Propositions pour une conception de produits manufacturiers collaborative, intuitive et tangible via des environnements de réalité virtuelle et augmentée

Proposals for tangible, intuitive and collaborative design of manufactured products through virtual and augmented reality environments

• Auteur / Autrice : Channarong Trakunsaranakom
• Direction : Frédéric Noël, Philippe Marin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel conception et production
• Date : Soutenance le 21/06/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Cheutet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Merienne, Georges Dumont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle

Automobiles -- Conception et construction

Ingénierie des systèmes

Mots clés libres

Collaboration

Conception

Produit manufacturier

Réalité virtuelle

Collaboration

Design

Manufactured product

Virtual reality

Résumé

Ce travail de recherche présente des concepts généraux pour l'évaluation de la performance des environnements de réalité virtuelle qui sont pertinents pour l'activité de conception des produits manufacturés. De plus il, vise à présenter aussi le contexte de la recherche pour l'industrie automobile thaïlandaise, car cette thèse soulaite elevelopper de nouvelles connaissances au profit de l'économie thaïlandaise. Cette recherche couve plusieurs contextes concernant l'interaction homme machine mais aussi l'évaluation de la réalité virtuel pour dans les secteurs industriels et éducatifs. L'état de l'art pertinent pour cette recherche comprend les thématiques: interface utilisateur, les problèmes liés aux facteurs humains, mais aussi l'évaluation de l'utilisabilité, le souhait ici est d'aller plus loin vers l'évaluation de l'utilité des système realité virtuelle. Nous devons identifier des critères abstraits d'évaluation dont, l'affordance, l'ergonomie, l'intuitivité, la tangibilité et la fatigue qu'implique ces environnement. Cette évaluation de l'environnement de réalité virtuelle nécessite le développement el' une method adapté à ces critères. Nous sommes spécifiquement intéressé par les étapes de conception ou de préparation de la fabrication, et plus particulièrement dus les activités d'assemblage et de simulation de mouvements. La conception d'un environnement de réalité virtuelle et la mise en œuvre d'une application informatique qui soutient l'évaluation de ces activités sont présentées. L'objectif principal d'une telle application reste l'évaluation de la performance des environnements de réalité virtuelle pour soutenir les tâches des concepteurs et des ingénieurs.Cette recherche a conduit à deux expériences: la première pour valider l'évaluation et la comparaison de la performance d'un environnement de realité virtuel par l'utilisation de capteurs de base mesmont la complétude de la tâche, sa durée et l'instabilité des gestes de l'utilisateur. La tâche testée connect ne l'assemblage de vis permettant l'analyse des mouvements de base tels que la translation, la rotation, l'orientation et l'insertion dans les alésages. Nous avons mis en œuvre l'expérience sur quatre environnements et avons invité 40 participants à notre protocole expérimental. La deuxième expérience a été organisée autour d'une simulation de mécanisme de came à barillet qui fonctionne avec un seul mouvement de rotation mais qui fournit une trajectoire 3D de complexe. Les experts en conception peuvent avoir des difficultés à anticiper le comportement de ce système. Ils éprouvent généralement des difficultés lors du réglage des paramètres de conception pour s'assurer que le mécanisme fonctionne bien. On étudie donc la capacité de la réalité virtuelle à surpasser ces difficultés. Si cette capacité est démontrée, il est également prévu d'évaluer et de comparer les performances du système d'environnement de la réalité virtuelle par l'utilisation d'une technique d'évaluation abstraite de haut niveau associée aux capteurs de bas niveau. Trente participants ont été impliqués dans cette expérience où les deux capteurs de base ont été capturés et des critères de haut niveau ont été évalués via un questionnaire. Encore une fois, les quatre environnements, y compris la stéréoscopie ou le dispositif haptique, ont été utilisés pour établir des comparaisons à l'égard de cette nouvelle tâche.

The aim of this research introduces general concepts for performance assessment of virtual reality environments which are relevant to the design activity of manufactured products. Moreover, it aims to present also the context of the research respect to the Thai automotive industry, because this thesis expect to build new knowledge for the benefit of Thailand economy. This research covers several contexts of Human-Computer Interaction research as well as evolution of the VR assessment in the industrial and educational sector. The state of the art with direct relevance for the current research includes: user interface, human factor issues but also usability assessment but the wish here is to go a step further towards utility assessment. This research focuses on abstract level assessment criteria including: affordance, ergonomics, intuitiveness, tangibility, and tiredness assessments. We propose and analyse an assessment method of virtual reality for given activities. We are specifically concerned by activities involved at design stage or at manufacturing preparation stage and we have a deep focus on assembly activity and motion simulation. The design of a virtual reality environment and the implementation of a computer application that supports the evaluation of these activities are presented. The main objective of such application remains the assessment of the performance of virtual reality environments to support the tasks of designers and engineers.This research consists of two main activities: The first experience to validate the evaluation and comparison of the performance of the VRES by the use of low basic sensors consisting of docking quality, task duration, and gesture instability sensor. The experimental task is a set of simple screw assemblies allowing the analysis of the basic movements such as translation, rotation, orientation, and insertion into the holes. We have implemented the experiment on four environments and invited 40 participants to our experiment protocol. The second experience was thus organized around a barrel cam mechanism simulation which is operated with a single rotation motion but which provides a complex cam 3D trajectory. Even design experts may have some difficulties to anticipate the behaviour of this system. They usually experience difficulties when tuning design parameters to ensure that the mechanism is working well. It is thus investigated virtual reality capacity to overpass these difficulties. If this capacity is demonstrated, it is also expected to evaluate and compare the performance of the virtual reality environment system by the use of high level abstract assessment technique combined with low level sensors. Thirty participants have been involved in an experience where both basic sensors and high level assessment criteria were captured. Four virtual reality environments including either stereoscopy or haptic force-feedback device were compared respect to a given task.