User involvement in safety-critical system design
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Arts, Design and Architecture |
Doctoral thesis (article-based)
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Koskinen, Hanna
Date
2023
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
150 + app. 107
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 24/2023
Abstract
Designing tools for performing safety-critical work tasks is demanding engineering discipline. Numerous highly specialized engineering knowledge needs to be integrated to create a well-functioning design solution that appropriately serves carrying out the work and fulfilling the goals of the activity. The design task of this magnitude goes easily beyond the capabilities of an individual designer. Consequently, representing a considerable collaboration challenge to the design process. Expert users (e.g., process control operators) are a group of specialists that could potentially contribute much to developing the appropriate solutions. Many industrial standards also demand acknowledging the end user perspective in design. However, the expert users' role in the context of safety-critical design, have conventionally been restricted to involving the users in the later evaluation phases. At the same time, at these later stages, there may only be remote possibilities to make any radical changes to the design regarding the identified needs by the expert users. Yet, the tools are an integral part of the safety-critical system and the sensitivity that relates to the ability of expert users to operatively master their tools should not be forgotten. From the overall safety perspective, it is also highly relevant how the expert users know and use their tools. Therefore, this thesis aims to promote early expert user involvement in design of safety-critical systems and thus enable better inclusion of their hands-on experience and wealth of operative knowledge in design. The expert users should be involved in at the early stage of the design and the participation of the expert users should continue throughout the design process and the lifecycle of the system. This thesis presents the development of method which facilitates participative processes and enables involving the expert users in safety-critical system design. The functional modeling of Tools-in-Use (TiU) is introduced in the thesis to facilitate constructive designer – user interaction and discussion about the different aspects of the emerging design solution. Within the TiU model both the functional content of work (i.e., the core task functions) and the design solution (regarding to its abstract concept as well as the concrete interface levels) are explicated. The TiU model provides, in a condensed form, a demonstration of how the different characteristics of the design solution may contribute to achieving the objectives of the activity. In addition, the TiU model emphasizes the meaning of understanding the work activity as a basis for forming the design rationale and aids reflecting the different design decisions against that rationale throughout the iterative maturation of the design solution. The contribution this thesis makes is in the intersection of the research fields of human factors and ergonomics, human-centered design (including participatory processes) and usability engineering. The empirical work in this thesis has been conducted in several safety-critical work domains such as nuclear power process control and pesticide spraying activity in arable farming.Turvallisuuskriittisten työtehtävien suorittamiseen tarvittavien järjestelmien ja työvälineiden suunnittelu on vaativa insinööritehtävä. Hyvin toimivan ja tarkoituksenmukaisen suunnitteluratkaisun luominen vaatii monenlaisen tekniikan- ja tieteenalan ammattilaisen erityisosaamisen yhdistämistä. Tällaisen kokonaisuuden rakentaminen on tehtävä, joka helposti ylittää yksittäisen suunnittelijan osaamisen rajat. Turvallisuuskriittisten järjestelmien loppukäyttäjät (esim. prosessinohjaajat) voisivat omalla operatiivisella kokemuksellaan osallistua toimivien suunnitteluratkaisuiden määrittämiseen ja löytämiseen. Useat teollisuuden standardit myös edellyttävät käyttäjänäkökulman huomioimista suunnittelussa. Tästä huolimatta käyttäjien osallistuminen turvallisuuskriittisten järjestelmien suunnittelussa on perinteisesti rajoittunut lähinnä loppuvaiheen käyttäjätestaukseen. Samanaikaisesti tiedetään, että suunnittelun edettyä pitkälle, testauksessa mahdollisesti havaittuja käyttäjä- ja muutostarpeita voi olla vaikeaa ja kallista enää toteuttaa. Teknologiset työvälineet ovat oleellinen osa nykypäivän moderneja turvallisuuskriittisiä järjestelmiä ja se, miten hyvin käyttäjät hallitsevat ja ymmärtävät näiden työvälineiden käytön on ammatillisesti hyvin sensitiivistä ja sitä ei tulisi suunnittelussakaan jättää huomioimatta. Väitöskirjan keskeinen tavoite on edistää ammattikäyttäjien aikaista osallistamista turvallisuuskriittisten järjestelmien suunnitteluun niin, että heidän käytännönkokemuksensa ja runsas operatiivinen tietämyksensä tulisi hyödynnetyksi ratkaisuita kehittäessä. Käyttäjät tulisi osallistaa suunnitteluun alusta asti aina läpi koko suunnitteluprosessin ja järjestelmän elinkaaren. Väitöskirjassa esitellään menetelmä, joka tukee osallistavan suunnitteluprosessin kehittymistä ja ammattikäyttäjien osallistumista turvallisuuskriittisten järjestelmien suunnitteluun. Funktionaalinen mallinnusmenetelmä 'Tools-in-Use' (TiU) esitellään keinona fasilitoida rakentavaa suunnittelija – käyttäjä vuorovaikutusta sekä keskustella kehitettävän suunnitteluratkaisun eri piirteistä. TiU mallin avulla sekä työ (perustehtävä) että suunnitteluratkaisu (abstrakti konsepti- ja konkreettinen käyttöliittymä taso) tulevat sisällöllisesti analysoiduksi ja käsitellyksi. TiU malli avulla voidaan tiivistetyssä muodossa tarkastella miten kehitettävän suunnitteluratkaisun eri osat myötävaikuttavat toiminnalle asetettujen tavoitteiden saavuttamisessa. Lisäksi TiU malli korostaa työn perustehtävän ymmärtämisen tärkeyttä suunnitteluperusteiden määrittämisen lähtökohtana sekä mahdollistaa yksittäisten suunnittelupäätösten peilaamisen tätä vasten. Väitöskirjan kontribuutio sijoittuu human factors suunnittelun, käyttäjäkeskeisen suunnittelun sekä käytettävyys suunnittelun leikkauspisteeseen. Väitöskirjassa esitelty empiirinen työ sijoittuu erilaisiin turvallisuuskriittisiin toimintaympäristöihin kuten ydinvoimalan prosessinohjaukseen sekä kasvinsuojeluaineiden ruiskuttamiseen pellonviljelyssä.Description
Supervising professor
Keinonen, Turkka, Prof., Aalto University, Department of Design, FinlandThesis advisor
Norros, Leena, Prof., Emerita, VTT, University of Helsinki, FinlandKeywords
human factors, design, safety-critical systems, expert user involvement, turvallisuuskriittiset järjestelmät, käyttäjien osallistaminen
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Koskinen, Hanna; Laarni, Jari; Honkamaa, Petri. 2008. Hands-on the process control: users’ preferences and associations on hand movements. In: CHI '08 Human Factors in Computing Systems Extended Abstracts. Florence, Italy April 5-10.
DOI: 10.1145/1358628.1358808 View at publisher
-
[Publication 2]: Koskinen, Hanna; Hurlen, Lars. 2011. Outage on the table: the design of interactive surfaces for collaborative operation in outage control centres. In: ECCE '11 the European Conference on Cognitive Ergonomics. Rostock, Germany. August 24-26.
DOI: 10.1145/2074712.2074725 View at publisher
-
[Publication 3]: Koskinen, Hanna. 2015. Book Chapter 4: Foreseeing: How to uncover the promise of solutions for future work. In Norros, L., Savioja, P., Koskinen, H. 2015. Core-Task Design. Synthesis Lectures on Human-Centered Informatics.
DOI: 10.1007/978-3-031-02211-1_4 View at publisher
-
[Publication 4]: Koskinen, Hanna; Norros, Leena. 2018. The participatory design of tools: Foreseeing the potential of future internet enabled farming. Journal of Interaction Design and Architecture(s). 37. 175-205.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201906033409
-
[Publication 5]: Koskinen, Hanna; Laarni, Jari; Bergroth, Joakim. 2022. User Involvement in Design of a Safety-Critical Operating Panel System. International Journal of Industrial Ergonomics. 92, 2022, 103358.
DOI: 10.1016/j.ergon.2022.103358 View at publisher
- [Publication 6]: Koskinen, Hanna; Aromaa, Susanna; Goriachev, Vladimir. 2021. Human Factors Engineering Program Development and User Involvement in Design of Automatic Tram. In the IADIS International Journal on Computer Science and Information Systems. 16 (2), 61-76.