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Die ergonomische Gestaltung von Leitwarten

Bedienung von Prozessanlagen
Beispiel ergonomische Gestaltung von Leitwarten

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Mod­ernisierung und Automa­tisierung in der Bedi­enung von Prozes­san­la­gen kön­nen sich auf die Gestal­tung von zen­tral­isierten Arbeit­splätzen und die Auf­gabenaus­führung auswirken. Im fol­gen­den Beitrag wird am Beispiel der Prozess­führung von Schleuse­nan­la­gen der Wass­er- und Schiff­fahrtsver­wal­tung des Bun­des ein ganzheitlich­er und inter­diszi­plinär­er Gestal­tung­sprozess für Leit­warten vorgestellt. Als ein Ergeb­nis des Gestal­tung­sprozess­es ent­stand ein Leit­faden, der die Anforderun­gen an den Bau von Leitzen­tralen verbindlich zusammenfasst.


Autoren: Peter Jeschke, Rain­er Schwab, Bet­ti­na Lafrenz, Thomas Rosenstein
Bun­de­sanstalt für Arbeitss­chutz und Arbeitsmedi­zin (BAuA)

Die Gründe für Mod­ernisierun­gen an Anla­gen und Verän­derun­gen im betrieblichen Ablauf sind viel­seit­ig: Unter anderem kön­nen Erneuerun­gen tech­nis­ch­er Kom­po­nen­ten, verän­derte Anforderun­gen seit­ens des Mark­tes ver­bun­den mit Effizien­zsteigerung, sich verän­dernde Belegschaften oder verän­derte reg­u­la­torische Anforderun­gen Triebfed­ern sein. Damit ein­herge­hend hal­ten Automa­tisierung und Dig­i­tal­isierung Einzug auf allen Ebe­nen der Prozesstech­nik. Auf das Arbeitssys­tem Leit­warte bezo­gen wer­den Prozesse als Abläufe ver­standen, die überwacht wer­den müssen und auf die unter bes­timmten Bedin­gun­gen steuernd eingewirkt wer­den muss. Solche Prozesse umfassen beispielsweise
  • die Pro­duk­tion von (chemis­chen oder biol­o­gis­chen) Stof­fen oder Gütern,
  • Energieerzeu­gung,
  • Verkehrsüberwachung,
  • Per­so­n­en­leit­sys­teme,
  • Secu­ri­ty (Zugangskon­trollen, Personensicherheitsüberwachung),
  • Pro­duk­tion und Über­tra­gung von Infor­ma­tio­nen (z.B. Rund­funk und Fernsehen),
  • Steuerung und Überwachung von autonomen Flugobjekten.
Automa­tisierung und die Dig­i­tal­isierung wiederum ermöglichen eine Ent­fer­nung vom eigentlichen Prozes­sort. Infolgedessen ver­schieben sich die früher „erschaf­fend­en“ manuellen Arbeit­sauf­gaben hin zu „ver­wal­tenden“ kognitiven.
Um die Auswirkun­gen auf die betriebliche Prax­is aufzuzeigen, wer­den die the­o­retis­chen Inhalte beispiel­haft auf ergonomis­che Fragestel­lun­gen der „Wass­er- und Schiff­fahrtsver­wal­tung des Bun­des“ (WSV) angewendet.

Bedienung von der Ferne aus

Die WSV ermöglicht einen rei­bungslosen und damit wirtschaftlichen Schiffsverkehr im See- und Bin­nen­bere­ich. Im Bin­nen­bere­ich ist die WSV für den Erhalt und den Betrieb von derzeit 329 Schleuse­nan­la­gen mit ins­ge­samt 465 Schleusenkam­mern, aber auch über 300 Wehran­la­gen sowie zahlre­ichen Son­der­bauw­erken an Bun­deswasser­straßen zuständig. Zu diesen zählen zum Beispiel Schiff­she­be­w­erke, Sperr- und Sicher­heit­store sowie bewegliche Brück­en. Seit Ende der 1990er Jahre wird durch den Ein­satz von Automa­tisierung­stech­nik die Bedi­enung der Anla­gen sukzes­sive von „vor Ort“ auf Leitzen­tralen über­tra­gen. Um diesen Prozess zu vere­in­heitlichen, hat das Bun­desmin­is­teri­um für Verkehr und dig­i­tale Infra­struk­tur (BMVI) die Entwick­lung eines Leit­fadens beauftragt.
Dieser Leit­faden umfasst neben tech­nis­chen, rechtlichen und organ­isatorischen Aspek­ten auch deren sozialverträgliche Umset­zung sowie ergonomis­che, bar­ri­ere­freie und alterns­gerechte Gestal­tung der Arbeit­splätze. Die Bun­de­sanstalt für Arbeitss­chutz und Arbeitsmedi­zin begleit­ete die Entwick­lung des Leit­fadens inhaltlich und qual­itätssich­ernd mit dem Fokus auf ergonomis­che Fragestellungen.

Gestaltungsprozess

Grundle­gende Anforderun­gen und Abläufe zur Gestal­tung von Leitzen­tralen sind in DIN EN ISO 11064 Teil 1 von 2001 beschrieben. Die Nor­mung definiert neun Grund­sätze für die ergonomis­che Gestaltung:
  • Sit­u­a­tion­s­analyse
  • Auf­gaben­analyse
  • inter­diszi­plinäre Gestaltergruppe
  • Beteili­gung der Nutzenden
  • benutzerzen­tri­erte Gestaltung
  • iter­a­tives Vorgehen
  • Gestal­ten fehler­tol­er­an­ter Systeme
  • Berück­sich­ti­gung der Ergonomie im Gestaltungsprozess
  • Doku­men­ta­tion der ergonomis­chen Gestaltungsgrundlagen
Eine wichtige Grund­lage des ergonomis­chen Gestal­tung­sprozess­es wurde zum Auf­takt mit der Sit­u­a­tion­s­analyse gelegt. Hier­bei wur­den zwei Ver­fahren einge­set­zt: Bege­hun­gen und Arbeits­ge­bi­et­s­analyse. Die Bege­hun­gen der inter­diszi­plinär beset­zten Arbeits­gruppe schlossen Leitzen­tralen der Verkehrsüberwachung (z.B. Flug‑, Bahn- und Schif­fverkehr) in Deutsch­land, Frankre­ich und den Nieder­lan­den ein. Die Arbeits­ge­bi­et­s­analyse (durchge­führt als exter­nal­isiertes Gutacht­en) erfasste und bew­ertete die in der WSV etablierte Gestal­tungsvielfalt und analysierte die auszuführen­den Aufgaben.
Daraus wurde ein neuer Gestal­tungsvorschlag entwick­elt, der die Vorteile der bish­eri­gen Gestal­tungsvielfalt ein­schloss und unzweck­mäßige Gestal­tungsvari­anten vermied.
Wie bere­its erwäh­nt, wurde von Beginn an Wert auf Inter­diszi­pli­nar­ität und Benutzerzen­trierung gelegt. Während des gesamten Gestal­tung­sprozess­es waren Tech­niker ver­schieden­er Fachrich­tun­gen, Design­er, Medi­zin­er, Psy­cholo­gen und Ergonomen beteiligt. Die Beteili­gung der zukün­fti­gen Oper­a­teure erfol­gte indi­rekt durch die Inter­essen­vertre­tung oder direkt durch Beteili­gung in Arbeits­grup­pen. Auch wur­den Work­shops zur Mei­n­ungs­bil­dung durchge­führt, um ein­er möglichst großen Zahl von zukün­fti­gen Oper­a­teuren eine Plat­tform zur Diskus­sion und für Rück­mel­dun­gen zu geben. Die gewonnenen Infor­ma­tio­nen wur­den in den weit­eren Gestal­tung­sprozess einge­speist und unter­stützten damit ein iter­a­tives Vorge­hen. Auf­grund des par­al­le­len Ver­laufs zwis­chen dem Entwick­eln von Gestal­tungsvor­gaben und tat­säch­lichen Bau­vorhaben kon­nten zeit­nah Rück­mel­dun­gen aus dem betrieblichen Ablauf in den Gestal­tung­sprozess einge­bracht wer­den, was zusät­zlich ein iter­a­tives Vorge­hen begün­stigte. Um eine fehler­tol­er­ante Gestal­tung zu gewährleis­ten, wur­den Unfälle aus­gew­ertet, Risikoab­schätzun­gen vorgenom­men und die Auf­gabenaus­führung auf Kon­for­mität mit gel­ten­dem Recht, zum Beispiel die Bin­nen­schiff­fahrtsstraßenord­nung, über­prüft. Die Schw­er­punk­te der Über­prü­fung lagen hier­bei auf der Gestal­tung der grafis­chen Benutzungss­chnittstelle und der Art und Weise der Aufgabenausführung.
Wie aus den Aus­führun­gen deut­lich wird, wur­den ergonomis­che Fragestel­lun­gen vom Pro­jek­t­start an berück­sichtigt: zum Beispiel durch Vorse­hen von Arbeitspaketen zur Klärung ergonomis­ch­er Fragestel­lun­gen, zeitlich­er Ressourcen für iter­a­tives Vorge­hen oder Evaluierungsmeth­o­d­en zur Über­prü­fung der Ein­hal­tung ergonomis­ch­er Vorgaben.
Abschließend wur­den die Gestal­tungsvor­gaben in dem Leit­faden „Automa­tisierung und Fernbe­di­enung von Anla­gen der WSV“ in Form von auss­chrei­bungsreifen Unter­la­gen verbindlich fest­geschrieben. Ein­er­seits wurde damit erre­icht, dass der in der Nor­mung geforderte Par­a­dig­men­wech­sel im Gestal­tung­sprozess auf die betriebliche Prax­is verbindlich über­tra­gen wurde. Der Par­a­dig­men­wech­sel beschreibt den Per­spek­tivwech­sel von der Funk­tion­sori­en­tierung hin zur Nutzerzen­trierung. Ander­er­seits wurde die Verbindlichkeit in der Anwen­dung des Leit­fadens auch durch die enge Zusam­me­nar­beit mit den zukün­fti­gen Anwen­dern des Leit­fadens erreicht.
Ins­ge­samt beteiligten sich mehr als 200 Beschäftigte der WSV an der Bear­beitung der 27 Arbeitspakete. Durch die Ein­beziehung des Spezial­wis­sens der betrieblichen Prak­tik­er kon­nte ein Grad an Akzep­tanz erre­icht wer­den, den eine reine top-down Ein­führung per Anord­nung nicht erre­icht hätte.
Den Aus­gangspunkt des Gestal­tung­sprozess­es bildet die Fes­tle­gung der zukün­ftig auszuführen­den Arbeit­sauf­gaben. Auf dieser Basis kann der Per­son­albe­darf ermit­telt wer­den, was wiederum die Grund­lage für die Anzahl und Anord­nung der Arbeit­splätze und den benötigten Flächenbe­darfe ist. Schließlich kann mit diesen Infor­ma­tio­nen die Arbeit­sumge­bung bis zur Arbeitsstätte geplant werden.
Im Fol­gen­den wer­den die Per­son­albe­darf­ser­mit­tlung sowie die Anforderun­gen an die Gestal­tung der Arbeit­sumge­bung und der Arbeitsmit­tel detail­liert beschrieben.

Ermittlung des Personalbedarfs und der Anzahl der Arbeitsplätze

Nach­dem der Anla­genum­fang fest­gelegt und die auszuführen­den Auf­gaben ermit­telt wur­den, kann der notwendi­ge Per­son­albe­darf berech­net wer­den. Die Berech­nung basiert auf der zeitlichen Vere­in­barkeit der auszuführen­den Auf­gaben mit der Gesamtschicht­dauer. Bei der Ermit­tlung des Per­son­albe­darfs muss ein wesentlich­es Merk­mal der Fernbe­di­enung von Anla­gen der WSV berück­sichtigt wer­den: die par­al­lel zeit­ver­set­zte Steuerung der Prozesse. Der Grund hier­für ist die Überwachungspflicht aus­gewählter Prozesss­chritte, neben der keine par­al­le­len Steuerungstätigkeit­en aus­ge­führt wer­den dür­fen. Solche Prozesss­chritte sind zum Beispiel das Öff­nen und Schließen der Tore, bei denen es je nach Tortyp zu Quetschun­gen, Scherun­gen oder Anhebun­gen des Wasser­fahrzeugs kom­men kann.
Zur Ermit­tlung des Net­to-Per­son­albe­darfs hält der Leit­faden Pauschalen vor. Alter­na­tiv kön­nen repräsen­ta­tive Auf­gaben­bear­beitungszeit­en aus den ver­gan­genen Jahren ermit­telt wer­den. Auf Basis des Net­to-Per­son­albe­dar­fes wer­den zwei weit­ere Berech­nun­gen durchge­führt: Ermit­tlung des Brut­to-Per­son­albe­dar­fes und Verteilung des Anla­genum­fanges auf die Arbeit­splätze. Je nach betriebs-/un­ternehmensspez­i­fis­chen Sta­tis­tiken zu Aus­fal­lzeit­en wird über einen Zuschlag zum Net­to-Per­son­albe­darf der Brut­to-Per­son­albe­darf ermittelt.
Die Verteilung des Anla­genum­fangs erfol­gt nach Aus­las­tung der Anlage und somit nach den Verkehrszahlen. Dafür sind aus­las­tungsab­hängig bes­timmte Bedi­en­sys­teme vorge­se­hen (pro Per­son): für geringe Aus­las­tun­gen die sukzes­sive Aus­führung der Auf­gaben, für mit­tlere Aus­las­tung die par­al­lele Aus­führung der Auf­gaben für bis zu vier Schleusenkam­mern sowie für hohe Aus­las­tun­gen die par­al­lele Aus­führung für zwei Schleusenkam­mern. Auf dieser Basis kann die Anzahl der Arbeit­splätze abgeleit­et werden.

Gestaltung der Arbeitsumgebung und Arbeitsstätte

Die Gestal­tung der Arbeit­sumge­bung umfasst zum Beispiel Flächenbe­darfe, Beleuch­tung, Raumk­li­ma oder Akustik.
Mit der Anzahl der Arbeit­splätze als Ein­gangs­größe kann unter Berück­sich­ti­gung der Flächenbe­darfe (ASR A1.2) und Verkehr­swege (ASR A1.8) die Posi­tion­ierung der Arbeit­splätze zueinan­der vorgenom­men wer­den; und darauf auf­bauend die Größe des Warten­raums errech­net wer­den. Dazu wer­den im Leit­faden stan­dar­d­isierte Raum­mod­ule vorge­hal­ten, welche auch die Anforderun­gen seit­ens Bar­ri­ere­frei­heit (ASR V3a.2) berück­sichti­gen; ins­beson­dere hin­sichtlich der Zugänglichkeit der Arbeit­splätze für Rollstuhlfahrer.
Für Beleuch­tung, Raumk­li­ma und Akustik wur­den Gestal­tungs­grund­sätze und ‑ziele nach den entsprechen­den tech­nis­chen Regeln for­muliert (siehe Lit­er­aturhin­weise). So sieht zum Beispiel der Grund­satz für die Beleuch­tung eine an die Nutzungsart angepasste, flächen­be­zo­gene Beleuch­tungsstärke vor. Der Grund­satz für die Akustik stellt eine hohe Sprachver­ständlichkeit am Arbeit­splatz in den Mit­telpunkt, die jedoch über den Arbeit­splatz hin­aus zu min­imieren ist.
Um im konkreten Bau­vorhaben eine opti­male Lösung zu erre­ichen, wird die Erstel­lung entsprechen­der Fachgutacht­en emp­fohlen. Über den Warten­raum hin­aus gehören zum Beispiel Sozial‑, San­itär- und Tech­nikräume zur Arbeitsstätte. Auch für diese Räum­lichkeit­en wur­den Min­destanforderun­gen for­muliert, die kon­form zu gel­tenden tech­nis­chen Regeln aufgestellt wurden.

Arbeitsmittel

Die Gestal­tung der Arbeitsmit­tel basiert eben­falls auf den auszuführen­den Auf­gaben. Um die Anforderun­gen an die Gestal­tung der Arbeitsmit­tel trans­par­ent und nachvol­lziehbar abzuleit­en, wur­den der Nutzungskon­text beschrieben und Kon­textszenar­ien entwick­elt (siehe z.B. BAuA 2010). Die Arbeit­splätze umfassen fol­gende Arbeitsmit­tel (siehe Abb. 1):
  • ein oder zwei Bedi­en­stände mit Kam­era-Mon­i­toren (#2, obere Reihe),
  • eine grafis­che Benutzungss­chnittstelle für die Bedi­enung der Anlage (#1, Mitte) und deren Ver­wal­tung (#6, rechts), sowie
  • ein Sprachkom­mu­nika­tion­ssys­tem (#3, links).
Abb. 1: Bedienstand
Der Pro­to­type­n­fer­ti­gung des Bedi­en­standes voraus­ge­gan­gen war der Bau eines 1:1 Holz­mod­ells sowie zweier Design­mod­elle. In Work­shops mit zukün­fti­gen Oper­a­teuren kon­nten anhand dieser Zwis­chen­stufen wichtige Erken­nt­nisse zur Gebrauch­stauglichkeit und Auf­gabenaus­führung gewon­nen wer­den, wie z.B. Ermit­tlung der Sehab­stände zu den Anzeigen als Grund­lage für die Ermit­tlung zu ver­wen­den­der Zeichenhöhen.
Für die anla­gen­spez­i­fis­chen grafis­chen Benutzungss­chnittstellen wurde eben­falls eine stan­dar­d­isierte Gestal­tun­gen erar­beit­et (siehe Abb. 2, oben). Unter Berück­sich­ti­gung der Größe der Mon­i­tore und dem max­i­malen Sehab­stand zu diesen wur­den diverse Anforderun­gen stan­dar­d­isiert, wie zum Beispiel Anzahl von Schrift­graden (Zeichen­höhen) und Far­ben, But­ton­größe und ‑abstände, Darstel­lung von Mel­dun­gen, Infor­ma­tion­shaltigkeit oder Bedi­en­logik (zwei oder drei stu­fige Anwahl). Die Inter­ak­tion mit dem Prozessleit­sys­tem erfol­gt vor­rangig per Maus und bei beson­derem Bedarf per Tas­tatur. Die Gestal­tung wurde mit zukün­fti­gen Oper­a­teuren sowie dem Admin­is­tra­tor­per­son­al auf Gebrauch­stauglichkeit und Voll­ständigkeit des Funk­tion­sum­fangs überprüft.
Abb. 2: Grafis­che Benutzungss­chnittstellen für die Prozess­führung ein­er Schleusenkam­mer (oben, Größe 24 Zoll 16:9) und Sprachkom­mu­nika­tion­ssys­tem (unten, Größe 15 Zoll 16:9)
Für die Darstel­lung des Prozess­ablaufs von Anla­gen der WSV wer­den meist Kam­eras einge­set­zt. Um die Gebrauch­stauglichkeit auch im Redun­danz­fall gewährleis­ten zu kön­nen, wur­den hier­für beispiel­sweise Darstel­lungsrich­tung, Gle­ich­läu­figkeit der Darstel­lung und die Kam­eras­teuerung standardisiert.
Neben der Darstel­lung des Prozess­ablaufs mit­tels Kam­er­abilder ist die Kom­mu­nika­tion mit den Anla­gen­nutzern ein wichtiges Instru­ment, Sicher­heit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs zu gewährleis­ten. Dafür wer­den je nach Anla­gen­nutzer ver­schiedene Kom­mu­nika­tion­skanäle benutzt, die, außer dem Tele­fon, in einem Sprachkom­mu­nika­tion­s­gerät kom­biniert wur­den (siehe Abb. 2 unten). Die Inter­ak­tion erfol­gt per Touch. Auch hier­für wurde die Gebrauch­stauglichkeit mit zukün­fti­gen Oper­a­teuren überprüft.
Wie auszugsweise dargestellt wurde, bein­hal­tet der Leit­faden „Automa­tisierung und Fernbe­di­enung von Anla­gen der WSV“ in bish­er nicht ver­gle­ich­bar­er Tiefe und Ganzheitlichkeit Stan­dard­vor­gaben zur ergonomis­chen Gestal­tung der Arbeit­splätze und Arbeitsmittel.

Ausblick

Derzeit wer­den zehn Leitzen­tralen auf Grund­lage dieses Leit­fadens geplant, aus denen über 100 Schleusenkam­mern und zahlre­iche weit­ere Anla­gen fernbe­di­ent wer­den sollen. Das langfristige Ziel ist es, bun­desweit über 90 Prozent der Anla­gen in die Fernbe­di­enung zu über­führen. Um den mit dem Leit­faden einge­führten Stan­dard auch auf beste­hende Leitzen­tralen anwen­den zu kön­nen, find­et dieser auch im Rah­men von Ersatzbeschaf­fun­gen Anwendung.
Lit­er­atur
  • ASR A1.2 „Raum­abmes­sun­gen und Bewe­gungs­flächen”, Stand 09/2013
  • ASR A1.6 „Fen­ster, Ober­lichter, licht­durch­läs­sige Wände“, Stand 01/2012, inkl. 1. Änderung von 04/2014
  • ASR A1.8 „Verkehr­swege“, Stand 11/2012, inkl. 2. Änderung von 06/2016
  • ASR A3.4 „Beleuch­tung“, Stand 04/2011, inkl. 2. Änderung von 04/2014
  • ASR A3.5 „Raumtem­per­atur“, Stand 06/2010, inkl. 2. Änderung von 04/2014
  • ASR A3.6 „Lüf­tung“, Stand 01/2012, inkl. 1. Änderung von 02/2013
  • ASR A 4.1 „San­itär­räume“, Stand 09/2013
  • ASR A 4.2 „Pausen- und Bere­itschaft­sräume“, Stand 08/2012, inkl. 1. Änderung von 04/2014
  • ASR V3a.2 „Bar­ri­ere­freie Gestal­tung von Arbeitsstät­ten“, Stand 08/2012, inkl. 4. Änderung von 06/2016
  • BAuA, 2010: “Ergonomiekom­pendi­um – Anwen­dung ergonomis­ch­er Regeln und Prü­fung der Gebrauch­stauglichkeit von Pro­duk­ten”, ISBN: 978–3–88261–118–2, Dort­mund: BAuA-Verlag.
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