XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application

In automation-intensive industrial environments, maintaining shared situation awareness across mixed fleets of human and machine agents presents a complex design challenge. Effective solutions must be cognitively grounded, role-sensi- tive, and aligned with socio-technical constraints. This thesis a...

Täydet tiedot

Bibliografiset tiedot
Päätekijä: Karjalainen, Jaakko
Muut tekijät: Informaatioteknologian tiedekunta, Faculty of Information Technology, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Aineistotyyppi: Pro gradu
Kieli:fin
Julkaistu: 2025
Aiheet:
Linkit: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102580
Kuvaus
Yhteenveto:In automation-intensive industrial environments, maintaining shared situation awareness across mixed fleets of human and machine agents presents a complex design challenge. Effective solutions must be cognitively grounded, role-sensi- tive, and aligned with socio-technical constraints. This thesis addresses this chal- lenge by developing a design thinking framework through a design science re- search process to guide the development of extended reality applications for sup- porting situation awareness. The framework integrates theories of individual, shared, and distributed situation awareness with a life-based design approach to ensure alignment with users’ cognitive capacities, roles, and operational contexts. Empirical material from the intralogistics domain informed the development of the framework by providing insights into challenges related to situation aware- ness and contextual constraints in mixed fleet operations. These findings were translated, through the structuring logic of life-based design, into concept-level interventions and narrative scenarios that illustrate how extended reality can structure and deliver situation-relevant information in complex operational con- texts. The resulting framework offers structured guidance for designing solutions that are cognitively appropriate and contextually compatible for supporting sit- uation awareness in human–technology collaboration. While developed in the context of intralogistics, the framework is intended to be applicable to other au- tomation-intensive domains where coordination between human and machine agents is critical. The study provides a theoretically grounded and empirically informed foundation for both future research and the design of extended reality– based support systems in complex socio-technical environments. Automaatioon vahvasti nojaavissa teollisissa ympäristöissä jaetun tilannetietoi- suuden ylläpitäminen ihmisten ja koneiden muodostamissa sekalaivueissa on monimutkainen suunnitteluhaaste. Vaikuttavien ratkaisujen on oltava kognitii- visesti perusteltuja, roolikohtaisia ja sosiotekniset rajoitteet huomioivia. Tämä tutkielma vastaa haasteeseen kehittämällä suunnittelututkimuksen prosessin kautta suunnitteluajattelun viitekehyksen, joka ohjaa laajennettuun todellisuu- teen perustuvien sovellusten suunnittelua tilannetietoisuuden tukemiseksi. Sen kehittämisessä yhdistettiin yksilöllisen, jaetun ja hajautetun tilannetietoisuuden teoriat sekä elämälähtöinen suunnittelu, jonka tavoitteena on varmistaa ratkai- sujen yhteensopivuus käyttäjien kognitiivisten valmiuksien, roolien ja toiminta- kontekstien kanssa. Intralogistiikasta kerätty empiirinen aineisto tarjosi näkymiä sekalaivueen toimintaan liittyviin tilannetietoisuushaasteisiin ja kontekstuaali- siin rajoitteisiin. Nämä havainnot muotoiltiin elämälähtöisen suunnittelun ra- kenteen ohjaamana konseptitason toimenpiteiksi ja narratiivisiksi skenaarioiksi, jotka havainnollistavat, kuinka laajennettu todellisuus voi jäsentää ja välittää ti- lannekohtaista tietoa monimutkaisissa operatiivisissa ympäristöissä. Tuloksena syntynyt viitekehys tarjoaa jäsenneltyä ohjausta sellaisten ratkaisujen suunnitte- luun, jotka ovat kognitiivisesti tarkoituksenmukaisia ja käyttöympäristöön sopi- via tilannetietoisuuden tukemiseksi ihmisen ja teknologian yhteistyössä. Vaikka viitekehys kehitettiin intralogistiikan tarpeisiin, se on sovellettavissa myös mui- hin automaatiovaltaisiin ympäristöihin, joissa ihmisen ja koneen välinen koordi- naatio on keskeistä. Tutkimus tarjoaa teoreettisesti ja empiirisesti perustellun läh- tökohdan sekä jatkotutkimukselle että laajennettuun todellisuuteen perustuvien tukijärjestelmien suunnittelulle monimutkaisissa sosioteknisissä ympäristöissä.