Ständige Erreichbarkeit
B.5.3.1 Head Mounted Displays als Arbeitsassistenz: Wie kann man die Bearbeitung schwieri- schwieri-ger Aufgaben unterstützen?
Abb. B 9: Zusammenspiel von Mensch, Technologie und Aufgabe
Quelle: BAuA
Technologische Innovationen sind ein wesentlicher Schlüssel zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Es gilt, in der globalen Konkurrenz der Wirtschaftsstandorte durch effiziente und zukunftswei
sende Technologien den entscheidenden Vorsprung zu erarbeiten und zu sichern. Die Zukunftsstrategie der Bundesregierung „Industrie 4.0“ hat seit 2011 zum Ziel, die Kompetenzen für die Weiterentwicklung der in
dustriellen Produktion zu bündeln und die Innovationsprozesse weiter zu beschleunigen. Der Motor dieser Ent
wicklungen sind die weiterhin zunehmende Digitalisierung und Automatisierung von Prozessen. Im Ergebnis werden sich Geschäftsprozesse, Organisationen und Technik grundlegend wandeln. Prozesse werden effizienter, komplexer und dynamischer. Mittels vernetzter Technologien lassen sich hochgradig individuelle Produkte sehr flexibel herstellen und anbieten.
Doch wie prägen neue Technologien, die hierbei eingesetzt wer
den sollen, die Arbeitswelt von morgen? Welche Auswirkungen ergeben sich auf die Sicherheit und Gesundheit der Beschäftig
ten? Wie lassen s ich bei den sich abzeichnenden betrieblichen Prozessen und Strukturen Lern- und Persönlichkeitsförderlichkeit der Arbeit gestalten und realisieren? Aus Sicht des Arbeitsschut
zes ist von zentraler Bedeutung, dass Sicherheit, Gesundheit und Wohlbefinden der Beschäftigten von neuen Entwicklungen profi
tieren. Die technologisch gegebenen Chancen für bessere Arbeit sollen gezielt gesucht werden. Daher stellt die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) bereits seit 2009 diese und ähnliche Fragen nach der Folgenabschätzung zu Chancen und Risiken neuer Technologien im Rahmen des Forschungs
schwerpunktes „Innovative Technologien bei Arbeitsmitteln und Arbeitssystemen, Ambient Intelligence (AmI)“. Unter AmI wird die Erweiterung der Lebens- und Arbeitsumgebung mit intelli
genten Funktionen verstanden.
Neue Technologien wie Head Mounted Displays oder intelligente Beleuchtung sind Teilgebiete von AmI und werden von der BAuA als Adaptive Arbeitsassistenzsysteme (AAS) bezeichnet. Unter dem Begriff AAS wer
den Methoden, Arbeitsmittel und -systeme verstanden, welche das Arbeitsleben des Menschen auf intelligente Weise unterstützen. In diesem Zusammenhang wird oft auch von „smarten“ Technologien gesprochen. Mit dem Konzept der AAS wird der menschzentrierte Ansatz der BAuA deutlich: Die technologische Unterstützung des Menschen im Arbeitsleben ist ein zentraler Erfolgsfaktor für die Wirtschaftlichkeit wie auch für Sicherheit und Gesundheit. Dabei sind Eigenschaften des Menschen sowie Aspekte der Aufgabe bzw. Organisation und der Technologie in ihrem Zusammenspiel zu betrachten, um Sicherheit, Gesundheit, Wohlbefinden und Entwick
lungsmöglichkeiten der Beschäftigten sicherzustellen.
Der folgende Beitrag fokussiert die Chancen und Risiken neuer Technologien in der Arbeitswelt anhand der Beispiele Head Mounted Displays und intelligente Beleuchtung. Head Mounted Displays sind Anzeigegeräte, die am Kopf des Verwendenden befestigt sind. Intelligente Beleuchtung wird vor allem durch die Einführung der LED Lampentechnologie ermöglicht. Auf den ersten Blick haben diese beiden Technologien kaum Gemein
samkeiten. Beide ermöglichen jedoch neuartige Arbeitsplatz- und Prozessgestaltungen. Bei optimaler Verwen
dung beider Technologien kann auf unterschiedliche Weise eine Verbesserung der Leistung bei gleichzeitiger Optimierung der Beanspruchung der Nutzerinnen und Nutzer erreicht werden. Beide Technologien bergen je
doch auch Risiken. So haben beispielsweise beide eventuell Auswirkungen auf die psychische und körperliche Beanspruchung oder auf die Sehleistung. Für beide Technologien gilt also, dass es noch wichtige offene For
schungsfragen gibt, die Anwendungen sich jedoch bereits schnell verbreiten. Die Klärung von Chancen und Risiken der Technologien für Sicherheit und Gesundheit ist also gezielt voranzutreiben.
B.5.3.1 Head Mounted Displays als Arbeitsassistenz: Wie kann man die Bearbeitung schwieri-ger Aufgaben unterstützen?
Viele Arbeitsaufgaben sind so komplex, dass sie ohne Hilfsmittel kaum bewältigt werden können. Solch kom
plexe Aufgaben bestehen etwa aus umfangreichen Arbeitsschrittfolgen oder erfordern vielfältiges Wissen. Die Konsequenzen von Fehlern bei der Ausführung können dabei groß sein. Wird z. B. bei der Instandhaltung einer
Sicherheit, Gesundheit und Wohlbefinden der Beschäftigten
Mensch Technologie
Aufgabe
Maschine ein Arbeitsschritt versehentlich ausgelassen, kann dies im schlimmsten Fall zu einem katastrophalen Unfall führen. In solchen Fällen werden Arbeitshilfen wie Checklisten oder Handbücher unter anderem einge
setzt, um die Leistung zu verbessern, Fehler zu vermeiden und die Beanspruchung der Nutzerinnen und Nutzer zu optimieren. Im Gegensatz zu Schulungen werden Arbeitshilfen direkt während der Bearbeitung einer Aufga
be eingesetzt, sie unterstützen demnach genau dann und dort, wo Hilfe benötigt wird. Herkömmliche Arbeitshil
fen liegen meist in gedruckter Form vor. Gedruckte Materialien eignen sich, um deklarative Informationen (z.
B. technische Zeichnungen, Listen) sowie prozedurale Informationen (z. B. Alarmpläne, Betriebsanweisungen) bereitzustellen und bei der Entscheidungsfindung (z. B. Fehlerbäume, Entscheidungstabellen) zu unterstützen.
Neue Technologien wie Head Mounted Displays (HMDs) bieten innovative Möglichkeiten der Unterstützung.
HMDs sind Anzeigegeräte, die am Kopf des Verwendenden befestigt sind. Es gibt verschiedene Typen von HMDs, welche sich deutlich voneinander unterscheiden. Displays können etwa in ein Brillengestell integriert sein oder an einem Kopfträger bzw. Helm befestigt sein. Zudem gibt es monokulare Displays (vor einem Auge) oder binokulare Displays (vor beiden Augen), durch die man entweder hindurchschauen kann oder nicht. Auch hinsichtlich der ergonomischen Gestaltung gibt es deutliche Unterschiede z. B. hinsichtlich des Gewichts oder des Tragekomforts.
Der Hauptvorteil von HMDs liegt in der freien Benutzbarkeit beider Hände bei gleichzeitigem Abrufen von Informationen. Digitale Arbeitshilfen können dieselben Funktionen erfüllen wie gedruckte Arbeitshilfen, dar
über hinaus jedoch auch bei der mentalen Verarbeitung unterstützen, indem beispielsweise Informationen auto
matisch sortiert werden. Ein weiterer Vorteil von elektronischen gegenüber gedruckten Arbeitshilfen ist die Möglichkeit, Aktualisierungen zentral zu pflegen und unmittelbar allen Beschäftigten verfügbar zu machen.
Gedruckte Materialien als Arbeitshilfen sind häufig nicht aktuell. So ist es beispielsweise möglich, dass techni
sche Zeichnungen etwaige Umbaumaßnahmen nicht enthalten. Unvollständige oder veraltete Informationen in Arbeitshilfen können jedoch eine Fehlerquelle darstellen. Über die Ansteuerung eines Displays aus der Ferne, z. B. über das Internet, können ausführende Tätigkeiten in Echtzeit an nahezu beliebigen Orten unterstützt wer
den. Dies kann z. B. bei komplexen Instandhaltungsaufgaben hilfreich sein.
Forschungsprojekt: Sicherer und beanspruchungsoptimaler Einsatz von HMDs
Der Einsatz von Arbeitshilfen in Unternehmen dient wie beschrieben der Verbesserung von Leistung bei gleich
zeitiger Optimierung der Beanspruchung der Nutzerinnen und Nutzer (d. h. weder Über- noch Unterforderung).
Diese Ziele werden bspw. verfolgt, wenn Datenbrillen bei der Kommissionierung oder bei der Fernwartung eingesetzt werden, dies ist bereits betriebliche Realität – allerdings noch nicht mit großer Verbreitung. Mit der Markteinführung von immer besseren technischen Lösungen ist auch mit einer schnell zunehmenden Verwen
dung zu rechnen. Sind HMDs als Arbeitshilfen für derartige Aufgaben immer geeignet? Kann die Verwendung von HMDs tatsächlich zu einer besseren Leistung und einer optimierten Beanspruchung führen oder resultieren gar die Sicherheit und Gesundheit betreffende Nebenwirkungen?
Das Forschungsprojekt „Head Mounted Displays: Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes“ stellt diese Fragen aus Sicht des Arbeitsschutzes. Der ganzheitliche Forschungsansatz des Projektes beschäftigt sich zum einen mit der Passung zwischen Technologie und Aufgabe und zum anderen mit den Aus
wirkungen des mehrstündigen Verwendens von HMDs auf Nutzerinnen und Nutzer.
Passung zwischen Technologie und Aufgabe
Die Arbeitsaufgabe ist ein zentraler Bestandteil arbeitspsychologischer Gestaltungskonzepte. Werden HMDs oder andere neue Technologien als Arbeitshilfe eingesetzt, bedeutet dies, dass zunächst die Aufgabe, bzw. die Passung zwischen Aufgabe und Technologie, analysiert werden sollte. Werden Arbeitshilfen ohne vorherige Analyse eingesetzt, kann keine optimale Passung erreicht werden. In diesem Fall müssen Anwender eigene Ressourcen (z. B. Zeit, Aufwand, Wissen) nutzen, um die Lücke zwischen Arbeitsanforderung und Arbeitshilfe zu schließen. Das Ziel einer optimalen Beanspruchung (d. h. weder Überforderung noch Unterforderung) der Nutzerinnen und Nutzer kann in diesem Fall nicht erreicht werden. Bestimmte Aufgaben eignen sich generell für die Verwendung von Arbeitshilfen. Dies gilt etwa für unregelmäßige Aufgaben oder Aufgaben die keinen Spielraum für Abweichungen bieten wohingegen andere Aufgaben eher ungeeignet sind.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden in einem Expertenworkshop von etwa 20 Forscherinnen und For
schern sowie Entwicklerinnen und Entwicklern aus der Praxis Indikatoren für bzw. gegen den HMD Einsatz
B. Entwicklungen von Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit – HMDs eignen sich insbesondere, wenn für Aufgaben beide Hände verwendet werden müssen und Mobilität
erforderlich ist.
– HMDs können verwendet werden, wenn eine Primäraufgabe durch kurze Sekundäraufgaben unterbrochen wird, welche auf dem HMD angezeigt werden.
– Aufgaben, welche sich in Unteraufgaben gliedern lassen, eignen sich für die Unterstützung durch ein HMD, wenn der Informationsbedarf für einzelne Arbeitsschritte gering ist.
– HMDs eignen sich zur Unterstützung von Navigationsaufgaben.
– Informationen, welche auf einem HMD angezeigt werden, sind von außen nicht sichtbar. Daher eignen sich HMDs für Aufgaben, die Datenschutz erfordern.
– HMDs eignen sich in der Anlernphase oder bei geringer Wiederholrate von Aufgaben.
Generell lassen sich grafische Informationen (Bilder, Videos) auf einem HMD besser präsentieren als Text.
HMDs können informationsintensive Aufgaben unterstützen, wobei wichtig ist, dass die Informationen struktu
riert für den jeweiligen Arbeitsschritt präsentiert werden.
HMDs eignen sich weniger, wenn ein volles Sichtfeld nötig ist und die Verdeckung des Arbeitsumfeldes (z. B.
aus Sicherheitsgründen) nicht akzeptabel ist. HMDs werden nicht zur permanenten Verwendung empfohlen.
Das „Wegklappen“/Abnehmen eines HMDs sollte während der Aufgabe möglich sein. Ist die Primäraufgabe zu aufmerksamkeitsintensiv, wird von einem HMD abgeraten. HMDs eignen sich nur bedingt, um viel Text oder technische Zeichnungen darzustellen. Die Frage nach Kosten und Nutzen sowie der Akzeptanz der Benutzer sollte ebenfalls betrachtet werden. Generell sollten HMDs und andere Arbeitshilfen im Sinne der Optimierung von Beanspruchung eher nicht für Routinetätigkeiten oder die Montage einfacher Produkte verwendet werden.
Auf Basis der ermittelten Kriterien wurde die industrielle Störungsbehebung als Fallbeispiel für die Unterstüt
zung durch ein HMD ausgewählt. In einem ersten Schritt wurde eine detaillierte Aufgabenanalyse mit besonde
rer Konzentration auf aktuell verwendete Arbeitshilfen sowie Schwierigkeiten bei der Aufgabenausführung in einem Walzwerk durchgeführt. Instandhaltungsteams wurden während der Störungsbehebung beobachtet und anschließend schriftlich befragt. Die Aufgabenanalyse zeigte, dass die hohe Anlagenkomplexität zu immer neu
artigen Störungen führt und Standardlösungen selten vorliegen. Teammitglieder kommunizieren per Mobiltele
fon und haben daher keinen geteilten visuellen Kontext, d. h. sie sehen verschiedene Teilaspekte einer Aufgabe.
Aus der Aufgabenanalyse ergab sich, dass insbesondere die örtlich getrennte Störungsdiagnose im Team Poten
zial für die Unterstützung durch HMDs bot. Die befragten Mitarbeiter gaben häufig an, sich gelegentlich über unvollständige bzw. nicht aktuelle Schalt- oder Hydraulikpläne bzw. technische Zeichnungen zu ärgern.
Im Anschluss an die Aufgabenanalyse wurde eine Fallstudie im Bereich der Störungsdiagnose durchgeführt.
Mehrere freiwillige Teams setzten ein HMD in Verbindung mit einem Konferenzsystem kurzzeitig während des laufenden Betriebes ein.
Die Teamleistung bei der örtlich getrennten Störungsdiagnose konnte durch den HMD-Einsatz verbessert wer
den. Allerdings ist der wahrgenommene Nutzen der Technologie nicht so hoch, dass negative Aspekte wie ein hohes Gewicht von den Nutzerinnen und Nutzern akzeptiert werden. Die Passung zwischen Aufgabe und Tech
nologie ist demnach hoch, jedoch überwiegen derzeit negative Aspekte, die auf das Design zurückzuführen sind.
Die technologische Entwicklung von HMDs schreitet jedoch voran, ergonomisches Design gewinnt an Bedeu
tung. Es ist zu erwarten, dass neu entwickelte HMDs Aufgabenanforderungen besser erfüllen können, wenn negative Aspekte wegfallen.
Die Teilnahme an der Fallstudie erfolgte freiwillig. Manche Teams entschieden sich gegen das Ausprobieren des HMDs. Die Verwendung von Arbeitshilfen ist in der Realität aber häufig vorgeschrieben. Möglicherweise wirkt sich aber eine geringe Akzeptanz auf die individuelle Leistung negativ aus.
Beanspruchung und Leistung der Nutzerinnen und Nutzer
Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Laborstudien durchgeführt, um zum einen die körperliche und geistige Beanspruchung und zum anderen die Leistung beim Einsatz von HMDs zu untersuchen. Hierbei wur
den besonderes Augenmerk auf eine längere Nutzung der Technologie über mehrere Stunden gelegt und ein Vergleich mit anderen Technologien der Informationsanzeige (Tablet-PC oder Wandmonitor) vorgenommen.
Die Benutzung der HMDs zeigte keinen Einfluss auf die Sehleistung. Während des gesamten Versuches zeigte sich eine leichte Erhöhung der Aktivität der Nackenmuskulatur beim Einsatz von HMDs. Dies mag z. B. auf das Gewicht des verwendeten industriellen HMDs (190 Gramm) zurückgehen, könnte aber auch in Zusammenhang mit einem weiteren Befund stehen: In einer Videoanalyse wurde festgestellt, dass HMD-Nutzer deutlich weni
ger Kopfbewegungen machen, was ebenfalls zu einer höheren Anspannung der Nackenmuskulatur führen könn
te. Der Grund für die Einschränkung der Kopfbewegungen ist noch nicht hinreichend geklärt. Er könnte aber darauf beruhen, dass die Probanden ein Verrutschen des HMDs vermeiden wollen, oder sich durch die Technik eingeschränkt fühlen. Bei einer Befragung der Probanden zeigten sich in einigen Punkten (z. B. „schmerzende Augen“, „schwere Augen“, aber auch „Kopfschmerzen“ oder „Nackenschmerzen“) höhere Werte beim HMD sowie ein stärkerer Anstieg dieser Beschwerden über die Versuchszeit hinweg verglichen mit einem Wandmoni
tor. Bei der Leistung zeigte sich ein langsameres Arbeiten mit dem HMD.
In einer anderen Laborstudie wurden Leistung und geistige Beanspruchung bei einem Arbeitseinsatz über vier Stunden mit einem anderen industriellen HMD (340 Gramm) und Tablet-PC verglichen. Hier bestand die Auf
gabe aus zwei Prozessen, die beide so schnell und akkurat wie möglich bearbeitet werden sollten: Zum einen bauten Probanden mittels einer bildhaften Schritt-für-Schritt-Anweisung verschiedene Spielzeugfahrzeuge zu
sammen. Zum anderen sollten sie in einer sogenannten „Monitoring-Aufgabe“ eine Anzeige überwachen, die parallel zu den Aufbaufolien am Rand des Bildschirms gezeigt wurde und auf bestimmte Zustandsänderungen reagieren. Diese Aufgabe sollte zeigen, ob eine parallele Überwachungstätigkeit auf einem HMD besser funkti
oniert, da die Anzeige dort immer im Sichtbereich des Nutzers liegt.
In den Ergebnissen zeigte sich, dass auch hier bei der Aufbauaufgabe mit einem HMD im Vergleich zum Tab
let-PC ca. 35 % langsamer gearbeitet wurde. Interessanterweise war auch die Reaktion auf die Monitoring-Aufgabe, gemessen in dem prozentualen Anteil der richtigen Reaktionen, beim HMD tendenziell schlechter als beim Tablet-PC. Dies stellt die Idee, kritische Informationen auf einem HMD zu präsentieren, damit der Nutzer sie besser erkennt, in Frage. Die Probanden gaben zudem eine höhere empfundene Beanspruchung bei Verwen
dung des HMDs an – dies gilt insbesondere bei älteren Nutzerinnen und Nutzern. Diese Ergebnisse wurden zudem durch körperliche Beanspruchungsmessungen bestätigt.
Zusätzlich wurden im Rahmen dieser Studie eventuelle Gewöhnungseffekte an dieser neuen Technologie unter
sucht. Hierbei zeigte sich aber keine Verbesserung von Leistung oder empfundener Beanspruchung beim zwei
ten Versuchsdurchlauf. Einzig die körperlich basierte Beanspruchungsmessung zeigt bei der zweiten Messung eine Gewöhnung und eine Verringerung auf das Niveau des Tablet-PCs. Die während des Versuches vorge
nommenen Pausen zeigen sowohl in den Fragebögen als auch in der körperlich basierten Beanspruchungsmes
sung deutlich die gewünschte Entspannung. Für das Arbeiten mit HMDs sind also regelmäßige Pausen empfeh
lenswert. Diese Studie wurde auch mit einem anderen sehr viel leichteren HMD (50 Gramm) aus dem Konsu
mentenbereich repliziert, dieses wird von den Nutzern als angenehmer empfunden und führt zu weniger Kopf-und Nackenschmerzen. Hinsichtlich Leistung Kopf-und Beanspruchung zeigten sich aber dieselben Effekte.
Auch das Alter wurde als mögliche Einflussvariable in allen Laborstudien untersucht. Hierbei zeigten sich zwar allgemeine Leistungseinbußen mit zunehmendem Alter, aber kaum diesbezügliche Effekte durch den Umgang mit dem HMD. Allerdings steigt die Beanspruchung mit zunehmendem Alter bei Verwendung eines HMD noch stärker an als bei Jüngeren.
Fazit
Die Bewertung des Einsatzes von Head Mounted Displays als Arbeitsassistenz sollte ganzheitlich erfolgen.
Kriterien der Aufgabe, individuelle Charakteristiken des Menschen, Merkmale der Umwelt sowie Eigenschaften von HMDs müssen im Zusammenhang betrachtet werden. Wird in einer Analyse der Aufgabe ermittelt, dass der Einsatz eines HMDs sinnvoll wäre, muss in einem nächsten Schritt ein passendes HMD ausgewählt werden.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass individuelle Charakteristiken des Menschen die Eignung von HMDs zur Aufgabenunterstützung sowie die Auswahl eines geeigneten HMDs mit beeinflussen. Ältere Personen könnten beispielsweise durch die Verwendung eines HMDs stärker beansprucht werden, so dass eine andere Technolo
gie unter Umständen geeigneter wäre. Zudem sollte bei der Auswahl des HMDs etwa beachtet werden, ob dies auch für Brillenträger geeignet ist. Nicht zuletzt sind Umweltbedingungen wichtig für die Auswahl und Ver
wendung von HMDs. Bestimmte Bodenbeschaffenheiten (z. B. Spiegelungen) können etwa zu Schwierigkeiten bei der visuellen Wahrnehmung der Informationen führen. Der Einsatz von HMDs hat somit Zusammenhänge mit verschiedenen anderen Merkmalen des Arbeitssystems.
B. Entwicklungen von Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit Eine Beeinträchtigung des visuellen Systems, d. h. des Sehens, konnte auch bei einem mehrstündigen Einsatz von HMDs nicht nachgewiesen werden. Das hohe Gewicht einiger HMDs kann als unangenehm empfunden werden und in Verbindung mit der Kopfhalterung zu eingeschränkten Kopfbewegungen und erhöhter Aktivität der Nackenmuskulatur führen. Der gemessenen erhöhten Beanspruchung beim Tragen von HMDs kann aller
dings mit regelmäßigen Pausen effektiv entgegengewirkt werden. Des Weiteren ist eine Einarbeitungsphase beim Erlernen des Umgangs mit der neuen Technologie zu empfehlen. Die Arbeitsleistung in den getesteten grafischen Konstruktionsaufgaben ist bei einem HMD geringer und eine Überwachungstätigkeit funktioniert auf einem HMD nicht automatisch besser, nur weil Informationen im Sichtfeld eingeblendet werden.