Helikopter göstergelerinin konumlandırılmasına yönelik bir araştırma metodu
A research method for locating helicopter flight instruments
Yazar: EKREM CEM ALPPAY
Danışman: PROF. DR. NİGAN BAYAZIT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Ürünleri Tasarımı Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation
Dizin: Arayüz tasarımı = Interface design

Özet:
İnsanlar ve makineler arasında bilgi ve güç alışverişi yapılmasını sağlayan imgesel düzlemler olarak tanımlanan arayüzler, insan makine sistemlerinin temel bileşenlerinden birisini meydana getirmektedir. Kullanıcı arayüzleri birçok farklı ürün ve sistem tipinde farklı biçim ve yapılara sahip olabilmektedir. Gerek kişisel tüketim ürünlerinde, gerek profesyonel ürün ve sistemlerde arayüzler ürün ve sistemin amacı, bağlamı ve yapısına göre önemli farklılıklar göstermektedir. Ulaşım araçlarının gösterge panelleri de kullanıcı arayüz tiplerinden bir tanesidir. Motosiklet, otomobil, ticari vasıta, lokomotif, gemi ve hava taşıtlarında bulunan kontrol ve gösterge panelleri o araçların sürücüleri için sistem ile iletişim kurdukları temel bileşendir. Sivil amaçlar için kullanımı giderek artan helikopterler bu sistemlere önemli bir örnektir. Araçların verimli, konforlu ve güvenli bir şekilde kullanılabilmesi bu gösterge panellerinin tasarımlarının doğru olarak yapılmasına bağlıdır.Bu çalışmada çok amaçlı ticari helikopterlerin gösterge panelleri, bir başka ifadeyle ana kullanıcı-pilot arayüzleri ele alınmıştır. Çalışmada sivil helikopterlerin gösterge panellerinin, mevcut tasarım yaklaşımları incelenerek analiz edilmiş kullanıcı odaklı bir yaklaşımla tasarlanmasına yönelik olarak yeni bir araştırma metodu önerisi geliştirilmiştir. Helikopterlerin kullanımına dair genel insan faktörleri verileri, özellikle gösterge panelleri bağlamında, çalışma ve araştırmanın odak noktasını oluşturmuştur.Burada yapılan çalışma temel olarak kullanıcı görüşlerine dayanan verilerin iki farklı araştırma metodu kullanılarak toplanması ve bu verilerin analiz edilerek optimum bir gösterge panelinin tasarlanması için bir yaklaşım ortaya konmasıdır. Çalışmanın sonucunda bir optimum panel tasarımı da bu metot yardımıyla tasarlanmıştır. Bu bakımdan bu çalışma kullanıcı görüş ve tercihlerine dayanan bir arayüz optimizasyonu olarak da nitelendirilebilir.Araştırmanın ilk aşamasını 15 helikopter pilotu ile yapılan bir anket çalışmasından meydana getirmiştir. Burada kullanıcılardan öncelikle McCormick ve Sanders (1993)'ın tanımladığı temel arayüz düzenleme ilkeleri olan önem derecesi, kullanım sıklığı, işlevsel gruplama ve kullanım sırası hakkında sayısal değerlendirmeler yapmaları istenmiş; ayrıca helikopter gösterge panelleri hakkında kişisel deneyim ve görüşleri de alınmıştır. Yapılan anket çalışmasında bu tip bir sistemin arayüzünde kullanım sırası ilkesinin geçerli bir kavram olmadığı görülmüştür. Önem derecesi ve kullanım sıklığı değerlerinin tüm pilotlar temelinde aritmetik ortalaması hesaplanmış, işlevsel gruplama matrisleri oluşturularak pilotların gösterge grubu tercihleri ortaya konmuştur. Ayrıca önem derecesi kullanım sıklığı kavramlarına ağırlık vererek ?bütünleşik değer? başlığı altında üçüncü bir veri grubu elde edilmiştir.Anket çalışmasında elde edilen verilerin tasarıma dönüştürülmesi bu aşamanın ikinci adımını meydana getirmektedir. Önem derecesi, kullanım sıklığı ve bütünleşik değer verileri kullanılarak birer adet işlevsel gruplama ilkesini esas alan üç farklı gösterge paneli tasarlanmıştır. Tasarımların yapılması için ayrıca göstergelerin sayısal değerlerini temel alan bir yerleşim sistematiği de geliştirilmiştir. Bu yerleşim sistematiği ayrıca çalışmanın optimum tasarım geliştirime aşamasında da kullanılmıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında ise kullanıcı merkezli tasarım yaklaşımı kullanılarak; kâğıt prototipleme metodu ile pilotlarla deneysel çalışma yapılmıştır. Pilotlara 1/1 ölçekli bir gösterge paneli verilerek, belirli bir süre tanınarak, üzerine göstergeleri kendi tercihlerine göre yerleştirmeleri istenmiştir. Bu çalışmanın video kaydı yapılırken çalışmanın bitiminde her pilotun yapmış olduğu düzenlemenin fotoğrafı çekilmiştir. Daha sonra her pilotun yapmış olduğu deneysel çalışma analiz edilmiş, çalışma süresinde her pilotun tercihlerini belirten kritik ve önemli ifadeler incelenmiştir. Analiz aşamasından önce gösterge paneli, kullanıcı ilişkisi bağlamında alt bölgelerine ayrılmış ve böylece göstergelerin belli bir mantık dahilinde yerleştirilebilmesi konusuna bir alt yapı oluşturulmuştur.Deneysel çalışmaların analizi aşaması ise üç ayrı adımda gerçekleşmiştir. İlk adımda yapılan çalışma genel olarak analiz edilmiş, göstergelerin yerleşimleri maddeler halinde incelenmiş ve pilotların çalışma boyunca kullandıkları önemli ifadeler analiz edilmiştir. İkinci aşamada bir çizelgede panelin her bölgesinde yer alan anket değerleri incelenmiş ve gösterge panelinin çiziminde her bir göstergenin kendi anket değerleri yazılmıştır. Burada amaç önem derecesi, kullanım sıklığı ve bütünleşik değer kavramlarının gösterge paneli üzerindeki yerleşim dağılımlarında anlamlı bazı ilişkiler aramaktır. Üçüncü ve son aşamada ise her pilotun gösterge paneli sayısallaştırılmış; her pilotun değerleri ortalama anket verileri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda, genel olarak tüm göstergeler ele alındığında; göstergelerin %44'ünün yerleşim tercihlerinde önem derecesi ilkesi, % 37'sinde kullanım sıklığı ilkesi ve %19'unda ise ?bütünleşik değer? kavramı öne çıkmaktadır. Diğer taraftan araştırmada elde edilen gösterge grupları temelinde ise; birinci gösterge grubunda önem derecesi, ikinci gösterge grubunda kullanım sıklığı derecesi üçüncü gösterge grubunda ise yine kullanım sıklığı derecesi öne çıkmaktadır.Çalışmanın son aşamasını ise anket ve deneysel çalışma bulgularının bir araya getirilerek optimum bir gösterge panelinin tasarlanmasına yönelik bir metot ortaya konması oluşturmuştur. Deneysel çalışma her pilotun kendi düşünce ve tercihini doğrudan olarak yansıtan bir araştırma metodudur. Bu bakımdan deneysel çalışmaya ait bulgular araştırmacı için, çalışmanın bu aşamasında temel hareket noktası olmuştur. Geliştirilen optimum gösterge paneli tasarımı yaklaşımı temel olarak göstergelerin ortalama konumsal değerleri dikkate alınarak panele yerleştirilmelerine; daha sonra bu yerleşimin anket verileri, kullanıcı görüşleri dikkate alınarak iyileştirilmesine dayanmaktadır.Çalışma sürecinde bazı göstergelerin arasında bir komşuluk ilişkisi bulunması gerektiği bazı pilotlar tarafından ifade edilmiştir. Bu tür sağ/sol ya da alt/üst şeklindeki ilişkiler ayrıca deneysel çalışma bulgularında analiz edilerek optimum panel tasarımına da uygulanmıştır. Bu bakımdan arayüz tasarımına yönelik araştırmalarda kullanıcılara ?ayrılmazlık ilişkisi? başlığı altında bir bağıntı sorulması araştırmacı tarafından önerilmektedir.Deneysel ve anket çalışmalarının analizleri sonucunda; kullanıcıların tercih ettikleri gösterge panellerinde önem derecesi ve kullanım sıklığı gibi kavramların ilk aşamada belirleyici bir özelliğe sahip olmadığı görülmüştür. Bu bakımdan ele alınan ürün ya da sistemin kullanım özelliklerine bağlı olarak bu iki ilkenin bir araya gelmesinden ya da tamamen gözleme bağlı olarak yeni bir değerlendirme ilkesinin ortaya konması gerekebilir. Diğer taraftan göstergelerin işlevlerine göre gruplanmalarının kullanıcıların öncelikli tercihi olduğu görülmüştür. Ayrıca bir arayüzün düzenlenmesi bir kullanılabilirlik ve insan faktörleri alanı problemi olduğu kadar aynı zamanda bir tasarım problemidir. Bu bakımdan burada arayüz olarak kullanılacak alanın genel geometrik yapısı da önem taşımaktadır. Bundan dolayı aynı elemanların kullanılacağı farklı bir geometrik yapıya sahip bir arayüzün düzeni diğerlerine göre farklılıklar gösterebilecektir.

Abstract:
Interfaces, which are defined as conceptual surfaces to make force and information interchange between men and machines, constitute one of the basic components of man-machine systems. User interfaces can take different forms and structures in different products and systems. Important differences exist in interfaces found in consumer products and professional products and systems, according to the context, structure and purpose of the system or product. Instrument panels of transportation vehicles are examples of the different types of user interfaces. Instrument panels installed in motorcycles, automobiles, commercial vehicles, locomotives, naval and aerial vessels are the main component for their drivers or pilots to interact with the vehicle. Helicopters, being more frequently use in civil aviation, consist an important example for these systems. Design quality of these instrument panels play an important role for driving comfort and safety of the vehicles.In this study flight instrument panels, main man-machine interface, of multi-purpose civil helicopters are studied. Current design methods of instrument panels are studied and analyzed and a new user-centered design method proposal is developed for civil rotary-wing aircraft. Human factors data about helicopter usage, especially concerning flight instrument panels, are the main focal point and research method of this study.The study can be described basically, as gathering user centered-data using two different research methods; analyzing these data in order to develop a design research method to design an optimum instrument panel. In the findings chapter of the study an optimum instrument panel design is also proposed by the researcher. Therefore this study can be described as a user interface optimization based on user opinions and preferences.An interview study among 15 helicopter pilots formed the first step of the research. In this interview quantitative evaluations have been asked from the pilots about the basic interface arrangement principles described by McCormick and Sanders (1993) which are, importance degree, frequency of use degree, functional groupings and sequence of use; as well as personal experience and opinions of pilots. One of the findings of the interview study is the case of inapplicability of the sequence of use principle to instrument panels. Arithmetic average of 15 pilots concerning importance degree and frequency of use has been calculated and display grouping preferences of pilots have been formed using functional grouping matrices. Also an ?integrated value? has been proposed by giving priorities to importance degree and frequency of use degree.The transformation of quantitative data obtained from the interview study into an instrument panel design constitutes the second step of this part of the research. Three different instrument panels have been designed based on average values of importance degree, frequency of use degree and integrated values separately. An arrangement systematic has been developed based on quantitative values of displays in order to realize panel designs. That systematic is also used in the optimum panel design phase of the study.In the second phase of the research, based on using user-centered design approach, an experimental study based on paper prototyping has been conducted among helicopter pilots. Pilots have been presented a full scale helicopter instrument panel, which has no displays installed and they have been required to place paper-printed displays on the surface in a certain amount of time. Video recordings have been taken for each pilot?s experimental study as well as the final picture at the end of the process. In the following steps each pilot?s own study has been analyzed and critical sentences and expressions have been documented. Before the analyze phase, in the context of user relationship, the instrument panel has been divided into its sub-regions and an infra structure has been formed in order to place displays using a certain logic.Three different steps have been followed during the analysis of experimental studies. In the first step, for each pilot, the study has been generally analyzed, the location of displays has been examined and critical sentences and expressions of the pilot have been documented. In the second step, a table has been formed to examine the distribution individual and average values obtained from the interview according to the sub-regions of the panel. These values have also been placed over a panel design in order to search meaningful distributions of values. In the third step, the design of each pilot has been quantified; the quantitative values obtained from this step have been compared with average values obtained from the interview study. In the comparison made on these tables it has been found that, in all displays, in %44 of all the displays the concept of? importance degree? appears to be dominant, in %37 of all displays the concept of ?frequency of use degree? appears to be dominant and in &19 of all displays the concept of ?integrated value? appears to be dominant. On the other hand, on the basis of display groups, the concept of ?importance degree? in the first display group; the concept of ?frequency of use degree? in the second display group and the concept of ?frequency of use degree? again in the third display group appeared to be dominant.The proposal of a method in order to design an optimum instrument panel by synthesizing the findings of both the interview and the experimental studies constitutes the last phase of the study. Experimental study is a research method which has the ability to express the user?s opinions or preferences more directly. Therefore, in that phase, the findings of the experimental study have been treated by the researcher as the primary source. The optimum instrument panel design is basically, constructed on an approach in which, beginning by locating displays on the instrument panel using their average location values and then making revisions over the first design using interview findings and pilots? opinions and preferences.During the study some pilots have expressed that a neighborhood relation must be found between some displays. That kind of relationships, such as left&right; top&bottom, have been analyzed the experimental study and than applied into the optimum panel design. Therefore the researcher proposes that a relation concerning interface elements must be asked in the interface design research studies. This relation can be called ?inseparability-relation?.As the result of both interview and experimental studies; it has been observed that the concepts of importance degree and frequency of use degree are not primarily taken into account by users in the design of instrument panels. Therefore a new concept must be proposed by the synthesis or completely new emerging from observations of any product or system to be researched. On the other hand it has been observed that functional grouping of displays is the primary consideration of users. Additionally the design of a user interface is a design problem in general as well as a human factors problem. Therefore the geometrical shape of the area that will be used as the user interface has a significant importance. A study in which the same elements will be used in the design of a user interface in two or more geometrical alternative areas; it is likely to obtain different arrangements.