題目：DBR 教育訓練輔助教學系統之設計與應用

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中華大學博士論文

題目：DBR 教育訓練輔助教學系統之設計與應用

The Design and Application of An Aided Instruction System for DBR Education

系所別：科技管理研究所學號姓名：D08903008 曾明發指導教授：吳鴻輝博士

中華民國九十三年六月

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DBR 教育訓練輔助教學系統之設計與應用

學生：曾明發指導教授：吳鴻輝博士

摘要

限制驅導式現場排程與管理技術 (DBR)的生產管理理念與優點已廣為大家所接受，因此 DBR 的教育訓練課程亦極為普遍。較具代表性的現有 DBR 教育訓練輔助教學系統，例如： AGI 顧問公司的

「 Production the TOC Way」遊戲軟體、Chuck Gauthier 教授所發表的

「 The Job Shop Game」，以及「The Job Shop Game」的改良版。然而目前之系統，只能展現固定的工廠情境(scenario)，若應用於實務界的 DBR 教育訓練，最大缺點為：無法依照學員在實務上的需求，自定教學系統的工廠情境，因而無法獲得最佳的學習績效。此外，為了將 DBR 的管理方法應用於公司的工廠情境，常有快速客製化 DBR 雛型系統，供學員作進一步資訊系統功能訓練的需求。較具代表性的 DBR 資訊系統，如 OPT21^TM、 DISASTER^TM等，缺少交談式排程與緩衝管理功能，無法與輔助教學系統互相連結，必須維護複雜的產出鍊資料，因而造成使用者與系統極大的負擔。

針對上述 DBR 輔助教學與資訊系統的缺失，本文提出整合型輔助教學系統之建構模式，包含虛擬工廠定義、虛擬工廠訓練、資訊系統訓練三大子系統。虛擬工廠定義子系統，讓學員自定工廠虛擬環境，

並提供另外兩個子系統所需資料，滿足實務上的訓練需求。虛擬工廠訓練子系統運用前述資料，提供擬真的現場教學與績效評估功能，提升學員之學習興趣。資訊系統訓練子系統使用前述資料自動產生該廠的雛型系統，並提供交談式排程編輯與緩衝管理功能，供學員作系統功能的進一步訓練，因而大量節省了開發雛型系統的成本與時間。本文依此建構模式，實作雛型系統，並提出個案範例，來說明與證明本文的觀念與架構之可行。

關鍵詞：限制驅導式現場排程與管理技術、輔助教學系統、虛擬工廠

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The Design and Applications of An Aided Instruction System for DBR Education

Student: Ming-Fa Tseng Advisor: Dr. Horng-Huei Wu

ABSTRACT

The management conceptions and excellence of the Drum-Buffer -Rope are widely accepted, and therefore its training courses are very popular now. The major systems of DBR training include: AGI’s game of

“TOC Production Way,” Prof. Chuck Gauthier’s “The Job Shop Game,”

and an already improved “The Job Shop Game.” These systems can only show fixed scenario. When applied to the DBR training of the enterprises, all of them have a common shortcoming: they cannot construct the factory’s scenario in accordance with learners’ practical needs.

In addition, after learners get familiar with DBR’s methods, they would rapidly produce a DBR prototype system in an attempt to apply this method to the factory scenario. But although the DBR systems such as OPT21 and DISASTER all have BBR’s basic function, in order to figure out the bottlenecks and buffers, we have to maintain most complicated data of Throughput Chain.

Therefore, for the aforesaid shortcomings, this paper is designed to present the model of the training system, which consists of three major subsystems. In this way, this can meet the training requirements of the industrial circle. According to this model, this paper practically makes a prototype system. Besides, this paper uses real cases as examples to explain and prove the feasibility of its ideas and scheme.

Keywords: Drum-Buffer-Rope, Aided Instruction System, Virtual

Factory, Information System, Factory Scenario

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誌謝

本論文在研究期間，承蒙指導教授吳鴻輝博士於觀念上及論文架構上之悉心指導，在此致上最崇高之謝意。同時感謝本所賀力行院長與謝玲芬所長，以及國立交通大學工業工程與管理研究所李榮貴教授、明新科技大學工程管理研究所張盛鴻教授，與華梵大學資訊管理研究所黃承龍教授，所提供之寶貴建議與論文修正之方向，使本論文得以順利完成。最後感謝本所所有老師的教誨，以及父親、小姑媽、內人、大姊、大姊夫、二姊、二姊夫的支持與鼓勵，沒有你們源源不絕的提供精神支柱，我將無法持續堅持並順利完成學業。

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圖目錄

圖 1.1 本研究之系統範圍 ...5

圖 1.2 研究方法流程圖 ...8

圖 2.1 DBR 排程技術與現場管理循環之關係 ... 11

圖 2.2 AGI 遊戲軟體之主畫面 ... 12

圖 2.3 AGI 遊戲軟體之績效指標 ... 12

圖 2.4 紙牌遊戲的固定產品與製程 ... 13

圖 2.5 紙牌遊戲的訂單紙卡 ... 13

圖 2.6 紙牌遊戲的總生產時間績效 ... 14

圖 2.7 改良遊戲的基本資料 ... 14

圖 2.8 改良遊戲的訂單紙卡 ... 15

圖 2.9 改良遊戲的績效指標 ... 15

圖 2.10 OPT 21TM 之軟體架構 ... 17

圖 2.11 DISASTERTM 之軟體主要架構 ... 17

圖 2.12 DRUMMERTM 之軟體架構 ... 18

圖 2.13 Jackson 的交談式排程架構 ... 18

圖 2.14 限制驅導式排程系統之基本概念圖 ... 21

圖 2.15 限制驅導式現場排程方法之示意圖 ... 22

圖 3.1 輔助教學系統之整體架構 ... 27

圖 3.2 工作站與機台的生產狀態動畫圖例 ... 30

圖 3.3 生產資訊的座標化倒樹狀架構 ... 31

圖 3.4 產品與原料資訊的表達 ... 32

圖 3.5 虛擬工廠定義子系統主畫面 ... 33

圖 3.6 輸出情境資料所使用的資料結構 ... 35

圖 3.7 計算工廠資料所使用的流程圖 ... 37

圖 3.8 本文所設計的工廠資料內容 ... 38

圖 4.1 虛擬工廠訓練子系統的初始化流程圖 ... 40

圖 4.2 虛擬工廠訓練子系統的主畫面 ... 41

圖 4.3 評估瓶頸站台的計算流程圖 ... 42

圖 4.4 瓶頸站對產品的邊際貢獻率之評估流程圖 ... 43

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圖 4.5 管理訓練模組的處理邏輯系統流程圖 ... 45

圖 4.6 本研究實作之績效指標範例 ... 49

圖 5.1 產出鍊與簡易產出鍊 ... 54

圖 5.2 簡易產出鍊之範例 ... 56

圖 5.3 限制驅導式現場排程與管理系統之整體架構 ... 58

圖 5.4 限制驅導節奏之設計模組 ... 60

圖 5.5 裝配計畫之設計模組 ... 62

圖 5.6 投料計畫之設計模組 ... 64

圖 5.7 出貨計畫之設計模組 ... 65

圖 5.8 資料流程圖-輸入部分 ... 67

圖 5.9 資料流程圖-處理部分 ... 68

圖 5.10 資料流程圖-輸出部分 ... 69

圖 5.11 資料流程圖-緩衝管理 ... 69

圖 5.12 緩衝管理之控制流程 ... 71

圖 5.13 緊密功能的演算邏輯 ... 77

圖 5.14 內容功能所顯示的相關資訊 ... 78

圖 5.15 內容功能的演算邏輯 ... 79

圖 5.16 改單功能所顯示的畫面 ... 80

圖 5.17 改單功能的演算邏輯 ... 81

圖 5.18 插單功能所顯示的畫面 ... 82

圖 5.19 插單功能的演算邏輯 ... 83

圖 5.20 刪單功能的演算邏輯 ... 84

圖 5.21 合併功能所顯示的畫面 ... 85

圖 5.22 合併功能的演算邏輯 ... 86

圖 5.23 分割功能所顯示的畫面 ... 87

圖 5.24 分割功能的演算邏輯 ... 88

圖 5.25 對調功能所顯示的畫面 ... 89

圖 5.26 對調功能的演算邏輯 ... 90

圖 5.27 移動功能所顯示的畫面 ... 91

圖 5.28 移動功能的演算邏輯 ... 92

圖 5.29 換機功能所顯示的畫面 ... 93

圖 5.30 換機功能的演算邏輯 ... 94

圖 6.1 DBR 輔助教學系統之主畫面 ... 97

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圖 6.2 虛擬工廠定義子系統的主畫面 ... 98

圖 6.3 指定某作業生產條件之畫面 ... 99

圖 6.4 當機機率分配的選擇畫面 ... 99

圖 6.5 本系統自動傳送給雛型軟體的輸入資料 ... 100

圖 6.6 虛擬工廠訓練子系統的主畫面 ... 101

圖 6.7 本系統決策支援之主畫面 ... 104

圖 6.8 本系統決策支援之功能提示 ... 104

圖 6.9 DBR 資訊系統訓練子系統的主畫面 ... 106

圖 6.10 廠曆與機台輸入畫面 ... 106

圖 6.11 簡易產出鍊輸入畫面 ... 107

圖 6.12 訂單資料輸入畫面 ... 108

圖 6.13 期初在製品資料輸入畫面 ... 109

圖 6.14 限制驅導節奏之畫面 ... 110

圖 6.15 裝配計畫之畫面 ... 110

圖 6.16 投料計畫之畫面 ... 111

圖 6.17 出貨計畫之畫面 ... 112

圖 6.18 限制驅導節奏之修正/調整畫面(修正前)... 113

圖 6.19 限制驅導節奏之修正/調整畫面(修正後)... 113

圖 6.20 受限產能緩衝管理之畫面(全部機台) ... 114

圖 6.21 受限產能緩衝管理之畫面(單一機台) ... 115

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表目錄

表 3.1 模擬現場管理所需的資料 ... 28

表 4.1 績效評估模組所使用的評量指標 ... 47

表 5.1 DBR 資訊系統所需的輸入資料 ... 52

表 5.2 產能受限產品的簡易產出鍊結構 ... 55

表 5.3 產品 C-100 的簡易產出鍊結構 ... 55

表 5.4 非產能受限產品的簡易產出鍊結構 ... 56

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第一章緒論

1.1 研究背景與動機

限制驅導式現場排程與管理技術 (Drum-Buffer-Rope，DBR) 是由高瑞博士 (Dr. E. M. Goldratt)於 1986 年所提出的現場排程與管理技術

【 23、26、27、28】，這是一套建立在限制理論 (Theory Of Constraints，

TOC)的管理哲學上的生產管理方法。這套技術主要包含了現場排程與控制兩部份，其中現場排程的方法是限制驅導式現場排程方法 (DBR)，而現場控制的方法則是緩衝管理 (Buffer Management)【 2、3、

27、38】。由於這套技術提供了提綱挈領的現場排程與管理思維，其導入後所獲得改善的主要共同特徵都是製造前置時間 (Manufacturing Lead Time)顯著的降低、交期不再延誤、存貨降至歷史新低、及獲利明顯提升等。而最不可思議的是這套管理理念並不需要鉅額的投資，亦不需要大動干戈的改變現有工廠的佈置或流程，所要改變的只是管理工廠的思維而已，因而成效都能在短短的三至十二個月即可呈現。

例如 Ball Seal 公司【35】在導入這套管理方法不到 60 天，其製造前置時間從 6 週降為 2 週而獲利提升了兩倍。美國福特汽車電子部的製造前置時間從原有的 10 天降為 16 小時(2 shifts)【 16】。Moon【37】

是將限制驅導式管理系統應用於儀器製造廠，而使得製造前置時間減少一半、交期達成率從 50%~70%提升到 95%~98%、以及 WIP 降低了 60%等。Shoemaker【 41】在 Zycon 公司應用限制驅導式管理系統，其成效是產出增加一倍、存貨與不良率減半、製造前置時間從三週降為三天。其他的成功個案可參考吳等之整理【 3】或美國 APICS 每年所舉辦的限制管理研討會之論文集【 14】。

限制驅導式現場排程與管理技術不但可應對目前市場多種少量且交期快又準之競爭需求，而且可導引工廠體質之持續改善 (Continuous Improvement)，因此被學者專家視為是一套能滿足現在與未來市場多變之競爭環境的工廠管理方法【 16】。由於限制驅導式現場排程與管理技術的生產管理理念與優點已廣為學術界與實務界所接受，因此 DBR 的教育訓練課程，不論是在學校或是在實務界都極為普遍。

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不論學校或實務界在進行 DBR 的教育訓練時，由於工廠環境具有極為錯綜複雜的動態性、不確定性、統計波動及依存關係等特性【 2、

21、46】，只靠文字、語言的描述，實難以窺其全貌，一般學員大都只有紙上談兵的感覺，造成學習興趣低落、學習績效不佳的普遍現象。凡是牽涉到三度空間的學習，讓學員在沈浸式的虛擬環境中學習，對於學習績效具有正面的影響，已經獲得實證的支持【 49、50、51】。因此，當老師在實施 DBR 教育訓練時，若能提供一套具有工廠擬真功能的輔助教學系統，作為 DBR 教育訓練的輔助教學工具，不但能提高學員之學習興趣，使學員更能體會工廠管理的內涵，對於提升 DBR 教育訓練的學習績效，亦有莫大的助益。

而現有較具代表性的 DBR 教育訓練輔助教學系統，例如： AGI 顧問公司的「 Production the TOC Way」遊戲軟體【24、25】、 Chuck Gauthier 教授所發表的「 The Job Shop Game」【 18】，以及吳鴻輝博士改良「 The Job Shop Game」後的「工廠管理遊戲」。Production the TOC Way 是一套 DOS 版的生產模擬遊戲軟體，而 The Job Shop Game 則是一套必須多人共同參與的工廠管理紙牌遊戲。這些 DBR 教育訓練的輔助教學系統，都具有製造現場的部分擬真功能，能夠動態呈現 Routing 及 BOM 等複雜的現場關係，因此較能提起學員之學習興趣。老師可藉由這些輔助教學系統，在相同的現場情境 (scenario)下，讓學員實施不同的排程管理方法，藉以驗證 DBR 排程方法的優越性。

然而上述這些 DBR 教育訓練的輔助教學系統，最大的共同缺點，

就是只能展現特定的現場情境，無法由老師任意設計自己想定義的工廠環境。例如 Production the TOC Way 遊戲軟體雖然提供多種不同的產出鍊供學員選擇，然而這套軟體將每一種情境的模擬資料，分散存於 .ARR、.NET、.ORD、.PAR、.RAW、 .STN 等資料檔中【24、25】，

且不讓使用者任意修改；而 The Job Shop Game 更只設計了一種情境：

4 種產品、4 種工作站、每一種產品的製程皆為固定、所有製程的加工時間皆相同【 18】。

這些只能展現固定情境的 DBR 教育訓練輔助教學系統，若應用在學校的 DBR 教育訓練課程，尚能滿足老師與學生在 DBR 教學與學習上的需求。但若應用於講求產業特性靈活變化的實務界 DBR 教育

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訓練時，由於無法依照學員在實務上的需求，依據產業特性的不同以及生產製程的差異，自定工廠中的學習情境。學員只能依照這些輔助教學系統所提供的固定情境加以學習，無法將所習得的 DBR 管理技巧直接應用於公司內部的特定工廠情境中。因而以實務界的 DBR 教育訓練而言，便無法獲得最佳的 DBR 學習績效。因此，如何設計一套不但具備擬真功能，而且能讓實務界的學員，自定其工廠情境的 DBR 輔助教學系統，以提升實務界的 DBR 教育訓練績效，即為本文所欲探究的重點。

此外，以實務界的 DBR 教育訓練而言，學員在熟悉自定工廠情境的 DBR 管理理念與技術之後，為了將此方法使用於公司內部的工廠情境，常有快速客製化 (customize)一套 DBR 資訊系統，作為後續熟悉軟體功能的訓練需求。雖然限制驅導式現場排程方法已將傳統的現場排程問題，簡化為只有瓶頸站單站之限制驅導節奏 (DRUM)的設計問題，但是不論是限制驅導節奏上，排程開始時間與結束時間的計算、

緩衝管理控制功能中的資料收集與處理，或是 DRUM 的交談式編輯功能，都不是人力所能負荷的，因此，實務界對 DBR 資訊系統的殷切需求是可以理解的。

雖然較具代表性的 DBR 資訊系統，如 OPT21^TM【 33 】、

DISASTER^TM【 15】等，亦提供大部分 DBR 的基本功能，但無法依實務界使用者的特殊需求而客製化，且缺乏交談式排程的編輯能力與緩衝管理的控制功能，則是這些現有軟體在實務應用上的不足之處。而這些現有系統的最大缺點，在於使用者必須建立並維護龐大的 BOM、

製程關係與機台的加工能力等資料，因而造成使用者極大的負擔，並降低實務界使用之興趣。但若能將 DBR 資訊系統的設計與 DBR 教育訓練輔助教學系統相結合，則前者所需之龐大輸入資料，皆可由後者自動提供，如此便可大量節省開發工廠雛型系統所需花費的時間與精神，並增加實務界使用之興趣。

因此，建構一套能讓使用者自己定義工廠情境的輔助教學系統，並且能夠提供基本資料給 DBR 雛型資訊開發系統的整合模式，對於實務界學員在接受 DBR 訓練的管理應用而言，實有其存在之價值與必要性。

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1.2 研究目的

本文研究的主要目的，在於針對現有 DBR 教育訓練輔助教學系統，應用於實務界時的缺失，提出一整合系統架構的改善方法。包括工廠情境的自行定義，以及情境定義後如何快速客製化 DBR 資訊系統，作為後續熟悉軟體功能之訓練。

本文提出的整合系統架構共包括：虛擬工廠定義子系統、虛擬工廠訓練子系統、 DBR 資訊系統訓練子系統等三大子系統。

首先，本文針對現有 DBR 教育訓練的輔助教學系統，在實務界無法自行定義工廠情境的應用缺失，提出一虛擬工廠定義的建構模式。此模式除了具備現有輔助教學系統的原有教學功能之外，並特別強調「虛擬工廠定義」子系統的設計，此「虛擬工廠定義」子系統可讓老師或使用者自己定義其欲學習的工廠情境，不論產品組合、生產途程、用料表、工作站種類及機台數，以及機台的加工能力皆可自由調整或設定，因此可滿足 DBR 輔助教學系統在實務上的應用需求。

其次，本文針對實務界在接受 DBR 教育訓練後，有必要快速導入客製化 DBR 資訊系統，作為進一步之軟體功能訓練的實務需求，提出解決的方法。系統客製化具有以下好處：一、較能完全符合企業內部的管理情境，提升執行效率；二、與企業內部其他系統的整合 (integration)較為容易。本文依據現有 DBR 資訊系統在實務上無法客製化、缺少緩衝管理與交談式排程功能，以及必須建立與維護龐大基本輸入資料的應用缺失，提出一套與虛擬工廠定義子系統結合，而能夠快速自動產生該廠之 DBR 雛型系統的整體架構與設計模式。其中除了說明虛擬工廠定義子系統與 DBR 雛型系統的整合方法，並詳述限制驅導節奏、裝配計畫、投料計畫與出貨計畫等模組的演算邏輯之外，亦說明緩衝管理功能以及交談式排程的設計方法。

為了說明與證明本文所提之整合型 DBR 教育訓練輔助教學系統的觀念與架構之可行，本研究實作一雛型系統並同時提出一個案範例說明。

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1.3 研究範圍與限制

本文所提之 DBR 教育訓練輔助教學系統，其主要的研究範圍有三，如圖 1.1 所示：

圖 1.1 本研究之系統範圍

一、提出虛擬工廠定義子系統之建構模式，說明模擬工廠動態生產環境的設計方法，以及虛擬工廠所應包含的情境資料，並詳述本子系統如何提供情境資料與工廠資料給虛擬工廠訓練子系統與 DBR 資訊系統訓練子系統使用。

二、提出虛擬工廠訓練子系統之建構模式，此模式可運用虛擬工廠定義子系統所提供的情境資料，顯示一擬真的工廠環境，供學員練習 DBR 現場排程的管理之用。學員啟動此系統之後，便有如置

虛擬工廠定義子系統

DBR 資訊系統訓練子系統

虛擬工廠訓練 3 子系統 2

1

DBR 教育訓練輔助教學系

統

情境資料工廠資料

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身於真正的工廠之中，可進行各種管理決策，而此系統則會提供一組學習績效指標值，供老師與學員參考，學員可藉以得知自己的學習績效。

三、提出一套結合虛擬工廠定義子系統所提供的工廠資料，而能快速客製化 DBR 資訊系統的設計觀念、系統架構與開發方法，作為實務界導入 DBR 資訊系統作為後續系統功能訓練時的參考。其中除了說明虛擬工廠定義子系統與設計 DBR 資訊系統的結合方法，以及 DBR 現場排程模組的設計演算法之外，並詳述 DBR 緩衝管理模組與交談式限制驅導節奏編輯器的設計方法。

然而在研究的範圍中，仍有一些研究限制必須先說明如下：一、本文所架構的虛擬工廠模擬環境，主要以製造現場管理為模擬範

圍，並不包括企業的其他營運部門。

二、依本文之建構模式所實作的虛擬工廠雛型系統，對於生產資源具有如下的限制：產品的直線最大製程數為九道製程、現場的工作站種類不得超過六種，每一工作站的機台數無法超過三台。三、在實作的虛擬工廠雛型系統中，為了簡化整體模擬環境與訓練架

構的表達，暫不考慮顯示介面的立體化，以及網路作業平台 (e-learning)的完整運用。

四、產品經過受限產能的製程特性，可區分為有再回製與無再回製兩類，由於產品具有受限產能再回製特性的工廠，限制驅導節奏設計較為困難且計算較為繁複，因此本文在將 DBR 系統資訊化的設計方法中，暫不探討產品在受限產能有再回製的情況。

五、當工廠裡有兩種機台的負荷都很重時，其中負荷最重者為受限產能，而次重者即為次受限產能 (次瓶頸 )。由於管理次受限產能的計算較為困難與複雜，因此本文在將 DBR 系統資訊化的設計方法中，亦暫不探討次受限產能的排程問題。

六、緩衝管理的功能除了監控訂單的進度外，尚可發展為決策支援系

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統 (DSS)，提供許多診斷工廠體質的功能，例如緩衝大小的合理性或工廠問題之所在等【27、42】，由於緩衝管理的決策支援系統可單獨成為一研究主題，因此本文在緩衝管理的設計方法中，暫不探討此一相關主題。

1.4 研究方法

本論文之研究流程如圖 1.2 所示，係依下列的研究步驟進行：

一、研究準備：先瞭解研究背景並確認研究動機，再決定研究的主要目的以及設定欲進行研究的範圍，最後則條列研究的限制及採用的研究方法。

二、理論探討：依研究方向收集並研讀國內外相關的文獻資料，針對研究範圍內相關的排程方法與技術，以及與輔助教學系統相關的論文，作深入的研究與探討。

三、模組構建：建立系統架構和系統功能，並運用資訊工程的軟體分析與軟體設計之手法，分別構建組成 DBR 教育訓練輔助教學系統的三大子系統，包括虛擬工廠定義子系統、虛擬工廠訓練子系統、DBR 資訊系統訓練子系統。文中除了說明這些系統的組成架構與設計方法，並提出系統中各項功能的演算流程圖。

四、系統實作：依據前一步驟所構建之電腦化模組和演算法流程，在視窗 (Windows) 作業平台上，利用 Visual Basic 軟體開發工具，

實際開發一套 DBR 教育訓練輔助教學系統之雛型軟體，並進行學員的教學實證評量，作為上述系統架構與設計方法的驗證，並分別以不同個案說明這些資訊系統的功能與特性。

五、結論與建議：根據在研究過程中所累積的研究心得，以及所遭遇到的困難與挑戰，提出本文最後的研究結論與未來繼續研究的發展方向。

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圖 1.2 研究方法流程圖 1.5 論文架構

研究背景與動機

研究目的

研究範圍與限制

研究方法

文獻探討

系統架構與系統功能

軟體分析與軟體設計

系統軟體實作

個案說明

結論與未來發展方向五、結論建議四、系統實作三、模組構建二、理論探討一、研究準備

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本文第一章為緒論，除了介紹本論文的研究背景與動機之外，並詳述研究目的、研究範圍與限制、研究方法等。

第二章將以現有 DBR 輔助教學系統之回顧、現有 DBR 資訊系統之比較、限制驅導式現場排程方法以及虛擬環境學習的理論架構等主題，依序探討與本文相關之文獻。

第三章則詳細虛擬工廠定義子系統的建構模式，不但說明了虛擬環境所需之資料與人機介面的表達方式，亦詳述「情境資料」的資料儲存結構以及「工廠資料」的演算流程。 DBR 虛擬工廠定義子系統可讓使用者依據產業特性自行定義虛擬工廠的生產情境，並輸出其他兩個子系統所需的輸入資料。

第四章說明虛擬工廠訓練子系統的建構模式與設計方法。虛擬工廠訓練子系統使用前述虛擬工廠定義子系統所建構的資料，進行擬真的現場排程訓練。此外，本章亦說明訓練子系統所使用的績效評量指標之種類，並詳述這些評量指標的計算方法。

第五章則深入說明 DBR 雛型資訊系統的設計功能，以及與虛擬工廠定義子系統的整合方法。DBR 雛型資訊系統的輸入資料，可利用 DBR 虛擬工廠定義子系統的自動輸出功能而獲得，不但可使兩套子系統獲得良好的整合與連結，也使得雛型資訊系統的開發更為容易與快速。雛型資訊系統的設計範圍，除了限制驅導式現場排程技術之外，亦包含動態緩衝管理功能的製作方法。此外，為了適應現場環境的快速變動，以及輔助排程決策的變更，本文亦提出內建線上交談之限制驅導節奏編輯器 (DRUM-EDITOR)的設計方法。

第六章說明本文所提 DBR 教育訓練輔助教學系統建構模式之雛型系統的實作方法，並舉個案說明系統之執行結果，用以證明本文所提模式與架構確實可行。

最後在第七章則作一結論及後續研究方向之建議。

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第二章文獻探討

2.1 前言

為了建構滿足實務界需求的 DBR 教育訓練之輔助教學系統，本文首先將針對現有的 DBR 輔助教學系統，進行相關的文獻探討與功能之比較，了解這些輔助教學系統應用在實務界的優缺點後，針對現有輔助系統功能不足的部分，進行分析研究並提出解決的方法。

接著，本文則針對較具代表性的現有 DBR 資訊系統，進行相關的文獻探討，包括 OPT21^TM【 33】與 DISASTER^TM【 15】等。除了分析這些系統的組成架構之外，並探討其對於實務界應用上的優缺點，並針對這些系統在實務界應用時的缺失，進行分析研究且提出改善的方法。

其次，為了架構出限制驅導式現場排程與管理技術的客製化雛型系統，並提出設計此一雛型系統的方法，則必須針對限制驅導式現場排程與管理技術的相關文獻加以探討。

限制驅導式現場排程與管理技術是一套架構在限制理論基礎上而用來解決生產製造問題的管理技術。限制理論將限制分為政策限制 (policy constraints)及實體限制 (physical constraints)兩類【 42】：政策限制是屬於看不見的障礙，例如組織文化、公司制度或管理者思維等；而實體限制則是看得到的瓶頸，包含市場、產能或原料之不足等三種。

基本上，限制驅導式現場排程與管理技術主要是架構在現場實體限制上的現場管理技術。

由於現場管理循環包含了現場排程 (計畫 )→ 現場派工 (執行 )→ 現場控制 (考核)等三個依序進行之步驟，如圖 2.1(a)所示。針對此需求，限制驅導式現場排程與管理技術則相對應的提出了限制驅導式現場排程、自主式現場派工及緩衝管理等管理方法，如圖 2.1(b)所示。因此，本文接著將針對限制驅導式現場排程及緩衝管理方法，依序進行相關的文獻探討。

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圖 2.1 DBR 排程技術與現場管理循環之關係

最後，從教學理論的發展方向來看，已由傳統的規約性教學理論漸漸演變為知識建構理論【 20】，為了架構輔助 DBR 教育訓練的虛擬工廠學習環境，本文將針對虛擬環境學習的理論架構，以及建構一個有效的虛擬學習環境所應具備的六大特性，進行相關的文獻探討。 2.2 現有 DBR 輔助教學系統之回顧

較具代表性的現有 DBR 教育訓練輔助教學系統，例如： AGI 顧問公司的「 Production the TOC Way」遊戲軟體【24、25】、Chuck Gauthier 教授所發表的「 The Job Shop Game」【 18】，以及「 The Job Shop Game」

改良後的「工廠管理遊戲」。

其中，AGI 顧問公司的「Production the TOC Way」遊戲軟體，是一套 DOS 版的生產管理遊戲軟體，其主畫面之範例如圖 2.2 所示。畫面左側顯示機台的種類與數量、現金流量以及模擬的進度，畫面右側則是訂單、原料、在製品與製程的綜合展示，其中使用不同的顏色代表不同的工作站機台。使用者必須使用特定的鍵盤按鍵來執行特定的工作，這是在操作上較為不方便的地方。

現場排程 (計畫 )

現場派工 (執行 )

現場控制 (考核 )

限制驅導式現場排程

自主式現場派工

緩衝管理 (a)現場管理循環 (b)DBR 排程技術

(22)

圖 2.2 AGI 遊戲軟體之主畫面

AGI 的遊戲軟體雖然提供許多種不同的產出鍊供使用者練習，但該系統將產出鍊的資料分別存於.ARR、.NET、.ORD、.PAR、.RAW、.STN 等多個檔案中，且無法由使用者進行修改，因此使用者無法依照實務上的製程來修改產出鍊，只能使用該系統所提供的固定產出鍊情境來練習，這是這套系統較大的限制。

圖 2.3 AGI 遊戲軟體之績效指標

當學員的練習告一段落，該系統會顯示學員的練習績效，其畫面如圖 2.3 所示。雖然該績效畫面包含了財務績效與機台使用率等指標，但缺乏一綜合性的整體評分指標，則是較為不足的部分。

(23)

Chuck Gauthier 教授所發表的「 The Job Shop Game」，則是由固定的四種產品及四個工作站所組成的紙牌遊戲。此遊戲必須由六人組成的團隊一起進行，無法由個人單獨操作，這是較為不便的地方。在遊戲的規則中，工廠情境受到極多的限制，譬如每一作業的加工時間皆假設為相同 (一天 )、產品數與機台數亦皆假設固定為四種、任一機台的產能皆相同 (每天只能進行一項作業)，其固定的產品與製程如圖 2.4 所示。這種工廠情境的嚴格限制，無法由使用者調整，亦是這套系統較缺乏變化彈性的地方。

圖 2.4 紙牌遊戲的固定產品與製程

遊戲的進行則是利用如圖 2.5 所示之訂單紙卡的傳遞與記錄，總共模擬三十六天的時間，在傳遞的過程中，團隊中的每一個人皆必須非常專心，否則極易記錄到錯誤的訊息，或是執行錯誤的動作，因而使遊戲結束時的統計資料不正確。

圖 2.5 紙牌遊戲的訂單紙卡

紙牌遊戲另一項較為不足的部分，則是只能顯示訂單從投料到出

(24)

貨的總生產時間 (FLOW DAYS)的績效，如圖 2.6 所示。橫軸表示從投料到出貨的總生產時間，縱軸則表示訂單的數量，舉例而言，花費七天生產時間的訂單共有六張，而花費二十一天生產時間的訂單則共有三張。

圖 2.6 紙牌遊戲的總生產時間績效

對於上述紙牌遊戲中，績效表達較為欠缺的部分，吳鴻輝博士則提出了改進的方法。吳博士將訂單績效、現場績效、以及財務績效皆溶入此遊戲中，因此在遊戲中增加了許多基本資料作為遊戲的基礎，如圖 2.7 所示。

圖 2.7 改良遊戲的基本資料

此外，改良後的遊戲其訂單紙卡亦做了些許修改，如圖 2.8 所示，

較原來增加了一欄完成日期，方便記錄者計算總生產時間。

(25)

圖 2.8 改良遊戲的訂單紙卡

而藉由記錄各站每天之狀態(1:加工，0:閒置，x:故障)所使用的表格、記錄系統每天之在製品存貨數量所使用的表格，以及統計訂單生產天數所使用的表格，可統計分析出訂單績效、現場績效與財務績效，

如圖 2.9 所示。

圖 2.9 改良遊戲的績效指標

上述三種現有 DBR 教育訓練的輔助教學系統，雖然具有程度不同的工廠擬真功能，但大多只能展現固定的工廠情境 (scenario)，無法讓使用者任意改變系統之參數或條件。這些輔助教學系統若應用在學校的 DBR 教育訓練課程，尚能滿足老師與學生在教學與學習上的需求。但若應用於實務界的 DBR 教育訓練，則其共同的最大缺點為：無法依照學員在實務上的需求，依據產業特性的不同，自定模擬系統的學習情境，因而降低了實務界學員的學習興趣，以致於無法獲得最佳的學習績效。

(26)

2.3 現有 DBR 資訊系統之比較

圖 2.10 至圖 2.12 所示為較有代表性的限制驅導式現場排程與管理系統，分別為 OPT21^TM【 33】，DISASTER^TM【 15】與 DRUMMER^TM。 OPT21^TM 的前身即為 70 年代的最佳生產技術 (Optimised Production Technology， OPT)軟體 (OPT 軟體為 Goldratt 博士在當時所設計的系統 )，至於 DISASTER^TM 則是由 Goldratt 所創辦的教育協會(Goldratt Institute)所推出的 DBR 軟體。

從圖 2.10 至圖 2.12 可看到這些系統的一個共同特性，就是要獲得排程結果的輸出，必須輸入很多基本資料，包含所有產品的 BOM 與途程以及全廠所有資源 (即工作站或機台 )的加工能力資料，從這裡衍生了一個很重要的實務問題 :

「限制驅導式現場排程方法的貢獻之一是降低了現場排程與管理的困難度與複雜性，然而一套限制驅導式現場排程軟體若必須由使用者提供很複雜且正確的資料，且需要花很大的代價來維護，是否喪失了限制驅導式現場排程方法之意義，而且會降低使用者使用之興趣？」

而且這些系統輸入這些基本資料的目的，主要是要構建產品的產出鍊 (Throughput Net)或網路圖 (Network)，進而據以確認實體限制之所在及決定緩衝時間之大小。換言之，使用者花這麼大的代價維護這些複雜資料的目的，並不是要用來設計排程 (即限制驅導節奏及投料計畫 )，而只是用來自動判斷實體限制的所在及決定緩衝時間的大小。也就是說，若能事先知道實體限制之所在及決定緩衝時間之大小，則 DBR 資訊系統的架構便可獲得大量的簡化，使用者就不須要花這麼大的代價來維護這些複雜資料。

而實體限制之所在及緩衝時間之大小，皆可由本文所提之虛擬工廠定義子系統中獲得，因此，若能將 DBR 資訊系統的建構模式與虛擬工廠定義子系統相結合，不但可大量減化資訊系統的設計架構與開發成本，更能因此提升使用者之學習興趣。

(27)

圖 2.10 OPT 21^TM之軟體架構

圖 2.11 DISASTER^TM之軟體主要架構【 19】

ORD： Order File STN:Station^* File ARR:Arrow⁺ File

RAW:Raw Materail File RES:Resource File

*： Station 指的不是工作站，而是途程的作業。

+： Arrow 是產品從投料到完成的前後作業及

(28)

圖 2.12 DRUMMER^TM之軟體架構

圖 2.13 Jackson 的交談式排程架構【 31】

其次，Jackson 在 1989 年提出了交談式排程的理念和生產管理方 Problem

U S E R Graphical

representatio Heuristics

and l i h Relational

database Structured

inputs

Unstructured inputs

Solution

Past experience

Intelligence

Current knowledge

(29)

法【 31】，其排程架構如圖 2.13 所示，將系統的輸入部分劃分為結構化與非結構化資料兩類。先由電腦根據所設定的環境條件和排程法則等結構化資料，產生初步排程，再經由管理人員的經驗和智慧等非結構化資料來調整初步排程，使最終排程能更接近最佳解，但此排程架構並未提供任何決策支援與控制功能。而將交談式排程概念開始應用於實務界的則是歐洲的 Leitstand 系統，Kanet 曾經提出兩篇有關該系統的架構模型【 29、32】，並且設計出了一個 Leitstand 的軟體實例，稱為 JOBPLAN，但其中並未提出相關的演算法與詳細的連結關係。

由上述文獻可知，交談式排程系統的概念是先由電腦軟體，依據管理者所設計的排程方法產生一初始排程後，再經管理者藉由累積的經驗與智慧以及當時的環境狀態進行調整，使該排程計畫達到最佳化。這種交談式排程的管理方式在實務上有其應用價值，尤其是面對目前產品多種少量、客戶要求愈來愈嚴苛、生產現場狀態變化愈來愈快的競爭環境，往往剛剛由電腦軟體排好的排程計畫，便必須面臨立即的調整，例如客戶的插單或抽單等，在這種惡劣的競爭環境下，更顯示出其在實務上的價值與貢獻。

然而前述與限制驅導式現場排程與控制技術相關的所有系統，皆未提供此交談式排程之功能，這是目前所有 DBR 系統較為不足的部分。

因此，如何將 DBR 資訊系統的產出鍊簡化，並與虛擬工廠定義子系統的輸出功能做結合，使其不再需要維護複雜的基本資料，而能達成快速建立雛型系統供後續系統功能訓練的目標；同時溶入交談式排程的理念與緩衝管理的功能，即為本文所提之 DBR 教育訓練輔助教學系統的設計重點之一。

2.4 限制驅導式現場排程方法

限制驅導式現場排程方法可歸納為四個基本步驟【 42】：一、確認系統實體限制的所在；二、決定系統的緩衝時間(Buffer)；三、設計限制驅導節奏 (Drum)；四、規劃投料時程(Rope)。分述如下：

一、確認系統實體限制之所在

(30)

基本上，由於產能不足的程度是所有資源相對比較出來的相對值，例如負荷產能比為 120%的資源相對於負荷產能比為 110%的資源，就是整廠的瓶頸，但是如果還有一個資源的負荷產能比為 140%

時，則負荷產能比為 120%的資源就不再是瓶頸了。因此當工廠有產能不足的機台 (或工作站 )時，則產能最嚴重不足的機台或工作站即為該廠的實體限制，稱之為受限產能 (Capacity Constrained Resource，

CCR)或瓶頸 (Bottleneck)，而其餘的機台則稱為非受限產能 (Non-CCR) 或非瓶頸 (Non-Bottleneck)。如果一個工廠的所有機台產能都過剩，則該廠的實體限制即為市場或材料，而全廠的所有機台都為非受限產能。

由於限制驅導式現場排程方法是要以實體限制 (受限產能 )的需求來驅動整個系統運作的節奏。換言之，是一切決策要以工廠受限產能的需求為優先考量，而系統其餘的非受限產能則要配合受限產能的決策。因此在應用限制驅導式現場排程方法時，第一個所會面臨的問題即是如何確實定義出系統實體限制的所在，其方法可概分為兩類：一、

根據現場的經驗，以現場負荷最重或在製品存貨最多的站別為受限產能【 26、42】；及二、透過訂單及在製品於各站負荷之評估，而以負荷產能比最重之工作站為受限產能【 43】。

二、決定緩衝 (Buffer)大小

為了確保系統的最大產出或限制的有效進行，必須要給予一些保護與系統的配合等措施。先就保護措施來討論，保護的目的有二：其一是要確保訂單能及時到達受限產能進而確保出貨的時間不會延誤；其二是要確保受限產能不會斷料或沒工作可做。

因為若訂單不能及時到達受限產能站，則會攪亂整個受限產能站的訂單生產次序 (即破壞了組織達成最佳績效之機會 )，而且該訂單延誤的機會會大增；其次受限產能若工作中斷，則其一分鐘的閒置即表示組織少了一分鐘賺錢的機會。

因此保護受限產能站訂單順利的生產是非常重要的，限制驅導式現場排程與管理系統是以時間緩衝 (time buffer)的觀念來達到保護的目的。要注意的是，緩衝所要保護的是訂單在一個區段 (數個工作站 )

(31)

內有效的進行，而不是要保護訂單於各站之績效。

如圖 2.14 所示為某訂單之產品結構 (BOM)，其中有陰影的部份是該產品在受限產能的加工作業 M，而整個產出鍊被 M 加工作業分為四部份：M 加工作業本身、M 之前加工作業、M 之後加工作業、及要和 M 完成工件裝配之工件的前加工作業等。為了有效的保護系統與訂單的運作，限制驅導式現場排程與管理技術共提出了受限產能緩衝、裝配緩衝及出貨緩衝等三種緩衝的保護觀念。

其中受限產能緩衝所涵蓋的範圍是從投料到 M 之前加工作業之間所需的時間，其目的是要保護受限產能站訂單的如期進行或製令投料後能及時到達受限產能站；至於裝配緩衝所涵蓋的範圍為要和 M 所完成工件裝配之工件的前加工作業之間所需的時間，其目的是要保護受限產能所完成的工件能及時的被裝配，而不要發生閒置在裝配站的不合理狀況；最後出貨緩衝所涵蓋的範圍為 M 之後加工作業到出貨之間所需的時間，其目的則是要保護訂單能在交期前及時完成。

圖 2.14 限制驅導式排程系統之基本概念圖【1】

三、設計限制驅導節奏 (DRUM)

由於在排程上前後製程有相依性，先排者有較大的選擇機會，所以在整個系統的排程決策上，唯有讓限制有優先的決策權才能使其有充份發揮的機會，換言之，在排程上必須先決定實體限制最佳利用的生產節奏。由於這個節奏是依實體限制的需求而設計，而且要據以驅

裝配緩衝

M 的前加工作業 M 加工作業 M 的後加工作業受限產能出貨緩衝受限產能緩衝

要和 M 裝配之前加工作業

投料投料

M：某產品在瓶頸站的作業

出貨

(32)

導整個系統之運作，因此稱之為限制驅導節奏 (Drum)。

因此在設計排程時，必須先以受限產能最佳利用的角度，來安排各訂單在受限產能的最佳加工次序的限制驅導節奏。例如圖 2.15 之限制驅導式現場排程方法示意圖中之限制驅導節奏部份，經由最佳之安排後，其生產的節奏為 A 訂單→B 訂單→C 訂單→……→Z 訂單等。

圖 2.15 限制驅導式現場排程方法之示意圖【1】

四、規劃投料時程 (Rope)

為了確保限制驅導節奏的可行，除了緩衝時間的保護措施外，系統還必須要有一些配合的措施。首先最重要的就是投料時機必須配合限制驅導節奏的需求，因此必須由限制驅導節奏來推導出投料節奏

A 加工作業 B 加工作業 C 加工作業

....

M 加工作業

....

Y 加工作業 Z 加工作業 A 之前加工作業

B 之前加工作業 C 之前加工作業

....

M 之前加工作業

....

Y 之前加工作業 Z 之前加工作業

A 之後加工作業 B 之後加工作業 C 之後加工作業

....

M 之後加工作業

....

Y 之後加工作業 Z 之後加工作業 A 投料時間

B 投料時間 C 投料時間

...

M 投料時間

...

Y 投料時間 Z 投料時間

B 出貨時間 A 出貨時間

....

C 出貨時間

M 出貨時間

....

Z 出貨時間 Y 出貨時間

名詞解釋：

A 加工作業： A 訂單在受限產能上的加工作業，稱之為 A 加工作業。 A 之前加工作業：A 訂單從投料至 A 加工作業之前一加工作業的所有加工作業。

A 之後加工作業：A 訂單從 A 加工作業之後一加工作業至出貨的所有加工作業。

A 投料時間： A 訂單的投料時間。 A 出貨時間： A 訂單的出貨時間。

受限產能

出貨緩衝受限產能緩衝

限制驅導節奏

投料節奏出貨節奏

投料站出貨站

(33)

(Rope)，其方法是由該訂單於限制驅導節奏上的計畫開始時間減去受限產能緩衝時間，即可得到該訂單的投料時間，如圖 2.14 或圖 2.15 所示。同理，若將該訂單於裝配計畫上的計畫開始時間減去裝配緩衝時間，即可得到要和完成受限產能製程工件裝配之裝配件的投料時間，如圖 2.14 所示。

此外，為了配合 DBR 排程方法的特性與現場管理之需求，Goldratt

& Fox【 27、 39】提出了緩衝管理的現場控制方法。該方法僅對系統關鍵站作控制，即受限產能站、裝配站(受限產能站所完成工件之後續裝配站 )、以及出貨站等，雖然比傳統現場監控方法所需的資料減少許多且控制程序更為簡單，然而卻更能發揮現場管理的效果。

所謂的緩衝管理是建立在關鍵站的緩衝區上的一種管理方法，緩衝區是緩衝保護區終點的在製品暫存區。由於限制驅導式現場排程方法共提出了受限產能緩衝、裝配緩衝及出貨緩衝等三種緩衝時間的保護觀念，如圖 2.13 所示，而每個緩衝都有其相對之保護區，因此相對的會產生受限產能緩衝區、裝配緩衝區及出貨緩衝區等三種在製品的暫存區。由於時間緩衝的內容除了設置 (Setup)與加工時間外，尚包含保護系統可能發生的不穩定狀況與負荷高峰的寬放時間，而系統的不穩定與負荷高峰會是一隨機狀況，而不是常態。因此一訂單在現場流動時，如果遇上了這些隨機狀況，則透過時間緩衝的保護尚可及時到達，然而如果訂單在現場流動很順時，即會發生提早到達的現象，而形成一緩衝區上的在製品存貨。換言之，緩衝區上實際的在製品存貨大小是決定於所給的時間緩衝大小與現場訂單的順暢與否，而透過緩衝區上訂單實際到達時間的快慢，即可掌握目前在各緩衝保護區上的訂單，其各個加工製程是否順暢的進行。

以受限產能緩衝為例，若將投料時間已到達但未完成限制驅導節奏的訂單，依其在限制驅導節奏上所排的先後次序，在緩衝區上給予一相對的位置，則已到達受限產能站的訂單即會將其在緩衝區上的位置填滿，而尚未到達受限產能站的訂單，其位置即相當於是緩衝區上的一個空洞(hole)。若將緩衝區進一步分為三個區域，即趕工區、警示區及忽略區等，則透過監控空洞在這三個區域所出現的位置及數量的多寡，即可據以研判該訂單是否會延誤及時間緩衝大小是否適當等現

(34)

場持續改善的管理目標。

由於緩衝區管理所提供的管理資訊不只掌握了重點，而且是主動性及預知性的管理資訊，且其管理方法與觀念都極為簡單，因此是一套在實務上可行的現場管理方法【 16】。

2.5 虛擬環境學習的理論架構

以教學理論的發展角度而言，已由規約性的教學理論 (prescriptive instructional theories) 演進為知識建構理論 (theories of knowledge construction) 【 19、20】。所謂規約性的教學理論，是指應用各種教學處方，以便教師或教學媒體，以學生最容易接受的方式傳遞訊息。而知識建構理論的教學觀點，則是認為學生不再只是被動的吸收由教師、教科書和電腦程式所提供的資訊，而是以更主動的方式參與建構知識的整個過程。知識建構理論所強調的是學習者與學習環境的互動性，當學習者在學習過程中，與特定情境的資訊產生交互作用時，便會發生情境認知的概念，進而建構出其所認知的知識【 49、50、51】。

本研究所設計的虛擬工廠便是在這種與學習環境互動的情境認知模式上所架構出來的。

建立一個有效的虛擬學習環境，綜合學者專家的意見，基本上所應具備的特性可包括下列六項【 5、44、49、50】。

一、沈浸的附加價值(the added value of immersion)：凡是牽涉到三度空間的學習，讓學員在沈浸式的虛擬環境中學習，對於學習績效具有正面的影響，已經獲得實證的支持。

二、超越抽象的符號系統 (bypassing symbol system)：很多傳統的教學方式，都是透過抽象的符號系統，以致於在評量學生的理解程度時，好像是在測驗這套抽象的符號系統本身，而不是評量其背後所代表的概念和原理。

三、將抽象的表徵具體化 (reifying abstractions)：在虛擬環境中用正確的虛擬物件來表徵抽象的概念，對於學習效果也會有正面的影響，因為學員和虛擬物件之間的互動，與學員和真實物件的互動

(35)

並沒有任何差別。

四、臨場感的重要性(the importance of presence)：有許多項研究已經發現，讓學習者在虛擬環境中，具備合適的臨場感，可以預測學習者的學習效果。

五、在虛擬環境中協同合作(collaboration in VE)：知識建構理論的一項重要命題就是，認知上的意義乃是在群體互動的情況下形成的，因此學生必須能和教師與同學互動，學習才具有意義。六、改正迷思概念 (correcting misconceptions)：在虛擬的學習環境中必

須提供可以改變參數值的介面，讓學員可以驅動模擬並改變虛擬環境的行為，以便作進一步的觀察和檢驗假設，最後依據他們所驗證的假設而做出新的結論。

本研究所提出的虛擬工廠建構模式，則是溶入了上述六大特性，在輸入與輸出的人機介面方面【48】，強調的是沈浸式的附加價值與超越抽象的系統符號之特性，而在實質的模擬訓練內涵方面，則是著重於將抽象的表徵具體化、臨場感的重要性、以及在虛擬環境中協同合作及改正迷思的概念等特性上【4、19、49】。由 A.Y. Goldratt Institute 所發行的商業化產品 Production the TOC Way 【24、25】，其中包含一套 MS-DOS 版的工廠模擬訓練軟體，亦兼具上述虛擬學習環境所須具備的部份特性，然而人機介面的不夠友善、生產環境的資源無法彈性調整以及檢核學習成效的指標不夠充足，則為其主要的缺點。其次，為了導引學員之管理方向【 22】，以及評鑑訓練之效果【 1】，學習環境中的績效指標亦是本虛擬工廠建構的重點之一。

(36)

第三章虛擬工廠定義子系統之設計

3.1 前言

當老師在教授 DBR 的管理理念與排程方法給學員之後，若能提供一套模擬工廠現場的擬真環境供學員演練，不但有助於學員熟悉 DBR 的排程技術與管理理念，而且可讓學員立即驗證 DBR 的排程績效，避免淪為紙上談兵的窘境。因此，本文提出一套 DBR 教育訓練輔助教學系統的建構模式，並將整體設計架構，主要劃分為虛擬工廠定義子系統、虛擬工廠訓練子系統與資訊系統訓練子系統，其中虛擬工廠訓練子系統又細分為 DBR 訓練模組與績效評估模組二部分。本章先討論虛擬工廠定義子系統的設計方法，其餘兩個子系統則分別於第四章與第五章中詳細討論。本文所提模式之整體架構如圖 3.1 所示，虛擬工廠定義子系統所輸出的兩類資料：「情境資料」與「工廠資料」，分別作為虛擬工廠訓練子系統與資訊系統訓練子系統的輸入資料。

本文在第 3.2 小節將先說明虛擬工廠定義子系統的運作方式以及定義虛擬工廠所需的建構資料，第 3.3 小節則敘述虛擬工廠的表達方法，詳述如何將複雜的工廠資料，以圖形化的人機介面表達，而達到擬真的臨場效果。而在第 3.4 小節則是說明虛擬工廠定義子系統所輸出的「情境資料」之儲存結構，良好的儲存結構可降低將來虛擬工廠訓練子系統運用這些資料時的複雜度。最後，第 3.5 小節則是描述虛擬工廠定義子系統如何輸出簡易 DBR 雛型子系統所需的「工廠資料」，這些工廠資料必須運用一定的程式邏輯計算而得，因此在本小節描述其運算流程。

(37)

圖 3.1 輔助教學系統之整體架構 3.2 定義虛擬工廠所需的資料

虛擬工廠定義子系統的主要功能，在於提供使用者操控與設定虛擬工廠中，所有變動參數的能力，譬如：訂單數量與產品組合、生產資源的種類與數量、物料清單 (BOM)與生產途程 (Routing)以及原料成本與產品售價等。使用者可藉由此子系統所提供的圖形化人機介面 (GUI： Graphic User Interface)，輕易地定義所欲模擬的工廠現場虛擬環境之資料庫，而此資料庫則作為虛擬工廠訓練子系統與資訊系統訓練子系統的輸入來源項目，使後續的虛擬工廠訓練與雛型資訊系統功能的訓練，皆能呈現出使用者所期望的虛擬工廠情境，進而達成所設定的 DBR 教育訓練之現場管理教學目標。

欲模擬製造現場的虛擬工廠環境，所需要的相關資料內容，本研資訊系統訓練

子系統 DBR 訓練

模組

績效評估模組

FTP 伺服器

情境資料工廠資料

決策資料虛擬工廠訓練

子系統

虛擬工廠定義子系統

題目：DBR 教育訓練輔助教學系統之設計 與應用

中 華 大 學 博 士 論 文