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Belastungen erkennen

Forschung

Psychische und physische Belastungen bei der Arbeit bergen sowohl für den Mitarbeiter als auch für das Unternehmen selbst erhebliche Risiken. Auf Seiten des Mitarbeiters kann eine dauerhafte Überlastung und fortwährender Stress bei der Arbeit zu gesundheitlichen Problemen führen. Auf Seiten des Unternehmens können die Fehlerhäufigkeit in Prozessen oder krankheitsbedingte Ausfalltage der Beschäftigten ansteigen. In diesem Beitrag wird ein Ansatz beschrieben, der die digitale Durchdringung in der Industrie nutzt, um individuelle Beanspruchungssituationen frühzeitig zu identifizieren und darauf reagieren zu können.

ABB. 1: Psychovegetative Beschwerden bei Pausenausfall von Beschäftigten in Deutschland (in %) Quelle: BIBB/BAuA-Erwerbstätigenbefragung 2012

 

Die Notwendigkeit von Pausen

Mentale und körperliche Belastung am Arbeitsplatz und die Durchführung von Ruhepausen stehen in einem direkten Zusammenhang zueinander. Rechtlich gesehen wird zwischen Ruhepausen während der Arbeitszeit und der Ruhezeit während der arbeitsfreien Zeit unterschieden (ArbZG §4, §5). Arbeitspausen dienen der Regeneration und Erholung von den Folgen der vorausgegangenen Arbeitsbelastung [8]. Sie gewährleisten und fördern Sicherheit, Gesundheit und Leistung der Beschäftigten, indem sie vor Überanstrengung und Ermüdung schützen. Neben dem Erholungswert haben Pausen auch die Funktion der Motivation und sozialen Interaktion.

Eine repräsentative Erwerbstätigenbefragung in Deutschland kommt zu dem Ergebnis, dass heutzutage über ein Viertel der Beschäftigten mit einer Arbeitszeit von 6 Stunden und mehr, Arbeitspausen von 15 Minuten und mehr ausfallen lassen [2]. Häufiger Pausenausfall geht oft mit häufig auftretenden Arbeitsanforderungen wie starkem Termin- und Leistungsdruck (35 %), Arbeitsstörungen und -unterbrechungen (34 %), sehr schnellem Arbeiten (34 %) und Multitasking (32 %) einher [2]. Des Weiteren ist ein Zusammenhang zwischen der Häufigkeit eines Pausenausfalls und der Länge der Arbeitszeit erkennbar. Der Arbeitszeitreport Deutschland 2016 verdeutlicht, dass eine längere Arbeitsdauer mit einer ansteigenden Anzahl von Pausenausfällen assoziiert ist [9]. Ein Hauptgrund, der von den Befragten hierfür genannt wird, ist eine zu hohe Arbeitsmenge.

Im Hinblick auf gesundheitliche Auswirkungen eines Pausenausfalls berichten Beschäftigte im Vergleich zu denen, die ihre Pausen nicht ausfallen lassen, häufiger von psychovegetativen Beschwerden (Abb. 1, [1, 2]). Ein Blick auf die Beschäftigten der Lagerwirtschaft zeigt, dass diese verschiedensten Arbeitsanforderungen ausgesetzt sind. Neben häufigen körperlichen Arbeitsbedingungen und Arbeitsumgebungsbedingungen treten außerdem psychische Arbeitsanforderungen häufig auf (Abb. 2, [1, 6]). Monotonie bei der Arbeit wird am meisten genannt: Gut ein Fünftel der Erwerbstätigen in der Lagerwirtschaft arbeitet oft an der Grenze der eigenen Leistungsfähigkeit.

Da häufige psychische Arbeitsanforderungen mit einem vermehrten Pausenausfall zusammenhängen können, sollte im Bereich der Lagerwirtschaft langfristig an der Pausenorganisation und -gestaltung der Beschäftigten angesetzt werden. So können langfristig Übermüdungseffekte und sich daraus ergebende psychovegetative Beschwerden reduziert und die Arbeitsfähigkeit erhalten werden.

Abb. 2: Häufig auftretende psychische Arbeitsanforderungen von Erwerbstätigen in der Lagerwirtschaft (in %). Quelle: BIBB/BAuA-Erwerbs­tätigenbefragung 2012

 

Grundidee und technische Herausforderung

Auf dieser Problemstellung baut die Idee auf, ein System zu entwickeln, das selbstständig den persönlichen Bedarf einer Pause erkennen kann und dem Beschäftigten zum jeweiligen Zeitpunkt über die anstehende Pause informiert. Die technische Herausforderung hierbei liegt darin, die mentale oder physische Beanspruchung des jeweiligen Mitarbeiters mit Hilfe handelsüblicher Sensorarmbänder zu erkennen.

Die Belastung einer Arbeitskraft ist nach DIN ISO 26800 die Summe der auf ihn einwirkenden, äußeren Rahmenbedingungen und der an ihn gestellten Anforderungen. Diese Belastungen wirken auf die Arbeitskraft in Abhängigkeit individueller Eigenschaften und Bewältigungsstrategien, und äußern sich in subjektiv wahrgenommener mentaler und körperlicher Beanspruchung [4].

Die automatisierte Erkennung von Stresssituationen durch Sensorarmbänder birgt eine Reihe an technischen Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Auf der einen Seite steht die Fragestellung, welche Vitalparameter sich durch die derzeit am Markt befindlichen Armbänder erfassen lassen. Auf der anderen Seite steht die Frage, wie sich durch Messwerte differenzieren lässt, ob es sich bei der gemessenen Belastung um positiven oder negativen Stress handelt oder um eine mentale oder physische Stresssituation. Diese Differenzierung ist notwendig, da mentale Belastungen eine andere Herangehensweise erfordern als physische Belastungen.

Mit den meisten verfügbaren Sensorarmbändern lässt sich der Blutvolumenpuls (BVP) und die Herzrate messen. Beide Messwerte lassen für sich genommen jedoch keine verlässlichen Rückschlüsse auf mentale oder körperliche Stresssituationen zu, da die Herzrate durch zu viele äußere und innere Faktoren beeinflusst wird. Für eine zuverlässige Interpretation werden weitere Parameter benötigt.

Einige Sensorarmbänder messen zusätzlich die Herzratenvariabilität (HRV), mit der die Veränderung der Abstände zwischen den einzelnen Herzschlägen beschrieben wird. Über diesen Wert lassen sich Aussagen zum Fitnesszustand eines Menschen ableiten. In Stresssituationen verringert sich der Abstand der Herzschläge zueinander und die Herzratenvariabilität nimmt ab. Dies bedeutet, dass in Stresssituationen der Herzschlag regelmäßiger wird. Dies ist eine valide und messbare Größe, die in der Wissenschaft bereits angewendet wird [8].

Ein weiterer Parameter, der eine entscheidende Rolle bei der Erfassung von Stresssituationen spielt, ist die elektrodermale Aktivität (EDA) bzw. Hautleitfähigkeit. Diese Messgröße gibt Hinweise zur Leitfähigkeit der Haut und reagiert auf Aussonderungen der Schweißdrüsen. Diese reagieren unmittelbar auf mentale oder physische Belastungssituationen und senken den Leitwiderstand der Haut. In der Wissenschaft wird dieser Wert aufgrund seiner einfachen Anwendung häufig zur Stressidentifikation herangezogen [3].

 

Studie zum Einsatz von Sensorarmbändern zur Belastungsidentifikation

Im Rahmen einer am Fraunhofer IML durchgeführten Laborstudie mit 10 Probanden wurde untersucht, inwieweit sich Sensorarmbänder für die differenzierte Messung von Beanspruchungsparametern heranziehen lassen und welche Vitaldaten eine zuverlässige Erkennung von Stress erlauben. Für die Messungen wurde ein Sensorarmband ausgewählt, das neben dem BVP und der HRV noch den EDA, die Körpertemperatur sowie die Bewegungsintensität erfassen kann.

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Autoren: Dipl.-Inf. Benedikt Mättig, Dr. Veronika Kretschmer

Literatur:

[1] Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2012). BIBB/BAuA-Erwerbstätigenbefragung 2012. – www.baua.de/DE/Themen/Arbeitswelt-und-Arbeitsschutz-im-Wan-del/Arbeitsweltberichterstattung/Arbeitsbedingungen/BIBB-BAuA-2012.html
[2] Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2015). Arbeiten ohne Unterlass? - Ein Plädoyer für die Pause. BIBB/BAuA-Faktenblatt 04, 2. Auflage, Dortmund: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin. – www.baua.de/dok/6505298
[3] Christie, M. J. (1981). Electrodermal activity in the 1980s: A review. In: Journal of the Royal Society of Medicine 74 (8), 616 – 622. 
[4] DIN Deutsches Institut für Normung e. V. (2011).: Ergonomie - Genereller Ansatz, Prinzipien und Konzepte (ISO 26800:2011); Deutsche Fassung EN ISO 26800:2011, 11.2011
[5] Hüttges, A., Müller, A. & Richter, P. (2005). Gesundheitsförderliche Arbeitsgestaltung durch Kurzpausensysteme: Ein Ansatz an der Schnittstelle von Verhaltens- und Verhältnisprävention. Wirtschaftspsychologie, 7(3), 36 - 43.
[6] Kretschmer, V. (2017). Belastungsschwerpunkte von Erwerbstätigen in der Intralogistik. Sicher ist Sicher. In: Arbeitsschutz aktuell - Fachzeitschrift für Sicherheitstechnik, Gesundheitsschutz und menschengerechte Arbeitsgestaltung, Ausgabe 10, Berlin: Erich Schmidt Verlag, im Druck.
[7] Roßnagel, A.; Jandt, S; Skistims, H; Zirfas, J. (2012). Datenschutz bei Wearable Computing: Eine juristische Analyse am Beispiel von Schutzanzügen. Wiesbaden: Springer Vieweg.
[8] Rutenfranz, J.; Knauth, P.; Nachreiner, F. (1993). Arbeitszeitgestaltung. In: Schmidtke, H. (Hrsg.): Ergonomie. München, Wien: Hanser Verlag, S. 574 – 599.
[9] Wöhrmann, A. M.; Gerstenberg, S.; Hünefeld, L.; Pundt, F.; Reeske-Behrens, A.; Brenscheidt, F.; Beermann, B. (2016). Arbeitszeitreport Deutschland 2016. 1. Auflage, Dortmund: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin. – DOI: 10.21934/baua:bericht20160729

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