110 地方特考三等 工業工程 生產計劃與管制 考古題詳解

110 年・地方特考・三等・工業工程
試題代碼 生產計劃與管制

第 一 題15 分

某公司近 5 年某產品實際銷售量(單位:個)的資料如下:

年12345
實際銷售量4,8006,6006,0007,8008,000

(一) 請分別使用線性趨勢方程式(最小平方法)與指數平滑法(平滑常數 α=0.5\alpha=0.5,第 1 年預測值為 4,000),預測第 6 年的銷售量分別為多少?求整數,小數點第一位四捨五入。(8 分)

(二) 請計算這兩個方法預測結果的平均絕對偏差(mean absolute deviation, MAD),並指出哪一個方法在本案例的預測較為準確,並說明原因為何?(7 分)

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核心觀念

本題考查兩種需求預測方法:

  1. 線性趨勢方程式(最小平方法):以時間為自變數,建立銷售量的直線趨勢。
  2. 指數平滑法:以前一期的實際值與前一期預測值加權,形成下一期預測值。

預測誤差以平均絕對偏差(MAD)衡量:

MAD=∑∣At−Ft∣nMAD=\frac{\sum |A_t-F_t|}{n}

其中,AtA_t 為第 tt 期實際銷售量,FtF_t 為第 tt 期預測值。


(一)預測第 6 年銷售量

1. 線性趨勢方程式

設線性趨勢方程式為:

Y^t=a+bt\hat{Y}_t=a+bt

時間資料如下:

ttAtA_tt−3t-3(t−3)2(t-3)^2
14,800-24
26,600-11
36,00000
47,80011
58,00024

因為時間平均數為 33,故令 x=t−3x=t-3。實際銷售量平均數為:

Yˉ=4,800+6,600+6,000+7,800+8,0005=6,640\bar{Y}=\frac{4,800+6,600+6,000+7,800+8,000}{5} =6,640

斜率:

b=∑(t−3)At∑(t−3)2b=\frac{\sum (t-3)A_t}{\sum (t-3)^2} b=(−2)(4,800)+(−1)(6,600)+(1)(7,800)+(2)(8,000)4+1+1+4b=\frac{(-2)(4,800)+(-1)(6,600)+(1)(7,800)+(2)(8,000)} {4+1+1+4} b=7,60010=760b=\frac{7,600}{10}=760

截距:

a=Yˉ−b(3)=6,640−760(3)=4,360a=\bar{Y}-b(3) =6,640-760(3) =4,360

因此,線性趨勢方程式為:

Y^t=4,360+760t\hat{Y}_t=4,360+760t

第 6 年預測值:

Y^6=4,360+760(6)=8,920\hat{Y}_6=4,360+760(6) =8,920

所以,線性趨勢法預測第 6 年銷售量為:

8,920 個\boxed{8,920\text{ 個}}

2. 指數平滑法

指數平滑公式為:

Ft+1=αAt+(1−α)FtF_{t+1}=\alpha A_t+(1-\alpha)F_t

已知:

α=0.5,F1=4,000\alpha=0.5,\qquad F_1=4,000

逐期計算:

第 2 年:

F2=0.5(4,800)+0.5(4,000)=4,400F_2=0.5(4,800)+0.5(4,000) =4,400

第 3 年:

F3=0.5(6,600)+0.5(4,400)=5,500F_3=0.5(6,600)+0.5(4,400) =5,500

第 4 年:

F4=0.5(6,000)+0.5(5,500)=5,750F_4=0.5(6,000)+0.5(5,500) =5,750

第 5 年:

F5=0.5(7,800)+0.5(5,750)=6,775F_5=0.5(7,800)+0.5(5,750) =6,775

第 6 年:

F6=0.5(8,000)+0.5(6,775)=7,387.5F_6=0.5(8,000)+0.5(6,775) =7,387.5

依題意取整數,小數點第一位四捨五入:

F6=7,388 個\boxed{F_6=7,388\text{ 個}}

(二)MAD 與方法比較

1. 線性趨勢法的 MAD

先計算第 1 年至第 5 年的趨勢預測值:

Y^t=4,360+760t\hat{Y}_t=4,360+760t
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第 二 題15 分

請詳細分析說明製造商在進行自製或採購(make or buy)決策時,應考慮哪些重要因素(至少進行 7 項重要因素的分析說明)?

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核心觀念

「自製或採購」(Make or Buy)決策,是製造商在有限資源下,判斷某項零組件、半成品或服務應由企業內部生產,或向外部供應商購買。其本質是「相關成本分析」與「策略性供應決策」的綜合運用。

決策不能只比較自製成本與採購價格,還必須考慮品質、交期、產能、技術能力、供應風險及長期競爭策略等非財務因素。

基本判斷原則為:

自製總相關成本<採購總相關成本\text{自製總相關成本}<\text{採購總相關成本}

則傾向自製;反之則傾向採購。但實務上仍須確認品質、交期與供應穩定性等條件是否達到要求。

其中,相關成本是指會因決策不同而發生差異的未來成本,主要包括:

  • 可避免的變動成本;
  • 可避免的固定成本;
  • 採購價格、運輸費、檢驗費及訂購管理費;
  • 自製所占用產能的機會成本;
  • 採購導致的品質、停工及供應中斷風險成本。

已發生且無法因決策改變的沉沒成本,例如既有設備的歷史取得成本,通常不應列入比較。

解題方法

本題適合採用「量化因素加上質化因素」的分析方式。

第一步,界定決策標的與期間,例如某一零件的年度需求量、預計使用年限及品質要求。

第二步,分別計算自製與採購的相關成本。

自製成本可表示為:

CM=VMQ+FM+OCMC_M=V_MQ+F_M+OC_M

其中:

  • CMC_M:自製總相關成本;
  • VMV_M:單位自製變動成本;
  • QQ:需求數量;
  • FMF_M:可避免固定成本;
  • OCMOC_M:自製所占用產能的機會成本。

採購成本可表示為:

CB=PBQ+FB+T+IC_B=P_BQ+F_B+T+I

其中:

  • CBC_B:採購總相關成本;
  • PBP_B:單位採購價格;
  • QQ:採購數量;
  • FBF_B:採購所產生的固定費用;
  • TT:運輸、驗收、檢驗及訂購處理成本;
  • II:庫存、缺料及供應風險等相關成本。

第三步,計算損益兩平數量。若自製成本為:

CM=FM+VMQC_M=F_M+V_MQ

採購成本為:

CB=FB+PBQC_B=F_B+P_BQ

則自製與採購無差異時:

FM+VMQ=FB+PBQF_M+V_MQ=F_B+P_BQ

因此:

Q∗=FM−FBPB−VMQ^*=\frac{F_M-F_B}{P_B-V_M}

當實際需求量大於 Q∗Q^*,且自製單位變動成本低於採購價格時,通常較適合自製;當需求量低於 Q∗Q^*,通常較適合採購。

第四步,加入非財務因素及長期策略因素,避免因單純比較價格而作出錯誤決策。

重要因素分析

一、相關成本與總持有成本

成本是最基本的判斷因素,但必須使用「相關成本」,不能只比較供應商報價與內部材料成本。

自製時應考慮:

  • 原材料成本;
  • 直接人工成本;
  • 製造費用中的可避免部分;
  • 設備操作與維修費;
  • 生產排程及現場管理成本;
  • 額外檢驗與重工成本。

採購時除採購單價外,還要計入:

  • 運輸及保險費;
  • 進貨檢驗費;
  • 訂購與行政處理費;
  • 包裝、倉儲及庫存成本;
  • 供應商管理成本;
  • 缺料、退貨及品質異常成本。

不可直接將所有分攤固定成本視為自製成本,因為即使改採購,部分固定成本仍然存在,這些成本並非相關成本。

二、產能利用與機會成本

自製會占用機器、人工、廠房及管理資源,因此必須分析現有產能是否足夠。

若企業有閒置產能,自製的機會成本較低;若產能已滿,自製該零件可能排擠其他高毛利產品,此時應將被排擠產品的貢獻毛利列為機會成本。

例如,自製零件每單位節省 2020 元,但每單位占用產能所損失的其他產品貢獻毛利為 3030 元,則自製實際上每單位少獲利 1010 元,採購反而較有利。

因此,自製決策不能只看「自製成本是否低於採購價格」,還要比較產能的最佳用途。

三、需求量與需求穩定性

需求量會影響固定成本的分攤及設備投資效益。需求量大且穩定時,企業較容易透過大量生產降低單位成本,並充分利用專用設備。

需求量小、波動大或產品生命週期短時,自製設備可能無法充分利用,造成:

  • 單位固定成本偏高;
  • 設備閒置;
  • 原材料與成品庫存增加;
  • 產品改款時設備無法使用。

因此,需求數量應搭配需求穩定性、成長趨勢及預測誤差共同評估。

四、品質控制能力

自製通常具有較直接的品質控制能力,企業可自行制定製程標準、檢驗規範及改善措施,並即時追蹤不良原因。

若零件涉及:

  • 產品安全;
  • 關鍵性能;
  • 高精密度;
  • 法規認證;
  • 品牌信譽;

企業通常會較重視自製,以掌握關鍵製程與品質資料。

採購則必須評估供應商的製程能力、品質系統、歷史不良率、檢驗能力及矯正措施。若供應商品質不穩定,表面上較低的採購價格可能因退貨、重工、客訴及停線而失去優勢。

五、交期與供應速度

交期會直接影響生產排程、在製品數量及顧客服務水準。

自製的優點是:

  • 生產排程較容易配合;
  • 緊急訂單較容易調整;
  • 可縮短等待供應商的時間;
  • 可即時處理規格變更。

採購則須考慮供應商的製造週期、運輸時間、交貨準時率及緊急補貨能力。若零件是生產瓶頸,供應商延遲交貨可能造成整條生產線停工。

因此,交期評估不能只看平均交貨天數,也應分析交期變異及最壞情況。

六、供應可靠性與供應中斷風險

採購會增加對外部供應商的依賴,可能面臨:

  • 供應商財務困難或倒閉;
  • 原材料短缺;
  • 天然災害;
  • 勞資爭議;
  • 運輸中斷;
  • 地緣政治風險;
  • 供應商優先供貨給其他客戶。

若採用單一供應商,風險更為集中。企業可採取雙重供應、建立安全庫存、簽訂長期契約或保留部分自製能力等方式降低風險。

對關鍵零組件而言,即使採購成本較低,也不能忽略供應中斷所造成的停線損失。

七、製程技術與核心能力

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第 三 題15 分

請詳述何謂整體設備效率(overall equipment effectiveness, OEE)、OEE 的計算公式,以及如何利用 OEE 的計算結果來進行效率改善?並舉一例,詳細說明之。

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核心觀念

整體設備效率(Overall Equipment Effectiveness, OEE)是衡量設備在「計畫生產時間」內,實際產出良品之有效程度的綜合指標。它不只看設備是否運轉,還同時考慮:

  1. 設備可運轉的時間比例;
  2. 實際生產速度是否達到理想速度;
  3. 生產產品的良率。

因此,OEE 可用來辨識設備損失來源,並據以安排改善優先順序。

OEE 主要分析製造現場的六大損失:

  • 故障損失、換模與調整損失:影響可動率;
  • 小停機與空轉損失、速度降低損失:影響性能效率;
  • 製程不良與重工損失、開機初期不良損失:影響良率。

OEE 的計算公式

OEE 由可動率、性能效率及良率三項構成:

OEE=可動率×性能效率×良率OEE=\text{可動率}\times\text{性能效率}\times\text{良率}

一、可動率(Availability)

可動率表示設備在計畫生產時間內,實際處於運轉狀態的比例。

可動率=運轉時間計畫生產時間\text{可動率} = \frac{\text{運轉時間}}{\text{計畫生產時間}}

其中:

運轉時間=計畫生產時間−非計畫停機時間\text{運轉時間} = \text{計畫生產時間}-\text{非計畫停機時間}

計畫生產時間是排除休息、假日及已預定不生產時段後,設備原本應投入生產的時間。預定休息及排定保養通常不列入 OEE 分母。

二、性能效率(Performance Efficiency)

性能效率表示設備實際生產速度相對於理想生產速度的程度。

性能效率=理想週期時間×總產量運轉時間\text{性能效率} = \frac{\text{理想週期時間}\times\text{總產量}} {\text{運轉時間}}

其中:

  • 理想週期時間:設備在最佳狀態下生產一件產品所需的最短時間;
  • 總產量:包括良品與不良品的全部產量;
  • 運轉時間:設備實際運轉的時間。

性能效率未達 100%,通常代表有小停機、空轉、速度降低等損失。

三、良率(Quality Rate)

良率表示總產量中符合品質要求的良品比例。

良率=良品數總產量\text{良率} = \frac{\text{良品數}}{\text{總產量}}

亦可寫成:

良率=總產量−不良品數總產量\text{良率} = \frac{\text{總產量}-\text{不良品數}} {\text{總產量}}

四、OEE 的合併公式

將三項指標相乘:

OEE=運轉時間計畫生產時間×理想週期時間×總產量運轉時間×良品數總產量OEE = \frac{\text{運轉時間}}{\text{計畫生產時間}} \times \frac{\text{理想週期時間}\times\text{總產量}} {\text{運轉時間}} \times \frac{\text{良品數}}{\text{總產量}}

中間的運轉時間及總產量可約分,因此:

OEE=理想週期時間×良品數計畫生產時間OEE = \frac{\text{理想週期時間}\times\text{良品數}} {\text{計畫生產時間}}

此式顯示,OEE 的本質是:在計畫生產時間內,實際完成的良品產出,與理論上可完成的最大良品產出相比之比例。


解題方法

本題適合採用「定義—公式—損失分類—數值示例—改善措施」的架構作答:

  1. 先說明 OEE 衡量的是設備的綜合有效程度;
  2. 再分別定義可動率、性能效率與良率;
  3. 寫出三者相乘的 OEE 公式;
  4. 將六大損失對應到三項指標;
  5. 以一組完整生產資料計算;
  6. 根據最低的指標找出改善優先事項;
  7. 說明改善措施及改善後的效果。

這樣能同時回答題目要求的「何謂 OEE」、「計算公式」及「如何利用計算結果改善效率」。


計算示例

某生產設備一班原始時間為 480 分鐘,其中休息及排定非生產時間共 30 分鐘。當班發生故障及調整停機共 50 分鐘,實際生產 7,600 件,其中不良品 200 件。該產品的理想週期時間為每件 3 秒。

第一步:計算計畫生產時間

計畫生產時間=480−30=450分鐘\text{計畫生產時間} = 480-30 = 450\text{分鐘}

第二步:計算實際運轉時間

運轉時間=450−50=400分鐘\text{運轉時間} = 450-50 = 400\text{分鐘}

第三步:計算可動率

可動率=400450=0.8889=88.89%\text{可動率} = \frac{400}{450} = 0.8889 = 88.89\%

第四步:換算理想週期時間

理想週期時間為 3 秒,換算成分鐘:

3秒=360=0.05分鐘3\text{秒} = \frac{3}{60} = 0.05\text{分鐘}

第五步:計算性能效率

性能效率=0.05×7,600400=380400=0.95=95%\text{性能效率} = \frac{0.05\times 7,600}{400} = \frac{380}{400} = 0.95 = 95\%

第六步:計算良率

良品數為:

7,600−200=7,400件7,600-200 = 7,400\text{件}

因此:

良率=7,4007,600=0.9737=97.37%\text{良率} = \frac{7,400}{7,600} = 0.9737 = 97.37\%

第七步:計算 OEE

OEE=88.89%×95%×97.37%OEE = 88.89\%\times95\%\times97.37\% OEE≈82.22%OEE \approx82.22\%

也可直接驗算:

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第 四 題15 分

請詳細說明存貨週轉率(inventory turnover rate)及存貨週轉天數(inventory turnover in days)的意義及其計算公式。

並舉一計算例,分別說明相同業別的兩家公司的存貨週轉率及存貨週轉天數的計算過程及其結果,並以這些結果說明哪家公司的存貨管理績效較優。

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核心觀念

本題考查存貨管理績效的兩項重要指標:

  1. 存貨週轉率(Inventory Turnover Rate)
  2. 存貨週轉天數(Inventory Turnover in Days)

兩者皆用來衡量企業在一定期間內,存貨被銷售、耗用及補充的速度。

一般而言,在相同業別、需求條件及會計期間下:

  • 存貨週轉率越高,表示存貨周轉速度越快,資金積壓較少。
  • 存貨週轉天數越低,表示存貨平均停留期間越短,存貨管理通常較有效率。

但週轉率過高也可能代表安全存量不足,增加缺貨、停工或失去訂單的風險,因此應搭配服務水準、缺貨率及生產穩定性綜合判斷。


一、存貨週轉率

1. 意義

存貨週轉率表示企業在一個會計期間內,平均存貨被銷售或耗用的次數。

例如,存貨週轉率為 44,表示企業一年中平均存貨大約完成 44 次銷售或耗用循環。

存貨週轉率可反映:

  • 存貨銷售或耗用速度
  • 存貨資金占用程度
  • 存貨滯銷或積壓情形
  • 存貨管理與採購、生產、銷售政策的成效

2. 計算公式

標準公式為:

存貨週轉率=銷貨成本平均存貨\text{存貨週轉率} = \frac{\text{銷貨成本}}{\text{平均存貨}}

其中:

平均存貨=期初存貨+期末存貨2\text{平均存貨} = \frac{\text{期初存貨}+\text{期末存貨}}{2}

因此完整公式為:

存貨週轉率=銷貨成本(期初存貨+期末存貨)/2\text{存貨週轉率} = \frac{\text{銷貨成本}} {\left(\text{期初存貨}+\text{期末存貨}\right)/2}

存貨週轉率的單位為「次/年」、「次/季」或「次/月」,取決於銷貨成本與平均存貨所採用的期間。

3. 為何使用銷貨成本

分子應以銷貨成本為主,而非直接使用銷貨收入,原因在於:

  • 銷貨成本是以成本衡量;
  • 存貨也是以成本衡量;
  • 兩者具有一致的衡量基礎。

若以銷貨收入除以存貨,會受到售價及毛利率影響,較不能純粹反映存貨實際耗用速度。


二、存貨週轉天數

1. 意義

存貨週轉天數表示存貨從購入、生產完成到銷售或耗用,平均需要多少天。

例如,存貨週轉天數為 9090 天,表示企業平均約需 9090 天才能將存貨完成一次銷售或耗用循環。

此指標也可視為平均存貨持有期間,天數越低,通常表示:

  • 存貨停留時間較短;
  • 存貨資金占用時間較短;
  • 存貨滯銷風險較低;
  • 存貨管理效率較高。

2. 計算公式

存貨週轉天數可由存貨週轉率推導:

存貨週轉天數=365存貨週轉率\text{存貨週轉天數} = \frac{365}{\text{存貨週轉率}}

將存貨週轉率公式代入後:

存貨週轉天數=平均存貨銷貨成本×365\text{存貨週轉天數} = \frac{\text{平均存貨}}{\text{銷貨成本}} \times 365

完整公式為:

存貨週轉天數=(期初存貨+期末存貨)/2銷貨成本×365\text{存貨週轉天數} = \frac{\left(\text{期初存貨}+\text{期末存貨}\right)/2} {\text{銷貨成本}} \times 365

若公司採用會計年度的 360360 天計算,分子可使用 360360,但一般財務分析通常以 365365 天為基礎。本題採用 365365 天。


三、計算例

假設甲、乙兩家公司屬於相同產業,均以一年為分析期間,且兩家公司資料如下:

項目甲公司乙公司
期初存貨2,000,000 元3,000,000 元
期末存貨4,000,000 元5,000,000 元
年度銷貨成本12,000,000 元12,000,000 元

(一)甲公司

步驟一:計算平均存貨

甲公司平均存貨=2,000,000+4,000,0002=3,000,000 元\text{甲公司平均存貨} = \frac{2,000,000+4,000,000}{2} = 3,000,000\text{ 元}

步驟二:計算存貨週轉率

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第 五 題20 分

請詳細說明在具數量折扣(quantity discount)且存貨持有成本固定下,EOQ(economic order quantity)的決定程序。並舉一計算例,針對上述程序進行詳細說明。

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核心觀念

本題考的是「具有數量折扣時,如何決定經濟訂購量 EOQ」。重點在於:數量折扣會使單位購買成本 CC 隨訂購量 QQ 改變,因此不能只計算一次 EOQ,而必須針對各價格區間分別求出可行訂購量,再比較各方案的年度總成本。

在基本 EOQ 模型中:

  • DD:年需求量
  • SS:每次訂購成本
  • QQ:每次訂購量
  • CC:單位購買成本
  • HH:每單位每年的存貨持有成本
  • TC(Q)TC(Q):年度總成本

當存貨持有成本固定時,年度總成本為:

TC(Q)=DC+DQS+Q2HTC(Q)=DC+\frac{D}{Q}S+\frac{Q}{2}H

其中:

  • DCDC:年度購買成本
  • DQS\frac{D}{Q}S:年度訂購成本
  • Q2H\frac{Q}{2}H:年度持有成本

若 CC 隨價格級距改變,但 HH 固定,則每一價格級距內的 EOQ 為:

Q∗=2DSHQ^*=\sqrt{\frac{2DS}{H}}

由於 HH 固定,EOQ 不會因單位價格 CC 改變而改變;但是,年度購買成本 DCDC 會因數量折扣而改變,因此仍須比較各價格方案的總成本。


解題方法:數量折扣下 EOQ 的決定程序

以下以「全量折扣」(all-units quantity discount)為例,即只要訂購量達到某一級距,全部訂購量均適用該級距單價。

第一步:整理價格級距與可行範圍

將各單位價格及其適用訂購量整理如下:

價格級距單位價格訂購量範圍
第一級C1C_1Q<L1Q<L_1
第二級C2C_2L1≤Q<L2L_1\leq Q<L_2
第三級C3C_3Q≥L2Q\geq L_2

通常有:

C1>C2>C3C_1>C_2>C_3

也就是訂購量越大,單位價格越低。

第二步:計算基本 EOQ

利用固定持有成本公式計算:

Q∗=2DSHQ^*=\sqrt{\frac{2DS}{H}}

此一數值是未考慮價格級距限制時,使訂購成本與持有成本合計最小的訂購量。

第三步:檢查 EOQ 是否落在各價格級距內

對每一價格級距分別檢查:

  1. 若 Q∗Q^* 落在該價格級距內,則該級距的候選量為 Q∗Q^*。
  2. 若 Q∗Q^* 小於該級距的最低訂購量,則為取得該級距價格,必須將候選量調整為最低訂購量。
  3. 若 Q∗Q^* 大於該級距的最高訂購量,則該級距的候選量應取該級距的最大可行訂購量,實務上通常以價格折扣的斷點作為比較數量。
  4. 最低價格級距若沒有上限,且 Q∗Q^* 小於其最低訂購量,則候選量取該級距的最低訂購量。

可將各級距候選量表示為:

Qi候選={Q∗,Q∗ 落在第 i 級距Li,Q∗<LiUi,Q∗>UiQ_i^{\text{候選}}= \begin{cases} Q^*, & Q^*\text{ 落在第 }i\text{ 級距}\\ L_i, & Q^*<L_i\\ U_i, & Q^*>U_i \end{cases}

其中 LiL_i 與 UiU_i 分別為該級距的最低與最高可行訂購量。

第四步:計算各候選方案的年度總成本

將每一價格級距的候選訂購量代入:

TCi=DCi+DQiS+Qi2HTC_i=DC_i+\frac{D}{Q_i}S+\frac{Q_i}{2}H

其中 CiC_i 為該候選量所適用的單位價格。

第五步:選擇年度總成本最低者

比較所有可行候選方案:

Q最適=arg⁡min⁡TCiQ_{\text{最適}}=\arg\min TC_i

年度總成本最低的候選量,即為具有數量折扣下的最適經濟訂購量。


計算例

某產品資料如下:

  • 年需求量:D=10,000D=10{,}000 單位
  • 每次訂購成本:S=200S=200
  • 每單位每年持有成本:H=4H=4
  • 數量折扣如下:
訂購量單位價格
1∼4991\sim4995050
500∼999500\sim9994949
1,0001{,}000 以上4848

假設採用全量折扣。

第一步:計算基本 EOQ

Q∗=2DSHQ^*=\sqrt{\frac{2DS}{H}} Q∗=2(10,000)(200)4Q^*=\sqrt{\frac{2(10{,}000)(200)}{4}} Q∗=1,000,000=1,000Q^*=\sqrt{1{,}000{,}000}=1{,}000

因此,基本 EOQ 為:

Q∗=1,000 單位Q^*=1{,}000\text{ 單位}

第二步:檢查各價格級距

第一級:Q=1∼499Q=1\sim499,單價 C1=50C_1=50

基本 EOQ 為 1,0001{,}000,超過本級距的上限,因此本級距的候選量取最大可行量:

Q1=499Q_1=499

第二級:Q=500∼999Q=500\sim999,單價 C2=49C_2=49

基本 EOQ 為 1,0001{,}000,超過本級距的上限,因此本級距的候選量取最大可行量:

Q2=999Q_2=999
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第 六 題20 分

請詳述何謂詹森法則(Johnson’s rule)、詹森法則的實施條件以及實施步驟?並舉一例,詳細說明之。

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這一題的完整詳解

核心觀念

詹森法則(Johnson’s rule)是用來決定「nn 項工作、兩部機器」之最佳加工順序的方法,目的在於使全部工作完成時間(makespan)最小。

典型流程為:

M1⟶M2M_1 \longrightarrow M_2

每項工作均須先在機器 M1M_1 加工,再至機器 M2M_2 加工。詹森法則的核心判斷如下:

  • 若某工作的最短加工時間發生在 M1M_1,該工作排在目前序列的最前端。
  • 若某工作的最短加工時間發生在 M2M_2,該工作排在目前序列的最後端。
  • 重複上述程序,直到所有工作均完成排序。

詹森法則的目的,是在兩機器流程型生產環境下,最小化總流程時間:

Cmax⁡C_{\max}

其中 Cmax⁡C_{\max} 表示最後一項工作在第二部機器完成的時間。


詹森法則的實施條件

詹森法則必須在特定假設下才能保證得到最佳順序。主要條件如下:

  1. 只有兩部機器

所有工作均依序通過兩部機器:

M1→M2M_1 \rightarrow M_2

  1. 所有工作均遵循相同加工路線

每項工作都必須先經過 M1M_1,再經過 M2M_2,不得有工作只使用其中一部機器。

  1. 每部機器一次只能加工一項工作

機器不可同時處理兩項工作。

  1. 工作不可中斷

工作一旦在某部機器上開始加工,必須連續加工至完成,不得中途暫停後再恢復。

  1. 工作不可超越

工作在第二部機器上的加工順序,必須與第一部機器相同,不得發生插隊或超越。

  1. 各項加工時間已知且固定

工作 ii 在兩部機器上的加工時間分別為:

ai=工作 i 在 M1 的加工時間a_i = \text{工作 }i\text{ 在 }M_1\text{ 的加工時間} bi=工作 i 在 M2 的加工時間b_i = \text{工作 }i\text{ 在 }M_2\text{ 的加工時間}
  1. 所有工作同時可供加工

通常假設所有工作在時間 00 已可開始加工,沒有不同的到料時間或釋出時間。

  1. 換線或整備時間可忽略,或已包含於加工時間內

  2. 最佳化目標為最小化總流程時間

亦即縮短最後一項工作在 M2M_2 完成的時間 Cmax⁡C_{\max},而非個別工作平均等待時間或逾期成本。


解題方法與實施步驟

步驟一:列出每項工作的兩部機器加工時間

建立如下資料表:

工作M1M_1 加工時間M2M_2 加工時間
J1J_1a1a_1b1b_1
J2J_2a2a_2b2b_2
⋯\cdots⋯\cdots⋯\cdots

每次均在所有尚未排序的加工時間中,尋找最小值。

步驟二:找出目前最小加工時間

將所有尚未排定工作的 M1M_1 與 M2M_2 加工時間放在一起比較,找出最小者。

步驟三:依最小值所在的機器安排位置

  • 最小值若位於 M1M_1:

將該工作排在目前尚未安排位置的最前面。

  • 最小值若位於 M2M_2:

將該工作排在目前尚未安排位置的最後面。

步驟四:刪除已排定工作

將該工作從未排序清單中刪除,對剩餘工作重複步驟二與步驟三。

步驟五:形成完整工作順序

當所有工作均排定後,即得到詹森法則所決定的加工順序。

步驟六:計算兩部機器的開始與完成時間

對於依序排列的工作,第一部機器的完成時間為:

C1j=C1,j−1+ajC_{1j}=C_{1,j-1}+a_j

第二部機器的開始時間必須等候兩項條件同時成立:

  1. 該工作已在 M1M_1 完成;
  2. M2M_2 已完成前一項工作。

因此:

S2j=max⁡(C1j,C2,j−1)S_{2j}=\max(C_{1j},C_{2,j-1})

第二部機器的完成時間為:

C2j=S2j+bjC_{2j}=S_{2j}+b_j

最後一項工作的 C2jC_{2j} 即為總流程時間 Cmax⁡C_{\max}。


範例說明

假設有五項工作,均須依序通過 M1M_1 與 M2M_2,加工時間如下:

工作M1M_1 加工時間M2M_2 加工時間
AA38
BB74
CC56
DD92
EE47

第一次選擇

所有加工時間中的最小值為 22,位於工作 DD 的 M2M_2。

因為最小值位於第二部機器,所以 DD 排在最後端:

____D\_ \quad \_ \quad \_ \quad \_ \quad D

第二次選擇

刪除 DD 後,剩餘加工時間的最小值為 33,位於工作 AA 的 M1M_1。

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