Visualisation d’information pour une décision informée en exploration d’espace de conception par shopping

Information visualization for an informed decision to design space exploration by shopping

• Auteur / Autrice : Audrey Abi Akle
• Direction : Bernard Yannou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Soutenance le 10/07/2015
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire génie industriel (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Carole Bouchard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Yannou, Jean-François Petiot, Jean-François Boujut, Mauricio Camargo-Pardo, Stéphanie Minel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Petiot, Jean-François Boujut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conception technique

Design industriel

Mots clés libres

Exploration d’espace de conception

Design by Shopping

Décision informée

Optimisation en conception multicritère

Visualisation d’information

Représentation graphique multidimensionnelle

Design space exploration

Design by Shopping

Informed decision

Multi-criteria design optimization

Information visualization

Multidimensional data visualization

Résumé

Lors de l’exploration d’espace de conception, les données résultantes de la simulation d’un grand nombre d’alternatives de conception peuvent conduire à la surcharge d’information quand il s’agit de choisir une bonne solution de conception. Cette exploration d’espace de conception s’apparente à une méthode d’optimisation en conception multicritère mais en mode manuel pour lequel des outils appropriés à la visualisation de données multidimensionnelle sont employés. Pour le concepteur, un processus en trois phases – découverte, optimisation, sélection – est suivi selon un paradigme dit de Design by Shopping. Le fait de « parcourir » l’espace de conception permet de gagner en intuition sur les sous-espaces de solutions faisables et infaisables et sur les solutions offrant de bons compromis. Le concepteur apprend au cours de ces manipulations graphiques de données. La sélection d’une solution optimale se fait donc sur la base d’une décision dite informée. L’objectif de cette recherche est la performance des représentations graphiques pour l’exploration d’espace de conception, pour les trois phases du processus en Design by Shopping. Pour cela, cinq représentations graphiques, identifiées comme potentiellement performantes, sont testées à travers deux expérimentations. Dans la première, trente participants ont testé trois graphiques, pour la phase de sélection dans une situation multi-attribut, à travers trois scénarios de conception où une voiture doit être choisie parmi quarante selon des préférences énoncées. Pour cela, un indice de qualité est proposé pour calculer la qualité de la solution du concepteur pour un des trois scénarios définis, la solution optimale selon cet indice étant comparée à celles obtenues après manipulation des graphiques. Dans la deuxième expérimentation, quarante-deux concepteurs novices ont résolu deux problèmes de conception à l’aide de trois graphiques. Dans ce cas, la performance des graphiques est testée pour la prise de décision informée et pour les trois phases du processus dans une situation multi-objectif. Les résultats révèlent qu’un graphique est adapté à chacune des trois phases du Design by Shopping :: le graphique Scatter Plot Matrix pour la phase de découverte et pour la prise de décision informée, le graphique Simple Scatter pour la phase d’optimisation et le graphique Parallel Coordinate Plot pour la phase de sélection aussi bien dans une situation multi-attribut que multi-objectif.

In Design space exploration, the resulting data, from simulation of large amount of new design alternatives, can lead to information overload when one good design solution must be chosen. The design space exploration relates to a multi-criteria optimization method in design but in manual mode, for which appropriate tools to support multi-dimensional data visualization are employed. For the designer, a three-phase process - discovery, optimization, selection - is followed according to a paradigm called Design by Shopping. Exploring the design space helps to gain insight into both feasible and infeasible solutions subspaces, and into solutions presenting good trade-offs. Designers learn during these graphical data manipulations and the selection of an optimal solution is based on a so-called informed decision. The objective of this research is the performance of graphs for design space exploration according to the three phases of the Design by Shopping process. In consequence, five graphs, identified as potentially efficient, are tested through two experiments. In the first, thirty participants tested three graphs, in three design scenarios where one car must be chosen out of a total of forty, for the selection phase in a multi-attribute situation where preferences are enounced. A response quality index is proposed to compute the choice quality for each of the three given scenarios, the optimal solutions being compared to the ones resulting from the graphical manipulations. In the second experiment, forty-two novice designers solved two design problems with three graphs. In this case, the performance of graphs is tested for informed decision-making and for the three phases of the process in a multi-objective situation. The results reveal three efficient graphs for the design space exploration: the Scatter Plot Matrix for the discovery phase and for informed decision-making, the Simple Scatter Plot for the optimization phase and the Parallel Coordinate Plot for the selection phase in a multi-attribute as well as multi-objective situation.