Augmented reality at the workplace : a context-aware assistive system using in-situ projection

Augmented Reality has been used for providing assistance during manual assembly tasks for more than 20 years. Due to recent improvements in sensor technology, creating context-aware Augmented Reality systems, which can detect interaction accurately, becomes possible. Additionally, the increasing amount of variants of assembled products and being able to manufacture ordered products on demand, leads to an increasing complexity for assembly tasks at industrial assembly workplaces. The resulting need for cognitive support at workplaces and the availability of robust technology enables us to address real problems by using context-aware Augmented Reality to support workers during assembly tasks. In this thesis, we explore how assistive technology can be used for cognitively supporting workers in manufacturing scenarios. By following a user-centered design process, we identify key requirements for assistive systems for both continuously supporting workers and teaching assembly steps to workers. Thereby, we analyzed three different user groups: inexperienced workers, experienced workers, and workers with cognitive impairments. Based on the identified requirements, we design a general concept for providing cognitive assistance at workplaces which can be applied to multiple scenarios. For applying the proposed concept, we present four prototypes using a combination of in-situ projection and cameras for providing feedback to workers and to sense the workers' interaction with the workplace. Two of the prototypes address a manual assembly scenario and two prototypes address an order picking scenario. For the manual assembly scenario, we apply the concept to a single workplace and an assembly cell, which connects three single assembly workplaces to each other. For the order picking scenario, we present a cart-mounted prototype using in-situ projection to display picking information directly onto the warehouse. Further, we present a user-mounted prototype, exploring the design-dimension of equipping the worker with technology rather than equipping the environment. Besides the system contribution of this thesis, we explore the benefits of the created prototypes through studies with inexperienced workers, experienced workers, and cognitively impaired workers. We show that a contour visualization of in-situ feedback is the most suitable for cognitively impaired workers. Further, these contour instructions enable the cognitively impaired workers to perform assembly tasks with a complexity of up to 96 work steps. For inexperienced workers, we show that a combination of haptic and visual error feedback is appropriate to communicate errors that were made during assembly tasks. For creating interactive instructions, we introduce and evaluate a Programming by Demonstration approach. Investigating the long-term use of in-situ instructions at manual assembly workplaces, we show that instructions adapting to the workers' cognitive needs is beneficial, as continuously presenting instructions has a negative impact on the performance of both experienced and inexperienced workers. In the order picking scenario, we show that the cart-mounted in-situ instructions have a great potential as they outperform the paper-baseline. Finally, the user-mounted prototype results in a lower perceived cognitive load. Over the course of the studies, we recognized the need for a standardized way of evaluating Augmented Reality instructions. To address this issue, we propose the General Assembly Task Model, which provides two standardized baseline tasks and a noise-free way of evaluating Augmented Reality instructions for assembly tasks. Further, based on the experience, we gained from applying our assistive system in real-world assembly scenarios, we identify eight guidelines for designing assistive systems for the workplace. In conclusion, this thesis provides a basis for understanding how in-situ projection can be used for providing cognitive support at workplaces. It identifies the strengths and weaknesses of in-situ projection for cognitive assistance regarding different user groups. Therefore, the findings of this thesis contribute to the field of using Augmented Reality at the workplace. Overall, this thesis shows that using Augmented Reality for cognitively supporting workers during manual assembly tasks and order picking tasks creates a benefit for the workers when working on cognitively demanding tasks.Seit mehr als 20 Jahren wird Augmented Reality eingesetzt, um manuelle Montagetätigkeiten zu unterstützen. Durch neue Entwicklungen in der Sensortechnologie ist es möglich, kontextsensitive Augmented-Reality-Systeme zu bauen, die Interaktionen akkurat erkennen können. Zudem führen eine zunehmende Variantenvielfalt und die Möglichkeit, bestellte Produkte erst auf Nachfrage zu produzieren, zu einer zunehmenden Komplexität an Montagearbeitsplätzen. Der daraus entstehende Bedarf für kognitive Unterstützung an Arbeitsplätzen und die Verfügbarkeit von robuster Technologie lässt uns bestehende Probleme lösen, indem wir Arbeitende während Montagearbeiten mithilfe von kontextsensitiver Augmented Reality unterstützen. In dieser Arbeit erforschen wir, wie Assistenztechnologie eingesetzt werden kann, um Arbeitende in Produktionsszenarien kognitiv zu unterstützen. Mithilfe des User-Centered-Design-Prozess identifizieren wir Schlüsselanforderungen für Assistenzsysteme, die sowohl Arbeitende kontinuierlich unterstützen als auch Arbeitenden Arbeitsschritte beibringen können. Dabei betrachten wir drei verschiedene Benutzergruppen: unerfahrene Arbeitende, erfahrene Arbeitende, und Arbeitende mit kognitiven Behinderungen. Auf Basis der erarbeiteten Schlüsselanforderungen entwerfen wir ein allgemeines Konzept für die Bereitstellung von kognitiver Assistenz an Arbeitsplätzen, welches in verschiedenen Szenarien angewandt werden kann. Wir präsentieren vier verschiedene Prototypen, in denen das vorgeschlagene Konzept implementiert wurde. Für die Prototypen verwenden wir eine Kombination von In-Situ-Projektion und Kameras, um Arbeitenden Feedback anzuzeigen und die Interaktionen der Arbeitenden am Arbeitsplatz zu erkennen. Zwei der Prototypen zielen auf ein manuelles Montageszenario ab, und zwei weitere Prototypen zielen auf ein Kommissionierszenario ab. Im manuellen Montageszenario wenden wir das Konzept an einem Einzelarbeitsplatz und einer Montagezelle, welche drei Einzelarbeitsplätze miteinander verbindet, an. Im Kommissionierszenario präsentieren wir einen Kommissionierwagen, der mithilfe von In-Situ-Projektion Informationen direkt ins Lager projiziert. Des Weiteren präsentieren wir einen tragbaren Prototypen, der anstatt der Umgebung den Arbeitenden mit Technologie ausstattet. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist die Erforschung der Vorteile der erstellten Prototypen durch Benutzerstudien mit erfahrenen Arbeitenden, unerfahrenen Arbeitenden und Arbeitende mit kognitiver Behinderung. Wir zeigen, dass eine Kontur-Visualisierung von In-Situ-Anleitungen die geeignetste Anleitungsform für Arbeitende mit kognitiven Behinderungen ist. Des Weiteren befähigen Kontur-basierte Anleitungen Arbeitende mit kognitiver Behinderung, an komplexeren Aufgaben zu arbeiten, welche bis zu 96 Arbeitsschritte beinhalten können. Für unerfahrene Arbeitende zeigen wir, dass sich eine Kombination von haptischem und visuellem Fehlerfeedback bewährt hat. Wir stellen einen Ansatz vor, der eine Programmierung von interaktiven Anleitungen durch Demonstration zulässt, und evaluieren ihn. Bezüglich der Langzeitwirkung von In-Situ-Anleitungen an manuellen Montagearbeitsplätzen zeigen wir, dass Anleitungen, die sich den kognitiven Bedürfnissen der Arbeitenden anpassen, geeignet sind, da ein kontinuierliches Präsentieren von Anleitungen einen negativen Einfluss auf die Arbeitsgeschwindigkeit von erfahrenen Arbeitenden sowohl als auch unerfahrenen Arbeitenden hat. Für das Szenario der Kommissionierung zeigen wir, dass die In-Situ-Anleitungen des Kommissionierwagens ein großes Potenzial haben, da sie zu einer schnelleren Arbeitsgeschwindigkeit führen als traditionelle Papieranleitungen. Schlussendlich führt der tragbare Prototyp zu einer subjektiv niedrigeren kognitiven Last. Während der Durchführung der Studien haben wir den Bedarf einer standardisierten Evaluierungsmethode von Augmented-Reality-Anleitungen erkannt. Deshalb schlagen wir das General Assembly Task Modell vor, welches zwei standardisierte Grundaufgaben und eine Methode zur störungsfreien Analyse von Augmented-Reality-Anleitungen für Montagearbeiten bereitstellt. Des Weiteren stellen wir auf Basis unserer Erfahrungen, die wir durch die Anwendung unseres Assistenzsystems in Montageszenarien gemacht haben, acht Richtlinien für das Gestalten von Montageassistenzsystemen vor. Zusammenfassend bietet diese Arbeit eine Basis für das Verständnis der Benutzung von In-Situ-Projektion zur Bereitstellung von kognitiver Montageassistenz. Diese Arbeit identifiziert die Stärken und Schwächen von In-Situ-Projektion für die kognitive Unterstützung verschiedener Benutzergruppen. Folglich tragen die Resultate dieser Arbeit zum Feld der Benutzung von Augmented Reality an Arbeitsplätzen bei. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die Benutzung von Augmented Reality für die kognitive Unterstützung von Arbeitenden während kognitiv anspruchsvoller manueller Montagetätigkeiten und Kommissioniertätigkeiten zu einer schnelleren Arbeitsgeschwindigkeit führt

Augmented Reality Action Assistance and Learning for Cognitively Impaired People. A Systematic Literature Review

Blattgerste J, Renner P, Pfeiffer T. Augmented Reality Action Assistance and Learning for Cognitively Impaired People. A Systematic Literature Review. In: The 12th PErvasive Technologies Related to Assistive Environments Conference (PETRA ’19). New York, NY, USA: ACM; 2019.Augmented reality (AR) is a promising tool for many situations in which assistance is needed, as it allows for instructions and feedback to be contextualized. While research and development in this area have been primarily driven by industry, AR could also have a huge impact on those who need assistance the most: cognitively impaired people of all ages. In recent years some primary research on applying AR for action assistance and learning in the context of this target group has been conducted. However, the research field is sparsely covered and contributions are hard to categorize. An overview of the current state of research is missing. We contribute to filling this gap by providing a systematic literature review covering 52 publications. We describe the often rather technical publications on an abstract level and quantitatively assess their usage purpose, the targeted age group and the type of AR device used. Additionally, we provide insights on the current challenges and chances of AR learning and action assistance for people with cognitive impairments. We discuss trends in the research field, including potential future work for researchers to focus on

Workload-aware systems and interfaces for cognitive augmentation

In today's society, our cognition is constantly influenced by information intake, attention switching, and task interruptions. This increases the difficulty of a given task, adding to the existing workload and leading to compromised cognitive performances. The human body expresses the use of cognitive resources through physiological responses when confronted with a plethora of cognitive workload. This temporarily mobilizes additional resources to deal with the workload at the cost of accelerated mental exhaustion. We predict that recent developments in physiological sensing will increasingly create user interfaces that are aware of the user’s cognitive capacities, hence able to intervene when high or low states of cognitive workload are detected. In this thesis, we initially focus on determining opportune moments for cognitive assistance. Subsequently, we investigate suitable feedback modalities in a user-centric design process which are desirable for cognitive assistance. We present design requirements for how cognitive augmentation can be achieved using interfaces that sense cognitive workload. We then investigate different physiological sensing modalities to enable suitable real-time assessments of cognitive workload. We provide empirical evidence that the human brain is sensitive to fluctuations in cognitive resting states, hence making cognitive effort measurable. Firstly, we show that electroencephalography is a reliable modality to assess the mental workload generated during the user interface operation. Secondly, we use eye tracking to evaluate changes in eye movements and pupil dilation to quantify different workload states. The combination of machine learning and physiological sensing resulted in suitable real-time assessments of cognitive workload. The use of physiological sensing enables us to derive when cognitive augmentation is suitable. Based on our inquiries, we present applications that regulate cognitive workload in home and work settings. We deployed an assistive system in a field study to investigate the validity of our derived design requirements. Finding that workload is mitigated, we investigated how cognitive workload can be visualized to the user. We present an implementation of a biofeedback visualization that helps to improve the understanding of brain activity. A final study shows how cognitive workload measurements can be used to predict the efficiency of information intake through reading interfaces. Here, we conclude with use cases and applications which benefit from cognitive augmentation. This thesis investigates how assistive systems can be designed to implicitly sense and utilize cognitive workload for input and output. To do so, we measure cognitive workload in real-time by collecting behavioral and physiological data from users and analyze this data to support users through assistive systems that adapt their interface according to the currently measured workload. Our overall goal is to extend new and existing context-aware applications by the factor cognitive workload. We envision Workload-Aware Systems and Workload-Aware Interfaces as an extension in the context-aware paradigm. To this end, we conducted eight research inquiries during this thesis to investigate how to design and create workload-aware systems. Finally, we present our vision of future workload-aware systems and workload-aware interfaces. Due to the scarce availability of open physiological data sets, reference implementations, and methods, previous context-aware systems were limited in their ability to utilize cognitive workload for user interaction. Together with the collected data sets, we expect this thesis to pave the way for methodical and technical tools that integrate workload-awareness as a factor for context-aware systems.Tagtäglich werden unsere kognitiven Fähigkeiten durch die Verarbeitung von unzähligen Informationen in Anspruch genommen. Dies kann die Schwierigkeit einer Aufgabe durch mehr oder weniger Arbeitslast beeinflussen. Der menschliche Körper drückt die Nutzung kognitiver Ressourcen durch physiologische Reaktionen aus, wenn dieser mit kognitiver Arbeitsbelastung konfrontiert oder überfordert wird. Dadurch werden weitere Ressourcen mobilisiert, um die Arbeitsbelastung vorübergehend zu bewältigen. Wir prognostizieren, dass die derzeitige Entwicklung physiologischer Messverfahren kognitive Leistungsmessungen stets möglich machen wird, um die kognitive Arbeitslast des Nutzers jederzeit zu messen. Diese sind in der Lage, einzugreifen wenn eine zu hohe oder zu niedrige kognitive Belastung erkannt wird. Wir konzentrieren uns zunächst auf die Erkennung passender Momente für kognitive Unterstützung welche sich der gegenwärtigen kognitiven Arbeitslast bewusst sind. Anschließend untersuchen wir in einem nutzerzentrierten Designprozess geeignete Feedbackmechanismen, die zur kognitiven Assistenz beitragen. Wir präsentieren Designanforderungen, welche zeigen wie Schnittstellen eine kognitive Augmentierung durch die Messung kognitiver Arbeitslast erreichen können. Anschließend untersuchen wir verschiedene physiologische Messmodalitäten, welche Bewertungen der kognitiven Arbeitsbelastung in Realzeit ermöglichen. Zunächst validieren wir empirisch, dass das menschliche Gehirn auf kognitive Arbeitslast reagiert. Es zeigt sich, dass die Ableitung der kognitiven Arbeitsbelastung über Elektroenzephalographie eine geeignete Methode ist, um den kognitiven Anspruch neuartiger Assistenzsysteme zu evaluieren. Anschließend verwenden wir Eye-Tracking, um Veränderungen in den Augenbewegungen und dem Durchmesser der Pupille unter verschiedenen Intensitäten kognitiver Arbeitslast zu bewerten. Das Anwenden von maschinellem Lernen führt zu zuverlässigen Echtzeit-Bewertungen kognitiver Arbeitsbelastung. Auf der Grundlage der bisherigen Forschungsarbeiten stellen wir Anwendungen vor, welche die Kognition im häuslichen und beruflichen Umfeld unterstützen. Die physiologischen Messungen stellen fest, wann eine kognitive Augmentierung sich als günstig erweist. In einer Feldstudie setzen wir ein Assistenzsystem ein, um die erhobenen Designanforderungen zur Reduktion kognitiver Arbeitslast zu validieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Arbeitsbelastung durch den Einsatz von Assistenzsystemen reduziert wird. Im Anschluss untersuchen wir, wie kognitive Arbeitsbelastung visualisiert werden kann. Wir stellen eine Implementierung einer Biofeedback-Visualisierung vor, die das Nutzerverständnis zum Verlauf und zur Entstehung von kognitiver Arbeitslast unterstützt. Eine abschließende Studie zeigt, wie Messungen kognitiver Arbeitslast zur Vorhersage der aktuellen Leseeffizienz benutzt werden können. Wir schließen hierbei mit einer Reihe von Applikationen ab, welche sich kognitive Arbeitslast als Eingabe zunutze machen. Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit dem Design von Assistenzsystemen, welche die kognitive Arbeitslast der Nutzer implizit erfasst und diese bei der Durchführung alltäglicher Aufgaben unterstützt. Dabei werden physiologische Daten erfasst, um Rückschlüsse in Realzeit auf die derzeitige kognitive Arbeitsbelastung zu erlauben. Anschließend werden diese Daten analysiert, um dem Nutzer strategisch zu assistieren. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung neuartiger und bestehender kontextbewusster Benutzerschnittstellen um den Faktor kognitive Arbeitslast. Daher werden in dieser Arbeit arbeitslastbewusste Systeme und arbeitslastbewusste Benutzerschnittstellen als eine zusätzliche Dimension innerhalb des Paradigmas kontextbewusster Systeme präsentiert. Wir stellen acht Forschungsstudien vor, um die Designanforderungen und die Implementierung von kognitiv arbeitslastbewussten Systemen zu untersuchen. Schließlich stellen wir unsere Vision von zukünftigen kognitiven arbeitslastbewussten Systemen und Benutzerschnittstellen vor. Durch die knappe Verfügbarkeit öffentlich zugänglicher Datensätze, Referenzimplementierungen, und Methoden, waren Kontextbewusste Systeme in der Auswertung kognitiver Arbeitslast bezüglich der Nutzerinteraktion limitiert. Ergänzt durch die in dieser Arbeit gesammelten Datensätze erwarten wir, dass diese Arbeit den Weg für methodische und technische Werkzeuge ebnet, welche kognitive Arbeitslast als Faktor in das Kontextbewusstsein von Computersystemen integriert

The Digital Transformation of Logistics from a Human-Centred Perspective

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der digitalen Transformation in der Logistik unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Beschäftigten in dieser Branche. Ziel der kumulativen Dissertation ist es, ein tiefergehendes Verständnis der Entwicklungen zu bekommen, die unter dem Begriff Logistik 4.0 verstanden werden können und zu untersuchen, welche Auswirkungen dies für die zukünftige Arbeit in der Logistik, insbesondere im Lager, haben wird. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht bzw. eingereicht wurden und kann grob in drei Teile untergliedert werden: Im ersten Teil der kumulativen Dissertation, der aus dem ersten Artikel besteht, wird der inhaltliche Kern, Logistik 4.0, aufbauend auf dem Begriff und der Forschung zum Thema Industrie 4.0 definiert und auf breiter Basis der aktuelle Forschungsstand dargestellt. Dies bildet die inhaltliche und thematische Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen. Der zweite Teil der kumulativen Dissertation fokussiert auf empirische Grundlagen und einen methodischen Beitrag zur Untersuchung der Menschen-zentrierten Gestaltung der Logistik 4.0, indem zunächst die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Beschäftigten in der Intralogistik, genauer auf ihre Arbeitsplatzmerkmale, untersucht werden. Dies dient dazu, die konkret wahrgenommenen Veränderungen zu erfassen, die Bedeutung des Transformationsprozesses zu verifizieren und den Einfluss seiner technischen Bestandteile auf die Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale zu analysieren. Wenngleich in diesem zweiten Artikel der kumulativen Dissertation deutliche Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale in der Logistik 4.0 aufgezeigt werden konnten, zeigte eine quantitative Analyse von Forschungsarbeiten im dritten Artikel dieser kumulativen Dissertation auf, dass die Forschung sich bei der Gestaltung von Industrie 4.0 auf technische Änderungen fokussiert. Daher wird abschließend im dritten Kapitel ein allgemein anwendbares, theoriebasiertes, systematisches Analysewerkzeug entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen der Einführung von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 Elementen auf die involvierten Menschen zu untersuchen und die möglichen Folgen für das Gesamtsystem zu antizipieren. Im abschließenden dritten Teil dieser kumulativen Dissertation erfolgt ein genauerer Blick auf die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Kommissionierung als einen zentralen, zumeist arbeitsintensiven Prozess in der logistischen Kette. In Artikel 4 wird daher zunächst das Feld einer Kommissionierung 4.0 strukturiert, um darauf aufbauend zu untersuchen, welche technischen und prozessualen Lösungen die Wissenschaft für eine gleichermaßen menschengerechte und ökonomische Kommissionierung unter den sich wandelnden Anforderungen betrachtet hat. Es zeigt sich, dass ein aus ökonomischer und sozialer Perspektive vielversprechendes Kommissioniersystem, die hybride Kommissionierung, bislang kaum untersucht wurde. Dies erfolgt daher im abschließenden fünften Artikel dieser kumulativen Dissertation, in dem ein Beispiel für ein kollaboratives, hybrides Kommissioniersystem untersucht wird, in dem Menschen und autonome Roboter gemeinsam im selben Lagerbereich Aufträge kommissionieren. Die Artikel greifen zur Untersuchung der Themenschwerpunkte auf verschiedene Methoden unterschiedlicher Disziplinen zurück und stützen sich auf ein breites theoretisches Fundament. Methodisch wird in Artikel 1, der die konzeptionelle Grundlage der Logistik 4.0 behandelt, zunächst ein konzeptioneller Ordnungsrahmen entwickelt, mit dem der Begriff und die Bestandteile des Konzepts Logistik 4.0 abgeleitet werden. Hierbei werden insbesondere zwei Einflussfaktoren berücksichtigt: Neue Anforderungen an die Logistik sowie neue technologische Möglichkeiten. Anschließend wird mittels eines systematischen Literaturüberblicks der aktuelle Stand der Forschung zu Logistik 4.0 strukturiert untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf den technologischen Anwendungen in der Logistik und wie diese die Logistik verändern. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden der Ordnungsrahmen zu Logistik 4.0 detailliert und zukünftige Forschungsperspektiven herausgearbeitet – es wird gezeigt, dass die Auswirkungen der Transformation auf menschliche Faktoren nur in geringem Maße in der analysierten Literatur diskutiert wurden. Im methodischen Fokus von Artikel 2 der vorliegenden kumulativen Dissertation steht daher die Durchführung und Auswertung von teil-strukturierten Interviews, die mit Beschäftigten aus sieben Unternehmen geführt wurden, um die Ausprägungen und Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatzmerkmalen und der Intralogistik 4.0-Reife zu untersuchen. Auf der Grundlage des Work Design Questionnaire wurden die Interviews in Bezug auf 21 Arbeitsplatzmerkmale mit 16 Angestellten in der Intralogistik geführt und zusätzlich die Intralogistik 4.0 Reife der Arbeitsplätze bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Logistik 4.0 signifikanten Einfluss auf die Arbeitsplatzmerkmale hat und die Effekte sowohl positiv als auch negativ in Bezug auf Arbeitszufriedenheit und Motivation sein können. Im Wesentlichen ist die Art und Intensität des Einflusses in den zumeist manuellen Prozessen abhängig von der Art der genutzten Technologien, Automatisierung oder Digitalisierung. In Artikel 3 wird zunächst eine quantitative Inhaltsanalyse durchgeführt, in der die Themenschwerpunkte bisheriger Forschung zu Industrie 4.0 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar unterschiedliche Rollen von Menschen identifiziert werden, menschliche Faktoren im Vergleich zu technischen Faktoren jedoch eine deutlich untergeordnete Rolle in der Forschung erhalten. Anschließend wird auf Basis von fünf Theorie-Bausteinen ein methodisches Vorgehensmodell zur Analyse der Einflüsse von Industrie 4.0-induzierten Änderungen auf ein bestehendes Arbeitssystems abgeleitet. Anhand zweier Beispiele wird die Methodik veranschaulicht und die Praxistauglichkeit exemplarisch aufgezeigt. Artikel 4 und 5 fokussieren daraufhin den Kommissionierprozess im Zusammenhang mit Logistik 4.0 und untersuchen zunächst in Artikel 4 mittels eines konzeptionellen Ordnungsrahmens und eines systematischen Literaturüberblicks den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Der Ordnungsrahmen unterscheidet nach substituierenden technischen Systemen im Kommissionierprozess und unterstützenden Technologien und stuft diese qualitativ basierend auf dem Grad der Automatisierung ab. Darauf aufbauend werden vier verschiedene Kommissioniersysteme klassifiziert und drei von ihnen in einem systematischen Literaturüberblick analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Unterrepräsentierung hybrider Kommissioniersysteme, obwohl diese aus einer soziotechnischen Perspektive vielversprechende Möglichkeiten bieten. Hierauf aufbauend wird in Artikel 5 ein hybrides Kommissioniersystem bestehend aus menschlichen Kommissionierern und Kommissionierrobotern, die innerhalb eines Arbeitsbereichs kommissionieren, abgeleitet, das aufbauend auf den ökonomischen und sozialen Zielen vielversprechend erscheint. In einer agentenbasierten Simulationsstudie – die besonders geeignet ist um das Verhalten eines Systems basierend auf den Interaktionen verschiedener Akteure aufgrund individueller Verhaltensregeln zu analysieren - werden die Interaktion der technischen und menschlichen Teilsysteme untersucht und der Einfluss von Routenstrategien genauer betrachtet. In einer kritischen Diskussion der Annahmen des idealisierten Systems der Simulationsstudie wird aufgezeigt, dass hybride Systeme vielversprechende Ergebnisse für reale Anwendungen darstellen und geeignet sind, sowohl die Systemeffizienz, als auch die Arbeit der menschlichen Kommissionierer zu verbessern

Recommendations for meeting the transportation needs of Michigan’s aging population

Mobility, or the ability to get from place to place, is important for everyone. Mobility enables people to conduct activities of daily life, stay socially connected with their world, participate in activities that make life enjoyable, and increase their quality of life. In the United States, and indeed in Michigan, personal mobility is frequently equated with being able to drive a personal automobile. However, because of age related medical conditions and the medications used to treat them, as people age into older adulthood they are more likely to experience declines in abilities needed for safe driving. Because of the preference for the personal automobile, and the lack of acceptable mobility alternatives, one focus of efforts to enhance safe mobility for older adults is to keep older adults driving for as long as they can safely do so. At the same time, society has a responsibility to help maintain mobility for those who are unable or choose not to drive. As the population of older adults in Michigan continues to grow, it is becoming more and more critical that the Michigan Department of Transportation (MDOT) understand the mobility needs of older adults and incorporate these needs into transportation facility design and planning. This project provided the background information needed to help MDOT identify where to concentrate resources to maximize the safe mobility of Michigan’s aging population. The overall goal of the project was to help maintain the safety and well-being of Michigan’s older adult residents by developing a set of low-cost, high-impact measures that could be implemented by MDOT. This goal was achieved through a literature review, an analysis of demographic data, and statewide surveys of older adults and family members/caregivers for Michigan older adults in order to gain a better understanding of the travel and residency patterns, gaps in transportation services, and the transportation needs and wants of Michigan older adult residents and the population of adults who provide care and/or transportation assistance to Michigan older adults. The complete results of these research activities, a list of measures for improving older adult mobility in Michigan, and an implementation plan are included in this report.Michigan Department of Transportationhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/90961/1/102857.pd

Job Match: Together for Good Business - Accommodating Individuals with Special Needs in the Workplace

The purpose of this module is to explain the systematic process needed to successfully employ people with special needs (individuals with disabilities and older individuals). This process may seem most useful to job developers and job coaches whose primary role is vocational training and job development. However, much of the material, particularly the chapters on job analysis (3), job matching (4), and adaptations (5) will be equally useful to employers. This training kit provides information that allows businesses, industries, and employing agencies to work cooperatively to design training and employment programs that meet the needs of individuals with special needs, employers, and rehabilitation personnel

Entwicklung und Evaluierung eines nutzerzentrierten Assistenzsystems zur Unterstützung von leistungsgeminderten Mitarbeitern bei manuellen Kommissioniertätigkeiten

Vor dem Hintergrund der aktuellen Herausforderungen der Lebens- und Arbeitswelt des 21. Jahrhunderts verstärken sich auch die Anforderungen an Werkstätten für behinderte Menschen. Insbesondere im komplexen intralogistischen Tätigkeitsfeld der manuellen Kommissionierung werden derzeit sowohl auf dem ersten Arbeitsmarkt als auch in den Werkstätten kaum leistungsgeminderte Mitarbeiter eingesetzt. In diesem Zusammenhang stellen informationstechnische und kognitive Assistenzsysteme einen zukunftsträchtigen und erfolgsversprechenden Ansatz zur Anleitung, Unterstützung und Kontrolle von manuellen Industrieprozessen dar. Den Weg zu einem solchen System geht diese Arbeit: von der nutzerzentrierten Entwicklung über die prototypische Umsetzung bis zur praktischen Evaluierung eines funktionsfähigen und ergonomischen Assistenzsystems zur Unterstützung von leistungsgeminderten Mitarbeitern bei der manuellen Person-zur-Ware-Kommissionierung. Das ist zugleich ein wichtiger Beitrag zur Ermöglichung der Teilhabe an Arbeit sowie der daraus resultierenden Förderung der Persönlichkeit von Menschen mit Behinderung und eine Antwort auf die vielfältigen und weitersteigenden Anforderungen an Werkstätten. Darüber hinaus soll der im Zuge der vorliegenden Arbeit umgesetzte Entwicklungsprozess mit seiner Vorgehensweise und Struktur als konzeptionelle Vorlage für die aufgabenorientierte und nutzergerechte Gestaltung von weiteren Assistenzsystemen in der industriellen Anwendung dienen, wie z.B. bei der Montage oder der Verdrahtung von Schalt- und Steuerungsanlagen. Die Arbeit setzt sich zu Beginn mit aktuellen technischen, politischen und institutionsspezifischen Rahmenbedingungen auseinander und betrachtet diese hinsichtlich der Nutzergruppe der leistungsgeminderten Mitarbeiter. Auf Grundlage einer Analyse des Arbeitsprozesses und der Nutzergruppe werden Anforderungsprofile von Seiten des Prozesses, der zukünftigen Nutzer und der Technik erstellt. Daraus lassen sich Zielsetzungen für die Konzeption und Entwicklung des nutzerzentrierten Assistenzsystems ableiten und der Kommissionierprozess spezifizieren. Im Nachgang wird die hardware- und softwareseitige Konzeption und Entwicklung der einzelnen Funktionseinheiten und des Anleitungssystems erläutert sowie der Aufbau und die Funktionsweise dargestellt. Abschließend erfolgt die Anwendung und detaillierte Evaluierung der realisierten Systemlösung.Against the backdrop of current challenges in the living and working environment of the 21st century, the demands placed on sheltered workshops are also intensifying. Particularly in the complex intralogistics field of manual order picking, there are hardly any employees with disabilities working either in the first labor market or in sheltered workshops. In this context, information technology and cognitive assistance systems represent a future-oriented and promising approach to the guidance, support and control of manual industrial processes. For this reason, the central goal of this dissertation is to describe the user-centered development, prototypical implementation and practical evaluation of a functional and ergonomic assistance system for the support of people with disabilities in manual order picking processes. At the same time, this is an important contribution to enabling participation in work as well as encouraging the development of the personality of people with disabilities; it is also a response to the diverse and increasing demands placed on sheltered workshops. In addition, the development process, which was implemented in the course of the present work, is intended to serve as a conceptual template for the task-oriented and user-friendly design and development of further assistance systems in industrial applications, such as the assembly or wiring of switchgear and control systems. At the beginning, the present work deals with current technical, political and institution-specific framework conditions and considers these with regard to the user group of employees with disabilities. On the basis of an analysis of the work process and the user group, requirement profiles are created, taking into account the process, the future users and the technology. From this, objectives for the design and development of the user-centered assistance system can be derived and the picking process specified. Subsequently, the hardware and software development of the single functional units and the guidance system are explained, and their structure and the operating principles presented. Finally, the application is implemented and a detailed evaluation of the implemented system solution is carried out

A Haptic Study to Inclusively Aid Teaching and Learning in the Discipline of Design

Designers are known to use a blend of manual and virtual processes to produce design prototype solutions. For modern designers, computer-aided design (CAD) tools are an essential requirement to begin to develop design concept solutions. CAD, together with augmented reality (AR) systems have altered the face of design practice, as witnessed by the way a designer can now change a 3D concept shape, form, color, pattern, and texture of a product by the click of a button in minutes, rather than the classic approach to labor on a physical model in the studio for hours. However, often CAD can limit a designer’s experience of being ‘hands-on’ with materials and processes. The rise of machine haptic1 (MH) tools have afforded a great potential for designers to feel more ‘hands-on’ with the virtual modeling processes. Through the use of MH, product designers are able to control, virtually sculpt, and manipulate virtual 3D objects on-screen. Design practitioners are well placed to make use of haptics, to augment 3D concept creation which is traditionally a highly tactile process. For similar reasoning, it could also be said that, non-sighted and visually impaired (NS, VI) communities could also benefit from using MH tools to increase touch-based interactions, thereby creating better access for NS, VI designers. In spite of this the use of MH within the design industry (specifically product design), or for use by the non-sighted community is still in its infancy. Therefore the full benefit of haptics to aid non-sighted designers has not yet been fully realised. This thesis empirically investigates the use of multimodal MH as a step closer to improving the virtual hands-on process, for the benefit of NS, VI and fully sighted (FS) Designer-Makers. This thesis comprises four experiments, embedded within four case studies (CS1-4). Case study 1and2 worked with self-employed NS, VI Art Makers at Henshaws College for the Blind and Visual Impaired. The study examined the effects of haptics on NS, VI users, evaluations of experience. Case study 3 and4, featuring experiments 3 and4, have been designed to examine the effects of haptics on distance learning design students at the Open University. The empirical results from all four case studies showed that NS, VI users were able to navigate and perceive virtual objects via the force from the haptically rendered objects on-screen. Moreover, they were assisted by the whole multimodal MH assistance, which in CS2 appeared to offer better assistance to NS versus FS participants. In CS3 and 4 MH and multimodal assistance afforded equal assistance to NS, VI, and FS, but haptics were not as successful in bettering the time results recorded in manual (M) haptic conditions. However, the collision data between M and MH showed little statistical difference. The thesis showed that multimodal MH systems, specifically used in kinesthetic mode have enabled human (non-disabled and disabled) to credibly judge objects within the virtual realm. It also shows that multimodal augmented tooling can improve the interaction and afford better access to the graphical user interface for a wider body of users

End Results and Starting Points: Expanding the Field of Disability Studies

The chapters in this book are extended abstracts of some of the presentations given during the June 23-25, 1994, annual meeting of the Society for Disability Studies held in Rockville, MD.https://digitalcommons.usm.maine.edu/facbooks/1252/thumbnail.jp

Adapted Physical Education: Perspectives of Physical Education Teachers in New Hampshire

The purpose of this study was to learn about the obstacles and barriers of teaching Adapted Physical Education (APE) from the viewpoints of Physical Education (PE) teachers in rural New Hampshire public schools grades K-12. Two research issues drove this project: What challenges and barriers do Adapted Physical Education (APE) teachers experience when including students with disabilities in general physical education? and What are the experiences of rural New Hampshire Public Schools’ Adapted Physical Education (APE) teachers to implement and adapt their classes for students with special needs? The study included interviews, observations, and the collection of artifacts and documents of Physical Education (PE) teachers in New Hampshire to investigate these concerns. Adapted Physical Education (APE) teachers encounter barriers and issues with inadequate equipment, class size, administrative support, physical space, funding, and a lack of professional development, according to the literature on Physical Education (PE). However, in New Hampshire, a limited amount of study has been done on Adapted Physical Education (APE), especially in rural public-school districts. Data was collected through triangulation using observations, document collection, and semi-structured interviews with Physical Education (PE) teachers in New Hampshire. Nearly all the Physical Education (PE) teachers in this study stated that they have adequate and sufficient administrative support; however, many of the PE teachers faced their biggest barriers and challenges when trying to work with students that have Social Emotional Learning (SEL) disabilities and behavioral issues. The research found that paraprofessional support is lacking, and, in some cases, it is completely non-existent in the PE classroom. Furthermore, several of the participants in this study cited “time” as a barrier, since they reportedly have limited opportunities to meet with students that have disabilities daily. Typically, only one class meeting per week. One participant in this study stated that the entire sixth grade class/students do not receive Physical Education (PE) for the entire school year. Moreover, the study also showed that elementary and middle school students have limited opportunities and fewer options to take Physical Education (PE) classes compared to high school students. In addition, none of the participants in this study have earned their CAPE license and certification. Therefore, recommendations emerged that Physical Education (PE) teachers receive additional training and think about becoming a Certified Adapted Physical Educator (CAPE). The findings are examined, as well as the future of Adapted Physical Education in New Hampshire.Doctor of Education (Ed.D.)Doctor of Education in Educational LeadershipSchool of Educatio