第三章 系統分析與建構
本章將討論智慧型電機接線實驗監控系統之建構方法與分析，為了讓 學習者可以真正體驗到真實的電機接線實驗與在課堂後也能夠練習或複 習實驗接線，本系統藉由具開放式標準界面 GPIB (General Purpose Interface Bus)的 Microlink 設備及資料收集系統(Data Acquisition System ; DAS) 、具 強大跨平台特性的 JAVA、容易編寫及維護專家系統的 JESS(Java Expert System Shell)和 SQL 資料庫、JDBC 等工具，來完成智慧型電機接線實驗 監控介面的設計，圖 3-1 為監控介面設計的流程圖。
規劃系統之架構與運作概念
確定電機實驗接線的步驟、順序 及要點，發展專家系統藍圖 建構實際電機實驗接線平台介面
發展電機實驗接線診斷及教導之 專家系統
建構電機實驗接線之 虛擬環境平台介面
完成智慧型電機實驗接線監控 介面之設計
圖 3-1 監控介面設計流程
第一節 系統之架構
學生可與代理人進行互動，在實驗接線過程發現到有疑問或無從下手 的時候，可以呼叫代理人來幫助學習，專家系統會回應學生的問題及依學 生學習的情形提供即時的做診斷輔助，透過其教導與指引，進而完成整個 接線實驗；如果學生在接線的過程中，代理人也隨時監控學生在電機接線 實驗教導系統上的動作，如有發生重大的接線錯誤或與系統所教導的接線 不符合時，代理人則會在第一時間發出警告，要求學生立即更正，這樣可 加深學生的學習印象及避免日後真正實際接線時，發生造成對人的危險及 對設備的損壞，圖 3-2 為人機互動架構圖。
智慧型電機實驗接線 監控介面系統 呼叫
智慧型代理人 回應
監控 診斷 傳遞 資訊
真實電機實驗 接線平台介面 虛擬電機實驗 接線平台介面
電機實驗 接線系統 回應
學習
學習者
圖 3-2 人機互動架構圖
建構智慧型電機接線實驗監控介面系統是相當的複雜，為降低設計之
繁複，以及考慮系統所涵蓋功能、實驗流程和設備，本研究擬所提出智慧
型電機接線實驗監控介面系統的架構可分為三個模組來探討，分別為練習
模組(Practice Module ; PM)、教導模組(Teaching Module ; TM)及資料庫模組
(Database Module ; DM)，分述如下，如圖 3-3 所示：
練習模組 (PM)
監控介面 系統
教導模組 (TM)
接線引 導代理
人
錯誤分 析代理
人
學習知 識代理
人 W SP RW SP CSB
資料庫模組 (DM)
接線節點 資料庫 代理人推
理資料庫 教導步驟
資料庫
圖 3-3 系統模組架構圖 一、練習模組(Practice Module ; PM)
練習模組是本系統在電機接線實驗方面，提供給學生做接線練習與學 習的環境介面，包含了實際接線服務面板(Reality Wiring Service Panel;
RWSP)，與虛擬電機實驗平台介面的虛擬接線服務面板(Wiring Service Panel; WSP)、符號連結服務方塊(Connection Service building Block; CSB)，
分別介紹如下：
1. 實際接線服務面板 (RWSP) ：
利用開放式標準界面 GPIB 的資料收集系統 Microlink 設備中 D I/O 功 能，來提供一個與實際電機實驗平台相同的面板，讓學習者可直接在 這個實際的平台上練習接線。
2. 虛擬接線服務面板 (WSP) ：
虛擬接線服務面板為一虛擬實際環境供給學習者進行一仿真的練習
接線與學習接線之用。
3. 符號連結服務方塊 (CSB) ：
符號連結服務方塊為符號方塊環境，利用常見電機元件符號，來進行 電機接線的練習，並進一步提供符號的判定。
練習模組的這些服務環境都提供了電機實驗的接線、教導、說明、接 線結果等服務給學習者；然而當學習者在上面做接線學習時，這三個服務 環境也可彼此地轉換接線內容，如圖 3-4，即為 RWSP、WSP、PSB 之間 的接線轉換關係圖。
非即時轉換 RW SP
W SP CSB
即 時 轉 換
非 即 時 轉
換
圖 3-4 RWSP、WSP、PSB 的接線轉換關係
如圖 3-4 所示，當學生在實際接線服務面板上進行教導接線時，在面 板上所連接的點，會依所相對的點立即地對映轉換，並顯示在螢幕中虛擬 電機實驗環境的虛擬接線服務面板上，使學生也可在虛擬接線服務面板上 即時地看到所進行時接線的行為，然而代理人對學生所提示或教導的訊息 也會顯示在此，但無法在符號連結服務方塊面板上即時地顯示出接線狀 況，只能在接線完成後，進行非即時的轉換，而 WSP 和 CSB 則無法轉換 至 RWSP，僅能 RWSP 對 WSP 及 CSB 做單相的轉換；如當學生們在 WSP、
CSB 接線環境上完成所要練習的接線實驗後，經系統判斷無誤後，也可彼
此地做非即時的相互雙向轉換，令學生們可多方面的學習到各種不同的電
機接線實驗練習，與各種不同接線方式的轉換關係。
二、教導模組(Teaching Module ; TM)
教導模組主要是使真實電機接線實驗平台與虛擬電機實驗環境平台更 具完整的互動與智慧化，本研究擬運用以 CLIPS 語法為核心的 JESS（Java Expert System Shell）開發出來的專家系統、以及具有強大跨平台性的 Java Applet 來設計。教導模組是由接線引導代理人、錯誤分析代理人及學習知 識代理人所組成，提供學生在練習接線時的互動、教導學習、監控行為及 要點提示等功能，分述如下：
1. 接線引導代理人：
接線引導代理人將學習者在實驗接線環境上的接線行為儲存至資料 庫中，以便對學習者的接線做監控，而且還可依學習者所想要的接線 練習將引導步驟逐一呈現在接線環境上，加強學習者與接線環境的互 動，使學習更得效率。
2. 錯誤分析代理人：
錯誤分析代理人主要是提供學習者在進行實驗接線時的監控、督導，
在監控的過程中，發現學習者在接線練習發生了錯誤的接法或步驟，
藉由接線錯誤的行為進行分析，則分析的結果，代理人會立即顯示出 一訊息，告知學習者為何種錯誤，強深對實驗接線的印象及避免在進 行真正的電機實驗時，因接線而對電機或實驗的設備，產生不良的影 響及損壞。
3. 學習知識代理人：
學習知識代理人具備著各種電機實驗接線的要點、方法及注意事項等
知識，在學習者需要時，可以隨時提供給學習者做為參考與學習，令
整個系統更具智慧。
三、資料庫模組(Database Module；DM)
資料庫係記錄著整個電機接線實驗系統的參數與各種電機實驗接線 資訊、步驟及分析，以提供系統運作、學習者理論課程及接線行為做進一 步的分析及診斷。資料庫模組主要的可分為教導步驟資料庫、代理人推理 資料庫以及接線節點資料庫，分別介紹如下：
1. 教導步驟資料庫：
教導步驟資料庫主要是存放著各種不同的電機接線實驗的步驟順 序、元件接點、位置等資料，以提供學生在需要進行接線實驗教導或 學習時所引用。
2. 代理人推理資料庫：
代理人推理資料庫提供給專家系統所要推斷、分析的規則庫及知識庫 的資料，以便代理人來診斷學習者的接線行為，讓學生可以了解接線 是否有誤或錯誤為何處。
3. 接線節點資料庫：
由於學習者的接線行為隨時受到系統的監控，所以接線節點資料庫就
是記錄著學習者在整個電機接線實驗環境上，所有的接線動作，並將
其接線行為轉換成接點對接點之間所產生的節點接線情形，以便系統
做進一步的分析、診斷及查詢。
第二節 系統運作概念
「互動」顧名思義，即是學習者與接線教導系統之間相互動作，這也 是電腦輔助教學的精髓所在，如學習者無法與系統進行互動，學習者就和 在翻看一本書一般沒有二樣，只有單方面的學習，任由學習者漫無目標的 翻閱；因此本研究將智慧型電實驗接線監控介面系統之各功能的運作關係 概念分為資料庫模組、練習模組以及教導模組三個部分，而教導模組就是 扮演著系統整體互動的核心中介者之角色，做為溝通的橋樑，資料庫模組 專門提供系統所需的資訊，練習模組提供以利系統監控使用者接線行為的 環境，如圖 3-5 為系整體互動關係圖，分別探討與使用者之間的互動關係。
提供接線節點及教導步驟
教導模組 (T M ) 使用者
(U ser)
資料庫模組 (D M )
練習模組 (P M )
接線 行為
監督 接線
教導 控制 接線
行為 及狀
況 登
入 登 出 記 錄 練 習 歷 程 與 行 為
學 習 互 動 與 回 饋
動 態 接 線 引 導
查詢代理人推理規則 回應推理資料
查詢接線節點及教導步驟
接線 服務
面板
儲存接線行為及節點
圖 3-5 系統整體互動關係圖
一、使用者
圖 3-6 為使用者使用本系統的環境的關係圖，使用者環境可分為遠端 與本地端，當遠端進行學習時，僅能在 WSP 及 CSB 二個接線環境進行電 機接線實驗，本系統允許使用者藉由瀏覽器連接至伺服器中的 Web 伺服 器，透過利用 Java Applet 為核心所做出的網頁，進行虛擬環境的學習，也 可讓多位使用同時者在不同的虛擬環境下進行電機接線實驗接線的學 習；如在本地端，由於本系統只有製作一套實際接線服務面板，所以只有 允許一位使用者在本地端在真實環境進行接線的學習。
圖 3-6 使用者環境
圖 3-7 所示，使用者在系統監控機制下，需在真實接線面板上選定要
進行的是電腦輔助監控或是人工監控。而人工監控提供學習在不受系統伺
服器監控時，依然可以使用實際電機實驗接線平台進行電機接線實驗；反
之，電腦輔助監控則是受到系統伺服器的監控，在此時使用者只要輸入正
確的帳號和密碼，則可登入智慧型電機接線實驗監控介面環境。在登入成
功後，使用者透過教導模組選擇所提供的選單，選擇進行的學習為固定模
式 或 者 是 開 放 模 式 ， 隨 即 的 則 是 選 擇在 真 實 電 機 接 線 實 驗 平 台 介 面
（RWSP）或是在虛擬電機接線實驗平台介面(包含 WSP 及 CSB)中進行訓 練、練習或學習。而在這二個模式不同的地方則是前著必須依照系統所提 供的接線實驗（系統提供了轉速實驗及負載實驗）接授教導接線或是自我 練習，所接的線路都必須與所要學習的接線實驗相符；後者則是開放學習 者自由接線。
教導模組
真實電機實驗 接線平台環境
虛擬電機實驗 接線平台環境
登 入
RWSP WSP CSB
使 用 者
固定模式 開放模式
接 線 教 導
自 我 練 習
真實電機實驗 接線平台環境
虛擬電機實驗 接線平台環境
RWSP WSP CSB
電腦輔助監控 人工監控
真實電機實驗 接線平台環境
RWSP
接 線 教 導
自 我 練 習
接 線 教 導
自 我 練 習
系統監控機制
圖 3-7 使用者登入選擇接線實驗系統圖
二、資料庫模組
其功能就有如一個電機實驗的專家守候在學習者身旁，隨時提供電機 接線實驗的專業知識，如此就可讓學習者隨時隨地去詢問或查詢，進而了 解到接線所要注意的要點與事項，與正確的電機接線實驗步驟；而當學習 者在接線環境上進行接線時，教導模組會依所接的位置及步驟，告知系統 並儲存至相對映的資料庫中，讓教導模組可以隨時知道學習者的接線行 為。
三、練習模組
在這練習模組上，具有 CSB、WSP 及 RWSP 的接線實驗環境，當學 習者進行接線練習時，教導模組會將學習者在接線環境上所有的接線行為 與狀況，存至資料庫模組，使教導模組可以對其接線行為進行分析及診斷 達到監控的目的，如此由系統提供學習者接授由抽象符號學習、模擬的接 線實驗練習，進而實際電機接線實驗的訓練，將協助學習者有完整的學習 經驗與體驗。
四、教導模組
這個模組就是扮演著做為使用者、資料庫模組及練習模組的中介、整 合及溝通者之用，經由這個模組讓這三者的關係連接起來並使整體系統更 具互動及智慧。以實驗環境來看大至可分為RWSP (如圖3-8所示)、WSP (如 圖3-9所示)及CSB (如圖3-10所示)服務環境之教導模組互動運作三大部 分，而這三部份在固定模式中，系統皆提供了接線教導與自我練線功能，
介紹如下：
1. 接線教導：
目的為了新手或對實驗接線還尚未了解的使用者進行訓練，系統會依 接線的步驟、順序及要點，一步一步(Step by Step)依序地引導使用者，
讓使用者能對實驗接線有一定程度的了解。
2. 自我練習：
因使用者有可能已受過逐步接線教導的訓練或對實驗接線已有相當 的了解，而為了讓使用能達到技能學習中的熟練目的，則可在這個練 習中，不斷地反覆自我練習。
使用者選擇進入 固定模式
RWSP
接線教導 自我練習
接線
是否有依照教 導的接線步驟 及接點位置
否
是否接線 完成
否
即時轉換至 WSP
是
是
完成接線訓練
1
1
2
1
是否接線 完成 1 否
是
診斷及分析
完成接線練習
是否繼續 是
否
2
接線引 導代理
人
錯誤分 析代理 人
學習知 識代理 人
1 2 3
非即時轉換 至CSB
非即時轉換 至CSB 將診斷結
果顯示在 WSP並顯
示警告訊 息
將診斷結果顯 示在WSP 轉換至WSP
圖 3-8 RWSP 環境中教導模組的互動運作流程圖
使用者選擇進入 固定模式
WSP
接線教導 自我練習
接線
是否有依照教 導的接線步驟 及接點位置 否
是否接線 完成 否
非即時轉換 至CSB
是
是
完成接線訓練
1
1
2
1
是否接線 完成 1 否
是 診斷及分析
完成接線練習
是否繼續 是
否 2
接線引 導代理
人
錯誤分 析代理
人
學習知 識代理
人
1 2 3
非即時轉換 至CSB 將診斷
結果顯 示在 WSP並 提出警 告訊息
將診斷結 果顯示在
WSP
圖 3-9 WSP 環境中教導模組的互動運作流程圖
使用者選擇進入 固定模式
CSB
接線教導練 自我練習
接線
是否有依照教 導的接線步驟 及接點位置 否
是否接線 完成 否
非即時轉換 至WSP
是
是
完成接線訓練
1
1
2
1
是否接線 完成 1 否
是 診斷及分析
完成接線練習
是否繼續 是
否 2
接線引 導代理
人
錯誤分 析代理
人
學習知 識代理
人
1 2 3
非即時轉換 至WSP 將診斷
結果顯 示在 CSB並提
出警告 訊息
將診斷結 果顯示在
CSB
圖 3-10 CSB 環境中教導模組的互動運作流程圖
因在固定模式中的這三部份之互動運作流程大致相同，單獨針對
RWSP 環境中教導模組的互動運作流程做探討。如圖 3-8 所示，在使用者
選擇進行固定模式中 RWSP 接線訓練後，藉由教導模組代理人，引導使用
者進行接線教導或者自我練習，以下分別介紹這二個接線教導流程。
1. 接線教導：
當使用者施實接線教導訓練時，接線引導代理人則會從資料庫模組中 取得教導步驟的各項資料，進而引導使用者所要學習的電機接線實 驗；系統會顯示出接線實驗的接線接點順序的訊息，要求使用者跟著 此訊息指示接線，逐步地引導，而當使用者接線時，系統會將此接線 位置告知並儲存在資料庫中，同時錯誤分析代理人會依此位置與系統 所引導的接線位置相互比較、分析，如有不同，系統則會顯示錯誤或 警告訊息在 WSP 環境中，令使用者能清楚地明白錯誤為何，錯誤在何 處，接著再次返回這一步驟再次訓練；與所引導的位置相同時，則會 即時地轉換至 WSP 接線環境中並顯示在螢幕上，接著再進行下一步驟 的學習，如此反覆，直至完成整個接線的訓練，當完成整個訓練的同 時，也可將所接的線路，轉換至 CSB 環境中。
2. 自我練習：
使用者自行針對所要練習的電機接線實驗進行練習，當接線完成後，
則系統會將使用者在 RWSP 環境上的接線接點位置，分析、尋找出來，
以讓系統能了解接線的情形，並以便錯誤分析代理人能對接線的情形 進行診斷及分析，而診斷及分析後的結果會顯示在 WSP 環境中，讓使 用者可以清楚明白自己在電機接線實驗的過程、步驟有何問題、需要 改進的地方或錯誤的地方，在這之後，使用者也可讓接線的線路做非 即時地轉換至 CSB 介面環境中。在這些過程中，使用者隨時都可透過 監控系統中的學習知識代理人，詢問有關電機接線實驗的相關知識。
由上述可知，在固定模式下的接線教導與自我練習，學習者的接線都 必須要與所想要學習的接線實驗符合，為了能讓學習者的學習更具變化，
因此也提供了在系統所提供的電機實驗元件及儀器的範圍內，可讓使用者
任意進行接線，最後再進行診斷的開放模式。
五、整體系統資料流之運作接線教導
如圖 3-11 所示，為整體系統的資料運作圖，使用者進行接線的同時，
代理人會透過資料收集系統 MicroLink 的 Digital Output (D O)功能(1)，經 由 GPIB 溝通介面(2)，先向接線環境面板檢查是否還有殘留線路留在面板 上，則接線面板會回應訊息(3)給代理人(4)，如果沒有殘留線路留在面板 上，則可以進行接線訓練，此時代理人會從資料庫中讀取所須要的接線訓 練步驟(5)，再經由 D O 的功能(6)點亮在接線面板上所相對映的指示燈 (7)，讓使用者可以依面板上的指示，了解這一步所要插的接線為何接點，
當使用者將接線插入接點時，同時資料收集系統 MicroLink 的 Digital Input (DI)功能(9)會將使用者所接的接點接收回來並轉成接點編號，儲存在資料 庫中，傳給代理人(10)，讓代理人依診斷資料庫中的資料(11)進行診斷及分 析，如果無誤繼續下一點的練習(5)，但若診斷出有接線的問題時，則代理 人會將使用者接線時的問題所在與分析結果，顯示在 WSP 上告知給使用 者(12)，改善後，繼續下一步驟的練習及學習(5)。
資料庫模組
練習模組 教導模組
接線面板
G P IB 介面
代理人
資料庫 D A S
D I/O
1 2
3 4
7 6
5
9 10
11 12
R W S P W S P C S B
JAVA JESS
MY SQL
圖 3-11 整體系統資料運作圖
第三節 智慧型代理人之設計
本研究透過專家系統來設計一智慧型代理人的機制，藉此來引導學習 者來進行電機接線實驗，令學習者在學習的過程之中，不會有無所適從及 盲亂學習的狀況。然而在教學模組中的三個代理人與智慧型專家中的知識 資料庫之間的存取關係，如圖 3-12 所示。
1. 接線引導代理人：
接線引導代理人在進行教學引導時，會取得使用者的接線行為，並且 從教導步驟資料庫中讀取教導步驟資料，如符合則將此接線行為存至 接線節點資料庫中。
2. 錯誤分析代理人：
在進行使用者接線診斷時，錯誤分析代理人將讀取使用者的接線行 為、教導步驟資訊與推理規則的資料相互比較、對映，進而分析出進 行電機接線實驗練習的使用者接線行為是否有錯誤或需要改進的地 方。
3. 學習知識代理人：
使用者在進行接線的同時，皆可隨時地去詢問知識代理人有關電機接 線實驗方面的知識，而這些知識是由代理人推理資料庫及教導步驟資 料庫中所獲得。
教學模組 (LM)
接線引 導代理
人
錯誤分 析代理
人
學習知 識代理
人
資料庫模組
接線節點
(DM)
資料庫
代理人推 理資料庫 教導步驟
資料庫
圖 3-12 代理人與知識資料庫之間的存取關係
一、專家系統
專家系統發展之流程包括問題確認、知識擷取、專家系統知識庫建 立、系統設置與評估，如圖 3-13 所示，分述如下：
定 義 問 題
知 識 擷 取
專 家 系 統 知 識 庫 建 立
系 統 設 置 與 評 估
圖 3-13 電機接線練習專家系統發展之流程 1. 問題確認：
發展專家系統的第一步驟就是確認用途，而本研究利用專家系統的目 的是用來教導電機接線實驗練習，包括了：監督學習者的接線程序、
說明接線為何錯誤與正確的接線步驟及要領、教導如何正確接線並診 斷實驗接線是否有誤。
2. 知識擷取：
確認專家系統之目的後，便是要擷取知識去建立知識庫了，由於人的 思考是複雜多變的，因此本研究招開第一次專家會議，集合各領域專 家，依本研究所需之目的，萃取他們的經驗與專家知識，以期獲得學 習者在學習上的行為模式與電機接線實驗上的步驟與要點。
3. 專家系統知識庫建立：
本研究擬定藉由 Java 所撰寫，以 CLIPS 專家系統工具為核心的 JESS（Java
Expert System Shell）[6]來作為專家系統的開發軟體來建立專家系統知識
庫，而知識庫是依從專家所擷取出的知識及經驗，建立出一 AND-OR-Tree
為發展基礎，來做為專家系統的知識庫[49]。
4. 系統評估與設置
為了要評估專家系統知識庫是否完善，研究者以招開專家會議的方式 來進行探討及修訂，當專家系統的穩定度經過測試，即可正式啟用於 智慧型電機接線實驗教導系統之中。
二、專家系統知識庫之建構
本系統發展專家系統來診斷、引導電機實驗的接線過程，所以將 電機接線實驗的接線任務埋入於知識庫中，其任務採用任務分析法訂 定之，並召開專家會議審核確認其完整性。如圖3-14所示，則為整個 電機接線實驗的專家系統診斷之AND-OR Tree，在整個系統的診斷方 式，會先依使用者所學習或練習的接線實驗方式的不同，而使用不同 的診斷規則。
系 統 接 線 診 斷
教 導 接 線 診 斷 自 我 練 習 診 斷 O R
固 定 模 式 開 放 模 式
O R
O R
規 則 一 : 教 導 轉 速 實 驗 接 線 診 斷 規 則 庫
規 則 二 : 教 導 負 載 實 驗 接 線 診 斷 規 則 庫
規 則 三 : 實 驗 接 線 規 則 庫
規 則 四 : 錯 誤 接 線 診 斷 規 則 庫
轉 速 實 驗 接 線 規 則 庫
負 載 實 驗 接 線 規 則 庫 O R
圖 3-14 專家系統診斷電機接線實驗之 AND-OR Tree
圖 3-15(1) 教導轉速實驗接線診斷規則庫之設計圖 (2) 教導負載實驗接線診斷規則庫之設計圖
當在教導接線診斷的模式下，系統提供了二種電機接線實驗，轉速實 驗及負載實驗，學習在進行教導訓練時，錯誤分析代理人會依學習者所接 線的動作進行診斷，如動作正確，則接線代理人會要求進行下一步驟，如 此反覆，直到訓練完成，圖 3-15(1)、圖 3-154(2)分別為教導轉速實驗接線 診斷規則庫及教導負載實驗接線診斷規則庫之設計圖。
教 導 轉 速 實 驗 接 線 診 斷 規 則 庫
電 源 P 接 至 電 流 表 A 1 P
電 樞 A 接 至 電 流 表 A 1 N
電 源 N 接 至 電 樞 H
電 源 P 接 至 電 流 表 A 2 P
場 繞 組 J接 至 電 流 表 A 2 N
場 繞 組 J接 至 電 壓 表 V 1 P
場 電 阻 R fa 接 至 電 壓 表 V 1 N
場 繞 組 K 接 至 場 電 阻 R fa
電 樞 H 接 至 場 電 阻 R fb
電 源 P 接 至 電 壓 表 V 2 P
電 源 N 接 至 電 壓 表 V 2 N
完 成 逐 步 教 導 轉 速 實 驗 接 線
教 導 負 載 實 驗 接 線 診 斷 規 則 庫
電 源 P 接 至 電 流 表 A 2 P
電 樞 A 接 至 電 流 表 A 2 N
電 源 N 接 至 電 樞 H
電 流 表 A 1 P 接 至 電 流 表 A 2 N
場 繞 組 J接 至 電 流 表 A 1 N
場 電 阻 R fa 接 至 電 壓 表 V 1 N
場 繞 組 K 接 至 場 電 阻 R fa
電 樞 H 接 至 場 電 阻 R fb
電 源 P 接 至 電 壓 表 V 2 P
電 源 N 接 至 電 壓 表 V 2 N
完 成 逐 步 教 導 負 載 實 驗 接 線 場 繞 組 J接 至 電 壓 表 V 1 P
(1) (2)
當學習者進行自我練習時，只要學習者按下診斷接線的功能按鈕後，
專家系統就會依實驗接線規則（圖 3-16，圖 3-17）來對學習者所接的線路 進行診斷，如果不為轉速實驗或負載實驗的接線時，專家系統會將錯誤接 線診斷出來，進而診斷學習者所練習的實驗接線為何種錯誤，顯示出來讓 學習者可以明白。如當學習者進行開放模式時，學習者則可依系統所提供 的任何元件去組合出所想要的電機實驗接線，其後則由專家系統進行分析 此線路接線狀態並診斷其錯誤（圖 3-18，圖 3-19）。
實驗接線規則庫
OR
電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A1P
， A2P
為 同 一 節 點 AND
電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1N
為 同 一 節 點
電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
為 同 一 節 點
場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A2N
為 同 一 節 點
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
為 同 一 節 點
線 路 為 轉 速 實 驗 接 線
電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A2P
為 同 一 節 點 AND
電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1P
， A2N
為 同 一 節 點
電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
為 同 一 節 點
場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A1N
為 同 一 節 點
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
為 同 一 節 點
線 路 為 負 載 實 驗 接 線
N R
F J
K A
H
V 2
V2 P
V2 N
A 2
A2 P
A2 N
A 1
A1 P
A1 N
P
V 1
V1 P
V1 N
N RF
J K A H
V 2
V2 P V2 N
A 2
A2 P A2
N
A 1
A1 P A1
N
P
V 1
V1 P V1 N
圖 3-16 實驗接線規則庫(1)
圖 3-17 實驗接線規則庫(2)
OR
實驗接線規則庫
轉 速 實 驗 接 線 固 定 模 式
說 明 電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A1P
， A2P
應 接 在 一 起
電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1N
不 為 同 一 節 點
電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
不 為 同 一 節 點
場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A2N
不 為 同 一 節 點
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
不 為 同 一 節 點
AND
電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A1P
， A2P
不 為 同 一 節 點
轉 速 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1N
應 接 在 一 起
轉 速 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
應 接 在 一 起
轉 速 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A2N
應 接 在 一 起
轉 速 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
應 接 在 一 起
負 載 實 驗 接 線 固 定 模 式
說 明 電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A2P
應 接 在 一 起
電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1P
， A2N
不 為 同 一 節 點
電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
不 為 同 一 節 點
場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A1N
不 為 同 一 節 點
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
不 為 同 一 節 點
AND
電 源 P
， 電 壓 表 V2P
， 電 流 表 A2P
不 為 同 一 節 點
負 載 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 電 樞 Ａ
， 電 流 表 A1P
， A2N
應 接 在 一 起
負 載 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 電 源 N
， 電 樞 H
， 場 電 阻 Rfb
， 電 壓 表 V2N
應 接 在 一 起
負 載 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
說 明 場 繞 組 J
， 電 壓 表 V1P
， 電 流 表 A1N
應 接 在 一 起
負 載 實 驗 接 線 固 定 模 式
AND
場 繞 組 K
， 場 電 阻 Rfa
， 電 壓 表 V1N
應 接 在 一 起
OR
無 電 樞 元 件
說 明
缺 少 電 樞 元 件
無 場 繞 組 元 件
說 明
缺 少 場 繞 組 元 件 無
電 源 元 件
說 明
缺 少 電 源 元 件 無
任 何 元 件
說 明
沒 有 任 何 元 件
元 件 僅 有 單 端 接 線
說 明
元 件 僅 有 單 端 接 線 錯誤接線診斷規則庫
同 一 元 件 二 端 相 接
說 明
元 件 短 路
電 源 P 與
X 元 件 的 負端 相 接
﹁場 電 阻 RF除 外
﹂
說 明 X 元 件 極 性 與 電 源 極 性 不 符
OR
J
K
P
N RF
電 源 N 與 X 元 件的 正 端相 接
﹁ 場電 阻 RF 除外
﹂
電 流 表 正 端 AP 的 節 點 有 P 端 點
電 流 表 負 端 AN
的 節 點 有 N 端 點
OR
AND
N P A
AP
AN
電 流 表 正 端 AP 的 節 點 有 X 物 件 的 正 端 點
電 流 表 負 端 AN
的 節 點 有 X 物 件 的 負 端 點
AND
A RF AP
AN
電 流 表 負 端 AN 的 節 點 有 N 端 點
電 流 表 正 端 AP 節 點 上 的 端 點 數 大 於 2
AND
電 流 表 正 端 AP 的 節 點 有 P 端 點
電 流 表 負 端 AN
節 點 上 的 端 點 數 大 於 2
AND
A
A P
A
N N
R F A
H
V
VP
VN
A
AP
A AN
H P
電 流 表 正 端 AP 節 點 上 的 端 點 數 大 於 2
電 流 表 正 端 AP 節 點 上 的 元 件 需 有 一 正 端 和 一 負 端
AND
電 流 表 負 端 AN
節 點 上 的 端 點 數 大 於 2
電 流 表 負 端 AN
節 點 上 的 元 件 需 有 一 正 端 和 一 負 端 V
V P
VN
A
A P
A N J K A
H
說 明 電 流 表 不 能 並 聯 元 件
圖 3-19 錯誤接線診斷規則(2)
OR
錯誤接線診斷規則庫
電 壓 表 正 端 VP 不 接 電 源 P
電 壓 表 正 端 VP 只 有 接 一 個 元 件
OR
說 明 分 激 場 電 阻 不 與 分 激 場 繞 組 並 聯 分
激 場 電 阻 Rfa
與 分 激 場 繞 組 J 相 接
分 激 場 電 阻 Rfb
與 分 激 場 繞 組 Ｋ 相 接
分 激 場 電 阻 Rfa
與 分 激 場 繞 組 K 相 接
分 激 場 電 阻 Rfb
與 分 激 場 繞 組 J 相 接 電
壓 表 V1P
與 一 元 件 的 負 端 相 接
說 明 電 壓 表 與 元 件 極 性 接 錯 電
壓 表 V1N
與 同 一 元 件 的 正 端 相 接
電 壓 表 V2P
與 一 元 件 的 負 端 相 接
電 壓 表 V2N
與 同 一 元 件 的 正 端 相 接
OR
V
A
H VP
VN
AND AND
電 壓 表 負 端 VN
不 接 電 源 N
電 壓 表 負 端 VN
只 有 接 一 個 元 件
AND AND 說
明 電 壓 表 不 與 元 件 串 聯
V
V P
VN R F
P
N
V
VP
VN J
K P
N
說 明 分 激 場 繞 組 不 與 電 樞 串 聯 分
激 場 繞 組 J 與 電 樞 H 相 接
分 激 場 繞 組 K 經 一 元 件 與 電 樞 相 接 分 激 場 繞 組 J 經 一 元 件 與 電 樞 相 接 分 激 場 繞 組 K 與 電 樞 A 相 接
OR
J
K A
H
A
AP
AN J
K A
H
OR
AND AND
說 明 分 激 場 電 阻 RF 不 與 電 樞 串 聯 分
激 場 電 阻 Rfa
與 電 樞 H 相 接
分 激 場 電 阻 Rfb
經 一 元 件 與 電 樞 相 接 分 激 場 電 阻 Rfa
經 一 元 件 與 電 樞 相 接 分 激 場 電 阻 Rfb
與 電 樞 A 相 接
R F A
H
A
A P
A N
R F
A
H
OR
J
K
RF
第四節 建構實驗平台
本研究為了使學習者能夠做電機接線實驗的練習與訓練，讓學習者 能熟練電機接線實驗的技能，而架設虛擬接線模組、實體接線模組以及 實際實驗模組，虛擬接線模組是藉由 Java Application 所建構，可在學習 者面前呈現一仿真的電機接線實驗平台，然而實體接線模組是藉由資料 收集系統模組中數位輸入及輸出功能，收集資料並透過標準介面 GPIB 介 面將資訊傳回至電腦，因此資料收集系統模組是做為資料的傳遞的媒介 來進行互動及溝通，如圖 3-20 所示。
實 體 接 線 模 組 實 體 接 線 模 組
資 料 收 集 系 統 模 組
GPIB 人
工 監 控
虛 擬 接 線 模 組 實 際 實 驗
模 組
電 腦 輔 助 監 控
圖 3-20 實驗平台硬體示意圖
其中，實際實驗模組即為電機實驗的直流電機、場電阻、實驗量測 儀表等實際的電機實驗設備，而系統在平時是處於沒有受電腦監控情形 下，如此在課堂上教師依然可以藉由實體接線模組所提供的接線介面，
進行實電機實驗教學，這即為人工監控；而當使用者需透過代理人的協 助學習教導，而進入到電腦輔助監控下，才將系統切換為實體接線模組，
以代理人來監控診斷學習所練習的狀況，以免因為不正常操作而造成實
際實驗的電機設備與人的危險。
一、實體接線模組：
本模組具有與實際電機實驗平台一模一樣的接線平台(如圖 3-21)，讓 學習者可在這介面上，做接線的練習與訓練，而且在每一個接線插孔旁 加設一指示燈，以提供智慧型教學代理人進行教導，令學習者可依燈的 亮滅得知接線的步驟程序。然而在接線平台上的插孔，本系統是利用香 蕉座來製作，而接線練習用的連接導線是香蕉接頭加上導線所製作而 成，在香蕉座的後端連接至資料收集系統模組，利用資料收集系統模組 數位輸入/輸出功能，對實驗平台上每一插孔的節點，進行循序的檢測，
如此則可得知平台上那個接點與那些接點是連接在一起的，以便系統查 詢及監控並了解學習者接線狀況。
圖 3-21 實際電機接線實驗平台
二、資料收集系統模組
資料收集系統模組扮演著電機接線實驗硬體部分與電腦之間資料訊
息的傳遞中介者的角色，其與電機接線實驗硬體部分之間資料傳遞的數
位輸入及輸出(D I/O)，是藉由資料收集系統中 MicroLink 設備的 AN32 及
RR8 介面卡來完成；然而與電腦之間即是利用標準介面 PGIB 來達成資料
的傳遞。圖 3-22(1)為 RR8 介面卡的接點內部電路示意圖，如圖可知，接
點內為利用 RR8 介面卡的內部控制電路去控制一個電晶體做為 DO1 與
COM 的之間開關，並串聯一個 5 伏特的電壓，如此這就如有一個數位用 的輸出(DO)，當電晶體 ON 時，就會由 DO1 的接孔輸出一 5 伏特的電壓 值；而在圖 3-22(2)中，即為 AN-32 介面卡的接點內部電路示意圖，當 DI1 有一訊息(電壓)進入時，則會起動光電開關，進而 AN-32 介面卡的內 部控制電路就會感知光電開係的動作，而得知為何接點有訊息輸入，達 到數位輸入(DI)的功能。
A N -32 控制介面 D I1
C O M 5V
R R 8 控制介面
C O M D O 1
(1) (2)
圖 3-22 RR8(1)與 AN32(2)之接點內部電路示意圖
圖 3-23 則是資料收集系統模組與實驗接線模組的硬體連線圖，其判
斷學生的接線行為是利用循序的原理，從第一個接點利用 RR8 送出一個
訊號，同時 AN32 會去偵測每一個接點上的訊號，如因接線的關係使另
一接點也發現到有訊號，則表示這二個接點是同一個接點，則系統會將
此節點的接點記錄下來，以便分析及診斷，接著 RR8 會對第二個接點再
送出訊號，再由 AN32 接收，如此反覆，直到所有的接點都掃瞄過，而
達到了解學生的接線行為，舉例說明之：當進行接線監控時，數位輸出
RR8 介面卡中的 D O33 就會輸出一訊號使 Relay 動作，這時就會進入接
線監控的狀態，而 RR8 就會從 D O1 送出訊號，如在 D I1 及 D I2 接收到
訊號，就表示使用者所連接的點就是在這二點在平台上所對映的接孔
上，接著再由 D O2 去送訊號，直到 D O16 再回到 D O1，如此循序的去
做掃瞄，再將結果透過 GPIB 回傳至電腦做分析，則可得知使用者在接線
平台上的接線情形。
AN32 電樞
A1 V1 A2 V2 繞組 電阻 電流表1電壓表1電流表2電壓表2 P
N
RR8
COM DI 01 DI 02 DI 03 DI 04 DI 05 DI 06 DI 07 DI 08 DI 09 DI 10 DI 11 DI 12 DI 13 DI 14 DI 15 DI 16
DO 01 COM DO 02
DO 03 DO 04
DO 05 DO 06
DO 07 DO 08
DO 09 DO 10
DO 11 DO 12
DO 13 DO 14
DO 15 DO 16 DO 17
DO 18 DO 19
DO 33
CR
CR
電機實驗接線 平台之插孔 電機實驗接線
平台之LED Relay 線圈 Relay之a接點 Relay之b接點
CR b
CR a
DO 20 DO 21
DO 22 DO 23
DO 24 DO 25
DO 26 DO 27
DO 28 DO 29
DO 30 DO 31
DO 32
圖3-23 資料收集系統模組與實體接模組硬體連線圖
