User- and task-centred virtual model for product development with regard to further life phases, actors and environments
Human Factors, Ergonomics, Human-Machine Systems
Final Report Abstract
Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung eines neuartigen Konzeptes, das dem Produktentwickler auf flexible und effiziente Weise Informationen über das Produkt und dessen Verhalten im Zusammenspiel mit verschiedenen Akteuren und Umgebungen in allen Produktlebensphasen bieten und in der virtuellen Realität (VR) präsentieren soll. Während VR ein großes Potenzial zur Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses bietet, sind VR-Anwendungen in der Industrie aufgrund des hohen Modellierungsaufwands und der eingeschränkten Wiederverwendbarkeit vorhandener Modelle begrenzt. Im Rahmen des Projekts wurden zunächst die methodischen Grundlagen für ein virtuelles Modell entwickelt, das eine frühzeitige Produktevaluierung in VR, die Verwendung von VR im Produktentwicklungsprozess und die Wiederverwendung der bereits entwickelten VR-Inhalte ermöglicht. Die Trennung des vollständigen VR-Modells in Produkt, Akteur und Umgebung sowie die Erweiterung und Anwendung von neuartigen Ansätzen aus der Konstruktionswissenschaft (CPM/PDD) spielten dabei eine wichtige Rolle, die zu dem methodischen Aufbau der Beschreibung für VR führte. Bei der Entwicklung der VR-Beschreibungsmethodik wurde nach einer allgemeingültigen Lösung geforscht, die • nicht nur geometrische Objekte und/oder Strukturen, sondern auch das Verhalten der beteiligten Teilmodelle definieren kann, • Interoperabilitätsprobleme der VR-Tools beherrscht und eine Beschreibung liefert, die unabhängig von dem Ausgabemedium verwendet werden darf, • den Aufbereitungsaufwand von VR-Inhalten verringert (z. B. durch Wiederverwendung) und • dynamische Anwendungsfälle eines Produkts in den verschiedenen VR-Systemen abbilden kann. Für die Entwicklung einer allgemeingültigen Verhaltensmodellbeschreibungen wurde auf das Konzept des Model Based Systems Engineering (MBSE) zurückgegriffen. Dieser Ansatz ermöglicht die Abbildung dynamischer Anwendungsfälle eines technischen Produkts und gewährleistet eine Wiederverwendung der Anwendungsfälle. Die Herausforderung bestand hier darin, die MBSE-Modelle mit VR – und zwar möglichst verschiedenen VR-Systemen – zu koppeln. Für die Beschreibung der Verhaltensmodelle kam die Systems Modeling Language (SysML) zum Einsatz. Die systematischen Fortschritte in der Entwicklung einer Modellierungsmethode führt zu Erkenntnissen, die in Form allgemeiner Anwendungsrichtlinien für die spätere Verwendung zusammengefasst sind und bereitstehen. Die fehlende Fähigkeit von SysML im Bereich der physikalischen Berechnungen wurde durch Kopplung einer dedizierten externen Physik-Engine ergänzt, was zukünftig auch mit domänenspezifischen Simulationswerkzeugen vervollständigt werden kann. Das Resultat ist ein technologieunabhängiger und allgemeingültiger Ansatz, der für die bestehenden VR-Systeme CAVE und HMD sowie ein eigenständig entwickeltes Smartphone-VR-System evaluiert wurde. Im Kontext der benutzerorientierten VR-Systemkonfiguration wurde ein Bedarf bei Partnern aus der Industrie identifiziert, der zur Entwicklung eines VR-Informationssystems geführt hat. Dieses VR-Informationssystem unterstützt den frühzeitigen Informationsaustausch zwischen VR-Kunden bzw. VR-Anwendern und VR-Entwicklern. Durch die Bereitstellung aller VR-Spezifikationen und zugehöriger Metainformationen wird es VR-Kunden bzw. VR-Anwendern ermöglicht, Wissen über VR zu erwerben, ein gewünschtes VR-System zu konfigurieren und Schwerpunkte zu priorisieren. Auf Seiten der VR-Entwickler müssen die frühzeitige Interpretation und Bewertung der formulierten VR- Kundenvision mit dem Realisierungsaufwand und den eigenen Entwicklungskapazitäten bzw. dem Entwicklungs-Know-how in Einklang gebracht werden. Empirische Untersuchungen der Forschungsergebnisse haben großes Interesse auf Seiten der Industrie gezeigt und Gespräche für nachfolgende Forschungsprojekte bzw. einen Technologie- und Wissenstransfer ermöglicht.
Publications
- Benutzerund aufgabenorientiertes virtuelles Modell für die Produktentwicklung, in: Entwerfen Entwickeln Erleben 2016 - Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 30. Juni – 1. Juli 2016. Dresden: TUDpress - Verlag der Wissenschaften GmbH. S. 239-252, (2016)
Weber, Christian, Husung, Stephan, Mahboob, Atif, Krömker, Heidi, Hörold, Stephan Und Liebal, Andreas
- Die realen Seiten der virtuellen Produktentwicklung – Rollen- und aufgabenzentriertes Modell für Entwicklung von 3-D-Medienapplikationen, in: Innteract Conference, Chemnitz, Germany (2016)
Krömker, Heidi; Weber, Christian; Liebal, Andreas; Mahboob, Atif; Hörold, Stephan Und Husung, Stephan
- Konzept für ein kontextabhängiges VR-Modell und die Verhaltensbeschreibung in SysML am Produktbeispiel, in: Virtuelle und Erweiterte Realität – 13. Workshop der GI-Fachgruppe VR/AR, Bielefeld, Aachen: Shaker Verlag, ISBN 978-3-8440-4718-9, (2016), S. 149-152 (2016)
Mahboob, Atif; Liebal, Andreas; Husung, Stephan; Weber, Christian Und Krömker, Heidi
- Virtual Acoustic Model for the Simulation of Passing Vehicle Noise, in: Proceedings of the ASME 2016 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Volume 1B: 36th Computers and Information in Engineering Conference. Charlotte, North Carolina, USA. August 21–24, 2016. V01BT02A055. ASME
Siegel, Antje; Weber, Christian; Mahboob, Atif; Albers, Albert; Landes, David And Behrendt, Matthias
(See online at https://doi.org/10.1115/DETC2016-59872) - A method for efficient and task oriented configuration of virtual reality (VR) models for the analysis of technical systems, in: Proceedings of the 59th Ilmenau Scientific Colloquium (IWK), Ilmenau, Germany, September 11-15 (2017)
Mahboob, Atif; Liebal, Andreas; Husung, Stephan; Weber, Christian Und Krömker, Heidi
- CPM/PDD-basierter Ansatz für Produktevaluation in Virtual Reality (VR), in: 13. Magdeburger Maschinenbau-Tage 2017: autonom - vernetzt - nachhaltig, Tagungsband. - Magdeburg: Universitätsbibliothek, (2017), S. 352-360
Liebal, Andreas; Mahboob, Atif; Weber, Christian; Krömker, Heidi
- Model based systems engineering (MBSE) approach for configurable product use-case scenarios in virtual environments, in: DS 87-3 Proceedings of the 21st International Conference on Engineering Design (ICED 17) Vol 3: Product, Services and Systems Design, Vancouver, Canada, 21-25.08. 2017 (pp. 281-290) (2017)
Mahboob, Atif; Weber, Christian; Husung, Stephan; Liebal, Andreas And Krömker, Heidi
- An Approach for Building Product Use-Case Scenarios in Different Virtual Reality Systems, in: Proceedings of the ASME 2018 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Volume 1B: 38th Computers and Information in Engineering Conference. Quebec City, Quebec, Canada. August 26–29, 2018. V01BT02A047. ASME
Mahboob, Atif; Husung, Stephan; Weber, Christian; Liebal, Andreas And Krömker, Heidi
(See online at https://doi.org/10.1115/DETC2018-85223) - SYSML behaviour models for description of Virtual Reality environments for early evaluation of a product, in: DS 92: Proceedings of the DESIGN 2018 15th International Design Conference, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Zagreb, pp. 2903-2912 (2018)
Mahboob, Atif; Husung, Stephan; Weber, Christian; Liebal, Andreas And Krömker, Heidi
(See online at https://doi.org/10.21278/idc.2018.0382) - Modellbasierter Systems Engineering Ansatz zur effizienten Aufbereitung von VR-Szenen, in: EEE2019 – Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2019 Band 2, Dresden, (2019)
Mahboob, Atif; Husung, Stephan; Weber, Christian; Liebal, Andreas Und Krömker, Heidi
- Smartphone as a Stand-Alone Device for Rendering, Visualization and Tracking for Use During Product Development in Virtual Reality (VR), in: Proceedings of the ASME 2019 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Volume 1: 39th Computers and Information in Engineering Conference. Anaheim, California, USA. August 18–21, 2019. V001T02A079. ASME
Mahboob, Atif; Husung, Stephan; Weber, Christian; Liebal, Andreas And Krömker, Heidi
(See online at https://doi.org/10.1115/DETC2019-97173) - The Reuse of SysML Behaviour Models for Creating Product Use Cases in Virtual Reality, in: DS 94: Proceedings of the Design Society: 22nd International Conference on Engineering Design (ICED19), ICT for design 1(1), pp 2021-2030. (2019)
Mahboob, Atif; Husung, Stephan; Weber, Christian; Liebal, Andreas And Krömker, Heidi
(See online at https://doi.org/10.1017/dsi.2019.208) - Toolbox for User-Centered Specification of VR Systems, in: Proceedings of the ASME 2019 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Volume 1: 39th Computers and Information in Engineering Conference. Anaheim, California, USA. August 18–21, 2019. V001T02A053. ASME
Liebal, Andreas; Krömker, Heidi; Mahboob, Atif; Weber, Christian
(See online at https://doi.org/10.1115/DETC2019-97340) - Modelling and use of SysML behaviour models for achieving dynamic use cases of technical products in different VR-systems, in: Universitätsverlag Ilmenau, IMGK, Heft 38 (2021)
Mahboob, Atif
(See online at https://doi.org/10.22032/dbt.47179)
