Analyse des Einflusses einer ergonomischen Lagerplatzvergabe auf die Beanspruchung und die menschliche Leistung in der manuellen Kommissionierung

Der Kommissionierung kommt innerhalb der Wertschöpfungskette aufgrund steigender Kundenanforderungen und zunehmendem Versandhandels eine entscheidende Rolle in Unternehmen zu. Entsprechende Planungswerkzeuge für manuelle Kommissioniersysteme basieren meist auf rein ökonomischen Kriterien. Ergonomische Bedingungen wurden in Forschung und Praxis bisher nur selten berücksichtigt, sodass hohe physische Belastungen, insbesondere der Wirbelsäule, resultieren können. In dieser Arbeit wird das Entscheidungsproblem der Lagerplatzvergabe (LPV) für Fachbodenregale betrachtet und ein bi-kriterieller Algorithmus mit den Zielen der Wirbelsäulenbelastungs- und Zeitreduzierung entwickelt. Die Kennwerte der beiden Zielfunktionen werden zum einen mit dem biomechanischen Modell „Der Dortmunder“ (Wirbelsäulenbelastung) hergeleitet und zum anderen anhand des MTM-UAS-Standards (Kommissionierzeit) ermittelt. Lagerplanende können über die Wahl eines Gewichtungsparameters entscheiden, wie stark die beiden Ziele in die LPV eingehen. Das Ziel der Arbeit ist die Evaluierung dieser LPV anhand einer umfangreichen Laborstudie mit 48 Kommissionierenden aus der Praxis in einer Lagerumgebung. In vier Szenarien mit verschiedenen Gewichtungsfaktoren werden Beanspruchungs- und Leistungsparameter miteinander verglichen. Es zeigt sich, dass die beiden Zielgrößen in einem Zielkonflikt stehen. Eine höhere Gewichtung der Belastungskennwerte reduziert zwar die untersuchten Beanspruchungsgrößen (muskuläre Beanspruchung, Herzschlagfrequenz, subjektives Anstrengungsempfinden), erhöht jedoch gleichzeitig die Kommissionierzeit. Insbesondere die muskuläre Beanspruchung des unteren Rückens reagiert sensibel auf die Wahl verschiedener Gewichtungsfaktoren. Ein Einfluss auf die unterlaufenen Kommissionierfehler konnte hingegen nicht festgestellt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Optimierung nach nur einer der beiden Zielgrößen unter Vernachlässigung der jeweils anderen nicht empfehlenswert ist, da entweder sehr hohe Belastungen bzw. Beanspruchungen oder hohe Kosten durch steigende Kommissionierzeiten resultieren. Mit der Wahl eines passenden Gewichtungsparameters ist es jedoch möglich, die Belastungen bzw. Beanspruchungen von Mitarbeitenden signifikant zu mindern und hierbei nur sehr geringe Einbußen der Kommissionierzeit in Kauf nehmen zu müssen. Die Bestimmung der entsprechenden Faktoren muss in der Praxis individuell anhand unternehmensspezifischer Pareto-Kurven erfolgen. Das vorgestellte Modell leistet damit einen wesentlichen Beitrag für die Forschung, indem erstmals empirische Leistungs- und Beanspruchungsparameter zur Evaluierung einer Lagerplatzvergabe erhoben werden. Zudem gibt es Lagerplanenden die Möglichkeit, ergonomische Kriterien ohne hohe Investitionskosten in der Kommissionierung zu berücksichtigen und so physische Belastungen im Lager zu reduzieren.

Order picking plays a decisive role in companies within the value chain due to increasing customer demands and e-commerce. Corresponding planning tools for manual order picking systems are mostly based on economic criteria. Ergonomic factors have only rarely been taken into account in research and practice, resulting in potentially high physical workloads, especially on the lower spine. In this thesis, the decision problem of storage location assignment (SLA) for shelving systems is considered and a bi-objective algorithm is developed with the aim of reducing the load on the spine and picking time, respectively. The parameters of the two objective functions are derived on the one hand with the biomechanical model "The Dortmunder" (spinal load) and on the other hand are calculated using MTM-UAS (picking time). By choosing a weighting factor, warehouse managers can decide how strongly the two objectives are included in the SLA. The aim of the work is to evaluate the developed SLA on the basis of an extensive laboratory study with 48 pickers from practice in a warehouse environment. Workload and performance parameters are compared in four scenarios with different weighting factors of the SLA. It turns out that there is a trade-off between the two objective functions. A higher weighting of the load parameters reduces the human strain (muscular strain, heart rate, ratings of perceived exertion), but simultaneously increases the picking time. In particular, the muscular strain on the lower back reacts sensitively to the choice of weighting factors. However, no influence on picking errors could be determined. The results show that an optimization based on only one of the two object functions, neglecting the other, is not recommended, since either high strains or high costs, resulting from increasing picking times, occur. However, with the choice of a suitable weighting parameter, it is possible to significantly reduce the workload/ strain on employees with only a small increase of picking time. In practice, the relevant factors must be determined individually using a company-specific Pareto curve. The presented model thus makes a significant contribution to research by collecting empirical performance and strain parameters for the first time to evaluate a storage location assignment. In addition, it gives warehouse managers the opportunity to take ergonomic criteria into account in order picking, to reduce physical workloads without the need for high investments.