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Produktionstechnologie und Prozessintegration – Ergonomie und Automatisierung gemeinsam planen

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Produktionstechnologie und Prozessintegration – Ergonomie und Automatisierung gemeinsam planen

Einleitung

Kurzbeschreibung: Arbeitsaufgabe und menschliche Belastung gemeinsam betrachten, bevor automatisiert wird.

In diesem aiMOOC planst Du einen Produktionsprozess so, dass Ergonomie, Arbeitsschutz, Qualität und Automatisierung zusammenpassen. Zielgruppe ist die Berufsausbildung in Produktion, Metalltechnik, Mechatronik und Automatisierungstechnik.

Sicherheitsregel für den gesamten Kurs: Maschinen- und Roboterabläufe werden zuerst nur als Ablaufplan, Layout oder Simulation untersucht. Es gibt keine automatische Live-Ansteuerung. Schutzeinrichtungen werden niemals überbrückt, deaktiviert oder umgangen. Reale Arbeiten erfolgen nur unter geeigneter Fachaufsicht, nach Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung und betrieblicher Freigabe.

Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du eine Arbeitsaufgabe in Prozessschritte zerlegen, körperliche und mentale Belastungen erkennen, Automatisierungsmöglichkeiten begründet auswählen und Sicherheits- sowie Ergonomieanforderungen schon in der Planung berücksichtigen.

Lerneinheit 1: Arbeitsaufgabe zuerst verstehen

Ein Produktionsprozess ist mehr als eine Maschinenfolge. Zum Arbeitssystem gehören Mensch, Arbeitsmittel, Werkstück, Umgebung, Organisation und Information.

Merksatz: Automatisiere nicht zuerst die Bewegung. Kläre zuerst, welche Aufgabe sicher, qualitätsgerecht und menschengerecht erfüllt werden soll.

Arbeitsaufgabe: Was muss am Produkt erreicht werden?
Prozessschritt: In welcher Reihenfolge geschieht es?
Belastung: Welche äußeren Anforderungen wirken auf den Menschen?
Beanspruchung: Wie wirkt die Belastung auf die einzelne Person?
Automatisierung: Welche Teilaufgabe kann Technik zuverlässig übernehmen?

Lerneinheit 2: Belastungen sichtbar machen

Typische Belastungsmerkmale in der Produktion sind ungünstige Körperhaltungen, häufige Wiederholungen, Kraftaufwand, langes Stehen, große Greifweiten, Zeitdruck und hohe Aufmerksamkeitsanforderungen. Die BAuA stellt für körperliche Belastungen Leitmerkmalmethoden bereit.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Ein Hilfsmittel kann eine Belastung reduzieren, ersetzt aber keine vollständige Analyse der Arbeitsaufgabe. Entscheidend ist die Kombination aus Arbeitsplatzhöhe, Greifraum, Materialbereitstellung, Werkzeug, Takt und Arbeitsorganisation.

Lerneinheit 3: Automatisieren heißt Belastung verändern

Automatisierung kann schwere, monotone oder hoch repetitive Handhabung übernehmen. Gleichzeitig können neue Anforderungen entstehen: Überwachung, Störungsdiagnose, Informationsverarbeitung oder seltene, aber anspruchsvolle Eingriffe.

Planungsfrage: Wird Belastung wirklich reduziert oder nur von körperlicher Arbeit zu dauernder Aufmerksamkeit verschoben?

Das Video des Fraunhofer IWU zeigt Mensch-Roboter-Kollaboration als Produktionskonzept. Für reale Anlagen reicht ein anschauliches Beispiel jedoch nie als Sicherheitsnachweis.

Lerneinheit 4: Ergonomie und Prozessintegration gleichzeitig planen

ISO 6385 beschreibt Ergonomie als Bestandteil der Gestaltung von Arbeitssystemen. Deshalb wird die ergonomische Bewertung nicht erst nach der technischen Auslegung ergänzt.

Prozessfrage	Ergonomiefrage	Automatisierungsfrage	Sicherheitsfrage
Was ist der wertschöpfende Schritt?	Welche Haltung, Kraft oder Aufmerksamkeit entsteht?	Welche Teilfunktion eignet sich für Assistenz oder Automation?	Welche Gefährdungen entstehen oder verändern sich?
Wie wird Material bereitgestellt?	Sind Greifwege kurz und variabel?	Kann Zuführung unterstützen?	Bleiben Zugänge, Schutzräume und sichere Zustände erhalten?
Wie wird Qualität geprüft?	Ist die Information klar erkennbar?	Kann Sensorik vorprüfen?	Wer darf bei Abweichungen eingreifen?

Lerneinheit 5: Mensch-Roboter-Kollaboration sicher einordnen

Kollaborierende Roboter können Menschen bei belastenden Aufgaben unterstützen. Entscheidend ist jedoch immer die konkrete Anwendung: Roboter, Werkzeug, Werkstück, Geschwindigkeit, Abstand, Umgebung und Arbeitsorganisation bilden zusammen das zu bewertende System.

Untersuchungen des IFA zeigen: geringere Distanz, höhere Geschwindigkeit und schlecht vorhersehbare Roboterbewegungen können Beanspruchung, Leistung und Wohlbefinden ungünstig beeinflussen. Deshalb gehören Ergonomie und Maschinensicherheit in dieselbe Planung.

Lerneinheit 6: Schutzmaßnahmen vor Produktivität

Die Gefährdungsbeurteilung beginnt vor Auswahl und Beschaffung von Arbeitsmitteln. Nach der Betriebssicherheitsverordnung haben technische Schutzmaßnahmen Vorrang vor organisatorischen und diese wiederum vor personenbezogenen Maßnahmen.

Nie als Lernaufgabe zulässig: Schutzzaun umgehen, Verriegelung manipulieren, Lichtschranke außer Funktion setzen, Sicherheitsparameter eigenmächtig verändern oder eine reale Anlage automatisch aus diesem Kurs heraus ansteuern.

Das NIOSH/CDC-Video behandelt die Prävention robotikbezogener Verletzungen. Es eignet sich als Sicherheitsimpuls, nicht als Betriebsanweisung für eine konkrete Anlage.

Ausbildungsfall: Montagezelle für Ventilgehäuse

Du arbeitest in einem Ausbildungsprojekt eines Metallbetriebs. In einer Montagezelle werden Ventilgehäuse aufgenommen, in eine Vorrichtung gelegt, mit Bauteilen ergänzt, verschraubt, geprüft und abgelegt.

Beobachtung des Ausgangszustands: häufiges Vorbeugen zum Behälter, wiederholte Greifbewegungen, längeres Stehen, wechselnde Prüfaufgaben und ein enger Materialbereich.

Planungsauftrag: Entwickle eine Variante, bei der Mensch und Automatisierung sinnvoll zusammenarbeiten. Der Mensch soll flexible Montage- und Qualitätsentscheidungen übernehmen. Eine technische Assistenz kann beispielsweise Material zuführen oder Werkstücke positionieren. Der Ablauf wird ausschließlich als sichere Simulation geplant.

Prozessanalyse des Falls

Schritt	Mögliche Belastung	Planungsansatz
Bauteil entnehmen	Vorbeugen, Greifweg, Wiederholung	Behälterhöhe und Bereitstellung verbessern
Bauteil positionieren	Haltearbeit, Genauigkeit	Vorrichtung oder Assistenz prüfen
Montieren	Handkraft, Wiederholung	Werkzeug, Griff und Arbeitsfolge optimieren
Prüfen	Sehen, Entscheiden, Aufmerksamkeit	klare Anzeige und eindeutige Prüfkriterien
Ablegen	Greifweg, Takt	Materialfluss und Reichweite verbessern

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Beobachten: Markiere zuerst jede Stelle mit Bücken, großer Reichweite, hoher Wiederholung, Kraft oder langer Aufmerksamkeit.

Hilfe 2 – Ordnen: Trenne Maßnahmen in Arbeitsplatzgestaltung, Hilfsmittel, Automatisierung, Organisation und Schutzmaßnahmen.

Hilfe 3 – Begründen: Eine gute Lösung reduziert eine konkrete Belastung, erhält die Prozessqualität und erzeugt keine neue unvertretbare Gefährdung.

Sichere Modellaufgaben mit begründetem Feedback

Basisaufgabe: Eine Kiste steht bodennah, obwohl Teile sehr häufig entnommen werden. Welche erste Planungsrichtung ist sinnvoll?

Feedback: Zuerst Bereitstellung und Greifhöhe verbessern. Das setzt direkt an der Ursache der ungünstigen Haltung an. Ein Roboter ist nicht automatisch die erste oder beste Maßnahme.

Anwendungsaufgabe: Variante A automatisiert nur die Werkstückzuführung. Variante B automatisiert Zuführung und Qualitätsentscheidung vollständig. Welche Variante ist für wechselnde Produkttypen eher zu prüfen?

Feedback: Variante A kann sinnvoll sein, wenn Menschen bei variablen Prüfmerkmalen ihre Wahrnehmungs- und Entscheidungskompetenz besser einbringen. Variante B kann passen, wenn Prüfmerkmale technisch zuverlässig, validiert und sicher beherrscht werden. Die Entscheidung braucht Prozessdaten statt Bauchgefühl.

Transferaufgabe: Nach einer Teilautomatisierung sinkt die Hebebelastung, aber die Bedienperson beobachtet dauerhaft mehrere Anzeigen. Ist die Gestaltung damit automatisch ergonomisch verbessert?

Feedback: Nein. Körperliche Belastung kann sinken, während mentale Beanspruchung steigt. Deshalb müssen Informationsmenge, Vorhersehbarkeit, Störungen, Aufgabenwechsel und Pausen mitbetrachtet werden.

Simulationsauftrag statt Live-Ansteuerung

Ablaufsimulation: Stelle den Ausgangsprozess als fünf bis sieben sichere Prozessschritte dar.
Layoutsimulation: Zeichne Mensch, Material, Vorrichtung und Roboter nur als Plan oder digitales Modell.
Variantenvergleich: Vergleiche manuell, assistiert und teilautomatisiert nach Ergonomie, Qualität, Flexibilität und Sicherheit.
Freigabepunkt: Markiere ausdrücklich, dass eine reale Umsetzung erst nach fachkundiger Risikobeurteilung, Validierung, Unterweisung und betrieblicher Freigabe erfolgen darf.

Fachliche Quellen und Medienrechte

Fachquellen, geprüft am 07.10.2026:

BAuA: Gefährdungsbeurteilung mit den Leitmerkmalmethoden – körperliche Belastung erkennen, beurteilen und gestalten.
DGUV/IFA: Kollaborierende Roboter – sichere Mensch-Roboter-Kollaboration.
DGUV/IFA: Systemergonomische Gestaltung – Distanz, Geschwindigkeit, Bewegungsbahn und Beanspruchung.
Betriebssicherheitsverordnung – Gefährdungsbeurteilung, sichere Verwendung von Arbeitsmitteln und Rangfolge der Schutzmaßnahmen.
Arbeitsschutzgesetz – Beurteilung der Arbeitsbedingungen.
ISO 6385:2016 – ergonomische Grundsätze für die Gestaltung von Arbeitssystemen.
ISO 12100:2010 – Risikobeurteilung und Risikominderung an Maschinen; zum Kursstand ist eine Revision in Entwicklung.
ISO 10218-2:2025 – Sicherheitsanforderungen für industrielle Roboteranwendungen und Roboterzellen.
Verordnung EU 2023/1230 über Maschinen – grundsätzlich anwendbar ab 20.01.2027; Rechtsstand vor betrieblicher Anwendung erneut prüfen.

Medienrechte: Die eingebundenen Wikimedia-Commons-Dateien wurden über ihre jeweiligen Dateiseiten geprüft. Verwendet werden freie Lizenzen beziehungsweise Public Domain, darunter CC BY, CC BY-SA und gemeinfreie US-Regierungsmedien. Die beiden Fraunhofer-IWU-Videos und das NIOSH/CDC-Video sind über YouTube eingebettet. Eine Einbettung bedeutet keine freie Nachnutzung außerhalb der dort geltenden Rechte. Für Weiterverwendung ist die jeweilige Lizenz erneut zu prüfen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was sollte am Beginn einer gemeinsamen Ergonomie- und Automatisierungsplanung stehen? (Die Arbeitsaufgabe und ihre Belastungen analysieren) (!Zuerst einen Roboter auswählen) (!Zuerst die Taktzeit erhöhen) (!Zuerst alle manuellen Schritte entfernen)

Was kann eine Teilautomatisierung bewirken? (Sie kann Belastungen reduzieren und zugleich neue Anforderungen erzeugen) (!Sie beseitigt jede Gefährdung) (!Sie macht eine Gefährdungsbeurteilung überflüssig) (!Sie garantiert automatisch bessere Ergonomie)

Welche Maßnahme hat nach der Betriebssicherheitsverordnung grundsätzlich Vorrang? (Technische Schutzmaßnahme) (!Personenbezogene Schutzmaßnahme) (!Mündliche Erinnerung) (!Produktivitätssteigerung)

Wozu dienen Leitmerkmalmethoden der BAuA? (Zur Beurteilung körperlicher Belastungen) (!Zur Programmierung eines Roboters) (!Zur Berechnung von Verkaufspreisen) (!Zur Freigabe einer Maschine ohne Prüfung)

Was gehört bei einer kollaborativen Roboteranwendung zur Betrachtung? (Die konkrete Anwendung aus Roboter Werkzeug Werkstück und Umgebung) (!Nur der Roboterarm) (!Nur die Softwareoberfläche) (!Nur die Taktzeit)

Was gilt für Maschinenabläufe in diesem Kurs? (Sie werden zuerst simuliert) (!Sie werden automatisch live ausgeführt) (!Schutzeinrichtungen werden für Tests deaktiviert) (!Sicherheitsfunktionen werden umgangen)

Welche Folge kann hohe Automatisierung für den Menschen haben? (Mehr Überwachungs- und Aufmerksamkeitsanforderungen) (!Immer weniger mentale Beanspruchung) (!Keine Veränderung der Arbeitsaufgabe) (!Keine Notwendigkeit für Qualifikation)

Welche Beobachtung weist auf ergonomischen Gestaltungsbedarf hin? (Häufiges Vorbeugen bei wiederholter Teileentnahme) (!Kurze neutrale Greifwege) (!Gut erkennbare Anzeigen) (!Passende Arbeitshöhen)

Warum reicht eine CE-Kennzeichnung allein für den Betrieb nicht aus? (Weil die betriebliche Gefährdungsbeurteilung weiterhin erforderlich ist) (!Weil CE nur die Farbe der Maschine beschreibt) (!Weil CE nur für Werkzeuge gilt) (!Weil CE eine Unterweisung ersetzt)

Wann darf eine reale Ausbildungsarbeit an einer Anlage erfolgen? (Nur unter geeigneter Fachaufsicht und betrieblicher Freigabe) (!Sobald eine Simulation funktioniert) (!Sobald die Lernenden zustimmen) (!Sobald die Taktzeit niedrig ist)

Memory

Ergonomie	Menschengerechte Gestaltung von Arbeit
Automation	Technische Übernahme von Prozessfunktionen
Belastung	Äußere Einwirkung der Arbeitsaufgabe
Beanspruchung	Individuelle Wirkung der Belastung
Gefährdungsbeurteilung	Systematisches Ermitteln und Bewerten von Gefährdungen
Simulation	Erprobung eines Ablaufs ohne reale automatische Maschinenansteuerung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Körperhaltung	Ergonomische Beobachtung
Zuführsystem	Automatisierungsoption
Lichtvorhang	Technische Schutzmaßnahme
Unterweisung	Organisatorische Maßnahme
Offline-Simulation	Sichere Planung

Kreuzworträtsel

Ergonomie	Wie heißt die menschengerechte Gestaltung von Arbeitssystemen?
Simulation	Wie heißt das Erproben eines Ablaufs ohne reale Live-Ansteuerung?
Sensorik	Welcher Sammelbegriff steht für technische Erfassung von Zuständen?
Belastung	Wie heißt die äußere Einwirkung einer Arbeitsaufgabe?
Roboter	Welche programmierbare Maschine kann Handhabungsaufgaben übernehmen?
Schutzfeld	Welcher Begriff bezeichnet einen überwachten Sicherheitsbereich?

LearningApps

Lückentext

Am Anfang der Planung steht die Analyse der

.

Ungünstige Haltung, Kraft und Wiederholung sind Beispiele für körperliche

.

Die individuelle Wirkung einer Belastung wird als

bezeichnet.

Automatisierung kann körperliche Arbeit reduzieren, aber neue Anforderungen an die

erzeugen.

Vor der realen Verwendung von Arbeitsmitteln ist eine

erforderlich.

Technische Schutzmaßnahmen haben grundsätzlich Vorrang vor organisatorischen und

Maßnahmen.

Maschinen- und Roboterabläufe werden in diesem Kurs zuerst als

erprobt.

Reale Arbeiten erfolgen nur mit geeigneter Fachaufsicht und betrieblicher

.

Offene Aufgaben

Leicht

Arbeitsplatzbeobachtung: Fotografiere oder skizziere keinen laufenden Gefahrenbereich, sondern zeichne einen sicheren Beispielarbeitsplatz und markiere fünf mögliche Belastungsstellen.
Greifraum: Entwirf auf Papier eine Materialbereitstellung mit kurzen Wegen und begründe zwei ergonomische Entscheidungen.
Prozesskette: Zerlege den Ausbildungsfall in sechs Prozessschritte und kennzeichne manuelle, assistierte und automatisierbare Anteile.
Medienanalyse: Wähle eines der eingebundenen freien Bilder und beschreibe drei fachlich relevante Beobachtungen.

Standard

Variantenvergleich: Vergleiche manuelle Montage, Assistenz und Teilautomatisierung anhand von Ergonomie, Qualität, Flexibilität und Sicherheit.
Belastungsprofil: Ordne dem Ausbildungsfall passende körperliche Belastungsarten zu und begründe, welche BAuA-Leitmerkmalmethode näher geprüft werden könnte.
Informationsgestaltung: Entwirf eine einfache, klar verständliche Störungsanzeige für die Simulation und erkläre, wie sie Fehlinterpretationen reduziert.
Simulationslayout: Erstelle ein digitales oder gezeichnetes Zellenlayout mit Mensch, Material, Vorrichtung, Roboter und Schutzbereichen, ohne eine reale Maschine anzusteuern.

Schwer

Automatisierungskonzept: Entwickle ein Teilautomatisierungskonzept für den Ausbildungsfall und begründe, welche Aufgaben beim Menschen bleiben.
Risikoverlagerung: Untersuche, welche neuen physischen oder mentalen Belastungen durch Deine Automatisierungsvariante entstehen könnten.
Validierungsplan: Formuliere einen Prüfplan für eine spätere fachkundige Abnahme mit Kriterien zu Ergonomie, Prozessqualität und Schutzmaßnahmen, ohne reale Sicherheitsfunktionen zu verändern.
Transferprojekt: Übertrage das Vorgehen auf einen anderen Ausbildungsprozess und präsentiere Ausgangszustand, Belastung, technische Idee, Simulation und notwendige Freigabepunkte.

Lernkontrolle

Begründete Automatisierungsentscheidung: Erkläre an einem Prozessschritt, warum eine ergonomische Verbesserung auch ohne Automatisierung die beste Lösung sein kann.
Systemvergleich: Vergleiche zwei Planungsvarianten und entscheide anhand von mindestens vier Kriterien, welche menschengerechter und sicherer ist.
Belastungsverschiebung: Zeige an einem Beispiel, wie eine körperliche Entlastung zu höherer mentaler Beanspruchung führen kann, und schlage eine Gegenmaßnahme vor.
Schutzmaßnahmenhierarchie: Begründe an einem Fall, warum eine technische Schutzmaßnahme einer reinen Verhaltensanweisung vorzuziehen sein kann.
Fehlerfall: Entwickle für eine Simulation eine sichere Reaktion auf einen Prozessfehler, ohne Schutzeinrichtungen oder reale Anlagenfunktionen zu verändern.
Transfer: Erkläre, wie Du Ergonomie, Qualität, Automatisierung und Arbeitsschutz bereits in einer frühen Beschaffungsentscheidung gemeinsam berücksichtigen würdest.