博碩士論文 109323085 詳細資訊




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姓名 呂弘基(Hong-Ji Lu)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 以資料分散式服務發展智慧產品與其系統之研究
(Research on the Development of Intelligent Product and Systems with Data Distribution Service)
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摘要(中) 本研究認為製造業導入「智慧產品」(Intelligent Product, iProduct) 的概念不只能在消費端產生新的服務與價值。如果將其擴展到製造生產端,使得產品從被動生產元件轉為會思考分析的主動元件,智慧產品將能在未來產品從製造到售後的各個階段產生相應的影響與價值。同時因為傳統製造執行系統因為集中管理的架構,功能多樣且維運成本高,不利於彈性調整,因此在導入智慧產品後,將對製造系統架構產生新型態的管理方式。
綜上所述,本研究將發展一套調變彈性佳的分散式製造執行系統,並且在訊息傳遞上應用「資料分散式服務」(Data Distributed Service, DDS)。首先以智慧產品設計分散式製造執行系統架構。智慧產品是一種主動元件,能自主管理製造所需之製程參數與運輸途程,且在過程中收集其生產履歷,減少對於中央控制系統的依賴,並且降低系統的複雜性。接著導入DDS設計一個分散式訊息控制的環境,不僅可達到即時任務訊息傳輸,也能避免集中式系統失效而導致訊息無法傳遞的問題。最後還能利用DDS豐富的服務品質政策(Quality of Service Policy),針對任務導向訊息作客製化的設定,符合製造系統可靠性的需求。
最後,本研究透過Petri Net和狀態控制流程圖之分析,可觀察到本研究之系統在策略複雜度、循環複雜度及拓展率均優於傳統MES。因此,可預期本研究之製造系統在功能或硬體擴充上可以更為彈性,且維護成本也較為低廉。而在系統可靠度測試上,也證明本研究之系統具有良好的穩定度。

關鍵字:資料分散式服務、智慧產品、製造執行系統、性能測試
摘要(英) Industry 4.0 includes intelligent product which is able to provide new service and value for enterprises and their customers. If the concept of intelligent product can be realized in manufacturing process, the product or work in process (WIP) will be transformed from isolated status to connective status.
As above, this research will develop a modular intelligent-product-based manufacturing system and apply Data Distribution Service (DDS) in message transmission. In this system, the intelligent product has abilities to manage its parameter setting and routing, collect traceability and communicate with other nodes, including machines and robots. Also, it can also make manufacturing system less complicate and more flexible. Besides, DDS provides a distributed real-time control environment and rich QoS setting to make system have more fault tolerance, flexibility and reliability.
Finally, with Petri Net analysis and Cyclomatic Complexity, we find that strategic complexity, extension rate and cyclomatic complexity in our research system are better than these in traditional MES. According to above results, we consider our system is reliable, flexible, low cost and stable in many aspects.

Keywords: Data Distribution Service, Intelligent Product, Manufacturing Execution System, Performance Test
關鍵字(中) ★ 資料分散式服務
★ 智慧產品
★ 製造執行系統
★ 性能測試
關鍵字(英) ★ Data Distribution Service
★ Intelligent Product
★ Manufacturing Execution System
★ Performance Tset
論文目次 摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
符號表 x
第一章 緒論 1
第一節 研究背景 1
第二節 文獻回顧 2
一、智慧產品發展原因 2
二、製造系統評估的方法 5
三、智慧產品製造系統所使用之協議 5
四、 MES系統設計概念 7
第三節 研究目的 8
第四節 研究架構 9
第二章 相關技術探討 10
第一節 製造執行系統 10
一、MES的演進歷程 10
二、MES的定義 11
第二節 系統評估之方法 13
一、製造系統的可重新配置性 13
二、Petri Net評估方法 14
三、循環複雜度評估方法 17
第三節 資料分散式服務 18
一、DDS產品介紹 18
二、DDS之特性 18
三、DDS系統介紹 19
四、 服務品質(QoS)策略 23
第三章 研究方法 25
第一節 智慧產品之設計 25
一、製造企業中的智慧產品 25
二、智慧產品製造系統設計 27
第二節 研究工具 40
一、FESTO實驗室簡介 40
二、性能測試硬體環境 42
三、Fast-RTPS 43
四、OPC UA 44
第四章 研究分析 45
第一節 功能性分析 45
第二節 性能測試規劃 47
一、基本性能測試 48
二、智慧產品與機台多播測試 49
三、智慧產品回報測試 51
第三節 性能評估測試 52
一、基本性能測試 52
二、智慧產品與機台多播測試 54
三、智慧產品回報測試 59
第五章 研究案例分析 61
第一節 功能測試 61
一、智慧產品之製造系統實作與測試 61
二、機台OPC UA客戶端代理器 64
三、各系統節點模組實作 66
四、智慧產品系統架構實作結果 68
第二節 複雜度分析 70
一、Petri Net分析 70
二、循環複雜度分析 74
第六章 結論與未來展望 78
第一節 結論 78
一、以智慧產品為基礎之製造系統研發 78
二、本研究製造系統性能測試 78
三、本研究系統與集中管理MES之定性與定量比較 79
第二節 未來展望 80
參考文獻 81
附錄A、FESTO MES4架構介紹 84
附錄B、基本性能測試資料結果 87
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指導教授 林錦德(Chin-Te Lin) 審核日期 2022-2-21
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