der Website ist ein unvorhergesehener Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es später nochmal.