应用系统工程於远距门禁控制系统之分析.doc

應用系統工程於遠距門禁控制系統之分析應用系統工程於遠距門禁控制系統之分析 管志宏 1*何育如2羅美香3林家順4林承翰5 1僑光技術學院 工業工程與管理系 助理教授（407 台中市西屯區僑光路 100 號） 2345僑光技術學院 工業工程與管理系 學生（407 台中市西屯區僑光路 100 號） *.tw 摘要摘要 本研究的目的是應用Blanchard 和 Fabrycky 的系統工程程序進行遠距門禁控制系統之分 析，本系統之主要設備包括遠端遙控開門設備與 RFID電子標籤感測開門設備。使用系統工程程序 可節省開發時間與降低使用新技術的風險，在此 系統的系統分析的過程中，應用知名的系統工程 軟體工具CORE，可快速進行需求情境分析、功 能分析，使功能配置與系統設計的推動達到事半 功倍的效果。本研究使用RFID電子標籤控制設備 與遠端遙控控制設備來完成大門的開啟，本研究 以低於原預劃時程30%時間完成系統分析，並在 本報告中呈現與討論系統需求樹狀體系圖、功能 流程方塊圖與N2圖。 關鍵字關鍵字：系統工程、CORE、遠端門禁控制。 1. 前言前言 系統工程是一種各學門間之處理方法包含以 完整技術的努力來發展、確認一組與系統相關之 人、產品、程序且經整合與考量生命週期平衡及 滿足顧客需求之方案。在系統工程概論1中指出 系統工程是一種確定系統的程序，運用這種程序 來完成下列工作：(1)系統效能參數與系統結構(2) 系統設計最佳化(3)整合工作需考量之績效生產性、 可靠度、維護度與操縱度等。 系統工程是一種綜合管理與工程的學術，不是 一種單純工程學。實際上，系統是一連串的程序， 從消費者需求的確定，與工程師的設計、建造、 委託製造的生產以及最後到消費者的使用。對於 整個系統的生命週期，根據 Blanchard and Fabrycky 在 Systems Engineering and Analysis2一 書中指出，可分為需求、概念設計與初步設計、 細部設計與全型開發、生產組裝、產品使用、產 品維修、淘汰與回收等。每個程序都包括一連串 的步驟，在系統的生命週期中根據邏輯推進其最 終目的在如何發展成一種最經濟有效的產品或系 統。系統工程要求很多工程與管理專家的合作與 共同努力，始能發揮整合科技的效能，完成真實 世界所需的複合系統。2005 年 Hitchins3提出簡 單也較為精簡的系統工程定義，此定義不像先前 的定義僅侷限於航空產業，此更貼近於商業使用 的定義更能令大家所採用，稍後 Hitchins 提出更 為實用五個層次的模式的概念而傳統的系統工程 是屬於第二層。Sheard and Lake4也將系統工程 的標準與模式 MIL-STD-499B 和 EIA-IS 632 做了 清楚的比較與分析，這份資料仍廣為澳洲與各界 學者所採用。 需求分析在系統工程扮演重要角色，Darke 和 Shanks5提出以顧客觀點作為需求分析工作上的 基礎，說明當用於系統需求時，觀點可以表示待 開發的系統、系統的子系統，以及可能影響系統 必須做什麼的系統環境中的系統，觀點組織為層 次結構，以提供一種範圍並引導出整體的分析過 程。Ross 6 在 20 世紀 70 年代提出結構化分析 方法，以圖形並採用一種層次結構方法運用至一 系列模組化的藍圖，逐步求精直到找出解決方案 為止。Shlaer 和 Mellor 7提出用各種不同方法在 需求概念定義上，Elizabeth, Ken, 和 Jeremy 8 探討了需求工程中可追蹤性的建立，透過這些文 獻可以了解學術界關於知識管理結合系統工程理 念之研究。 本研究的目的是應用系統工程程序進行分析 遠距門禁控制系統之分析，本系統之主要設備包 括 遠端遙控開門設備與RFID電子標籤感測開門設備。 在發展此系統時，使用系統工程程序可節省時間 與降低使用RFID之風險，本研究應用Blanchard 和 Fabrycky的系統工程程序中之需求分析、功能 分析，這些程序很有效率的分析、連接顧客的需 求與產品的開發所需之功能，並引導出此系統的 規格來決定其設計，在此系統的系統分析的過程 中，應用知名的系統工程軟體工具CORE，可快 速進行需求情境分析、功能分析，使功能配置與 系統設計的推動達到事半功倍的效果。此整合系 統的分析的順利進行可顯示CORE的應用所帶來 的完整性、方便性及在使用者與設計者間提供良 好的溝通，本研究以節省30%時間完成使用RFID 電子標籤控制設備與遠端遙控控制設備開啟大門， 並在本報告討論系統需求樹狀體系圖、功能流程 方塊圖與N2圖。 2. 系統工程方法系統工程方法 2.1 系統開發流程系統開發流程 本研究主要使用之方法包括：(1)以系統工程 與管理的方法來進行產品架構需求分析、功能分 析，有效分析顧客需求和產品開發間之關聯性， 萃取擬出必要性及可行性需求，做為進行系統規 格之擬定及產品設計的基礎(2)在系統工程程序的 建構上，將使用 Vitech 公司發展之 CORE 軟體 可收事半功倍之效。除了上述方法外，還特別融 入系統工程所強調的下列要求：(1)使用由上 而下的開發方法(2)強調生命週期的觀念，如圖 1 所示。 圖 1 系統開發流程圖 2.2 Vitech 公司公司 CORE 軟體之應用軟體之應用 依據國際系統工程學會(INCOSE)，所完成有 關系統工程與管理工具軟體，需具有可追蹤性原 始需求，使系統工程師能與顧客的需求來源連接 並且能提供在系統開發時與後續需求文件間之可 追蹤性。由 INCOSE 所建議的相關軟體中 CORE 9為較優軟體之。CORE 軟體的主要功能包括： 整合系統設計的知識庫、系統定義的語言（SDL） 、 動態繪圖顯示產生功能、文件自動產生功能等。 2.3 系統功能分析系統功能分析 本系統主要是用於任何建築物需要門禁管理 的出入口，主要有三個組成部分，使用卡片、手 機、鑰匙開門，卡片開門是利用電子標籤與門上 的讀碼器感應開門；手機開門是利用手機撥指定 的號碼輸入密碼後開門；鑰匙是在於停電超過一 天時則可使用鑰匙開門。 本系統主要任務有：卡片開門可有效提高管 理的效率，尤其是在多人出入的門禁管制上；手 機開門是當要進入的人身上忘記帶卡片或者其他 人臨時要進入時，希望管理者來開門而管理者又 無法及時趕赴現場時可透過手機遠端控制開門； 鑰匙開門是長時間停電時又超過緊急供電系統所 供應電力時所需使用來開門。本系統必須每天提 供即時協助給使用者、必須做到下列事項：(1)使 用者必須要進出建築物的出入口或者臨時要進入 建築物的出入口(2)使用者必須要有卡片、手機或 鑰匙其中之一。根據 Blanchard2所定義的需求， 經常思考下列的問題：(1)預測需求的型式和數量 為何? (2)上列的元素（element）要放在何處? (3) 要如何使用這個系統，要使用多久? (4)使用這個 系統的環境為何? (5)要如何維持這個系統?誰來維 持?要維持多久? 需求必須完整的描述使用者的需 要（Need） ，這些需求應該列入系統設計的目標而 且一定是可量測與可展示的。需求包括：反應時 間、特殊狀況的考量、MTBF、MTTR、可用度。 圖 2 說明系統需求的轉換與規範的形成，圖 3 為系統需求樹狀階層圖。根據系統操作需求， 進行功能分析，在系統工程所謂的功能是指以特 定的行動（可以是單獨或一連串）達成需求的目 標，本系統必須能執行自動與手動開門，使用卡 片可提管理效率與安全性；使用手機時機為臨時 無法在現場或忘記帶卡片時；使用鑰匙的時機為 停電過久或長時間不再家時。 使用者需求 系統需求 使用者情境系統情境 功能分析功能配置 功能展開 (至元件) 規範 設計審查 圖 2.系統需求的轉換與規範的形成 圖 3.系統需求樹狀階層圖 圖 4 為系統第 1 層的功能流程方塊圖（FFBD） ， 在正常使用情況下，可使用 RFID 電子標籤或手 機開門，異常情況下可使用鑰匙開門。篇幅有限 僅對手機部份加以說明，圖 5 為系統第 2 層的功 能流程方塊圖 FFBD，表示在使用手機撥號後， 系統會檢查此手機號碼是否允許進入並用與語音 通知進入者輸入密碼後，檢查此密碼是否正確， 系統會傳送訊號給 PLC 控制器執行開門的動作。 CORE 軟體也提供 N2 圖說明各功能間之資訊流 （data flow） ，圖 6 為手機部分之 N2 圖。 Tag Normal Abnormal Cellphone Normal Abnormal OR 2 Open door using cellphone 3 Open door using key OR 1 Open door using Tag 3 Open door using key OR OR Key action Cellphone Signals Tag Signals Date: 2008530 Author: Vitech Corporation Number: 0 Name: (University) Perform AutoOpen Functions 圖 4.系統第 1 層的功能流程方塊圖 use at first time or new/modify database use at normal condition Nonidentical with database Ref. ITOR 2.1 scan cellphone signal 2.1.7 input/modify client information and phone number ORIT 1.3 Operate the controller 1.4 Turn on/off the related equipments OR 3 Open door using key Ref. Cellphone Signals client basic information Client Informati. a signal to start PLC . send an out comm. Equipments driven Re. Date: 200879 Author: Vitech Corporation Number: 2 Name: (University) Open door using cellphone 圖 5.使用手機開門的功能流程方塊圖 Cellphone Signals send an out command to output module Equipments driven Request Cellphone Signals 2.1 scan cellphone signal Cellphone Signals Cellphone Signals client basic i. Client Infor. 2.1.7 input/modify client information and phone number a signal to start PLC software 1.3 Operate the controller 1.4 Turn on/off the related equipments Date: 200879 Author: Vitech Corporation Number: 2 Name: (University) Open door using cellphone 圖 6.手機部份 N2 圖 系統工程的方法除了針對所要設計的系統功能進 行分析外，對於所處環境也必需加以瞭解，本系 統以外之元件還包括使用者（Client） 、建築物、 手機基地台，這些圖所顯示的功能分解是根據美 國 NTIS（National Institute of Standards and Technology）與 FIPS PUB 183（Federal Information Processing Standards Publication 183） 規定編纂，可清楚顯示功能分解與各功能之輸入、 控制、輸出與機制（ICOM：Inputs, Controls, Outputs, Mechanisms） 。 3. 結論結論 本研究應用系統工程的方法配合 Vitech 公司的 CORE 軟體，能將預計 12 週的工作縮短為 8 週 完成系統的分析，其中包括 9 項操作需求，再根 據需求訂出 39 項關鍵功能，完整建立系統功能配 置細部設計所需的資訊，本研究結果顯示： (1) 應用系統工程的程序能夠使得在分析複雜系 統時得到滿足客戶需求的最佳化的結果。 (2) 使用 Vitech 的 CORE 軟體有助於系統需求與 功能匹配的完整性，並藉由 CORE 軟體的方便性 快速的完成分析，使設計者與使用者有良好的溝 通。 (3) 本研究結果可配合物件導向軟體的應用，進 行功能項目制定時，可考量使用適當的表單及元 件(元件盤上)配合功能的展開與配置。 (4) 本研究順利完成系統之系統需求樹狀體系圖、 功能流程方塊圖、N2 圖並將其展開至第三層，此 結果可作為系統開發之重要依據。 誌謝誌謝 教育部產業園區計畫：應用系統工程與 RFID 技術於遠端門禁控制與出勤管理之整合研究計 畫編號：ea-moe-96-005 參考文獻參考文獻 1.蕭業儒(1986)，系統工程概論，工程基礎學。 2.Blanchard S.B and Fabrycky W.J., Systems Engineering and Analysis, (third edition), Prentice- Hall International Inc, Upper Saddle River, NJ, USA, ISBN 0-13-196326-0, 2004. 3.Hitchins, D. (2005). World Class Systems Engineering. /WCSE.html 4.Sheard S. A. & Lake J. G.,(1998) Systems Engineering Models and Standards Compared, Software Productivity Consortium, Online Accessed, October 1998. /pub/papers/9804-2.html 5.Darke P and Shanks G (1997) User viewpoint modeling: understanding and representing user viewpoints during requirements definition. Information Systems Journal, 7, 213-239 6.Ross DT (1970) Applications and Extensions of SADT. IEEE Computer, 18(4), 25-34 7.Shlaer S and Mellor SJ (1998) Object-oriented Systems Analysis. Englewood Cliffs, NJ, Prentice Hall 8.Elizabeth Hull, Ken Jackson, Jeremy Dick (2002) R