Visual analysis of multi-dimensional metamodels for manufacturing processes

Gebhardt, Sascha; Weyers, Benjamin; Kuhlen, Torsten

doi:HT020536634

Visual analysis of multi-dimensional metamodels for manufacturing processes = Visuelle Analyse multidimensionaler Metamodelle für Fertigungsprozesse

Gebhardt, Sascha^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sascha Gebhardt, Dipl.-Medieninform.

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (193 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Kuhlen, Torsten (Thesis advisor)^RWTH* ; Weyers, Benjamin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-06-09

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-06459
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/792879/files/792879.pdf

Einrichtungen

Projekte

DFG project 25065172 - EXC 128: Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer (25065172) (25065172)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
3D user interfaces (frei) ; metamodels (frei) ; multi-dimensional data (frei) ; virtual reality (frei) ; visualization (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Computersimulationen sind ein wichtiges Werkzeug zum Entwurf und zur Konfiguration von Fertigungsprozessen, da sie häufig Entwicklungszeit und -kosten sparen. Dennoch haben komplexe Simulationen Laufzeiten im Bereich von Stunden bis Wochen. Um Analyseprozesse zu beschleunigen werden Ersatzmodelle erstellt, die eine weitere Abstraktion über den eigentlichen Simulationsmodellen darstellen. Diese werden auch als Metamodelle bezeichnet und können als multidimensionale Funktionen f: R^n -> R^m dargestellt werden. In dieser Dissertation untersuche ich, wie das allgemeine Verständnis eines Produktionsprozesses durch die Visualisierung solcher Metamodelle verbessert werden kann. Dazu habe ich einen interaktiven Visualisierungsansatz geschaffen, der auf CMV basiert und verschiedene Visualisierungstechniken umfasst, die dazu dienen, Nutzer beim Verständnis verschiedener Aspekte von Metamodellen zu unterstützen. Dieser Ansatz ist prototypisch in der Anwendung memoSlice umgesetzt. Die Anwendung ist von Desktopumgebungen bis hin zu CAVE-VR-Systemen skalierbar. Dementsprechend wurde weitere Forschung bezüglich Interaktion in VR durchgeführt, um ein konsistentes Interaktionskonzept über alle Systeme hinweg zu bieten. Weitergehend wurden mehrere Verfahren zur Erhöhung der Antwortfreudigkeit des Gesamtsystems untersucht, um eine verzögerungsfreie Interaktion auf allen Zielsystemen zu ermöglichen. Ich demonstriere den Nutzen meiner Ansätze durch die Illustration mehrerer Fallstudien, die die Darstellung gängiger Arbeitsabläufe umfassen, sowie die Präsentation der Ergebnisse einer externen Nutzerstudie und die Integration von memoSlice in eine Fabrikplanungsanwendung für VR.

Computer simulations have become vital in the design and configuration of manufacturing processes, as they often significantly reduce development time and costs. Still, complex simulations have run times in the magnitude of hours to weeks. To speed up analysis processes, surrogate models are constructed, which represent a further abstraction of the original simulation models. These are also referred to as metamodels, which can be represented as multi-dimensional functions f: R^n -> R^m. In this thesis, I investigate how the overall understanding of a dedicated production process can be improved by visualizing such metamodels. To this end, I created an interactive visualization approach based on Coordinated Multiple Views (CMV) that comprises different visualization techniques, all dedicated to support users in understanding different aspects of metamodels. This approach is prototypically implemented in the application memoSlice. This application aims at scaling from desktop environments to CAVE Automated Virtual Environment (CAVE) Virtual Reality (VR) systems. Thus, further research was done in interaction in VR to provide the means for a consistent interaction concept over all systems. Furthermore, various means of increasing the responsiveness of the whole system were investigated to allow for lag-free interaction in all target environments. I demonstrate the usefulness of my approaches by illustrating several case studies, comprising the illustration of common workflows, the presentation of the results of an external user study, and description of the integration of memoSlice into a VR factory planning application.

OpenAccess:
PDF
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