Design av arbetsbelysning med ny teknik

I en projektkurs i teknisk design på Linköpings Universitet tog sig fyra studenter an uppgiften att utforma en designmetod för arbetsbelysning. Designmetodiken utformades genom en fallstudie av en skotare från Rottne. Där identifierade de utvecklingsmöjligheter med hjälp av nya lampor som kan anpassa färgtemperatur och ljusstyrka. I metodutvecklingen utvärderade de även hur en VR-miljö kan användas i designprocessen.

Projektgruppen bestod av Fredrik Berglund, Karin Björnson, Linda Levinsson och Filip Rosenberg. Kursen ”Advanced product development” är en del av femte året på civilingenjörsprogrammet i design och produktutveckling. Skogforsk bidrog med stöd och sakkunskap.

Fallstudie med Rottne

I en fältstudie tillsammans med Rottne åkte projektdeltagarna med i både en skördare och skotare, gjorde observationer och intervjuade förarna. Syftet med fältstudien var att förstå var förarens fokus ligger under olika arbetsmoment och att förstå hur placering av lampor, ljusstyrka och färgtemperatur påverkar förarens upplevelse av belysningen. Dagen efter fältstudien genomfördes en uppföljande och mer omfattande intervju med förarna.

Inför fältstudierna modifierades skotaren genom att sex av standardlamporna ersattes av lampor från Tyrilights produktserie Intellilight, som ger möjlighet att justera både ljusstyrka och färgtemperatur.

Observationer

På grund av projektkursens begränsade omfattning kommer de följande observationerna och förbättringsförslagen att var begränsade till skotaren. Där identifierade projektgruppen att det fanns potential till förbättring både genom belysning av områden som var för mörka idag, och den existerande belysningen kunde förbättras genom att undvika att skapa skarpa kontraster eller besvärande reflektioner.

Mörka områden kan självklart uppstå på grund av att det saknas belysning av ett område, men de kan också uppkomma på grund av att arbetsområdet tillfälligt hamnar i skuggan av träd. Störande ljus kan uppkomma då ljus reflekteras från ljusa eller blanka ytor på maskinen eller i skogen. Ett exempel är att ljus reflekteras från skotargrinden eller från de ljusa stockändarna. På maskinerna är redan idag lamporna som är riktade mot grinden dimbara för att hantera detta problem, men förarna rapporterade att de upplevde det som mödosamt att justera dem manuellt och att det därför ofta inte blev gjort.

Figur 1. Från fältstudien då projektdeltagarna åkte med erfarna förare och intervjuade dem under skotningsarbetet. Foto: Berglund, Björnson, Levinsson & Rosenberg

De fann att en varmare färgtemperatur (gulare nyans av vitt, ca 4000K) än de konventionella lamporna föredrogs av båda förarna och projektgruppen själva. Det gjorde att ljuset upplevdes mjukare och gav mindre besvärande kontraster. En förare kommenterade också att: ”Vitare ljus är bra i skymningen; det skulle vara nödvändigt att det justerades automatiskt. Det kompletterar en naturlig gulare ljuskälla bra”.

Förslag till förbättringar

För att minska skarpt reflekterat ljus kan olika lösningar användas.

• Använd en mörkare och mattare färg på starkt belysta maskindelar.
• Sänk ljusstyrkan.
• Ändra till en varmare färgtemperatur.

Eftersom förarna tycker att det är jobbigt att justera belysningen ska justering av ljusstyrkan och färgtemperatur gärna ske automatiskt genom ett adaptivt system som anpassar sig efter ljusförhållandena.

Ett obelyst område observerades nära maskinen. Därför föreslås att utrusta maskinen med extra lampor för att belysa det. Enligt Rottne är det något de själva också observerat och sådana lampor är på gång.

Utveckling av designmetod för arbetsbelysning

Projektgruppen fann att det fanns mycket forskning på utformning av belysning för inomhusmiljöer och för urbana utomhusmiljöer. Däremot fanns väldigt lite att finna kring utformning av arbetsbelysning för skogsmaskiner eller andra jämförbara maskiner. Ett mål med projektet var därför att formulera en allmänt tillämpbar designmetod. I arbetet med metoden ville de särskilt beakta individers olika uppfattning av ljus samt utvärdera Virtual Reality som ett verktyg för belysningsdesign.

Belysning i VR

En Rottneskotare och en skogsmiljö återskapades i virtuell miljö. Syftet var att utvärdera hur VR kunde användas som ett verktyg i belysningsdesign. Till detta användes Unreal Engine, som är ett verktyg som främst används för att skapa 3D-datorspel men även används i till exempel film och TV-produktion.

Figur 2. Bild av skotargrinden i VR-simuleringen (vänster) och en liknande vy från fältstudien (höger). Foto: Berglund, Björnson, Levinsson & Rosenberg

Figur 3. Bild av skotaren och omgivande miljö från VR-simuleringen (vänster) och en liknande vy från fältstudien (höger). Foto: Berglund, Björnson, Levinsson & Rosenberg

Genom jämförelse med upplevelser och fotodokumentation av fältstudien gjordes följande observationer av nyttan med VR-miljön.

Belysningen i VR är verklighetstrogen när det kommer till effekter av ljuskällans placering, ljusstyrka och färgtemperatur.

Störst är likheten nära maskinen där den upplevs nästan identisk med verkligheten. Längre bort från ljuskällan när ljuset har reflekterats från träd eller marken avviker intrycken mer. Detta kan bero på mjukvaruinställningar eller begränsningar i hårdvaran. Ett exempel där upplevelsen i VR inte överensstämmer med verkligheten är när det gäller reflektioner. I VR upplevs ytorna med reflektioner nästan som självlysande material men de är inte störande på samma sätt som i verkligheten.

VR kan användas som ett verktyg i belysningsdesign men bör inte vara det enda eller primära verktyget. För att det ska vara möjligt att bedöma begränsningarna i den aktuella applikationen förutsätter användningen av VR att designern har skaffat sig erfarenhet av den verkliga miljö som VR-simuleringen försöker återskapa. En fördel med VR är att det är möjligt att snabbt testa och uppleva olika konfigurationer av belysningens placering, intensitet, och färgtemperatur.

Förslag på designprocess

En central del av designprocessen är designernas egna upplevelser. Projektgruppen använde sig i mycket av ett så kallat autoetnografiskt tillvägagångssätt. Det innebär i den här processen att designerna sätter sig själva i situationen att uppleva arbetsförhållandena och arbetsprocessen som är föremål för designprojektet. Exempel på detta är deras upplevelse av olika typer av arbetslampor, observationerna från att åka med i maskinerna och deras upplevelser av VR-miljön. De använder sig också av ett etnografiskt tillvägagångssätt där de undersöker användarnas (maskinförarnas) upplevelser.

Baserat på projektgruppens egna erfarenheter och genomförande av projektet föreslås nedanstående designprocess.

Figur 4. Visualisering av den föreslagna designprocessen. Bild: Berglund, Björnson, Levinsson & Rosenberg

Den första fasen, Recognize (förståelse) är bred och handlar om att förstå de ingående metoderna och verktygen. Intervjuer och fältstudier var absolut nödvändigt för att förstå sammanhanget (arbete med skotare). Att ställas inför en ny kontext är en utmaning som måste hanteras av designers. Studenterna hade inte mycket erfarenhet av avverkningsarbete eller skogsmaskiner sedan tidigare. Därför genomförde de intervjuer med experter på Rottne och Skogforsk. Där fanns personal som tidigare jobbat med utvecklingsprojekt inom belysning och som hade tidigare erfarenhet av att köra skogsmaskin.

En viktig del av fasen är att summera alla insikter och identifiera problem innan man går vidare till nästa fas.

I fasen Realize (förverkligande) utvecklas och utvärderas olika idéer och koncept. Här sker flera iterationer av förbättringar och koncepten jämförs i VR-miljö med upplevelserna av den verkliga miljön som dokumenterades i den föregående fasen.

I Release (slutförande) testas och valideras det slutliga konceptet. Det bör utvärderas med flera användare och här görs den slutliga konfigurationen av ljusstyrka, färgtemperatur, spridningsvinkel och placering av lamporna.

I simuleringsmiljön illustreras hur ljusförhållanden och belysning varierar under dygnet. Film: Berglund, Björnson, Levinsson & Rosenberg