Högskolan i Skövde

Accurately predicting driving postures and positions is crucial for occupant packaging design to accommodate diverse drivers. However, this is challenging due to individual variability and limited access to user data. Digital human modelling (DHM) tools enable posture prediction in virtual environments. This paper presents a case study comparing two driving prediction methods: a statistical prediction method (SPM) and an optimisation prediction method (OPM). Both were evaluated using data from two car models with different seat heights, involving 199 participants whose seat, eye-point, and steering wheel positions were measured. Results showed SPM was more accurate for vertical positioning, whereas OPM for fore-aft positioning. The effectiveness of each method varied by car model, with SPM aligning better in the higher-seated vehicle and OPM performing better in the lower-seated vehicle. These findings highlight the practical, context-specific performance of posture prediction methods. Methodological insights guide the improvement of DHM tool use in occupant packaging.

This paper presents a process for enhancing driver posture prediction in digital human modelling (DHM) tools by integrating real-world data from driver posture studies. The process leverages key data points such as seat position, steering wheel position, and eye point coordinates to position manikins and extract joint angles for ergonomic analysis. A test study involving 49 drivers was conducted, revealing significant variations in joint angles across different statures. These findings were used to develop stature-based strategies that demonstrated improved predictive accuracy for short and tall stature groups compared to the existing strategy in the DHM tool IPS IMMA. While the results highlight the potential benefits of this approach, limitations such as refined manikin body meshes, seat property considerations, and broader vehicle model validation are recommended. Overall, this method offers a promising solution for addressing incomplete datasets in occupant packaging studies, contributing to the development of more ergonomic and safer vehicle designs.

Occupant packaging design is usually done using computer-aided design (CAD) and digital human modelling (DHM) tools. These tools help engineers and designers explore and identify vehicle cabin configurations that meet accommodation targets. However, studies indicate that current working methods are complicated and iterative, leading to time-consuming design procedures and reduced investigations of the solution space, in turn meaning that successful design solutions may not be discovered. This paper investigates potential advantages and challenges in using an automated simulation-based multi-objective optimization (SBMOO) method combined with a DHM tool to improve the occupant packaging design process. Specifically, the paper studies how SBMOO using a genetic algorithm can address challenges introduced by human anthropometric and postural variability in occupant packaging design. The investigation focuses on a fabricated design scenario involving the spatial location of the seat and steering wheel, as well as seat angle, taking into account ergonomics objectives and constraints for various end-users. The study indicates that the SBMOO-based method can improve effectiveness and aid designers in considering human variability in the occupant packaging design process.

This paper presents the development of statistical 3D body shape prediction models and how these models can be shared to be used by other researchers, software developers or organisations. In Digital human modelling (DHM) tools it is important that the generated manikin models are accurate and representative for different body sizes and shapes. By using both 3D body scan data and one-dimensional data, provided in tabular format, a prediction model was created that based on a few input variables predicts both additional missing one-dimensional data and body shape data, in the form of landmark coordinates in XYZ point cloud format as well as a body shape mesh model in OBJ format. The data is handled in a sequential process where three different prediction functions were defined using similar implementations of a conditional regression model. The developed statistical 3D body shape prediction model described in this paper is based on body scan data from the CAESAR anthropometric survey. The statistical 3D body shape prediction models, consisting of MATLAB scripts have been prepared, packaged and shared in an online repository on GitHub under the MIT License. Since the model is shared under an open license, the idea and intention are that it can be further developed by other researchers and organizations. This first version only generates a static body shape whereas future versions could include joint center prediction models and deformation patterns in relation to joint angles, to enable accurate body deformation during different postures and motions.

Engineers use modelling and simulation techniques to efficiently create, evaluate, and optimize design solutions.In an industrial production context, engineers often need to consider requirements related to both productivityand worker well-being in order to find successful design solutions. However, simulations related to productivityand worker well-being respectively, are typically carried out by different engineering roles, using different digitaltools. This lack of integrated work procedure could lead to inefficient development processes and suboptimaldesign solutions. Additionally, since performing multi-objective optimizations is likely to be seen as a complicated task by engineers in areas such as design engineering, production engineering, and ergonomics, requiringspecific knowledge and skills, such tasks are typically performed by engineers specialized on optimization. Thispaper presents the development and usability evaluation of a digital tool that supports engineers not specializedin optimization to define and perform simulation-based multi-objective optimizations of requirements related toboth productivity and worker well-being in an automated and simultaneous manner. The digital tool is the resultof research carried out over a period of four years, following an iterative development and assessment process bythe means of use cases, done in close collaboration with potential users of the digital tool, i.e. engineers at severalcompanies. The usability evaluation of the digital tool shows that potential users in the industry view the tool asa promising support for performing their engineering tasks in a more efficient and integrated manner.

En pedagogisk fråga vid distansutbildning är hur relationellt lärande och social lärmiljö kan främjas. Då interaktion ser annorlunda ut än vid campusutbildning och när resurser för lärartid är begränsat till ett minimum blir detta en reell utmaning att adressera. Relationellt lärande och social lärmiljö är betydelsefulla aspekter för att stödja studentens kunskapsutveckling i högre utbildning, och kan beskrivas som ett pedagogiskt synsätt där relationer står i centrum. Dels med avseende på den pedagogiska relationen mellan lärare och student, men även andra relationer såsom mellan student-student eller student-grupp ses som centrala. Inför den nystartade distanskursen Hållbar produktutveckling, inriktning Design Thinking introducerades arbetsformen Support- och diskussionsgrupper med syfte att stödja den sociala lärmiljön på distans. Studenterna fick då möjlighet att gruppvis träffavarandra via ett digitalt verktyg för att både diskutera aktuella frågeställningar i kursen, samt att vara ett stöd för varandra under kursens gång. Arbetsformen visadesig gynna studenternas kunskapsutveckling och gav goda resultat i kursvärderingen. Genom att förstå de grundläggande faktorer som främjar kunskapsutveckling, däribland den sociala lärmiljön, och hur vi kan forma den när den inte uppstår naturligt såsom i distanskurser, kan vi skapa gynnsamma förutsättningar för studenternas kunskapsutveckling och det livslånga lärandet.

Inför läsåret 2021/22 skapade avdelningen Produktutveckling och Design på ING ett antal fristående kurser. Kurserna erbjuds på distans för att möjliggöra flexibelt deltagande från hela landet. En av dessa fristående kurser var Hållbar produktutveckling inriktning Design Thinking, som skulle fungera som en introduktionskurs till denna designmetodik och inkludera ett hållbarhetsperspektiv. På grund av de specifika organisatoriska förutsättningarna, såsom distansundervisning och osäkerhet kring antalet studenter, fanns det flera utmaningar. Dels behövde kursupplägget vara flexibelt sett till antal studenter, och dels blev den digitala lärmiljön väldigt central, där Canvas-strukturen och dess innehåll behövde vara tydlig och självinstruerande för att underlätta ett självständigt lärande.

Men den största utmaningen var nog att utforma kursupplägget på ett sätt som skulle främja den sociala lärmiljön, där social interaktion och samarbete är en viktig del för att stimulera studentens lärande (Aspelin, J., & Persson, S., 2011). Eftersom kurserna skulle vara resurseffektiva och kräva minimalt med lärartid skedde interaktionen med studenterna vid ett fåtal handledningstillfällen online. Dessutom gjorde distansformatet det svårt att upprätta naturliga relationer mellan studenter och lärare. För att ändå främja relationsbaserat lärande och diskussioner blandstudenterna, infördes en arbetsform kallad Support- och diskussionsgrupper, som skulle ge studenterna möjlighet att interagera med och få stöd av varandra. En tydlig beskrivning av gruppens avsikt och upplägg fanns på Canvas och vi introducerade arbetsformen vid kursstart. Så här formulerades den huvudsakliga inriktningen (en längre version fanns på Canvas):

"Support- och diskussionsgrupper

Gruppen kommer vara en värdefull resurs under kursens gång och har följande funktioner:

Diskussionsgrupp: Dels fungerar gruppen som forum för diskussioner och tankeutväxling. Tanken är att ni ska kunna diskutera ämnen, uppgifter och frågeställningar som dyker upp under kursens gång, för att fördjupa förståelsen kring dessa. Det är ofta genom att utbyta tankar och idéer som egen kunskap blir synlig, men det är också i dialogen med andra man kan få syn på kunskapsluckor och frågetecken, saker man inte förstått helt och hållet. Här finns möjlighet att i diskussionen fördjupa sina kunskaper.

Supportgrupp: Gruppens andra viktiga funktion är att vara ett stöd för varandra underkursens gång. Här kan ni ta upp saker som verkar oklara, ibland förstår en annan kurskamrat något som du själv inte har greppat. Tanken är att ni gemensamt kan diskutera och reda ut frågetecken och oklarheter som kommer upp under kursens gång. Självklart finns lärarna också till hands för att svara på de frågor som kommer upp, främst under kursens handledningstillfällen."

Till varje kursmodul fanns också en uppsättning frågeställningar relaterat till föreläsningarnas teman som grupperna skulle diskutera och därefter kortfattat redovisa under kommande grupphandledning. Den heterogena studentgruppen innebar inte bara skillnad kring studievana utan även hur mycket tid studenterna kunde lägga ner på kursen samt när de kunde arbeta med kursen. Detta togs i beaktning och studenter blev indelade i supportgrupper utifrån när de själva bedömde sig komma arbeta med kursen.

Resultat

De studenter som ville ingå i dessa grupper om 4 6 personer, vilket var merparten av de studenter som fullföljde kursen, träffades regelbundet under kursens gång, och fick möjlighet att diskutera både aktuella teman och uppkomna frågor med varandra och på så sätt fördjupa kunskapen kring dessa. Resultatet i kursvärderingen blev 3,5 av totalt 4 poäng för kursens utformning, och 3,4 för dess undervisnings- och läraktiviteter, vilket måste betraktas som ett gott resultat med tanke på att det var den första fristående kursen som gavs.

Slutsats och diskussion

I de flesta fall fungerade gruppindelningen och grupperna var aktiva och studenterna kunde diskutera sina frågor och funderingar och sedan ta med dessa till handledningstillfällen. I vissa fall var det bara några få eller ensamma studenter som var aktiva vilket gjorde att de inte fick samma möjlighet att diskutera. Dock har vi kunnat se att om en eller två studenter i en grupp var drivande kunde det i vissa fall få med resten av gruppen som då också aktiverades mer.

För framtiden finns flera utmaningar, en av dem är att lyckas gruppera mer aktiva studenter med varandra och låta de som inte har behov eller önskan att vara med i någon supportgrupp att välja bort det arbetssättet. Ett sätt skulle vara att än mer tydliggöra de förväntningar som finns när man skriver upp sig på att vara med i en supportgrupp. En annan möjlighet är att ha något större grupper så att det inte gör så mycket om några faller bort. En komplicerande faktor är dock att även om studenter själva förväntar sig arbeta med kursen på ett visst sätt vid vissa tider så kan det i realiteten ibland förändras under kursens gång. Även studenternas behov av att vara med i en supportgrupp kan förändras då de i början av kursen kan vara lite förvirrade kring kursens innehåll och upplägg för att efter några veckor blir mer bekväma och då hellre arbeta mer på egen hand.

Trots dessa utmaningar ser vi flera fördelar med arbetsformen för att ge möjlighet till mer kontakt och interaktion under distansundervisning. Kanske arbetsformen även kan vara ett stöd för campusundervisning där studentgrupperna är mer homogena jämfört med vid distansundervisning. Istället för att ha grupper för projektarbeten eller liknande så delas studenterna in i grupper för att säkerställa att alla har möjlighet att få vara med och diskutera sina funderingar och frågor utan närvaro av lärare. Lärare kan sedan ha gruppvisa handledningar då studenternas gemensamma men även enskilda frågor kan diskuteras vidare. Support- och diskussionsgrupper vid campusundervisning skulle kunna strukturera och automatiskt skapa en kultur för kamratgranskning och diskussion kring kursinnehåll. Detta är något vi är intresserade av att pröva i kommande kurser.

Referenser:

Aspelin, J., & Persson, S. (2011). Om relationell pedagogik. Malmö: Gleerups Utbildning

This paper presents an interview study aiming to understand the state of the art of how ergonomics designers work in the vehicle development process within the Swedish automotive industry. Ten ergonomic designers from seven different companies participated in the interview study. Results report the ergonomics designers' objectives, workflow, tools, challenges, and ideal work performance tool. We identify four main gaps and research directions that can enhance the current challenges: human behavior predictions, simulation tool usability, ergonomics evaluations, and integration between systems.

The paper reports an investigation conducted during the DHM2020 Symposium regarding current trends in research and application of DHM in academia, software development, and industry. The results show that virtual reality (VR), augmented reality (AR), and digital twin are major current trends. Furthermore, results show that human diversity is considered in DHM using established methods. Results also show a shift from the assessment of static postures to assessment of sequences of actions, combined with a focus mainly on human well-being and only partly on system performance. Motion capture and motion algorithms are alternative technologies introduced to facilitate and improve DHM simulations. Results from the DHM simulations are mainly presented through pictures or animations.

In the design process of products and production systems, the activity to systematically evaluate initial alternative design concepts is an important step. The digital human modeling (DHM) tools include several different types of assessment methods in order to evaluate product and production systems. Despite this, and due to the fact that a DHM tool in essence is a computer-supported design and analysis tool, none of the DHM tools provide the functionality to, in a systematic way, use the results generated in the DHM tool to compare design concepts between each other. The aim of this paper is to illustrate how a systematic concept evaluation method is integrated in a DHM tool, and to exemplify how it can be used to systematically assess design alternatives. Pugh´s method was integrated into the IPS software with LUA scripting to systematically compare design concepts. Four workstation layout concepts were generated by four engineers. The four concepts were systematically evaluated with two methods focusing on human well-being and two methods focusing on system performance and cost. The result is very promising. The demonstrator illustrates that it is possible to perform a systematic concept evaluation based on human well-being, overall system performance, and other parameters, where some of the data is automatically provided by the DHM tool and other data manually. The demonstrator can also be used to evaluate only one design concept, where it provides the software user and the decision maker with an objective and visible overview of the success of the design proposal from the perspective of several evaluation methods.