İnsan merkezli tasarım yaklaşımıyla mobilya ergonomisinde bilgisayar destekli analiz uygulamaları: seçilmiş oturma mobilyaları örneği
Computer aided analysis applications in furniture ergonomics with human centered design approach: study for selected seats
Yazar: HALİL KILIÇ
Danışman: PROF. DR. ALİ KASAL
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design

Özet:
İnsan merkezli tasarım, herhangi bir ürün geliştirilirken insan ihtiyaçları ön plana çıkarılan, problem çözme işine her aşamada insan perspektifinden yaklaşılan bir tasarım ve yönetim sürecidir. Bu çalışmada, insan merkezli tasarım yaklaşımıyla, mobilya ergonomisinde bilgisayar destekli analizlerin uygulanması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, ergonomik açıdan önemli bir eşya olan ve insanların birebir ilişki kurduğu "oturma mobilyaları" (tekli koltuk) çalışılmak üzere seçilmiştir. Bu amaçla, Türkiye'de faaliyet gösteren büyük ölçekli bir üretici firmadan temin edilen 8 farklı tekli koltuk modelinin ve farklı ergonomik parametrelere göre üretilen 18 adet kontrollü deney koltuğunun ergonomik açıdan uygunluğu, hem uygulamalı bir anket çalışması (algısal ölçme), hem basınç ölçüm matı (fizyolojik değerlendirme), hem de insan odaklı ürün geliştirme yazılımı "Anybody Modeling System (AMS)" (biyomekanik değerlendirme) olmak üzere 3 farklı boyutta değerlendirilmiştir.
Çalışmanın birinci aşamasında, oturma mobilyalarında ergonomik açıdan en etkili ölçütlerden olan oturma derinliği, oturma yüksekliği, arkalık eğim açısı ve kolçak yüksekliği gibi faktörlerin farklı cinsiyet ve boylardaki (5, 10, 95 persentil) insan tiplerinin rahatlığı üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla farklı ergonomik parametrelere sahip 18 adet kontrollü deney grubu koltuğu tasarlanmış ve üretilmiştir. Üretilen koltukların rahatlık değerlendirmeleri, gönüllülük esasına göre seçilen 20 erkek ve 20 kadından oluşan toplam 40 gönüllü katılımcıya uygulanan ve vücudun farklı bölgelerindeki rahatlık düzeylerini ölçmek amacıyla hazırlanmış bir anket yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada, elde edilen verilerin istatistiksel analizleri sayesinde, rahatlık üzerinde etkili olan faktörler ve bu faktörler arasındaki ilişkiler incelenmiş, ayrıca rahatlık değerlerinin ergonomik parametrelere göre ve insan tipine göre önceden tahmin edilebileceği matematiksel eşitlikler geliştirilmiştir. Daha sonra, aynı anketler firma koltuklarının ergonomik değerlendirilmesi için de aynı gönüllü katılımcılara uygulanmış, ayrıca firma koltuklarının rahatlık değerleri, kontrollü deney koltukları verilerinden yararlanılarak geliştirilen matematiksel eşitliklerle tahmin edilmiştir.
Çalışmanın ikinci aşamasında, fizyolojik değerlendirme için, gönüllü katılımcılardan seçilen 3 tip bireyin katılımıyla, 18 kontrollü deney koltuğunda piyasada döşemeli mobilya imalatında yaygın olarak kullanılan 3 farklı yoğunluğa (28, 32, 35 dns) sahip süngerler kullanılarak, ayrıca firma koltuklarında da üzerindeki mevcut döşeme sistemlerine göre, oturma yüzeylerinde basınç haritalama analizleri (PMAT) gerçekleştirilmiştir. Basınç haritalama analizleri sonuçlarında, çalışmada denenen süngerler arası yoğunluk farklarının konfor üzerinde etkisinin istatistiksel olarak anlamlı olmadığı belirlenmiştir. Firma koltuklarında yapılan basınç haritalama analiz sonuçlarına göre ise, genel olarak kısa boylu kadın katılımcıların rahatsız hissettiği ve model 3 ve 6'da en rahatsız hissettikleri, erkek katılımcılarda da boy artışının rahatlık üzerinde olumlu etkisinin olduğu belirlenmiştir.
Çalışmanın üçüncü aşamasında ise, biyomekanik analizler için, araştırmaya katılan kadın ve erkek katılımcıların kas-iskelet (muskuloskeletal) sistemleri her bir katılımcıdan alınmış 10 statik antropometrik veriye göre ölçeklendirilerek sanal ortamda 1/1 ölçekte (3 erkek 3 kadın modeli) modellenmiştir. Bu sayede, oturma eylemi ve dolayısıyla da oturma postürü hem kontrollü deney koltukları hem de firma koltukları için sanal ortamda gerçekleştirilmiş, katılımcıların kas-iskelet sistemlerinde meydana gelen kas ve eklem kuvvetleri elde edilerek, en az enerjinin harcandığı en rahat oturma elemanı, dolayısıyla da en uygun oturma postürü niceliksel olarak belirlenmiştir. Sonuçlara göre, rahatlık üzerinde en etkili faktörün arkalık eğim açısı olduğu ve arkalık eğim açısındaki artışın tüm persentillerdeki hem kadın hem erkek katılımcıların eklem reaksiyon kuvvetlerini (lumbar bölge) ve kas aktivasyonunu azalttığı belirlenmiştir.
Çalışmanın sonucunda, üzerinde en rahat hissedilen tekli koltuk modellerinde, hissedilen rahatlığı etkileyen faktörler (ölçü, form, açı, ölçüler arası ilişkiler, malzeme, döşeme vb.) detaylı bir şekilde analiz edilerek ergonomik koltuk tasarımı için gerekli optimum kriterler ortaya koyulmuştur. Sonuç olarak, insan merkezli tasarım ve bilgisayar destekli ergonomik analizer yardımıyla, kullanıcıların daha ergonomik ürünler kullanarak yaşam kalitelerinin artırılmasına yönelik öneriler sunulmuştur.

Abstract:
Human-centered design is a design and management process where people's needs are prioritized while developing any product and problem solving is approached from a human perspective at every stage. In this study, it is aimed to apply computer aided analysis in furniture ergonomics with a human-centered design approach. Within the scope of the study, "seating furniture" (single sofa), which is considered to be the most ergonomically important furniture and where people establish one-to-one relationship, was chosen to work. For this purpose, 8 different single seat model obtained from a manufacturer that has large-scale operations in Turkey, and 18 controlled group seats produced by different ergonomic parameters were evaluated with 3 different methods including a practical survey (perceptual measurement) and pressure measurement mat ( physiological evaluation) and human-based product development software "Anybody Modeling System (AMS)" (biomechanical evaluation).  
In the first stage of the study, 18 controlled experimental group seats with different ergonomic parameters were produced in order to determine the effects of factors such as sitting depth, sitting height, backrest inclination angle and armrest height on the comfort of people of different sizes (5, 10, 95 percentiles). The comfort values of the control group seats were obtained numerically by a questionnaire study to measure the comfort levels in different parts of the body, which was applied to 40 volunteer participants consisting of 20 men and 20 women. At this stage, thanks to the statistical analysis of the data obtained, the factors affecting comfort and the relationships between these factors were examined, and mathematical equations were developed in which the comfort value can be predicted according to ergonomic parameters and human percentile. Later, the same questionnaires were applied to the same volunteer participants for the ergonomic evaluation of the firm seats, and the comfort values of the firm seats were estimated with mathematical equations developed from control group seats data.
In the second stage of the study, pressure mapping analyzes (PMAT) were carried out using sponges with 3 different densities (28, 32, 35 dns) commonly used in the production of upholstered furniture in the 18 controlled group seats, with the participation of 3 types of individuals selected from volunteer participants for physiological evaluation. In the results of the pressure mapping analysis, it was determined that the effect of density differences between sponges on the comfort was not significant. According to the results of the pressure mapping analysis performed on the company seats, it was determined that the women in short stature feel uncomfortable and feel the most uncomfortable in models 3 and 6, and the height increase in male participants also has a positive effect on comfort.
In the third stage of the study, for biomechanical analysis, the musculoskeletal systems of the male and female volunteers participating in the study were scaled according to 10 static anthropometric data taken from each participant and modeled in a 1/1 scale (3 male 3 female models). In this way, the sitting action and thus the sitting posture was modeled in a virtual environment for both controlled group seats and firm seats, by obtaining the muscle and joint forces occurring in the musculoskeletal systems of the participants, the most comfortable sitting element where the least energy is consumed, thus the sitting posture quantitatively determined. According to the results, it was determined that the most effective factor on comfort was the backrest inclination angle, and the increase in the backrest inclination angle reduced joint reaction forces (lumbar region) and muscle activation of both female and male participants in all percentiles.
As a result of the study, the factors that affect comfort (size, form, angle, relations between dimensions, materials, upholstery etc.) were analyzed in detail in the most comfortable single seat models, and the optimum criteria required for ergonomic seat design were revealed. As a result, with the application of human-centered design and computer-assisted ergonomic analysis, suggestions for increasing the quality of life of users using more ergonomic products are presented.