Üretimde kullanılan operatör destek odaklı artırılmış gerçeklik teknolojilerinin kullanılabilirlik kavramı kapsamında değerlendirilmesi
Evaluation of operator support-based augmented reality technologies used in production within the concept of usability
Yazar: OSMAN ER
Danışman: PROF. DR. ALP ÜSTÜNDAĞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Artırılmış gerçeklik = Augmented reality ; Endüstri 4.0 = Industrial 4.0 ; Sayısal dönüşüm = Digital transformation

Özet:
2010'lu yıllardan başlayarak hayata temas eden pek çok alanla birlikte üretim sistemleri için de bir dijital dönüşüm söz konusudur. Teknolojinin de gelişmesiyle birlikte, yaşam tarzları da değişmekte, özellikle değer zincirindeki müşteri beklentileri de farklılaşmaktadır. Müşteriler, özellikle kullandıkları ürün ve hizmetlerde kişiselleştirme beklentilerinin karşılanmasına, şirketlerin e-ticaret kanallarının kullanımına açık olmasına ve pazardaki ürün çeşitliliğini alışveriş tercihlerinde daha çok ön plana çıkarmaktadır. Bir diğer deyişle, bir mağazadan sabit bir ürün almaktansa, çevrimiçi kanallardan, kişiselleştirilebilen ürünler müşteri tercihlerinin üst sıralarında gelmektedir.
Değişen bu müşteri ihtiyaç ve beklentileri, ürün ve hizmet sunan şirketleri de dönüştürmektedir. Bu noktada belki de en önemlisi, tüm beklentileri karşılayacak esnek, uçtan uca bütünleşmiş ve çevik bir üretim sistemi altyapısının gerçeklenebilmesidir. İşte bu noktada, 2011 Hannover Fuarı'na katılan ziyaretçiler, tüm bu beklentilerin karşılanabilmesi adına yepyeni bir üretim yaklaşımı ile karşılaştılar.
Endüstri 4.0 olarak adlandırılan bu yaklaşım ile, üretim sahalarında dijital dönüşüm odaklı yaklaşımlarla; kalite, verimlilik, üretkenlik artışı sağlayarak, değişen pazarda müşteri beklentilerinin de karşılanabilmesi mümkün olacaktır. Bu gelişme, 1800'lü yıllarda Watt'ın buhar makinesini bulması ile başlayan sanayi devrimleri akışının dördüncü  evresi olarak belirtilmekle beraber, seri üretim ve otomasyondan sonra gelen üretimdeki bilişim devrimidir. 
Endüstri 4.0 konseptinin ilk ortaya çıktığı zamanlarda, rekabetteki önemli parametrelerden olan işgücü maliyetlerini en küçüklemek için, %100 otomasyona dayalı karanlık fabrikalara ulaşmak hedefi ön plana çıkmaktaydı. Ancak, fabrikalarda, özellikle montaj hatlarındaki insan kabiliyet ve esnekliğine duyulan ihtiyaç ve ürün tasarım, arge faaliyetlerindeki insanın yaratıcılığının yerine bir karşılığın olmaması, bu dijital dönüşümün insanı odağına alarak ilerlemesini sağlamıştır. İnsanı odağına alan, Japonya'nın öncülük ettiği Toplum 5.0 düşüncesi ile bu ilerleme tescillenmiştir.
Bu odak çevresinde de Endüstri 4.0'ın bazı teknolojileri ön plana çıkmıştır. Bunlardan biri de Artırılmış Gerçeklik teknolojisidir.
Artırılmış Gerçeklik teknolojisi, tıpkı Endüstri 4.0 gibi 2010'lu yılların başıyla ciddi bir ilerleme evresine girmesine ragmen, aslında daha uzun bir geçmişe sahiptir. 1960'lı yıllarla başlayan gelişim aşamaları ile bugünlere gelen teknoloji, en ciddi sıçramasını "Google Glass" ürünü ile yapmıştır. Daha sonra gelen Microsoft Hololens ve Epson firmalarının gelişmeleri, özellikle giyilebilir teknolojiler alanıyla bu teknolojinin eşleşmesini sağlamıştır. Ancak, artırılmış gerçeklik teknolojileri mobil cihazlar ve projektör gibi cihazlarla da kullanıcıların deneyimleyebilmesini mümkün kılmaktadır. PokemenGo ve IKEA uygulamaları ile kullanıcılar özellikle mobil cihazlarla farklı deneyimler yaşayabilmektedir.  
Artırılmış gerçeklik uygulamaları, tasarım, mühendislik, eğitim, oyun, pazarlama, turizm gibi pek çok sektörde uygulama senaryoları yaratabilmektedir. Bu alanlara ek olarak, üretim sahalarındaki uygulamalarla da önemli değerler mümkün olabilmektedir. 
Üretimde artırılmış gerçeklik senaryoları ise, bilgi ve deneyim aktarımı odağında kurulan uygulamalara odaklanmaktadır. Çoğu uygulama montaj operasyonları, bakım ve onarım süreçlerine yönelik geliştirilmektedir. Burada, her iki sürece de uygulanan adım adım talimatlara dayanan uygulamalarla süreçlerin doğruluğu sağlanmaktadır. Montaj operasyonları için oluşturulan bu tip uygulamalarla deneyimsiz yeni çalışanlar için de iş başı eğitimleri oluşturulabilmektedir. Bakım süreçlerindeki uygulamalar yine deneyim etkisini en aza indirebilirken, uzaktan bağlantı ile deneyimli teknik kişilerin gerçek zamanlı etkileşimle sorunları çözebilmesi sağlanabilmektedir. Üretimde artırılmış gerçeklik ile verilerin görselleştirilmesi ise, operatörlerin karar verme süreçlerini güçlendirilebilmektedir. Endüstri 4.0 ile gelen bir diğer yaklaşım olan insan-robot etkileşimli iş hücrelerinin oluşturulmasında da artırılmış gerçeklik desteği mümkün olabilmektedir. Hem üretim akışı ile olan enregrasyon hem de robotla sağlanan etkileşimde rol oynayan artırılmış gerçekliğin bu senaryolarla da üretimde değer yaratabilmektedir.
Bu faydaların yanında geliştirilen uygulamalar ve kullanılan donanımlar sebebiyle de kullanıcılar bazı kısıtlarla da karşılaşmaktadır. Özellikle giyilebilir ürünlerdeki ergonomik kısıtlar ve kullanıcıların bu ürünleri yeni yeni deneyimleyebiliyor olması bu ürünlerin son kullanıcı seviyesindeki kabul edilebilirliğini etkilemektedir. Mobil cihazlar ise üretimdeki çoğu operasyonun çift el ile çalışmayı gerektirmesinden dolayı handikaplar yaratabilmektedir. Ayrıca cihazdan farklı olarak geliştirilen kullanıcı arayüzlerinin kulanıcı ihtiyacına uygun olarak geliştirilmemesi de yine uygulamaların son kullanıcı özelindeki kabul edilebilirliği etkilemektedir.
Bu noktada literatürde sıklıkla üzerine çalışılan kullanılabilirlik kavramı ortaya çıkmaktadır. ISO standartına göre, kullanılabilirlik, bir sistem, ürün veya hizmetin kullanıcılar tarafından etkin, verimli ve kullanıcılara memnuniyet veren şekilde hedeflere ulaşma doğrultusunda ne kadar kullanılabileceği olarak tanımlanmaktadır. 
Bu kavram çerçevesinde yapılan çalışmalarla kullanıcıların sistemlerle ilgili deneyimleri, yönelimleri ve değerlendirmeleri tespit edilebilemektedir. Buradan sağlanan çıktılarla sistemlerin kullanıcıların beklentisine uygun güncellenebilmesi sağlanmaktadır.
Kullanılabilirlik çalışmalarındaki çıktıları elde edebilmek için, denetlemeye dayalı yöntemler, test yöntemleri ve kullanıcı görüşmelerine dayanan raporlama yöntemleri kullanılmaktadır. Kullanıcı görüşmeleri ile uygulanan anket çalışmaları, kullanıcıların sistem ile ilgili öznel değerlendirmelerini tespit edebilmek açısından kritik ve değerlidir. Literatürde bu noktada, genel-geçer hale gelmiş evrensel yöntemler bulunmkata ve pek çok akademik çalışmada da kullanılmaktadır. SUS, PSSUQ, ASQ ve NASA-RTLX gibi yöntemlerle yapılan çalışmalar değrlendirilen sistem ile ilgili kullanıcı deneyimlerini net ve odaklı bir şekilde yansıtmaktadır. Bu çıkarımlardan hareketle de sistemin performans iyileştirmeleri yapılabilmektedir.
Tüm bunların ışığında,  bu tez çalışması ile üretimde kullanılan operatör destekli artırılmış gerçeklik teknolojilerinin kullanılabilirlik kavramı kapsamında değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Yukarıda belirtilen, giyilebilir teknoloji, mobil cihaz ve projeksiyon tekniklerinden oluşan bu teknolojilere yönelik 3 tane kullanım senaryosu belirlenmiştir. Her 3 kullanım senaryosu da benzer içeriklerde olup, üretim süresince eğitim, bilgi ve iş talimatı noktalarında kullanıcıları desteklemeyi sağlamaktadır.
Her bir katılımcıya kullanım senaryolarındaki deneyimlerine istinaden SUS, PSSUQ, ASQ ve NASA-RTLX anketleri uygulanmıştır Elde dilen sonuçlardan yöntem skorları elde edilerek artırılmış gerçeklik teknolojileri karşılaştırılmıştır. Ayrıca her bir yöntemde detaylı analizler yapılmış, kullanıcıların sistemlerle ilgili olumlu ve olumsuz değerlendirmeleri tespit edilmiştir. Bu değerlendirmeler yapılan ANOVA analizleriyle de istatistiksel olarak desteklenmektedir.
Yapılan bu faaliyetler ile elde edilen sonuçlar göstermektedir ki; tüm yöntemler özelinde projeksiyon uygulaması kullanıcıların en çok benimsediği ve olumlu bulduğu artırılmış gerçeklik uygulaması olmuştur. Kullanıcılar; sıklıkla kullanım isteği, kullanım kolaylığı, entegre fonksiyonlar, çabuk öğrenme, kullanım esnasında kendinden emin hissetme, görev tamamlama kolaylığı ve süresi, bilgi ve arayüz kalitesi anlamında projeksiyon uygulamasını ön plana çıkarmıştır. Mobil cihaz - tablet uygulaması ve akıllı gözlük uygulamasını bu kriterler anlamında olumsuz değerlendirmektedir. Burada akıllı gözlük uygulaması daha olumsuz içgörülere sahip olup; sistem karmaşıklığı, teknik destek ihtiyacı, kullanım elverişsizliliği, tutarsızlık, kullanım öncesi gerekli bilgi ihtiyacı açısından da yine olumsuz değerlendirilmektedir. Bunlara ek olarak, zihinsel yük, zamansal yük, performans, çaba ve isteksizlik anlamında da akıllı gözlük olumsuz değerlendirmelere sahiptir. Fiziksel yük anlamında ise mobil cihaz - tablet uygulaması en olumsuz değerlendirmeyi alarak üretim sahalarındaki çift el kullanım yoğunluğunun etkisini göstermektedir.
Yapılan bu çalışmayla, artırılmış gerçeklik ve kullanılabilirlik literatürüne, tüm artırılmış gerçeklik teknolojilerinin üretimde operatör destek odağında karşılaştırmaları ve en iyi değerlendirilen yöntemin bulunmasıyla katkı sağlanması amaçlanmıştır. Türkçe olarak yazılan bu çalışma ile Türkçe literatüre de konu ve sonuçları itibariyle katkı sağlanmıştır.

Abstract:
With the 2010s, there is a digital transformation for production systems along with many areas that come into contact with life. With the development of technology, lifestyles are changing, especially customer expectations in the value chain are changing. Customers are more interested in meeting their personalization expectations, companies' e-commerce channels are growing, and product diversity in the market is more prominent in shopping preferences, especially in the products and services they use. In other words, rather than buying a fixed product from a store, products that can be personalized through online channels come out on top of customer preferences.
These changing customer needs and expectations are also transforming the companies of products and services. Perhaps the most important thing at this point is that a flexible, end-to-end integrated and agile production system infrastructure can be carried out to meet all expectations. At this point, visitors attending the 2011 Hannover Fair encountered a brand new production approach in order to meet all these expectations.
With this approach, called Industry 4.0, it will be possible to meet customer expectations in the changing market by providing quality, efficiency and productivity increase with digital transformation-oriented advances in production sites. This development is stated as the 4th phase of the flow of industrial revolutions that began in the 1800s when Watt found the steam engine, but it is the information revolution in production that follows the mass production and automation revolutions.
The Industrial Internet of the United States, China's "Made in China 2025" and Japan's Society 5.0 formations are different approaches to this transformation. However, the basis of all of them is the digitalization of production and the management of intelligent systems. In addition to these countries, France demonstrates its approach to this transformation with a program called "New Industrial France".
When the industry 4.0 concept first presented, the goal of reaching dark factories based on 100% automation was at the forefront in order to minimize labor costs, which are important parameters in competition. However, the need for human capability and flexibility in factories, especially assembly lines, and the lack of a substitute for human creativity in product design, R&D activities, have enabled this digital transformation to move forward with human focus. This progress has been registered with the idea of Society 5.0, which is led by Japan.
Around this focus, some technologies of Industry 4.0 have highlighted and one of the popular one is "Augmented Reality" technology.
The concept of augmented reality is a concept associated with virtual reality. With virtual reality applications, the user loses his or her own reference and takes part in a completely digital environment. In augmented reality, in contrast, it places virtual or digital objects in users' physical worlds without disturbing their own views. Rather than changing the reality of individuals, it shows support to increase the perception of reality through these virtual or digital supports.
From here, the 3 main features for augmented reality are shared. First of all, it brings the virtual and the reality together. Secondly, it enables real-time interaction and lastly, it makes it possible in 3D. Together with these three features, not only wearable glasses and equipment such as head kits, but also different techniques pave the way for the development of augmented reality applications.
Although Augmented Reality technology, similar to Industry 4.0, entered a serious phase of progress in the early 2010s, it actually has a longer history. The technology, which has come to this day with its development stages starting in the 1960s, has made its most serious leap with the "Google Glass" product. The subsequent advances of Microsoft Hololens and Epson have made this technology a match, especially in the field of wearable technologies. However, augmented reality technologies also make it possible for users to experience it with devices such as mobile devices and projectors. With PokemenGo and IKEA apps, users can have different experiences, especially with mobile devices.  
Facebook's activities with the Oculus investment have recently revealed a movement called Metaverse. With the Covid 19 pandemic, there has been a remarkable increase in the virtualization of life. According to Facebook, which also changed its name to Meta, Metaverse is a new method or evolved form of social interaction. With the 3D universe presented with Metaverse, users can experience socialization, learning, collaborative development and gaming. Here, virtual reality, augmented reality and smart glasses technologies stand out as tools that provide and enhance the experience. In addition to these experiences that come with Metaverse, experiences such as NFT, cryptocurrencies, and virtual events will be critical to the future of augmented and virtual reality technologies.
Augmented reality applications can create application scenarios in many sectors such as design, engineering, education, gaming, marketing, tourism. In addition to these areas, important values can be possible with applications in production shopfloor areas. 
Augmented reality scenarios in production focus on applications established on the basis of knowledge and experience transfer. Most applications are developed for assembly operations, maintenance and repair processes. Here, the accuracy of the processes is ensured by applications based on step-by-step instructions applied to both processes. With such applications created for assembly operations, on-the-job trainings can also be created for inexperienced new employees. Applications in maintenance processes can again minimize the impact of experience, while remote connection allows experienced technical people to solve problems with real-time interaction. Visualization of data with augmented reality in production can strengthen the decision-making processes of operators. Augmented reality support is also possible in the creation of human-robot interactive work cells, another approach that comes with Industry 4.0. Both the intregration with the production flow and the augmented reality that plays a role in the interaction with the robot can also create value in production with these scenarios.
In addition to these benefits, users also face some limitations due to the applications developed and the hardware used. Ergonomic constraints, especially in wearables, and the fact that users can experience them newly affect the acceptability of these products at the end-user level. Mobile devices, on the other hand, can create handicaps because most operations in production require working with both hands operation. In addition, the failure to develop user interfaces developed differently from the device in accordance with the user needs also affects the acceptability of the applications in the end user specific.
At this point, the concept of usability, which is often studied in the literature, arises. According to the ISO standard, usability is defined as how much a system, product or service can be used by users to achieve goals in a way that is effective, efficient and pleasing to users. 
A definition refers to the concept of usability as acceptable for users under designated tasks, such as a system or product, which effectively influences user performance and satisfaction, and demonstrates ease of use and the availability of the product or system.
Within the framework of this concept, users' experiences, orientations and evaluations related to the systems can be determined. The outputs provided here ensure that the systems can be updated in accordance with the expectations of the users.
Inspection-based methods, test methods, and reporting methods based on user interviews are used to obtain outputs from usability studies. Survey studies carried out with user interviews are critical and valuable in order to detect subjective evaluations of users related to the system. At this point in the literature, universal methods that have become general-passing are also used in many academic studies. Studies with methods such as SUS, PSSUQ, ASQ and NASA-RTLX clearly and focused on user experiences related to the changed system. Performance improvements of the system can be made based on these inferences.
In light of all this, it is aimed to evaluate the operator-assisted augmented reality technologies used in production within the scope of the concept of usability with this thesis study. Three use case scenarios have been identified for these technologies, which consist of wearable technology, mobile device and projector techniques mentioned above. All 3 use case scenarios have similar content and provide support to users at training, information and work instruction points during production.
Each participant was given SUS, PSSUQ, ASQ and NASA-RTLX questionnaires based on their experience in use case scenarios. In addition, detailed analyses were carried out in each method and positive and negative evaluations of the users about the systems were determined. These evaluations are also supported statistically by ANOVA analyses.
The results obtained by these activities show that; In all methods, the projection application has been the most adopted and positive augmented reality application of users. Users can use the frequently, ease of use, integrated functions, quick learning, feeling confident during use, ease and duration of task completion, information and interface quality have brought projection application to the forefront. Mobile device - tablet application and smart glasses application are evaluated negatively in terms of these criteria. Here, the smart glasses application has more negative insights; system complexity, technical support need, use unfavorable, inconsistency, need for necessary information before use are also evaluated negatively. In addition, smart glasses have negative assessments in terms of mental load, temporal load, performance, effort and frustration. In terms of physical load, the mobile device - tablet application takes the most negative evaluation and shows the effect of double-hand usage in production sites.
Similar to this study, the increase in the number of technology comparison and user-specific usability studies will benefit the development of this technology and increase the acceptability of these systems for users.
With this study, it is aimed to contribute to the literature of augmented reality and usability by comparing all augmented reality technologies with operator support focus in production and finding the best evaluated method. With this study written in Turkish, input was provided to the Turkish literature as a result of its subjects and outputs.
To summarize, it is important to underline that with these developments, the potential of augmented reality systems is high and the value it will create with production applications will be important. Both augmented reality technology and production systems will benefit from a human-focused digital induction approach. In order to achieve this, the usability and user experience work will be extremely critical.