Zeit- und Bewegungsstudien: 17 Sensoren machen Arbeitsbelastung sichtbar

Zeit- und Bewegungsstudien gelten als klassisches Instrumentarium des Industrieingenieurwesens, um Effizienz und Effektivität in Produktions- und Dienstleistungsprozessen systematisch zu steigern. Fachanalysen zeigen, wie das Zusammenspiel aus Bewegungs- und Zeitmessung die Gestaltung moderner Arbeitsplätze prägt.

Während die von Frank und Lillian Gilbreth entwickelte Bewegungsstudie auf die Ermittlung der optimalen Arbeitsmethode abzielt, fokussiert die auf Frederick Taylor zurückgehende Zeitstudie die Bestimmung von Standardzeiten mittels Stoppuhr oder Stichprobenverfahren.

Zu den zentralen Zielen zählen Produktivitätsgewinne, Standardisierung, ergonomische Verbesserungen, Kosten-senkungen sowie Grundlagen für leistungsbasierte Entlohnungssysteme.

Systematischer Ablauf und Erfassung von Zeitverlusten

Die Durchführung einer Arbeitsstudie folgt einer definierten Abfolge: Nach der Auswahl der Operation und der Beobachtung schließen sich Bewegungsanalyse, Zeitmessung, Leistungsbewertung und die Vergabe von Zuschlägen an, woraus die Standardzeit resultiert. In der Praxis treten dabei Herausforderungen wie Mitarbeiterwiderstände, Messungenauigkeiten und wechselnde Umgebungseinflüsse auf.

Ein wesentlicher Hebel zur Prozessverbesserung liegt in der Analyse von Arbeitszeitverlusten. Dabei wird zwischen planmäßigen Unterbrechungen wie Urlaub, Krankheit, gesetzlichen Pflichten oder geregelten Pausen und außerplanmäßigen Verlusten unterschieden. Zu den außerplanmäßigen Stillständen zählen Maschinenausfälle, Materialwartezeiten, Verspätungen, Fehlzeiten sowie Nacharbeit und Doppelarbeit.

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Für die Datenerfassung kommen etablierte Erhebungsmethoden zum Einsatz:
- Die Arbeitszeitfotografie erfasst Schichten kontinuierlich per Einzel-, Gruppen- oder Selbstaufnahme.
- Die Stoppuhr-Zeitmessung liefert bei wiederholten Arbeitszyklen statistisch signifikante Werte.
- Die Momentbeobachtung nutzt die Stichprobentheorie, um zeitliche Anteile mit reduziertem Aufwand verlässlich abzubilden.

Zur Ursachenermittlung dienen Werkzeuge wie das Ishikawa-Diagramm und das strukturierte Hinterfragen nach dem Fünf-Warum-Prinzip. Gegenmaßnahmen gliedern sich in organisatorische, technische und sozial-psychologische Ansätze, ergänzt durch automatisierte Systeme für Zeiterfassung und Aufgabenmanagement.

Statistische Validierung und moderne Sensortechnologie

Um verlässliche Vorgabezeiten für Arbeitsgestaltung und Kapazitätsplanung zu ermitteln, ist eine exakte statistische Dimensionierung erforderlich. Zu wenige Daten führen zu ungültigen Ergebnissen, während ein Übermaß an Beobachtungen Ressourcen bindet. Ausgehend von einer Vorstichprobe N von mindestens 10 Beobachtungen je Arbeitselement werden die Summenwerte ?X und ?X² berechnet.

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Bei einem Konfidenzniveau von 95 Prozent (k=2) und einer Genauigkeit von s=5 Prozent (0,05) bestimmt die Formel N' = [(k/s · ?(N·?X² ? (?X)²)) / ?X]² den erforderlichen Stichprobenumfang. Fällt N' größer aus als N, müssen weitere Messungen erhoben werden, bis N mindestens den Wert N' erreicht.

Technologische Entwicklungen erweitern die traditionellen Erhebungsmethoden. Inertial-Motion-Capture auf Basis mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) erlaubt biomechanische Messungen außerhalb geschlossener Labore direkt in Fabriken, Kliniken oder im Freien.

Die Technologie benötigt keine externe Referenz, kalibriert sich selbst und arbeitet durch Sensorfusion driftfrei sowie verschleißarm. Das mobile System Xsens MVN Biomech, das in einem Rucksack transportiert werden kann, nutzt 17 Bewegungstracker zur drahtlosen Datenübertragung an die Software MVN Studio Biomech und generiert dreidimensionale Gelenkwinkel- sowie Kinematikgraphen.

Das Unternehmen Vanderlande Industries setzte diese Messung an Kommissionierarbeitsplätzen in Distributionslagern ein, um Schulterbelastungen über die Oberarm-Elevation beider Arme präzise zu erfassen und maximal sichere Elevationswinkel zu definieren.

Einbettung in Methoden des Lean Managements

Zeit- und Bewegungsstudien sind eng mit den Kernmethoden des Industrial Engineering verwoben, zu denen unter anderem Prozessanalysen, Bewegungsökonomie, Mensch-Maschine-Konfigurationen, Linienbalancierung und Arbeitsplatzgestaltung gehören.

In Konzepten der schlanken Produktion steht die ganzheitliche Beseitigung von Verschwendung im Mittelpunkt. Relevante Ansätze reichen von Methoden zur Fehlervermeidung (Poka Yoke) und layoutgerechter Gestaltung über Bestandsreduktion und Einzelstückfluss bis hin zur Taktsynchronisation an der Kundennachfrage sowie kürzeren Rüstzeiten.