Interactive Model Modification, Synchronized Analysis and 3D Visualization of Parallel Discrete Event Simulation (AVIPASIA)
Overview
This research project deals with modeling of manufacturing systems, discrete event simulation, data structures and algorithms for parallel simulation computation and visualization. The objective is the synchronized analysis and 3D visualization of parallel discrete event simulation runs. In which models can be created and modified interactively during runtime. This project is sponsored by the Germena Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG)
Project description
The key idea of this project is to enable simulation to be used as a planning and evaluation tool in the context of Systems Engineering. Simulation shall be used in early planning phases and not only as an instrument for verification and visualization at the end of the conception phase.
A software tool ought to be implemented that interlinks distributed simulations with distributed visualization. Parallel-executed simulation replications are visualized and evaluated in one software application. A large number of simulation runs are executed in parallel to recognize the influence of random distributed variables on the model behavior. A group of simulation runs is called a test. In one test single simulations runs are only differing in the seeds of their random variables. Tests are differing in model structure and parameterization. The set of all tests builds the simulation experiment. The developed software tool shall aggregate the simulation runs of one test and displays the results in a 3D visualization. In this visualization the user is enabled to detect and evaluate differences and model behavior easily.
During runtime of the simulation experiment, the user can modify the models of one test by changing model parameters or by inserting or deleting model elements. Before integrating the user changes, a test is cloned and so its simulation runs, thus the original model and its parameterization are preserved. By cloning, a new test with the same amount of simulation runs as the original is created. Repeated modifying and cloning leads to a huge number of parallel-executed simulations. Consequences of the changes can be easily analyzed by direct comparison of several tests. By aggregating state variables and the visualization of the simulation runs in tests the performance of model specifications can be evaluated. The aggregation also features the statistical analysis of state variables during runtime. By preserving the models while changing the models, a continuous evaluation of model alternatives is possible.
Research Group Meyer auf der Heide
- Matthias Fischer (Project Manager),
- Michael Kortenjan,
- Jens Krokowski,
- Friedhelm Meyer auf der Heide (Projekt Manager),
- Tim Süß
Research Group Dangelmaier
- Mark Aufenanger,
- Wilhelm Dangelmaier (Project Manager),
- Daniel Huber,
- Christoph Laroque,
- Nando Rügener
Key Facts
- Project duration:
- 01/2007 - 12/2010
- Funded by:
- DFG
More Information
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Dr. Matthias Fischer
Theory of Distributed Systems
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Results
Zur digitalen Planungsabsicherung von Fertigungssystemen und zum besseren Prozessverständnis werden Materialflusssimulationen eingesetzt, die zu besseren Prozessverständnis zur Analyse von Abläufen oftmals durch eine interaktive Visualisierung in einem 3D- Walkthough-System unterstützt werden. Die Materialflusssimulation ist eine diskrete ereignisorientierte Simulation und das simulierte Modell beinhaltet stochastische Einflüsse, weil wesentliche Eingabedaten, wie Bearbeitungs- und Ausfallzeiten durch Zufallsverteilungen modelliert sind. Das Verhalten des Modells ist stark abhängig von den aus den Verteilungen ermittelten Zufallszahlen, die im schlechtesten Fall das Verhalten wesentlich in Bezug zum Untersuchungsziel beeinflussen können. Ziel dieses Projektes war die Abweichungen zwischen den verschiedenen Simulationsläufen bereits während der Ausführung der Simulationsläufe zu berechnen und in der Visualisierung anzuzeigen. Außerdem sollten Änderungen am Simulationsmodell bereits zur Laufzeit vorgenommen werden, um Fehler zu korrigieren und um die Auswirkungen dieser Manipulationen zu beobachten. Dazu wurden alle Simulationsläufe eines Experiments parallel und synchronisiert berechnet und die unterschiedlichen 3D-Darstellungen der Simulationen in dem Bild eines einzelnen Visualisierungswerkzeugs zusammengeführt. Auf diese Weise kann der Benutzer das typische Verhalten des untersuchten Systems bereits während der Berechnung der Simulation beobachten und ist nicht auf eine Auswertung nach Durchführung sequentieller Simulationsläufe angewiesen um beurteilen zu können, ob das in einem Lauf gesehene Verhalten auch typisch ist. Um die Auswirkungen von Modellanpassungen direkt beobachten zu können, wurden veränderte einzelne oder ganze Mengen an Simulationsläufen automatisch geändert und parallel zu den Originalen ausgeführt und visualisiert. Um diese Ziele zu erfüllen, wurden sehr viele Simulationen gleichzeitig berechnet und visualisiert. Um den erhöhten Rechenleistungsbedarf zu erfüllen, wurden die Simulationen und deren Visualisierung parallel in einem PC-Cluster berechnet. Für die Darstellung der Vielzahl an Simulationsläufe in einem einzelnen Bild mussten neue Visualisierungsmethoden entwickelt werden. Zudem mussten neue Renderingmethoden und Algorithmen entwickelt werden, um Bilder von komplexen, dreidimensionalen Szenen in einem parallelen Echtzeit-Renderingsystem zu berechnen. Für das automatische Erstellen neuer Simulationsläufe musste eine Methode entwickelt werden, um eine Simulation mit ihren Zuständen zu klonen, Modelländerungen automatisch vorzunehmen und die neuen Simulationen parallel und synchron zu den bestehenden auszuführen zu können. Interactive refinement of a material flow simulation model by comparing multiple simulation runs in one 3D environment. In European Simulation and Modelling Conference (ESM 2007), pages 499–505. EUROSIS, October 2007 Matthias Fischer, Christoph Laroque, Daniel Huber, Jens Krokowski, Bengt Mueck, Michael Kortenjan, Mark Aufenanger, and Wilhelm Dangelmaier A system for aggregated visualization of multiple parallel discrete event simulations. In International Symposium on Advances in Parallel and Distributed Computing Techniques (APDCT 08) in conjunction with ISPA 2008, pages 587–593. IEEE Computer Society Press, December 2008 Tim Süß, Matthias Fischer, Daniel Huber, Christoph Laroque, and Wilhelm Dangelmaier Aggregated 3D-visualization of a distributed simulation experiment of a queuing system. In S. J. Mason, R. Hill, L. Moench, and O. Rose, editors, Winter Simulation Conference (WSC 08), pages 2012 – 2020. IEEE, Omnipress, 2008 Wilhelm Dangelmaier, Matthias Fischer, Daniel Huber, Christoph Laroque, and Tim Süß Dynamic control of animation schemes for the efficient 3D-visualization of material flow simulations. In Industrial Simulation Conference (ISC 2008), pages 306–310. EUROSIS, EUROSIS-ETI, June 2008 Wilhelm Dangelmaier, Benjamin Eikel, Matthias Fischer, and Christoph Laroque Concepts for model verification and validation during simulation runtime. In European Simulation and Modelling Conference (ESM 09), pages 49–53. EUROSIS, EUROSIS-ETI, October 2009 Wilhelm Dangelmaier, Robin Delius, Christoph Laroque, and Matthias Fischer Asynchronous parallel reliefboard computation for scene object approximation. In Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization (EGPGV), Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization, pages 43–51. Eurographics Association, May 2010 Tim Süß, Claudius Jähn, and Matthias Fischer Evaluation of a c-load-collisionprotocol for load-balancing in interactive environments. In IEEE 5th International Conference on Networking, Architecture, and Storage (NAS 10), pages 448–456. IEEE Computer Society Press, July 2010 Tim Süß, Timo Wiesemann, and Matthias Fischer Approximative occlusion culling using the hull tree. In Proceedings of Graphics Interface 2011, pages 79–86. Canadian Human-Computer Communications Society, May 2011 Tim Süß, Clemens Koch, Claudius Jähn, and Matthias Fischer Automated 3D-motion planning for ramps and stairs in intralogistics material flow simulations. In Proceedings of the 2010 Winter Simulation Conference (WSC 2010), pages 1648 – 1660. IEEE, Omnipress, December 2010 Matthias Fischer, Hendrik Renken, Christoph Laroque, Guido Schaumann, and Wilhelm DangelmaierProjektbezogene Publikationen (Auswahl)