出席第十一屆2015 IEEE國際自動化科學與工程研討會(CASE 2015)出國報告書

國立成功大學

邁向頂尖大學計畫出國案報告書

報告名稱：出席

第十一屆 2015 IEEE 國際自動化科學與工程研討會(CASE 2015)

並發表論文：開發具本體論推論之混合雲輪框製造服務於工具機產業

Development of a Hybrid-Cloud-based Wheel-Manufacturing Service with

Ontology Inference for Machine Tools

出國期間：2015 年 08 月 23 至 2015 年 08 月 28 日

經費來源：邁向頂尖大學計畫經費

單位：國立成功大學電機資訊學院製造資訊與系統研究所

職稱：助理教授

姓名：陳朝鈞

中華民國 104 年 8 月 30 日

中文摘要

本出國報告書敘述本人到瑞典哥德堡出席 2015 年電機電子工程師學會(IEEE)所舉辦的 CASE 自動化科學與工程研討會議(Conference on Automation Science and Engineering )，並發表 一篇論文的經過及收穫。此次議程為期四天，會議期間為八月二十四日至八月二十八日。我 們所發表的論文題目為“開發具本體論推論之混合雲輪框製造服務於工具機產業”。2015 IEEE (CASE2015)是一個主題相當明確的國際會議，也是自動化科學與工程研究領域中相當出名的 會議，出席會議的人多是自動化製造系統及雲端運算與資料探勘領域的專家學者。透過參與 此國際研討會，我們可藉由不同專家學者於此次會議中所發表的論文，了解相關領域最新的 發展趨勢。目前自動化科學與工程領域的發展趨勢主要朝向最佳化排程(Scheduling and Optimization)與製造(Manufacturing Automation)、程序(Process Automation)、雲端運算(Cloud Computing for Automation)、工具機產業(Automation for Machine Tools)的自動化以及大數據分 析與資料探勘(Big Data and Data Mining)等方向發展。在會議中我們有機會與來自不同國家相 關領域之研究學者做進一步的學習與探討，並藉由交流活動增進國家及個人在國際的能見度。

英文摘要

We published our paper “Development of a Hybrid-Cloud-based Wheel-Manufacturing Service with Ontology Inference for Machine Tools” which is coauthored by Chao-Chun Chen, Min-Hsiung Hung, Yu-Chuan Lin and Po-Yi Li in IEEE CASE2015. The report is about Dr. Chen attended the eleventh annual IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (IEEE CASE 2015) in Gothenburg Sweden during August 24 –August 27. The themes of IEEE CASE2015 focus on Scheduling and Optimization, Manufacturing Automation, Process Automation, Cloud Computing for Automation, Automation for Machine Tools, Big Data and Data Mining, etc. This conference is quite famous in the societies of Automation Science and Engineering. Therefore, most experts attending the conference work on Automation Manufacturing systems, Cloud Computing and Data Mining. By participating in this international conference, we can understand the latest tendency in the related fields in the past one year which gives us much inspiration on working our next papers. Particularly, we observed that the trends of Automation related field toward to integrate machine learning and cloud technology in the recent years, which is consistent to our following research work on the Hadoop private cloud platform. In addition, we had opportunities to discuss with researchers from related fields in different countries, exchange the idea, and hear some different comments from them. Overall, this business trip to IEEE CASE2015

is successful, as we fully share our research results in the conference with international scholars and learn some lessons for our next progress.

目次 一、 封面 1 二、 中文摘要 2 三、 英文摘要 2 四、 目次 4 五、 目的 5 六、 過程 5 七、 心得及建議事項 9 八、 附錄 11

本文(包含目的、過程、心得及建議事項，其文字部分須佔三頁以上) 一、目的：

此次出國的目的在於參與 2015 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (IEEE CASE2015) ， 發 表 一 篇 論 文 “ Development of a Hybrid-Cloud-based Wheel-Manufacturing Service with Ontology Inference for Machine Tools”。本論文提出一個基於 混合雲平台的輪框製造服務，主要的目的為利用本體論推論來推薦刀具於混合雲端平台，以 達到計算的可擴縮性質與資料的安全性。我們將所開發的基於混合雲的輪框製造服務部署於 微軟所開發的公有雲平台與以虛擬機台構建之私有雲平台，並將此基於混合雲的輪框製造服 務運用於輪框製造工廠進行整合測試。經由實際整合測試結果證實，基於混合雲的輪框製造 服務(HC-WMS)可於機台的工作中成功的推薦切削工具，並可有效的被應用於雲端製造服務。 在會議期間，我們藉由會議中其他論文的發表，了解目前自動化相關領域的發展趨勢包含了 最佳化排程(Scheduling and Optimization)與製造(Manufacturing Automation)、程序(Process Automation)、雲端運算(Cloud Computing for Automation)、工具機產業(Automation for Machine Tools)的自動化以及大數據分析與資料探勘(Big Data and Data Mining)等方向。此外，在會議中 與來自不同國家相關領域之研究學者討論的過程，除了對自動化相關領域有更進一步的學習 與認識外，更可藉由交流活動增進國家及個人在國際的能見度。

二、過程：

今年 2015 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (IEEE CASE 2015)在瑞典哥德堡舉辦。會議共舉行四天，今年的研究主題包含：Foundations of Automation，Agriculture， Life Science and Health Care，Automation in Meso, Micro, and Nano-scale，Manufacturing Automation，Discrete Event Systems，Scheduling and Optimization， Mechatronics ， Industrial Informatics ， Sustainable Production ， Logistics and Supply Chain Management，Networked and Control Systems，Power and Energy Systems，Smart Buildings，Big Data and Data Mining，Cloud Computing for Manufacturing Automation，Automation for Machine Tools 以及其他新興之自動化領域相關研究。

在為期四天的議程進行方式依研討論文主題做區分，第一天 8/24 議程以專題演講的進行 的方式探討了八項主題，所探討的主題包含了，派翠網路應用 I (Petri Nets Applications I)、派 翠網路應用 II (Petri Nets Applications II)、大型自動系統之能源管理(Energy Management for Large-Scale Smart Systems) 、 最 佳 化 方 法 與 自 動 化 工 廠 之 經 驗 (Optimization Methods vs.

Experience in Factory Automation)、自動化醫療保健之新趨勢(New Trends in Automation for Healthcare Systems)、智能建造之建模、模擬、最佳化與測試(Smart Buildings – Modeling, Simulation, Optimization, and Testbeds)、(Perceptions in Soft Contact: Modeling and Application Trends in Soft Robotics and Automation)、(Sustainable Production Automation)八項主題。

第二天 8/25、第三天 8/26、第四天 8/27 的議程皆是透過分項主題的研討方式進行研討， 所探討的主題分別為(Smart Buildings and Power/Energy Systems)、(Sustainability and Health Care)、(Logistics, Scheduling and Optimization)、(Discrete Event Systems and Data Mining)、 (Mechatronics and Robotics)、(Network and Control)以及(Manufacturing Automation) 七個項目。 並依這七大研討主題所延伸的的子議題作相關論文發表與報告。

第二天 8/25 一開始的主講人是來自瑞典的 Professor Danica Kragic，Professor Danica Kragic 透過演講闡述如何從數學和統計建模到信號處理和資料探勘的領域範圍，來整合感官的環境 狀態並進行估計以理解具體任務要求，並基於可執行的運動學和動力學特性來進行自動化系 統推算以達到最佳化的目標。演說的過程中 Dr. Danica Kragic 以人手為例說明所有被自動化系 統所執行的任務涉及到與物件和環境密切和複雜交互作用，並具有複雜時態和構件。人手的 靈巧依賴于感官從環境中提取必要的資訊並透過大腦耦合規劃加上漫長的培訓和經驗演變過 程。相較於人類或靈長類動物的手，目前感測靈巧的機器手臂功能極為有限。機器手臂通常 具單維自由度與有限的物件進行交互作用。如何模擬靈活的人類手臂需要根本的重新思考如 何利用可用機械靈巧性與更有效率的設計。為了實現人類仍可依靠自動化系統有效率的規劃 和決策過程執行來完成目標，我們需要整合感官環境狀態進行估計以理解具體任務要求。並 基於可用的運動學和動力學特性提供推理。最後，Dr. Danica Kragic 認為未來存在於人類環境 的自動化系統將可安全穩健的執行複雜的任務。這些自動化系統將可隨處支援人類日常事務 並 與 工 業 和 家 庭 應 用 息 息 相 關 。 演 說 結 束 後 接 續 之 延 伸 的 議 程 主 題 依 續 為 (Simulation Optimization and Building Automation I)、(Advances in Sustainable Production Automation)、 (Automation in Smart Logistics: Advances and Applications) 、 (Discrete Event Systems) 、 (Mechatronics I)、(Industrial Wireless Networking)、(Manufacturing Automation)、(Simulation Optimization and Building Automation II)、(Sustainable Manufacturing Automation Systems)、 (Logistics and Supply Chain Management)、(Theory and Applications of Petri Nets)、(Mechatronics II)、(Networked Control Systems)、(Welding Automation)、(Simulation Optimization and Building Automation III)、(Sustainable Production)、(Trajectory Optimization and Motion Planning)、 (Discrete Event & Hybrid Systems and Their Automation)、(Object Localization and Grasping)、

(Autonomous Multi-Agent Systems)、(Quantitative Methods in Semiconductor Manufacturing) 。 第三天 8/26 議程在 Professor Richard Murray 與各與會者討論自動網路控制系統的應用揭 開序幕，現代控制系統的設計涉及多層次的抽象分析和合成回饋控制器，諸如動作器和子系 統周圍的快速反饋回路，或是監督控制器和自治系統中較高級別決策邏輯。設計複雜的網路 的控制系統例如航太、電腦、機器人、關鍵基礎設施和製造系統等的主要挑戰之一是確保動 力學行為和邏輯決策組合滿足詳細的安全和性能規格。在這些領域中，通常執行核查和驗證 程序為提升進度和降低成本的驅動程序。然而可用來設計這種體系的工具卻無法滿足系統需 求，特別是在系統中網路化系統的混合、連續和離散控制規律設計領域。這次演講 Professor Richard Murray 針對近 10 年各種決策邏輯混合系統進行應用程式在自治系統合成之探討。在 這些系統中，決策邏輯可決定控制系統的操作模式為基礎模式或連續模式，並對外來事件和 故障作出反應以確保總體的控制系統符合安全和性能的規範。電腦科學工具提供了解決這些 問題的新辦法，如模型檢查和邏輯合成。其重大的轉變是將原本的"設計然後驗證"的方法演變 為"指定然後合成"的方法，並在控制器的設計上允許同時合成的高性能、健全控制律和正確的 建構決策邏輯。Professor Richard Murrayu 在這次演講個過程中，提供許自主車輛中的應用概 況相關的理論和最近的結果。本日接續之議程主題包含了、(Simulation Optimization and Building Automation IV)、(Stochastic and Simulation Modeling in Healthcare Management)、 (Scheduling and Optimization I)、(Logic Control and Diagnosis of Discrete Event Systems)、(Vision Systems)、(Process Control)、(Additive Manufacturing)、(Automation in Social Services)、(Smart Manufacturing Performance Assurance – Metrics, Models and Methods)、(Industrial Informatics)、 (Design Methods and Tools for Fast Evolving Production and Delivery of Personalized Products)、 (Sensor-Based System Informatics and Control)、(Assembly Automation) 。

第四天 8/27 由瑞典的 Alf J. Isaksson 教授帶來演講，本場演說的主題以物聯網以及其相關 的議題為主軸。Professor Alf J. Isaksson 指出網路物理系統的概念已在目前製造業和序程工業 引起大量關注。對於這些行業的自動化系統主要供應商而言，ABB 一直是將設備連接到彼此 的重要技術。如何決定透過何種服務來提供使用這種基礎設施是一個很重要的議題。因此以 物聯網服務為例，藉由 ABB 技術可增加我們的產品服務，這些包含遠端監測裝置能源和採礦 和其他工業設備的狀態檢修。藉由給 新的技術賦予了人類強大決策工具，也因而提高了人類 在電力和自動化的世界裡所扮演的角色，這導致我們的客戶有更低的成本和更高的利潤。另 一方面，IoTSP 應用程式也為自動化提供了許多潛在的應用，包括從如何工程師安裝新機器設 備達到生產管理和維護。在會議中，Professor Alf J. Isaksson 舉例說明這種應用程式，尤其注

重可持續發展的能源效率。並強調 IoTSP 可以用於 (基於雲計算) 的優化解決方案。

本日議程主題包含了、(Power and Energy Systems)、(Robotics and Automation in Health Care)、(Scheduling and Optimization II)、(Machine Learning)、(Emerging Technologies on Industrial Robotics and Manufacturing Automation)、(Fuzzy and Intelligent Control Systems)、(Simulation Optimization and Building Automation V)、(Innovative Hardware and Software for Sustainable Industrial Robotics) 、 (Modeling, Performance Analysis, and Optimization of Discrete Event System)、(Process Mining: Theory and Applications)、(Cloud-Based and Intelligent Manufacturing Technologies for Machine Tools)、(Process Automation)、(Practice of Automation in Production and Operations Management)、(Life Science and Health Care)、(System Control and Optimization)、 (Monitoring and Diagnosis)、(Robotic Micro and Nanomanipulation)、(Real-Time Applications)。 此 外， 在今日會議 議 程 “ 於 基於雲 端 之智 慧製造科 技工具 機產 業 (Cloud-Based and Intelligent Manufacturing Technologies for Machine Tools)”中，我們發表一篇論文，論文題目為 “ 開 發 具 本 體 論 推 論 之 混 合 雲 輪 框 製 造 服 務 於 工 具 機 產 業 (Development of a Hybrid-Cloud-based Wheel-Manufacturing Service with Ontology Inference for Machine Tools)”。在本篇論文中，我們提出了一個基於混合雲的輪框製造服務(HC-WMS)，主要的目 的為利用本體論推論來推薦刀具於混合雲端平台以滿足計算的可擴縮性質與資料的安全性。 首先，在保護資料安全性方面，輪框的製造資料被存放在私有雲中且經由權限模組來保護其 資料的安全性。其次，為了滿足計算的可擴縮性質，我們將安裝有輪框製造軟體之虛擬機台 工作者部署在公有雲平台，當始用者一發佈出製造工作，此製造工作立即被細分為某些製造 任務請求並經由佈告欄儲存裝置發送分配至工做機台。其中佈告欄儲存裝置的設置是為了在 不須要知道任何雲端製造模組的資訊下交換公有雲與私有雲中的資料，藉此節省下大量發展 製造模組的的間接費用。最後，我們將所開發的基於混合雲的輪框製造服務部署於微軟所開 發的公有雲平台與以虛擬機台構建之私有雲平台，並將所開發的基於混合雲的輪框製造服務 運用於輪 框製 造工 廠來進 行整 合測 試。整合測 試結果顯 示基於混 合雲的 輪框製造 服務 (HC-WMS)可於機台的工作中成功的推薦切削工具，並由此證實基於混合雲的輪框製造服務可 有效的被應用於雲端製造服務。 整個論文發的過程，我們清楚傳達論文中心思想，在論文發表過程發表者與聽眾互動良 好，也有些學者對論文中本體論推論方法與透過佈告欄儲存裝置來交付工作任務的方式感到 興趣，在報告結束後幾位國際學者對我們所發表的論文提出意見；其中有一名來自芬蘭的學 者對於論文中如何建造本體知識庫的方法感到非常有興趣並也提出意見詢問我們，在報告的

問與答結束後我們與之進行討論並互相交流彼此的論文，也發現了那位荷蘭學者 Ramis Ferrer, Borja 的論文“An Approach for Knowledge-Driven Product, Process and Resource Mappings for Assembly Automation”中同樣也應用了本體知識庫的技術在 assembly automation systems 的 engineering approach 中去管理製程中工程數據與互連產品屬性間的映射，且配合實際的情境來 建構屬於他們自己的本體知識庫，透過這次的交流，我們對於整個論文所使用到的技術變得 更有信心。本人與本論文的共同作者洪敏雄教授更在會議和與國際學者討論論文的細節。這 次會議提供絕佳的機會，給予與會的學者切磋最新和進步中的自動化科學與工程研究領域的 發展狀況，參與者除了可以了解產業發展動向之外，對於研究計畫的撰寫、研究技術的探討 等都有不少心得。此外，在本次研討會期間，本人很榮幸的擔任了“Cloud-Based and Intelligent Manufacturing Technologies for Machine Tools”議程的 Session Chair。此次研討會的參與除了增 進國家及個人在國際的能見度之外，本人認識了一些國際學者，如 Prof. Borja Ramis Ferrer, Prof. Peter B. Luh 與 Prof. Jingshan Li，本人也將與國際學者們交流的過程中所交換名片掃瞄作為附 件。 三、心得及建議事項 經過參加此次的研討會議，我們了解相關領域最新的發展狀況，並有機會接觸不同國家 的專家學者。在四天的議程中，我們接觸到了與會研究者們一整年來的研究精華的洗禮。這 次參加研討會的行程，除了在短時間內接觸大量濃縮的知識精華外，我們也同時將我們的研 究成果藉由這個平台來推廣至國際。這一次會議參與的人數相當多，與會學者之間都有非常 好的互動。此次一同參訪的台灣學者包含成大製造所鄭芳田教授、成大製造所李家岩教授、 台灣大學生物電機系周瑞仁教授、屏東大學資訊科學系蔡進聰教授、高應大電機工程系周至 宏教授、文化大學資工系洪敏雄教授等。最後，感謝邁向頂尖大學計畫對於此次國際會議研 究計畫的經費補助和支持，此次會議我們帶回會議論文集資料。由於研究領域相關性大，因 此有很多的機會可以深入的了解彼此的研究成果，並從其他研究者的研究成果或是議題來激 發本身研究的靈感。最後，綜合許多研究學者的意見，我歸納如下作為此次行程收穫與結論。 (1) 自動化科學與工程領域仍然有相當多可以研究的議題，值得大家一同投入。(2) 目前自動 化科學與工程領域的發展趨勢主要朝向最佳化排程(Scheduling and Optimization)與製造 (Manufacturing Automation) 、 程 序 (Process Automation) 、 雲 端 運 算 (Cloud Computing for Automation)、工具機產業(Automation for Machine Tools)的自動化以及大數據分析與資料探勘 (Big Data and Data Mining)等方向發展。綜合而言，經由上述結論我們可以確定本論文的獨創

性與我們研究方向的前瞻性。未來，我們將繼續積極的參與國際研討活動來增進國家及個人 在國際的能見度。並藉機會認識相關領域的研究學者以相互切磋成長。

附錄(學生請附上其參加會議或活動之出席照片，相片解析度以低解析度處理為原則。) 活動相片：

圖二. 本人參與研討會之照片二。