Computer Aided

Project Management

Komputerowe Wspomaganie Zarządzania

Projektami

Zespół: Kur Sebastian
Wicberger Tomasz
Wróbel Łukasz

Rok akademicki: 2011/2012

Prowadzący: prof. dr hab. inż. Z.
Ignaszak

Bibliography

•

[1] SCHÖN, D.A ET WIGGINS, G. “Kinds of seeing and their functions in designing”, Design studies vol. 13 N°2
1992, pp. 135-156.

•

[2] XU, X. W. GALLOWAY, R. “Using Behavioral modeling technology to capture designer’s intent”, Computer in
human Behavior 21, 2005, pp 395-405

•

[3] MENIRU, K. RIVARD, H. and Bedard, C. (2003) “specifications for computer-aided conceptual building
design”, Design Studies 24, 2003, pp 51-71

•

[4] MUNA, D. HANA, S. KIMA, J. OHB, Y. “ A set of standard modeling commands for the history- based
parametric approach”, Computer-Aided Design 35, 2003 pp. 1171–1179

•

[5] SIU, N.W.C. AND DILNOT, C. “The challenge of the codification of tacit knowledge in designing and making:
a case study of CAD systems in the Honk Kong jewellery industries”, Automation in Construction 10, 2001, pp.
701-714

•

[6] PIEGL, L. A. “Ten Challenges in computer-aided design”, Computer-Aided Design 37, 2005, pp.

•

461-470

•

[7] ERICSSON, K. A. AND SIMON, H. A. “Protocol analysis: verbal reports as data”, MIT Press, Cambridge, MA
(1993)

•

[8] VAN SOMEREN, M W, BARNARD, Y F AND SANDBERG, C “The think aloud method: a practical guide to
modelling cognitive processes”, London, Academic Press (1994)

•

[9] KUUSELA, H. AND PAUL, P. “A comparison of concurrent and retrospective verbal protocol analysis”
American Journal of Psychology, 113, 2000, pp. 387-404.

•

[10] LLOYD, P., LAWSON, B. AND SCOTT, P. “Can concurrent verbalization reveal design cognition?”, Design
Studies, Vol 16, N° 2, 1995, pp. 237-259.

•

[11] RUSSO, J. E., JOHNSON, E. J. AND STEPHENS, D. L. “The validity of verbal protocol” Memory and
Cognition, 17, 1989, pp. 759-769.

•

[12] GERO JOHN S. AND TANG HSIEN-HUI, “The differences between retrospective and concurrent protocols
in revealing the process-oriented aspects of the design process”, Design Studies 22, 2001, pp. 283–295

•

[13] MAAKE J. V. D. H., MENNO D. T. J., PETER J. S. “Retrospective vs. Concurrent think-aloud protocols :
testing the usability of online library catalogue”, Behaviour & Information Technology, vol. 22, N°5, pp. 339-351

•

[14] SUWA, M., PURCELL, T AND GERO, J. S. “Macroscopic analysis of design processes based on a scheme for
coding designers’ cognitive actions” Design Studies Vol 19 (1988) 455–48

•

[15] GERO, J. S. AND MCNEILL, T. “An approach to the analysis of design protocols”, Design

•

Studies Vol 19, 1998 pp. 21–61

•

[16] KUATE, G., CHOULIER D., DENIAUD, S., FERNEY, M. “Intentions de conception et intentions de
représentation dans une séquence de conception à l’aide d’un outil CAO”, Congrès International du Génie
Industriel, CIGI2005, Besançon, June 2005

•

[17] SALAÜ IBRAHI, “La conception distribuée : théorie et méthodologie”, Doctorate Thesis of Nancy

•

I University, 1995

•

[18] BRISSAUD DANIEL, GARO OLIVIER “Conception distribuée, émergence”, in MICHEL
TOLLENAERE, “conception des produits mécaniques”, Ed. Hermes, Paris, 1998

•

[19] RUSSO, J. E., JOHNSON, E. J. AND STEPHENS, D. L. “The validity of verbal protocols” Memory &
Cognition, 17, 1989, pp. 759-769

•

[20] TEAGUE, R. DE JESUS, K. AND NUNES-UNO, M. “Concurrent vs. post-task usability” Conference on
Human Factors and Computing Systems, Seattle, 2001, pp. 289-299

•

[21] A. WIEZEL, R. BECKER “CAD Model for Performance Evaluation” Building and environment vol. 31
Issue4, juillet 1996, pp. 345-361

•

[22] LASZLO HORVATH AND IMRE J. RUDAS “Description Design Intent in Product Models” Proceedings of
the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, v 2, 1998, pp. 1312-1316

•

[23] LASZLO HORVATH AND IMRE J. RUDAS “Attaching Knowledge to Product Model for
Representation of Human Intent” Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and
Cybernetics, v 2, 1997, pp. 1580-1585

•

[24] MARK R HENDERSON “representing functionality and design intent in product models”
Department of Mechanical/Aerospace Engineering, Arizona State University 2nd ACM Solid modelling
Montreal, 1993, pp. 387-396

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Geometrical modelling in CAD tool still keeps certain supremacy in

mechanical design. It is useful for representing the design intents.
However, there are still some imperfections. In order to evaluate and
qualify them, we compared design intents as processed during designing
versus after designing. In a first step, we used the concurrent think aloud
method and in a second step we used the retrospection think aloud
method with the product CAD model created in the first step as the only
graphical support.

Geometryczne modelowanie w narzędziach CAD nadal utrzymuje

pewną przewagę w dziedzinie projektowania mechanicznego. Jest to
przydatne dla reprezentujących zamiary projektowe. Jednak nadal istnieją
pewne niedoskonałości. Aby ocenić i zakwalifikować je, porównywaliśmy
zamiary projektowe zrealizowane w okresie projektowania i po
zaprojektowaniu. W pierwszym etapie, używaliśmy metody jednoczesnego
głośnego myślenia a w drugim etapie wykorzystaliśmy metodę retrospekcji
głośnego myślenia z produktem modelu CAD stworzonego w pierwszym
etapie jedynie jako wsparcie graficzne.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

The results show that the set of design intent obtained from

retrospection is definitely lower (quantitatively and qualitatively) than the
one obtained from concurrent verbalization. We conclude that current
CAD models are not yet able to easily allow a designer to recover all the
design intents that were at the origin of his own model creation.

Wyniki pokazują, że założenia konstrukcyjne uzyskane z zestawu z

retrospekcją są zdecydowanie niższe (ilościowo i jakościowo) niż uzyskane
z jednoczesną werbalizacją. Uważamy, że obecne modele CAD nie
pozwalają jeszcze projektantowi łatwo odzyskać wszystkie zamiary
projektowe, które były na początku powstania modelu.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

In order to contribute to solve this problem, we propose a

framework which will establish a connection between the geometrical
entities of the CAD model and the set of design intents which were taken
into account during its creation. This framework should allow for the
comprehension of all the elements and characteristics of the product CAD
model and their role in the design representation

W celu przyczynienia się do rozwiązania tego problemu,

proponujemy ramy, które nawiązują połączenie między geometrycznymi
podmiotami modelów CAD i zestaw intencji projektowych, które zostały
wzięte pod uwagę podczas jego tworzenia. Ramy te powinny pozwolić na
zrozumienie wszystkich elementów i cech produktów modelu CAD i ich roli
w reprezentacji projektowania.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

These last years, there was a great evolution in the product

geometrical representations. These representations evolved from technical
drawings to CAD modelling and now to virtual reality by way of the
numerical models. Although CAD became a unmistakably useful and
indispensable tools in mechanical design, freehand drawings continue to
be intensely used in the first stages of the design

W ostatnich latach nastąpił wielki rozwój w produktach

przedstawień geometrycznych. Te reprezentacje ewoluowała od rysunków
technicznych do modelowania CAD i teraz do wirtualnej rzeczywistości na
drodze numerycznych modeli. Chociaż CAD stał się bez wątpienia
użytecznym i niezbędnym narzędziem projektowania mechanicznego, to
rysunki odręczne w dalszym ciągu są intensywnie wykorzystywane w
pierwszych etapach projektu

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

The research shows, that there is no evidence which allows

asserting that all design intents taken into account during the CAD
model construction can be easily recovered when needed. This
brought us to three following questions: 1. Does current CAD model
allow capturing all design intents? 2. If yes, can it completely restore
them late after designing and by using this only product CAD model?
3. If not, how could we improve designing using CAD tools to allow to
reach these purposes?

Badania pokazują, że nie ma dowodów, które pozwalają

twierdzić, że wszystkie zamiary projektowe brane pod uwagę podczas
budowy modelu CAD można łatwo odzyskać w razie potrzeby. To
przyniosło nam trzy następujące pytania: 1. Czy obecny model CAD
umożliwia przechwytywanie wszystkich zamiarów projektowych? 2.
Jeśli tak, to czy może całkowicie przywrócić je w późniejszym czasie po
projektowaniu i czy za pomocą tylko tego typu produktów modelu CAD?
3. Jeśli nie, jak możemy poprawić projektowanie przy użyciu narzędzi
CAD, aby osiągnąć te cele?

To answer the first two questions we defined and realized an experimental protocol

in which, in a first step, the designer works and verbalises simultaneously all his thoughts
during the process. This method is called Concurrent Think-Aloud (CTA) method [7], [8]. In a
second step, we let some time pass after the end of the first protocol and we invited the same
designer to verbalise all the intents he had during the initial design to a researcher, by using the
product CAD model built in the first phase as the only support. This second method is called
Retrospective Think-Aloud (RTA) method [7], [9]. A comparison of the two types of
protocols in term of obtained intentional intents leads us logically to the third question. From
there, we justify the interest of the framework definition. Finally, we propose a framework
which would allow to organize and to attach the design intent to the product CAD model. This
framework is a contribution to answer the third question.

Aby odpowiedzieć na dwa pierwsze pytania musimy zdefiniować i zrealizować

eksperymentalny protokół, w którym, w pierwszym etapie, projektant pracuje i wyraża słowami
jednocześnie wszystkie swoje myśli w trakcie procesu.
Metoda ta nazywana jest metodą Jednoczesnego Głośnego Myślenia. W drugim etapie, po
upłynięciu jakiegoś czasu od zakończenia pierwszego protokołu zaprosiliśmy tego samego
projektanta do werbalizowania wszystkich intencji, które miał podczas wstępnego projektu do
badacza, przy użyciu produktów modelu CAD, zbudowanych w pierwszej fazie jako jedyne
wsparcie. Ta druga metoda jest wywoływana metodą retrospektywnego głośnego myślenia.
Porównanie tych dwóch typów protokołów w perspektywie uzyskanych intencjonalnych
zamierzeń prowadzi logicznie do trzeciego pytania. Stamtąd możemy uzasadnić interes definicji
ramowej. Wreszcie, proponujemy ramy, które pozwoliłyby na zorganizowanie i dołączenie
założeń projektowych do modelu produktów CAD. Te ramy to wkład do odpowiedzi na pytanie
trzecie.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

We adopted an experimental approach to define the issues. In this

section, we describe the course of the experimental protocols, the analysis
of the results and the noted problems.

Przyjęliśmy

eksperymentalne

podejście

zdefiniowania

problemów. W tej sekcji opiszemy przebieg eksperymentalnych
protokołów, analizę wyników i zauważone problemy.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

To achieve our goals, we defined and carried out two types of

experiments using the CTA method on the one hand, and the RTA method
on other hand. The problem arising in the CTA was to design, using the
CAD software CATIA V5, a fatigue testing machine for the steering column
of car. The awaited result was a product CAD model and the audio/video
recording of all the experiments: CTA and RTA.

Aby osiągnąć nasze cele, określamy i prowadzimy dwa rodzaje

eksperymentów z użyciem metody CTA z jednej strony, a metody RTA z
drugiej. Problemem powstałym w CTA było zaprojektowanie, korzystając z
oprogramowania

CAD

CATIA

V5,

maszyny

zmęczenia

wytrzymałościowego kolumny kierownicy samochodu. Oczekiwanym
wynikiem był model produktu CAD i nagranie wszystkich eksperymentów:
CTA i RTA.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

These experimental methods are still discussed. Concerning CTA, some

researchers admit that designers produce concurrent verbalizations without
changing their cognitive processes [7] whereas others claim that the CTA interferes
with the thought processes, and that certain aspects of the design process could not
arise [10], [11]. During the retrospective protocols (RTA) the human memory
characteristics can seriously deteriorate the results. Thus the data can be restored
with omitted details or can be produced by an additional reasoning. To avoid such
discrepancies, some researchers [12], [13], [14] use the videotapes of the design
session during the retrospection to help the designer to recall his design activity.
The recovering of all the designer's thoughts when working aims at analysing the
cognitive design process. In our case, we had another objective.

Te eksperymentalne metody wciąż podlegają dyskusji. Jeśli chodzi o CTA,

to niektórzy badacze przyznają, że projektanci wyrażając słowami to co produkują
nie zmieniają ich procesów poznawczych, podczas gdy inni twierdzą, że CTA zakłóca
procesy myślowe i niektóre aspekty procesu projektowania nie mogą powstać [10]
[11]. Podczas retrospektywnych protokołów (RTA) ludzkie cechy pamięci mogą
poważnie pogorszyć wyniki. Tak więc dane można przywrócić z pominiętych
szczegółów lub mogą być wytworzone przez dodatkowe rozumowanie. Aby uniknąć
takich rozbieżności, niektórzy badacze [12] [13] [14] wykorzystują nagrania wideo z
sesji projektowej podczas retrospekcji aby przypomnieć działalność projektanta.
Odzyskiwanie wszystkich myśli projektanta podczas pracy ma na celu analizę
poznawczą procesu projektowania. W naszym przypadku mieliśmy inny cel.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

We wanted to study the capability of current CAD systems to allow

a designer to recover entirely all the design intents he took into account
during the model creation. For this reason, we did not use the video in our
RTA protocol and we asked the designer to only use the CAD model to
explain all the intents he had during designing. The use of a videotape
would have brought additional elements that a designer does not have
when he carries out his design work naturally and could thus influence the
results.

Chcieliśmy zbadać możliwości obecnych systemów CAD, aby

projektant mógł odzyskać w całości wszystkie intencje projektu które brał
pod uwagę podczas tworzenia modelu. Z tego powodu, że nie
skorzystaliśmy z filmu w naszym protokole RTA, poprosiliśmy projektanta
aby używając tylko modelu CAD wyjaśnił wszystkie intencje, które miał w
trakcie projektowania. Wykorzystanie taśmy wideo przyniosłoby
dodatkowe elementy, których projektant nie ma kiedy wykonuje swoją
prace projektowania naturalnego i tym samym mogłoby wpłynąć to na
wyniki.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

After the data-gathering, the verbalization is transcribed to form a written

corpus. The corpus is then divided into small units called segments. In agreement
with the method of segmentation developed by Gero et al. [15], we divided the
transcribed corpus according to the designer's intents. The designer's intents are
interpreted to produce each segment, and each segment presents a simple
designer's intent in the design process. The goal of this segmentation is to
quantify the intents in the CTA and the RTA and to compare them. To supplement
this quantitative analysis, we also carried out a qualitative analysis. The segments
were coded with coding categories which we defined according to the goal of our
study and the protocol content. This segments categorization is complete by a
protocol division in work domain.

Po zgromadzeniu danych, werbalizacja jest przepisywana do postaci

pisemnej korpusu. Korpus jest następnie podzielony na małe jednostki nazywane
segmentami. W porozumieniu z metodą segmentacji opracowanej przez Gero,
podzieliliśmy transkrypcję korpusu według intencji projektanta. Intencje projektanta
interpretowane są do produkcji każdego segmentu, a każdy segment przedstawia
proste intencje projektanta w procesie projektowania. Celem segmentacji jest
określenie zamiarów w CTA i RTA i ich porównanie. Aby uzupełnić tę analizę
ilościową, należy także przeprowadzić analizę jakościową. Segmenty zostały
zakodowane w kategoriach zgodnych z celem naszych badań i treści protokołu. Ta
klasyfikacja segmentów jest kompletnym podziałem protokołów w dziedzinie pracy.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

To carry out a quantitative analysis of the designer's intents in the

protocol, we also classified segments in two parts: a design part and
a representation part. Two coding categories of the segments were then
developed with this level. A category corresponding to the design part is
coded D and another corresponding to the representation part is coded R.
"D" codes all the intentional segments which refer to all the activities
related to data, knowledge and reasoning which contributes to the design.
"R" codes all the intentional segments which refer to reasoning and
intentional actions related to the CAD tool handling necessary to produce
the design.

Aby przeprowadzić analizę ilościową intencji projektanta w

protokole, należy sklasyfikować segmenty na dwie części: część
projektową i część reprezentacji. Dwie kategorie kodowania segmentów
zostały następnie opracowane z tym poziomem. Odpowiednia kategoria
części projektowej jest kodowana jako D, a druga część odpowiadająca tej
kategorii jest kodowana jako R. "D" koduje wszystkie zamierzone
segmenty, które odnoszą się do wszystkich działań związanych z danymi,
wiedzą i rozumowaniem, które przyczynią się do projektu. "R" koduje
wszystkie zamierzone segmenty, które odnoszą się do rozumowania i
celowych działań związanych z postępowaniem narzędzi CAD niezbędnych
do produkcji projektu.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Table 1 gives the first results obtained at this level.

Total

D segments

R segments

Duration

(min)

Intents flow

CTA

979

312

667

3,90

RTA

112

104

9,45

Table 1 : Global characteristics of the segments
in the CTA and the RTA

Tabela 1 przedstawia pierwsze wyniki uzyskane na
tym poziomie.

Suma

Segmenty D

Segmenty R

Czas trwania

Przepływ

zamiarów

CTA

979

312

667

3,90

RTA

112

104

9,45

Tabela1.: Globalne cechy segmentów w CAD i
RTA

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

To carry out a qualitative analysis, it appeared important to

structure again the data obtained of the protocols. Initially, the segments
relative to the design part previously coded by D were categorized more
finely. We developed subcategories of the "D" category, which correspond
to the nature of each design part elements observed in the protocol [16].
These subcategories are related to knowledge trades taken into account
during designing and can be compared to the concept of module
presented in [17] and [18], who developed a distributed design model with
three generic modules (functional, structural and manufacture), allowing
for the existence of other modules like marketing, design, maintenance,
etc.

Przeprowadzając analizę jakościową, ważnym okazało się, aby

ponownie zorganizować dane uzyskane z protokołów. Początkowo
segmenty w stosunku do części projektowej wcześniej oznaczonych przez
D

zostały

sklasyfikowane

bardziej

precyzyjnie.

Opracowaliśmy

podkategorie w kategorii D, które odpowiadają charakterowi każdego
elementowi części projektowej obserwowanych w protokole. [16]
Podkategorie te są związane z dziedzinami wiedzy branymi pod uwagę
podczas projektowania i mogą być porównane do koncepcji modułu
przedstawionego w opracowaniu rozproszonego modelu projektowania z
trzech

ogólnych

modułów

(funkcjonalnego,

strukturalnego

produkcyjnego), pozwalając na istnienie innych modułów, takich jak
marketing, projektowanie, utrzymanie itp.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Table 2 shows the code and the description of the subcategory detected in

our protocol.

Tabela 2 przedstawia kody i opisy podkategorii wykrytych w naszym

protokole.

Codes

Significations

Descriptions

Functional

Dependent on the various functions to be reached by the

product

Structural

Dependent on the physical structure of the product (forms

and topology)

Dimensional

Dependent on the dimensional constraints (parameters)

assigned to the

product

Manufacture

Dependent on the manufacturing process (machining,

foundry)

Maintenance

Dependent on maintenance, assembly and disassembling,

…

Resistance

Dependent on the resistance of the structure

Aesthetic

Dependent on the aesthetics of the product

Material

Dependent on the choice of material for a component

Table 2. Consistency of the types of design intent

Kody

Znaczenia

Opisy

Funkcjonalny

Zależy od różnych funkcji, które mają być osiągnięte

przez produkt

Strukturalny

Zależna od fizycznej struktury produktu (formy i

topologii)

Wymiarowy

Zależy od wymiarów ograniczenia (parametry)

przypisanych do produktu

Produkcyjny

W zależności od procesu produkcyjnego (obróbka

skrawaniem, odlewnictwo)

Konserwujący

Zależy od konserwacji, montażu i demontażu

Odpornościowy

W zależności od odporności konstrukcji

Estetyczny

Zależna od estetyki produktu

Materiałowy

W zależności od wyboru materiału dla składnika

Tabela 2. Spójności z rodzajów założeń konstrukcyjnych

Zauważyliśmy, że liczba celowych segmentów danego rodzaju w CTA jest
wyższa niż w RTA dla wszystkich typów elementów projektu, z wyjątkiem
dwóch: Konserwacja (Ma - 6 do CTA i 11 dla RTA) i materiały (Mt - 0 do
CTA i 1 dla RTA).

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

We indexed the intentional segments by nature of design part activities. We present
them in table 3 for the CTA and the RTA.

Indeksowaliśmy umyślne segmenty z natury działalności części projektowej.
Prezentujemy je w tabeli 3 dla CTA i RTA.

Total

CTA

102

136

312

RTA

104

Table 3: Intentional segments by type of design elements
in the CTA and the RTA

Suma

CTA

102

136

312

RTA

104

Tabela 3: Zamierzone segmenty według rodzaju elementów
projektu w CTA i RTA

We note that the number of intentional segments per type in CTA is
higher than in RTA for all types of design elements, except for two:
Maintenance (Ma - 6 for CTA and 11 for RTA) and the materials (Mt - 0
for CTA and 1 for RTA).

Taking into account the fact that during the RTA thedesigner did not
verbalize his intents in the order of their occurrence in the preceding
designprocess, we found convenient to cut out the protocol into working
domains. Each workingdomain corresponds to the part where the designer
focused his attention. We distinguishedthree: the design problem, the
freehand drawings and the CAD model which we coded DP, FPand CAD
respectively. The CAD model part was then cut out in the product
elements,identified by numbers from 1 to 6, corresponding to the various
parts of the model producedby the designer (figure 2).

Biorąc pod uwagę fakt, że podczas RTA projektant nie wyraża słowami
swoich założeń w kolejności ich występowania w powyższym (poprzednim)
procesie projektowym, znaleźliśmy sposobność do wyeliminowania
protokołu z zakresu(dziedziny, sfery) działania. Każdy zakres działania
odpowiada części, na której projektant skupił swoją uwagę. Wyróżniamy
trzy: problem projektowy, rysunki odręczne oraz modele CAD, które
kodujemy odpowiednio w DP, FP i CAD. Część modelu CAD był wtedy
podzielony na elementy produkcyjne, identyfikowane numerami od 1 do 6.
Odpowiadające różnym częścią modelu tworzonego przez projektanta
(rysunek 2).

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Figure 2: CAD model part of the designed sub-system

Rysunek 2. Część modelu CAD zaprojektowanego podsystemu.
1 ??
2. Tłok
3. Trzpień (czop)
4. ??
5. podpora
6. sprężyna

We observed that CTA revealed more intentional segments relative to the design
part
elements. Indeed, we noticed that while CTA reveals all the intents (implicit and
explicit),
RTA can give explicit intents and some implicit intents, but not all of them. We call
explicit
intents those that are described in the initial design specifications or those that
appear
explicitly on the product CAD model. The implicit intents are those that appear
during
designing and do not appear explicitly on the product CAD model or in the initial
design
specifications. Besides, contrary to CTA, the RTA such as we made it can not allow
following
with exactness the quality and the evolution of the design activities displayed in the
process in
the exact order of their occurrence during the design work.

Zaobserwowaliśmy, że CTA ujawnia więcej celowych segmentów dotyczących części
projektu. Rzeczywiście odnotowaliśmy, że gdy CTA ujawnia wszystkie cele (jawne i
niejawne), RTA może dać jawne cele i kilka niejawnych, ale nie wszystkie z nich.
Jawnymi celami nazywamy te, które są opisane w początkowych specyfikacjach
projektowych lub tych, które pojawiają się wyraźnie na produkcie modelu CAD.
Niejawne cele to takie, które pojawiają się podczas projektowania i nie pojawiają się
wyraźnie na produkcie modelu CAD lub w początkowych specyfikacjach
projektowych. Po za tym w przeciwieństwie do CTA, RTA tak jak to zrobiliśmy nie
może dopuszczać ingerencji w dokładność jakości i rozwój działań projektowych
wyświetlanych w procesie w dokładnej kolejności ich występowania w trakcie prac
projektowych.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Our retrospective experiment aimed at verifying if current product CAD
model could allow
recovering all the intents which had been taken into account during its
creation. The great
difference we noticed between the intentional segments in CTA and RTA
shows us clearly
that it is not the case. This allowed us to think to a framework, which
could contribute to
define a tool or a method which allowing the designer to enter all his
intents into the CAD
model in such a way that they could be easily restored when needed to
another user of this
model. This structure which allows attaching the design elements to the
product CAD model
is proposed in this paper.

Nasz retrospektywny eksperyment ma na celu sprawdzenie czy aktualny
produkt modelu CAD pozwoliłby odzyskiwać wszystkie cele, które zostały
wzięte pod uwagę podczas ich tworzenia. Wielka różnica, jaką
zauważyliśmy pomiędzy celowymi segmentami w CTA, a RTA pokazała nam
wyraźnie, że to nie jest przypadek. To pozwoliło nam myśleć w ramach,
które mogłyby przyczynić się do określenia narzędzia lub metody, które
pozwalając projektantowi wprowadzić wszystkie swoje założenia do
modelu CAD w taki sposób, aby mogły być łatwo przywrócone, kiedy
byłyby potrzebne innemu użytkownikowi tego modelu. Ta struktura, która
pozwala mocować elementy projektu do produktu modelu CAD jest
proponowana w tym dokumencie.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

The design projects become more and more complex and contain design tasks of
several domains strongly couple. This implies the work in collaboration between
several designers. For availability constraints and productivity optimisation, the
consultation of designs is open to other designers. Furthermore, an earlier design
can be reused. It seems important to be able to understand the designers' intents to
manage the collaboration efficiency and to realize a high quality design work. It is
also important for each designer to be able to express his intents so as to be
understood easily by the others and to these last ones to easily interpret the intents
of the previous designer for multiple reasons. We have shown that conventional CAD
tools supply a limited assistance to the designer on these subjects. So, it is difficult
for another designer or for a simple observer interested in consulting current
models generated by CAD systems, to get answers to the following questions: Which
was the idea behind the design? What were alternatives considered? What can be
changed? Which are the effects of this change?

Projekty konstrukcyjne stają się coraz bardziej złożone i zawierają zadania
projektowe w kilku silnie powiązanych dziedzinach. To pociąga za sobą współpracę
pomiędzy kilkoma projektantami. Do ograniczenia dostępności i optymalizacji
wydajności, konsultacja nad projektami jest otwarta dla innych projektantów.
Ponadto wcześniejszy projekt może być wykorzystany ponownie. To wydaję się
ważne do zrozumienia założeń projektantów do zarządzania efektywnością
współpracy i do realizowania wysokiej jakości pracy projektowej. Również jest
ważne, dla każdego projektanta by móc wyrazić swoje założenia tak by były łatwe do
zrozumienia dla innych i dla tych ostatnich by łatwo zinterpretować założenia
poprzedniego projektanta z wielu powodów. Pokazaliśmy, że konwencjonalne
narzędzia CAD dostarczają ograniczoną pomoc projektantowi w tych tematach. Tak,
więc jest trudne dla innego projektanta lub dla prostego obserwatora
zainteresowanego doradzaniem w bieżącym modelu generowanym przez systemy
CAD, aby uzyskać odpowiedzi na następujące pytania: Jaka była idea projektu? Jakie
alternatywy były rozważane? Co może być zmienione? Jakie są skutki tej zmiany?

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

The designer uses these systems to create a product physical model which
satisfies
intents. But all these intents are not always represented in the system.
Now, information about
all the design intents taken into account during the creation of the CAD
model are useful for
various users of these models. These users can be classified in five main
groups. The first user
of the design intent information is the original designer who returns on his
own work. He does
not clearly remember the reason for which he made certain decisions
during the design work.
CAD systems have to allow informing the design progress without
increasing too much the
designer's burden in a way that the stored design intents are easily
recoverable. The second
user of the design intent information is another member of the design
team, within a
teamwork or a work in collaboration

Projektant korzysta z tych systemów do tworzenia modeli fizycznych
produktu, które spełniają założenia. Ale nie wszystkie założenia są
reprezentowane w systemie. Teraz informacje o wszystkich założeniach
projektowych brane pod uwagę podczas tworzenia modeli CAD są
bezużyteczne dla różnych użytkowników tych modeli. Ci użytkownicy mogą
być podzieleni na pięć głównych grup. Pierwsza, użytkownik informacji o
założeniach projektowych jest oryginalnym projektantem, który powraca
do swojej własnej pracy. Nie pamięta dokładnie powodu, dla którego podjął
pewną decyzję podczas prac projektowych. Systemy CAD muszą
umożliwiać informowanie procesu projektowego bez zbytniego obciążania
projektanta w taki sposób by składowane założenia produkcyjne były łatwe
do odzyskania. Drugi użytkownik informacji o założeniach projektowych
jest innym członkiem zespołu projektowego w ramach pracy zespołowej
lub współpracy.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

This information will allow him to be assured that he agrees with argumentations
and decisions taken for the design progress. The decisions historic should be
registered in the CAD system so as to be easily seen again and used with the other
members of the design team. The third users group of the information of design
intent is constituted by the managers who wish to follow the design progress to
make decisions on the management and the orientations of the project. The fourth
group of users is compound redesigners who need to understand the design intents
to use initial conception for a better profitability. The fifth group of users is
composed of production actors (engineers, suppliers..) who, for ease production
according to the equipments at disposal, can be brought to make modifications on
the product structure proposed by the designer. A general view of these various
users fixes us the stake in the restoration of all design intent taken into account
during the creation of the product CAD model. The proposed framework aims to
bring a contribution to reach this objective.

Ta informacja pozwoli mu być pewnym, że zgadza się z argumentacją i decyzjami
podjętymi w toku projektowania. Historia decyzji powinna być rejestrowana w
systemie CAD tak by była łatwa do ponownego obejrzenia i wykorzystania przez
innych członków zespołu projektowego. Trzecia grupa użytkowników informacji o
założeniach projektowych składa się z menadżerów, którzy chcą śledzić postęp
projektu by podejmować decyzję w sprawie zarządzania i ukierunkowywania
projektu. Czwarta grupa użytkowników składa się z osób odtwarzających istniejące
projekty, którzy muszą zrozumieć założenia projektowe by wykorzystać początkową
ideę dla lepszej rentowności. Piąta grupa użytkowników składa się z aktorów
produkcyjnych (inżynierów, dostawców …), którzy, dla ułatwienia produkcji zgodnie
z urządzeniami do dyspozycji mogą być wykorzystani by zmodyfikować strukturę
produktu proponowaną przez projektanta. Ogólny widok tych różnych użytkowników
umacnia nas w udziale w przywróceniu wszystkich założeń projektowych branych
pod uwagę podczas tworzenia produktu modelu CAD. Proponowana struktura ma na
celu przyczynienie się do osiągnięcia tych celi.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

We propose at first the idea for the capture and the restoration of the
design intent by the CAD model. Then, we propose the framework
structure.

Proponujemy najpierw pomysł na wychwytywanie i przywracanie założeń
projektowych poprzez model CAD. Wtedy zaproponujemy budowę
struktury.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Information about the CAD model construction for representing the
product is generally not clarified. This information can be seen as the
result of a series of decisions, which is a stage In the transformation of the
initial specifications into general form of the product. Each decision is
based on the information, assumptions, estimations and evaluations
developed during the design process. Each decision has an impact on the
final product and industrial specifications. Model CAD must be designed
by capitalizing all reasons of these decisions so that they are easily
accessible to the need. It is thus interesting to structure the introduction
of information during the development of the product model and to record
the reasoning behind the decisions affecting information evolution.

Informacja o budowie modelu CAD do reprezentowania produktu
generalnie nie jest wyjaśniona. Ta informacja może być postrzegana, jako
wynik szeregu decyzji, co jest etapem przekształcania się początkowych
specyfikacji w ogólną formę produktu. Każda decyzja bazuje na
informacji, założeniach, szacunkach i ocenach opracowanych podczas
procesu produkcyjnego. Każda decyzja ma wpływ na końcowy produkt i
specyfikacje przemysłowe. Model CAD musi być zaprojektowany poprzez
kapitalizację wszystkich powodów tych decyzji tak, aby były łatwo
dostępne dla potrzebującego. Jest to zatem interesujące by konstruować
wprowadzanie informacji podczas rozwoju modelu produktu oraz
rejestrować zasadność decyzji wpływających na ewolucje informacji

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Porównanie pomiędzy retrospektywnym, a zbieżnym myśleniem na głos
umożliwia nam stwierdzenie, że pożądane byłoby wprowadzanie założeń
projektowych poprzez budowę modelu zwłaszcza, jeśli model musi być
wykorzystany lub użyty ponownie. Aczkolwiek przyznajmy, że w naszych
protokołach wszystkie założenia, które projektant miał podczas jego
pracy są podane w CTA. Trudno jest prosić projektanta o naturalną pracę
poprzez wypowiedzenie jego myśli biorąc pod uwagę wiele ograniczeń
związanych z wypowiadaniem się i jej skutków na osiągnięcia
projektanta. Naszym celem jest znalezienie kompromisu pomiędzy
ciężarem projektanta, a koniecznością uporządkowania wprowadzania
wszystkich założeń projektowych branych pod uwagę podczas tworzenia
modeli geometrycznych.

The comparison between the retrospective and concurrent think aloud
enables us to affirm that it would be desirable to enter the design intent
during model construction, especially if the model must be reexploited or
re-used. Although admitting that in our protocols, all the intents that the
designer had during his work are given in CTA, it is difficult to ask the
designer to naturally work by verbalizing its thoughts, taking into account
the multiple constraints related to the verbalization and its effects on the
designer's performances [10]. Our objective is to find a trade off between
the designer's burden and the necessity to structure the introduction of all
the design intents taken into account during the geometrical modeling
creation.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Ericsson i Simon użyli poznawczego modelu z podziałem na pamięć krótkotrwałą (STM) dostępną natychmiast,
a długotrwałą (LTM) o dużej pojemności. Twierdzą, że informacje obecna w (STM) można odzyskać w całości
poprzez retrospekcje. Te już przechowywane w (LTM) nie mogą być w całości odzyskane. Według nich
informacja w pamięci krótkotrwałej spędza tylko pewien czas, aby przejść do pamięci długotrwałej. Na
podstawie poświadczeń oszacowali limit w przybliżeniu 10 minut. Fakty te dostarczają nam wyobrażenie o
sposobie, w jaki założenia projektowe mogą być wprowadzane do systemu CAD podczas procesu
projektowego. Praktycznie projektant wprowadzi swoje podstawowe założenia, jako podstawę tworzenia
podmiotu geometrycznej przed rozpoczęciem tworzenia jej. Nie mniej jednak proces poznawczy jest ciągle
dynamiczny podczas procesu projektowego. Główne założenia projektowe mogą być, zatem zmieniane oraz
mogą się pojawiać inne. W konsekwencji całość założeń projektowych w podstawie tworzenia podmiotu
geometrycznego powinno być aktualizowane po nie więcej niż 10 minutach lub na żądanie pod koniec
tworzenia podmiotu geometrycznego (zakładając, że to nie trwa więcej niż 10 minut). Jeśli projektant wybrał
opcję „Wprowadź założenia projektowe” i po 10 minutach pracy nie zrobił tego, struktura proponuje
systemowi zaalarmowanie go na piśmie, dźwiękiem lub inną wiadomością. Wybierze on wtedy wprowadzenie
założeń projektowych uprzednio branych pod uwagę lub kontynuację pracy. Będzie to w całości bardziej
efektywne niż gdyby całość założeń projektowych byłyby ciągle w pamięci krótkotrwałej. Ogólna procedura
dla każdego podmiotu jest podana na rysunku 3.

Ericsson and Simon use a cognitive model with a separation between a short-term memory (STM) immediately
accessible, and a long-term memory (LMT), with a large capacity. They claim that the information present in the
(STM) can be restored in entirety by retrospection. Those already stored in the (LTM) cannot be entirely
restored. According to them, information in the short-term memory spends just a certain time to pass in the
long-term memory. On an experimental basis, they estimated the limit at approximately 10 minutes. These facts
provide us an idea on the way in which the design intents can be entered in CAD system during the design
process. Practically, the designer will introduce his primary intents at the base of the geometrical entity creation
before starting to create it. However, the cognitive process is permanently dynamic during the design process.
Primary design intents can thus be modified and others can appear. Consequently, the whole of design intents at
the base of the geometrical entity creation should be updated after no more than 10 minutes or on demand at
the end of the geometrical entity creation (supposing that it did not last more than 10 minutes). If the designer
selected the option "enter the Design intents" and that after 10 minutes of work he did not do it, the framework
proposes the system to alert him by a written, sound or other message. He will then choose to introduce the
design intents already taken into account or to continue to work. This will be all the more effective as this whole
of design intents will be still in his short-term memory. The general procedure for each entity is Niven on figure
3.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

The method suggested is located between the concurrent and
retrospective methods. It will increase a little the designer's
burden, but it will give the maximum information on each
characteristic (particularity) of the geometrical model. All will
thus depend on the interest. The modules could as a preliminary
be defined in the system so that the designer carries out just a
choice with the need to enter his intents by type.

Proponowana metoda znajduje się między metodami współbieżną
i następczą. Zwiększy to niski poziom projektowanego
obciążenia, ale daje to maksymalne informacje na temat każdej
cechy (szczegółu) z geometrycznych modeli. Wszystko będzie
więc zależeć od zainteresowania. Moduły można jako wstępne
zdefiniować w systemie tak, że projektant wykonuje tylko wybór z
konieczności wprowadzania jego zamiarów według typu

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

For the information restitution attached to each entity, we imagine
several levels of recovering. In a first level, the system will be able to
enumerate the whole of design intents only in term of the types (modules)
taken into account during the geometrical entity creation considered. The
second level relates to the information detailed concerning each type.
Thus, if one wishes to have more details on the information contents of a
module attached to the geometrical entity, it will be enough to do the
request by a simple click of mouse, for example, on the desired module.
Thus the details concerning this type of design intents taken into account
during the creation of the geometrical entity will be showed to the screen
according to the recording which had been made previously by the
designer and the structuring made by the system. Results given by our
retrospection has the advantage to allow us to establish a correspondence
between the types of design elements and each CAD model part. More
finely, one can spread this correspondence to every geometrical entity
model presented in the specifications tree of the CAD tool. When the
designer enters his intents after the creation of every entity, our
framework will be able to allow connecting this intent set to the
geometrical entity in the specifications tree. So, under simple demand, the
user will be able to have easily the reasons of the existence of every
peculiarity of the CAD model. The data organisation structure in the CAD
system during the attaching of design intent to an entity of the product
CAD model is presented on the figure 4. We propose that the design intent
set is structured in the system in module. So, if an user of the model
wishes to have specific information about a module (manufacture or
maintenance for example), it will be enough to choose and not to be
congested the other information which will not be useful for him.

Do uzyskania zwrotu informacyjnego dołączonego do każdego podmiotu,
wyobrażamy sobie kilka poziomów odzysku. W pierwszym poziomie, system będzie
w stanie wyliczyć całe zamierzenia projektowe tylko w perspektywie typów
(moduły) branych pod uwagę podczas tworzenia geometrycznego badanego
podmiotu. Drugi poziom odnosi się do szczegółowych informacji dotyczących
każdego typu. Tak więc, jeśli ktoś chce mieć więcej szczegółów na temat treści
informacyjnych modułu dołączonego do geometrycznego podmiotu, to wystarczy
wykonać żądanie przez proste kliknięcie na myszy, na przykład, na wybranym
module. Dlatego szczegóły dotyczące podmiotu będą widoczne na ekranie zgodnie
z rejestrowaniem, które zostało wcześniej wydane przez projektanta i kształtowane
przez system. Wyniki podawane przez naszą retrospekcję ma tę zaletę, że pozwoli
nam ustalić zgodność między rodzajami elementów projektu i każdą częścią
modelu CAD. Dokładniej, można rozprzestrzeniać korespondencję do każdego
modelu jednostki geometrycznej prezentowanej w drzewie specyfikacji z
narzędziami CAD. Kiedy projektant wprowadzi swoje pomysły po utworzeniu
każdej jednostki, nasza rama umożliwi podłączenie tego zestawu intencji do
geometrycznej jednostki w drzewie specyfikacji. Więc, pod prostym żądaniem,
użytkownik będzie mógł łatwo mieć przyczyny na istnienie każdej właściwości
modelu CAD. Struktura organizacyjna danych w systemie CAD podczas dołączania
założeń konstrukcyjnych na jednostkę produktu w trybie CAD przedstawiono na
rysunku 4. Proponujemy zestaw założeń projektowych skonstruowanych w
systemie w module. Więc, jeśli użytkownik modelu chce mieć konkretne informacje
dotyczące modułu (produkcji lub konserwacji na przykład), to będzie ich
wystarczająco do wyboru i nie będą przepełnione resztą informacji, które nie będą
przydatne dla niego.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

Figure 5 completes this structure by showing a general plan of the
framework. We have on this plan what the designer and the user
have to do through our framework. The designer creates and
introduces information into the CAD system and the user
gets information resulting from the system. The rest of the plan
shows how information must be structured to facilitate the task of
the designer and the user.

Rysunek 5 uzupełnia tę strukturę, pokazując ogólny plan
ramowy. Mamy na tym planie, co projektant i użytkownik musiał
zrobić za pośrednictwem naszej ramy. Projektant tworzy i
wprowadza informacje do systemu CAD i użytkownik otrzymuje
informacje pochodzące z systemu .Reszta planu pokazuje
informacje tak skonstruowane, aby ułatwić zadanie projektanta i
użytkownika.

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i
Zarządzania
Zarządzanie i Inżynieria
Produkcji

This article began with the comparison between a protocol using the Concurrent Think Aloud
(CTA) method and a protocol using the Retrospective Think-Aloud (RTA) method. We
compared the quantity and the quality of design intents present in the two protocols. The two
types of protocol are made by the same designer. The method of the RTA is made by using only
the CAD model produced during the CTA. We noticed that the number of intentional segments
in the CTA was superior to that in the RTA. We conclude that current CAD systems give a
limited help in restoring all the design intents taken into account during designing. Although
the access of the construction historic of the geometrical entities is possible of in current CAD
systems, it was still impossible to reconstitute the background of the design intents taken into
account during the creation of these entities. In a second time, we proposed a framework which
would allow attaching all the design intents to product CAD model. This framework should act
in two levels. At first, at the level of the introduction of the design intents in CAD system and
secondly at the level of the restoration, to a CAD model user, all the design intents, if he wishes
it. This framework can be considered as an integrated part or an extension of the product CAD
model. In a future work, we shall make experiments by using the framework with the aim of
strengthening our hypotheses.

Ten artykuł zaczął się od porównania protokołów wykorzystujących Metodę Jednoczesnych
Myśli Na Głos [CTA] i protokół wykorzystujący metodę Retrospektywnych Myśli - Na Głos
[RTA]. Porównano ilość i jakość zamierzeń projektowych występujących w tych dwóch
protokołach. Te dwa rodzaje protokołów są wykonane przez tego samego projektanta. Metoda
RTA dokonywana jest za pomocą tylko modelu CAD generowaneego w trakcie CTA.
Zauważyliśmy, że liczba celowych segmentów w CTA była wyższa niż w RTA. Uważamy, że
obecne systemy CAD dają niewielką pomoc w przywróceniu wszystkie zamiarów projektowych
branych pod uwagę podczas projektowania. Chociaż dostęp do konstrukcji historycznych
geometrycznych podmiotów jest możliwa w obecnych systemach CAD, to wciąż niemożliwe do
odtworzenia było tło zamierzeń projektowych branych pod uwagę podczas tworzenia tych
podmiotów. W drugim czasie, prpopnujemy ramy, które pozwoliłyby dołączć wszystkie intencje
projektu do produktu modelu CAD. Ramy te powinny działać na dwóch poziomach. Na
początku na poziomie wprowadzenia intencji projektowych w systemie CAD, a po drugie na
poziomie przywrócenia, do użytkownika modelu CAD, wszystkich intencji projektowych, jeśli
tego chce. Ramy te mogą być traktowane jako integralna część lub rozszerzenie modelu
produktu CAD. W przyszłej pracy, dokonamy eksperymentów przy użyciu ram mających na
celu umacnianie naszej hipotezy.