1. Die Geschichte des Lehrstuhls – Ein Blick zurück

Die menschenunwürdigen Arbeitsverhältnisse der frühen Industrialisierung und das Vertrauen des mechanistischen Weltbilds des 19. Jahrhunderts in die Herstellbarkeit von gewünschten „guten“ Verhältnissen durch planerischen Eingriff legten es nahe, hinsichtlich der Arbeitswelt eine eigene Wissenschaftsdiziplin zu begründen. Bereits 1857 machte der Pole Jastrzebowski in der Zeitschrift „Natur und Industrie“ den Vorschlag

„…uns mit einem wissenschaftlichen Ansatz zum Problem der Arbeit zu beschäftigen und sogar zu ihrer (der Arbeit) Erklärung eine gesonderte Lehre zu betreiben…, damit wir aus diesem Leben die besten Früchte bei der geringsten Anstrengung mit der höchsten Befriedigung für das eigene und das allgemeine Wohl ernten und damit anderen und dem eigenen Gewissen gegenüber gerecht verfahren.“

Er nannte diesen neuen Wissenschaftszweig „Arbeitswissenschaft“ bzw. „Ergonomie“, eine Bezeichnung, die in der Folgezeit allerdings wieder in Vergessenheit geriet. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts können viele Aktivitäten in verschiedenen Ländern beobachtet werden, die eine wissenschaftliche Betrachtung menschlicher Arbeit zum Gegenstand hatten. Gemäß dem herrschenden wissenschaftlichen Weltbild hielt man es insbesondere für möglich, Regeln aus der klassischen Physik auf alle Erscheinungen der Natur und damit auch auf die des menschlichen Lebens zu übertragen (siehe hierzu verschiedene Arbeiten von Releaux und die Psychophysik von Fechner). In den verschiedenen Ländern Europas und in den USA entstand so ein Wissenschaftsgebiet, das heute im deutschsprachigen Raum unter dem Begriff „Arbeitswissenschaft“ zusammengefasst wird (im Angloamerikanischen bürgerte sich die Bezeichnung „human factors“ bzw. „human engineering“ ein, speziell im europäischen Raum auch “ergonomics”, s. u.). In Deutschland wurde 1912 das Kaiser-Wilhelm-Institut für Arbeitsphysiologie in Berlin unter Atzler und 1926 das Institut für forstliche Arbeitswissenschaft unter Hilf eingerichtet. Der 1924 gegründete Reichsausschuß für Arbeitszeitermittlung (REFA, ab 1936: Reichsausschuß für Arbeitsstudien; ab 1948 Verband für Arbeitsstudien REFA e.V.) machte es sich ursprünglich zur Aufgabe, die Methoden der wissenschaftlichen Betriebsführung Taylors (Zeit- und Bewegungsstudien, differentielles Entlohnungssystem) an deutsche Verhältnisse anzupassen und hier einzuführen. 1949 wurde in England von Murrell das aus den altgriechischen Worten (ergon = Arbeit und nomos = Gesetz, Gesetzmäßigkeit) zusammengesetzte Kunstwort „Ergonomie“ „wiedererfunden“. Von dieser Zeit an fanden in den verschiedenen europäischen Ländern aber auch in außereuropäischen Ländern Gründungen wissenschaftlicher Gesellschaften dieses Namens (in Deutschland 1953: „Gesellschaft für Arbeitswissenschaft, GfA“) statt. 1959 wurden sie unter dem Dach der International Ergonomic Association (IEA) zusammengefasst. Das Kaiser-Wilhelm-Institut für Arbeitsphysiologie siedelte später nach Dortmund über und wurde nach dem 2. Weltkrieg als Max-Planck-Institut für Arbeitsphysiologie eine wesentliche Quelle für die Besetzung der in den 60er Jahren an vielen Technischen Hochschulen gegründeten arbeitswissenschaftlichen Lehrstühle. Die damalige TH-München richtete 1962 das Institut für Ergonomie zusammen mit dem Institut für Arbeitsphysiologie ein. Das von Anfang an von Prof. Dr. H. Schmidtke geleitete Institut für Ergonomie wurde 1990 mit letzterem fusioniert und als Lehrstuhl für Ergonomie im Institut für Produktionstechnik in der Fakultät für Maschinenwesen der TUM angesiedelt. Die Leitung des Lehrstuhls übernahm 1993 Prof. Dr. H. Bubb und 2009 Prof. Dr. phil. K. Bengler.

2. Der Beginn des Human Factors Engineering

Was den inhaltlichen Bereich des entstandenen Fachgebiets anbelangt, gibt es unterschiedliche Auffassungen. Im Vorspann zu seinem umfassenden Werk darüber schreibt W. E. Woodson (1981): „Human Factors Engineering ist die Praxis der Produktgestaltung in solcher Weise, dass der Nutzer den geforderten Gebrauch, die Handhabung, die Bedienung und die unterstützenden Aufgaben mit einem Minimum an Belastung (stress) und einem Maximum an Effizienz durchführen kann“. Er erwähnt auch den Begriff „Ergonomie“, der nach seiner Darlegung im allgemeinen mit dem Begriff Human-Factor-Engineering austauschbar gebraucht wird. Der einzige Unterschied, den man sehen könnte, läge darin, dass in den USA der Begriff „Human-Factor-Engineering“ weiter verbreitet ist als in anderen Ländern. M. Helander (1981), der lange Jahre Präsident der IEA war, formuliert in erweiterndem Sinne: „Human-Factor-Engineering versucht Arbeitsabläufe und Arbeitsmittel in solcher Weise zu modifizieren, daß die physikalischen und psychologischen Fähigkeiten und Einschränkungen des Menschen berücksichtigt werden“. Er zählt für diese Disziplin verschiedene Bezeichnungen auf, wie „Ingenieurpsychologie“ (engineering psychology), „technische Psychologie“ (technical psychology) und - vor allem in Europa gebräuchlich - „Ergonomie“. In einer Studie für die Gesellschaft für Arbeitswissenschaft (GfA) hat das Autorenteam Luczak und Volpert et al. (1987) bezugnehmend auf die Forschungspraxis im deutschsprachigen Raum festgestellt, dass die Arbeitswissenschaft alle Disziplinen umfasst, die sich mit dem arbeitenden Menschen befassen - angefangen bei der Medizin, über die Psychologie und Soziologie, Technologie bis hin zum Recht. Arbeitswissenschaft ist danach die Systematik der Analyse, Ordnung und Gestaltung der technischen, organisatorischen und sozialen Bedingungen von Arbeitsprozessen mit dem Ziel, dass die arbeitenden Menschen in produktiven und effizienten Arbeitsprozessen schädigungslose, ausführbare und beeinträchtigungsfreie Arbeitsbedingungen vorfinden, Standards sozialer Angemessenheit nach Arbeitsinhalt, Arbeitsanalyse, Arbeitsumgebung sowie Entlohnung und Kooperation erfüllt sehen, Handlungsspielräume entfalten, Fähigkeiten erwerben und in Kooperation mit anderen ihre Persönlichkeit erhalten und entwickeln können.

Die Arbeitswissenschaft (internat. „ergonomics“, s.o.) ist eine multidisziplinäre Wissenschaft, die ihr Grundwissen aus den Bereichen der Humanwissenschaften, den Ingenieurswissenschaften und den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften bezieht. Sie umfasst zunächst die Bereiche Arbeitsmedizin, -psychologie, -pädagogik, -technologie und -recht sowie Betriebssoziologie. Jedes dieser Gebiete beschäftigt sich aus seiner Blickrichtung mit der menschlichen Arbeit und stellt damit eine der jeweiligen Aspektwissenschaften dar. Im Hinblick auf die praktische Anwendbarkeit wird dieses Grundwissen in sogenannten Praxeologien zusammengefasst. Die mehr sozialwissenschaftlich orientierte davon ist die Arbeits- und Organisationslehre (international: „macro ergonomics“), die Regeln für die Gestaltung von Organisation, Betriebs- und Arbeitsgruppen bereitstellt; die mehr ingenieursmäßig orientierte ist die Ergonomie (international: „micro ergonomics“), deren Ziel es ist, Regeln für die technische Gestaltung von Arbeitsplätzen und Arbeitsmitteln zu geben (siehe auch Abb. 1). In beiden Fällen ist der spezielle Fokus der Forschung auf den individuellen Menschen und sein Erleben der Situation am Arbeitsplatz gerichtet. Hinsichtlich des Begriffs der Arbeit müssen dabei zwei Ansichten unterschieden werden: die Arbeit im ursprünglichen subjektbezogenen Sinne als Anstrengung (hochd. „arebeit = Mühsal, Not) und die Arbeit im objektbezogenen Sinne des „Werks“ als Produktion von Gütern und Dienstleistungen (Luzcak, 1998). Letzteres kann auch als eine durch den individuellen Leistungseinsatz bewirkte Erzeugung von Information erachtet werden (Bubb, 1987), was dem in der wirtschaftswissenschaftlichen Terminologie verwendeten Begriff der „Wertschöpfung“ entspricht. Die Zielrichtung arbeitswissenschaftlichen/ergonomischen Strebens ist demnach, die subjektbezogene Last der Arbeit zu reduzieren und zugleich die objektbezogene Leistung bei der Erstellung des Werks zu verbessern. Die individuelle Leistung des Menschen bei der Ausführung seiner Arbeit wird dabei als durch die äußeren Bedingungen (external performance shaping factors), d.h. den sachlichen Leistungsvoraussetzungen, und durch interne Bedingungen (internal performance shaping factors), d.h. die jeweiligen menschlichen Leistungsvoraussetzungen beeinflusst (siehe Abb. 2). Es ist eine Aufgabe des Managements, durch die Gestaltung der äußeren Bedingungen, die Voraussetzungen für einen optimalen Leistungseinsatz des Menschen zu schaffen. So wird die Verbindung zwischen den Bereichen Mikro- und Makroergonomie hergestellt.

3. Ergonomie - Micro ergonomics

3.1 Grundlegende Ergonomie

Der zentrale Gegenstand der Ergonomie (im Sinne des deutschen Sprachgebrauchs; internat.: „micro ergonomics“) ist, durch Analyse der Aufgabenstellung, der Arbeitsumwelt und durch Analyse der Mensch-Maschine-Interaktion sowohl zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des gesamten Arbeitssystems als auch zur Minderung der auf den arbeitenden Menschen einwirkenden Belastungen beizutragen (Schmidtke, 1993). Die klassische Vorgehensweise zur Bewertung von Arbeitssystemen nutzt das Belastungs-Beanspruchungs-Konzept. Dessen Grundvorstellung ist, dass jeder Arbeitsplatz durch äußere Bedingungen gekennzeichnet ist, die für jedes dort tätige Individuum gleich sind (Belastung), auf die aber, in Abhängigkeit von den individuellen Eigenschaften und Fähigkeiten, verschiedenartig reagiert wird (Beanspruchung). Bei einer genaueren Betrachtung kann hinsichtlich der Belastung zwischen Belastungsgrößen (prinzipiell in Zahlenangaben quantifizierbar), Belastungsfaktoren (prinzipiell nur beschreibbar) und Belastungszeit unterschieden werden. Eine Vorstellung von den die Arbeit beeinflussenden Faktoren erhält man, indem man die Struktur des Mensch-Maschine-Systems (MMS) betrachtet (siehe auch Abb. 3). Man erhält sie, wenn man die menschliche Tätigkeit im Hinblick auf die darin enthaltene Information und den damit verbundenen Informationswandel untersucht. Dazu gehören eine Aufgabenstellung bzw. Aufgabe und deren Verwirklichung, die Aufgabenerfüllung bzw. das Ergebnis. Der die Rückmeldung kennzeichnende Pfeil schließt den Regelkreis, der durch das MMS gebildet wird und zeigt, dass der/die Operateur*in im Allgemeinen in der Lage ist, Aufgabe und Ergebnis miteinander zu vergleichen. Alle Einflüsse, die auf diesen Prozess einwirken, werden (soweit sie nicht aus prozess- oder systemimmanenten Einflüssen herrühren) als Umgebungseinflüsse bzw. Umwelteinflüsse bezeichnet.

Das oben beschriebene Belastungs-Beanspruchungskonzept lässt sich auf die Belastung durch die Aufgabenstellung und die Belastung durch die Umgebung anwenden. Bei der Analyse der Aufgabenstellung unterscheidet man zwischen

• Aufgaben mit überwiegend physischem Anforderungscharakter (sog. „körperliche Arbeit“). Man trennt hier zwischen statischer und dynamischer körperlicher Arbeit. In beiden Fällen kann durch Angabe der physikalischen Leistungsanforderung die Belastung quantifiziert werden.
• Aufgaben mit überwiegend mentalem Anforderungscharakter (sog. „geistige Arbeit“). Es besteht kein allgemeines Konzept, die Belastung zahlenmäßig zu definieren; geistige Arbeit ist also im allgemeinen als Belastungsfaktor zu behandeln.
• Aufgaben mit gemischtem Anforderungscharakter (sog. „gemischte Arbeit“).

Bei der Analyse der Umgebungseinflüsse (sog. „Umweltergonomie“) unterscheidet man

• physikalische Umwelteinflüsse, die sich messtechnisch erfassen lassen sowie ihre Auswirkungen auf den Menschen, die quantitativ bewertet werden können. Es sind dieses im wesentlichen Beleuchtung, Lärm, mechanische Schwingungen, Klima, giftige Gase und Dämpfe, Strahlungsbelastung, Staub, Schmutz und Nässe.
• soziale Umwelteinflüsse, die sich einer physikalisch-messtechnischen Erfassung prinzipiell entziehen und folglich mit anderen Methoden analysiert werden müssen (Aufgabe der sog. Arbeitssoziologie, zum Teil auch der Arbeitspsychologie; siehe auch 4.2).

Ein weiteres Teilgebiet der Ergonomie ist die Analyse des Mensch-Maschine-Systems (MMS) im engeren Sinne. Diese Analyse kann einerseits im Hinblick auf die geometrische Auslegung des Arbeitsplatzes und der Arbeitsmittel geschehen (sog. „anthropometrische Arbeitsplatzgestaltung“) und andererseits im Hinblick auf den Informationsfluss im Mensch-Maschine-System (sog. „Systemergonomie“, s.u.). Die anthropometrische Arbeitsplatzgestaltung bezieht sich auf die Gestaltung des Seh-, Greif- und Fußraumes, von Körperunterstützungen (z.B. Sitze), sowie auf die Auslegung und Anordnung von Anzeigen und Stellteilen. Neben der Kenntnis der relevanten sinnesphysiologischen Grenzen und Bedingungen (z.B. Auflösungsvermögen des Auges, Bewegungsgenauigkeit der Extremitäten), die für die Gestaltung von Anzeigen und Stellteilen notwendig sind, spielt für die Gestaltung des Greif- und Fußraumes und die von Körperunterstützungen, insbesondere die unterschiedliche Größe der Menschen, eine vorrangige Rolle. Durch die Perzentilierung der einzelnen Körpermaße versucht man diese Problematik systematisch zu handhaben. Zur Erleichterung der oftmals komplexen geometrischen Gestaltungsaufgaben wurden darüber hinaus computergenerierte geometrische Menschmodelle (3D-Modelle) entwickelt, die eine Konstruktion von Arbeitsplätzen im CAD erlauben.

3.2 Ergonomie auf Systemebene

Die prinzipielle Struktur der Einbindung des Menschen in ein komplexes MMS kann mittels der Systemanalyse untersucht werden. Ihr Ziel ist, Auslegungsanforderungen für die Mensch-Maschine-Interaktion im Rahmen der Spezifikation des MMS oder Hinweise für mögliche Verbesserungen bei bestehenden Systemen zu erhalten. Da die Systemergonomie eine Optimierung dieser Interaktion anstrebt, wird damit auch ein Beitrag zur Verminderung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Arbeitsfehlern des Menschen (sog. „aktive Sicherheit“), bzw. ein Beitrag zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Gesamtleistung des MMS geleistet. Eine wesentliche Vorgehensweise der Systemergonomie ist, die Elemente des Systems und ihre Beziehungen untereinander zu bestimmen (Bubb und Schmidtke, 1993). Zwei Prinzipien dieser Vorgehensweise sind hervorzuheben:

• Information wird immer auf ganz bestimmten Kanälen vom Ausgang eines Elements zum Eingang eines anderen übertragen.
• Elemente sind durch ihre Eigenschaft definiert, Information in einer bestimmten, durch das jeweilige Element festgelegten Weise zu wandeln.

Eine fundamentale Besonderheit der Systemanalyse und damit der Systemergonomie ist, von der physikalischen Natur der Elemente und ihrer Wechselwirkung abzusehen und nur die formale Struktur dieser Wechselwirkung und die Art des Informationswandels durch die Elemente zu untersuchen. In der Systemergonomie sind die Systemkomponente Mensch und die Systemkomponente Maschine vorrangig Gegenstand der Betrachtung. Da die Betrachtung - wie erwähnt - unabhängig von der physikalischen Natur der jeweiligen Elemente ist, können die Ergebnisse systemergonomischer Forschung auf verschiedene MMS übertragen werden. 

Deterministische Betrachtung Beschreibt man die Eigenschaften von Elementen innerhalb eines Systems durch Funktionen, so lässt sich prinzipiell auf der Basis einer gegebenen Eingangsfunktion eine eindeutig zugeordnete Ausgangs- bzw. Ergebnisfunktion prognostizieren. Dieser Gedanke entspricht der üblichen Ursache-Wirkungs-Denkweise. Wenngleich es in den meisten Fällen schwierig - wenn nicht unmöglich - ist, das Verhalten des Menschen im Sinne mathematischer Funktionen zu beschreiben (in speziellen Fällen geschieht dies in Form z.B. des „paper pilot“), unterstellt man dennoch auch hier das Ursache-Wirkungs-Prinzip. Es werden sog. kognitive Modelle des Menschen entwickelt, die eine Vorhersage menschlichen Verhaltens in durch das MMS gestellten Aufgabensituationen erlauben sollen. Zumindest ist auf diese Art und Weise der spezifische Einfluss von Maßnahmen (z.B. Veränderungen der Anzeigen bzw. Stellteile) auf die Arbeitsleistung zu prognostizieren. Darüber hinaus können aus einer solchen Betrachtungsweise den menschlichen Eigenschaften und Fähigkeiten entgegenkommende Veränderungen der Systemstruktur abgeleitet werden. Diese deterministische Seite der Systemergonomie ermöglicht es also, konstruktive Vorschläge zur Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion abzuleiten. Als ein Spezialgebiet der Systemergonomie ist die sog. Software-Ergonomie anzusehen, die sich mit der speziellen Anpassung von Computerprogrammen an die Eigenschaften des Menschen befasst. Ein Großteil software-ergonomischer Empfehlungen wurde für die Gestaltung der sog. Benutzeroberfläche (im wesentlichen Anordnung von Information und Bedieneinrichtungen auf der Bildschirmoberfläche) entwickelt. Außerdem befassen sich software-ergonomische Forschungen und Empfehlungen mit der menschengerechten Gestaltung von Bedienabläufen, die durch die Programmstruktur gegeben sind. 

Zufallsorientierte Betrachtung Die systemergonomische Betrachtung des MMS kann mit einer Zuverlässigkeitsanalyse oder -abschätzung verbunden werden, um die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Optimierung des MMS bewerten zu können, die mittels systemergonomischer Analysen begründet wurden. Die Zuverlässigkeitsanalyse setzt ebenso wie die Systemanalyse eine Aufteilung des MMS in Elemente und ihre Wechselwirkungen voraus. Indem die Zuverlässigkeit bzw. Versagenswahrscheinlichkeit der Elemente abgeschätzt, mit den Regeln der Booleschen Algebra unter Berücksichtigung der Systemstruktur verknüpft und die zu erwartende Gesamtausfallwahrscheinlichkeit berechnet wird, können nicht nur die Elemente ausfindig gemacht werden, welche die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit besonders stark beeinflussen, es kann auch durch eine Umstellung der Systemstruktur, die natürlich so vorgenommen werden muss, dass die Gesamtfunktion erhalten bleibt, eine Verbesserung der Ausfallwahrscheinlichkeit erreicht werden. Unter anderem kann dieses Vorgehen unter Einbeziehung des Menschen in die Betrachtung bis hin zu Veränderungen der Organisation und organisatorischer Vorschriften führen. Die hier nur skizzenhaft dargestellte Denkweise in Wahrscheinlichkeiten (sog. probabilistisches Verfahren) darf nicht als Alternative zu der klassischen Ursache-Wirkungs-Denkweise verstanden werden. Die Funktion eines Systems lässt sich nur mit dieser erfassen und methodisch gestalten. Die probabilistische Vorgehensweise hat demgegenüber also eher eine bewertende Funktion. Diese Bewertung kann aber auch in der gestalterischen Phase wichtig sein, da dadurch bedeutende Gestaltungseinflüsse von weniger bedeutenden getrennt werden können. Dies hat insbesondere auf die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit einer ergonomischen Maßnahme Einfluss.

3.3 Anwendung der Grundlegenden Ergonomie und Systemergonomie

Häufig wird eine Einteilung der Ergonomie nach ihren Anwendungsgebieten vorgenommen. So wird speziell zwischen der Produkt- und der Produktionsergonomie unterschieden. Bei der Produktergonomie ist es vorrangiges Ziel, einen möglichst benutzungsfreundlichen Gebrauchsgegenstand für eine im Prinzip unbekannte Kundschaft anzubieten. Für die Entwicklung solcher Produkte ist es also wichtig, die Variabilität des Menschen sowohl hinsichtlich seiner anthropometrischen Eigenschaften als auch hinsichtlich seiner kognitiven Eigenschaften zu kennen und in der Gestaltung zu berücksichtigen. Ein aktuelles und neues Forschungsgebiet der Produktergonomie ist die wissenschaftliche Erfassung dessen, was das Komfortempfinden ausmacht. Bei der Produktionsergonomie geht es darum, menschengerechte Arbeitsplätze in Produktions- und Dienstleistungsbetrieben zu schaffen. Hier ist das Ziel, die Belastung des Mitarbeiters zu reduzieren und zugleich die Leistungsabgabe zu optimieren. In den meisten Fällen geht es also um die Frage der Zumutbarkeit und Erträglichkeit. Im Gegensatz zur Aufgabenstellung der Produktergonomie sind hier häufig die Mitarbeitenden bekannt und es kann individuell auf deren Bedürfnisse eingegangen werden. Da sowohl bei Produkt- wie bei Produktionsergonomie die oben beschriebenen Methoden der Ergonomie zum Einsatz kommen und da oftmals das „Produkt“ des einen Herstellers „Arbeitsmittel“ des andern ist, ist eine genaue Trennung zwischen diesen beiden Anwendungsgebieten praktisch nicht möglich. Vorrangige Anwendungsgebiete, in denen heute systematisch ergonomische Entwicklung betrieben wird, sind der Bereich der Luftfahrt (speziell Cockpitgestaltung der Flugzeuge, Gestaltung der Radarlotsenarbeitsplätze), der Fahrzeuggestaltung (Pkw und Lkw: Cockpitgestaltung; anthropometrische Auslegung der Innenräume, sog. Packaging; Gestaltung neuer Informationsmittel, durch die Sicherheit, Komfort und individuelle Mobilität verbessert werden sollen), Wartengestaltung (Chemische Anlagen, Kraftwerke; hier spielen vor allem Aspekte der menschlichen Zuverlässigkeit eine wichtige Rolle) und Bürobereich (Gestaltung von Bildschirmen, Bürostühlen, die gesamte Anordnung der Elemente des Bildschirmarbeitsplatzes, Softwareergonomie). Ein weiteres Spezialgebiet der Ergonomie ist die Erforschung von Grenzwerten für Arbeiten unter extremen Bedingungen wie extremer räumlicher Enge, Kälte, Hitze, Überdruck, extreme Beschleunigungen, Schwerelosigkeit, Katastropheneinsatz u.ä..