跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.210.149.205) 您好!臺灣時間:2024/04/16 19:10
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:游翔宇
研究生(外文):Hsiang-Yu Yu
論文名稱:資訊物理系統之危害劇情建模及模擬技術
論文名稱(外文):Cyber-Physical System hazardous scenario modeling and simulation techniques
指導教授:范金鳳范金鳳引用關係
指導教授(外文):Chin-Feng Fan
口試委員:陳淑媛曾婉惠
口試委員(外文):Shu-Yuan ChenWan-Hui Tseng
口試日期:2017-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:資訊物理系統Ptolemy II故障樹操作員決策元件危害劇情模擬錯誤產生器元件
外文關鍵詞:CPSPtolemy IIfault treeOperator decision actorhazardous scenarios simulationfailure generator actor
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:159
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
工業4.0是以資訊物理系統(Cyber-Physical System, CPS)為主, CPS是控制系統經由感應器、致動器(actuators),透過網路與實體環境與流程(process)互動的系統。這些系統大多為安全關鍵(Safety-critical)性,即系統或人員失誤可能危害生命安全或汙染環境,因此CPS設計階段的安全分析極為重要。
本研究針對CPS設計階段之安全分析,發展模型層次之塑模與危害(hazardous)劇情自動產生技術。本研究延申Ptolemy II工具,加上操作員模組及錯誤產生元件(failure generators),可有系統的產生程序互動為主的不安全劇情。
Ptolemy II為目前CPS建模常用的工具;但Ptolemy II中並無操作員模組且無錯誤產生的系統性做法。本論文開發了Ptolemy II操作員決策元件(Decision actor),以規則檔(rule-based)方式表達操作員正常操作行為,並額外建立錯誤產生器元件(Failure generators),協助使用者方便模擬各種不同的互動錯誤劇情,提高建模效率與正確性。最後,針對模擬之危害劇情過程與肇因,建立通用的防禦機制。
我們的研究案例(注射幫浦和安全注水系統)顯示本研究方法具有系統性(systematic)、通用性(general)、及有效性(effectiveness),可有效提升CPS的安全。
Industry 4.0 is centered on Cyber-Physical Systems (CPS). A CPS is a control system interacting with physical environment and processes through communication, using multiple sensors and actuators. Most of these systems are safety-critical, which means system or human failures may damage human life and/or cause environmental pollution. Thus, safety analysis at design stage of a CPS is critical.
Our research aims to perform safety analysis at design stage, and develop the modeling and hazardous scenario generation techniques at model level. Our research extends Ptolemy II tool by adding Operator model and failure generators component so that users can systematically generate unsafe scenarios focusing on process interaction.
Ptolemy II is currently a widely used CPS modeling and simulation tool. However, there is no Operator model in Ptolemy II, and it also lacks a systematical technique for generating failures. Thus, this thesis develops the Operator decision actor, which can express the Operator’s normal operation rules by using a rule-based file. Moreover, this thesis also develops failure generator actors to facilitate the easy modeling and simulation of different interaction failure scenarios. These extended actors can improve the efficiency of the modeling and the correctness of the resulting model. Finally, we develop some generic defensive mechanisms for simulated hazards. Our case studies ( an infusion pump and a safety-injection system) demonstrate that our approach is systematic, general, and effective to enhance CPS’s safety.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 序論 1
第二章 背景及相關研究 3
2.1 Ptolemy II 3
2.2 Fault Tree Analysis 4
2.3 BDI Software model 5
2.4 相關研究現況 6
第三章 研究方法 7
3.1研究步驟一:建立方法論 7
3.1.1 技術步驟一:以Ptolemy II建構正常的模型 8
3.1.2 技術步驟二:故障樹分析出危害劇情 10
3.1.3 技術步驟三:在Ptolemy II中加入錯誤產生器元件並加入至模型中 12
3.1.4 技術步驟四:建立操作員決策模組之Ptolemy II元件 13
3.1.5 技術步驟五:藉由故障樹分析及錯誤產生器模擬危害劇情 13
3.1.6 技術步驟六:建立防禦機制 14
3.2研究步驟二:實作部分 15
3.3研究步驟三:案例分析 15
3.4研究步驟四:績效評估 15
第四章 實作及案例分析 16
4.1建立錯誤產生器元件和操作員決策元件 16
4.1.1 實作錯誤產生器元件 17
4.1.2 實作操作員決策元件 21
4.2 CPS案例測試案例一:注射幫浦(Infusion Pump) 24
4.2.1 劇情總結及討論 44
4.3 CPS案例測試案例二:安全注水系統(Safety injection system) 47
4.3.1 劇情總結及討論 68
4.4案例總結 70
4.5 績效評估 70
第五章 結論與未來展望 71
第六章 參考文獻 73
附錄 75
附錄一、BooleanFailureGenerator 75
附錄二、NumberFailureGenerator 76
附錄三、StringFailureGenerator 77
附錄四、OperatorDecision 78
[1]“工業 4.0 的產業模式與影響,”遠東人月刊,2015 年/05 月號,
http://www.fenc.com/magazine/show_faq_new.aspx?SN=8252.
[2]“Cyber Physical Systems,” DigiTimes 電子時報,
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?id=0000396412_WDW3HFYX29SZPH1JNAFZU.
[3] 台灣智慧型電網產業協會
http://www.smart-grid.org.tw/content/smart_grid/smart_grid.aspx
[4]“智慧車載科技,”科技大觀園,2016年/08月
https://scitechvista.nat.gov.tw/zh-tw/feature/C/0/1/10/1/2409.htm
[5] U.S.-Canada Power System Outage Task Force, “Final report on the August 14, 2003 blackout in the United States and Canada: causes and recommendations,”, April 2004.
[6] Chin-Feng Fan and W. Cheng, "Accident Sequence Analysis of Human-Computer Interface Design," Reliability Engineering and System Safety, Vol. 67, no. 1, PP. 29-40, Jan. 2000.
[7] Ptolemy II, < http://ptolemy.berkeley.edu/>
[8] C. Ptolemaeus, Editor, System Design, Modeling, and Simulation using Ptolemy II, www. Ptolemy.org, 2014.
[9] Christopher Brooks, Edward A. Lee. Ptolemy II: An open-source platform for experimenting with actor-oriented design, 11 February, 2016; Poster presented at the 2016 Berkeley EECS Annual Research Symposium (BEARS).
[10] Edward A. Lee. Finite State Machines and Modal Models in Ptolemy II, Technical report, EECS Department, University of California, Berkeley, UCB/EECS-2009-151, December, 2009.
[11] Ayan Banerjee, Model Based Safety Analysis and Verification of Cyber-Physical Systems, Arizona State U., Ph.D. dissertation, Nov. 2012.
[12] Lenardo C. Silva, Hyggo O. Almeida, Angelo Perkusich, and Mirko Perkusich, A Model-Based Approach to Support Validation of Medical Cyber-Physical Systems,Sensors(Basel), Nov.2015.
[13] 蔣政道,“擴充Ptolemy II功能以建置電腦控制系統人機互動過程的模擬分析環境,”,元智大學資工所碩士論文,2011 .
[14] 蔡宗華,“建立Ptolemy II操作員模型以支援程序互動模擬,”,元智大學資工所碩士論文,”,2016 .
[15] 鄭淳尹,“應用UML2.0發展限制為基礎的軟體規格及驗證技術,”,元智大學資工所碩士論文,”,2005.
[16] C. Fan and S. Yih, “Frame-based Safety Analysis Approach for Decision-based Errors,” Reliability Engineering and System Safety, Vol. 55, No. 3, pp. 243-256, March, 1997.
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top