108 高普考普通考試 工業工程 生產計畫與管制概要 考古題詳解
第 一 題15 分
試說明何謂成本領導、差異化與集中化策略。採用此三種策略的企業,各可享有哪些優勢?企業在追求此三種策略的過程中,各應注意的事項有哪些?
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核心觀念 本題測驗著名管理學者麥可·波特(Michael E. Porter)於 1980 年《競爭策略》(Competitive Strategy)中提出的「一般性競爭策略」(Generic Strategies)。波特指出,企業在產業中欲獲取超越平均水準的利潤與持久的競爭優勢,必須依據「策略優勢來源」(低成本 vs. 獨特性/差異化)與「策略目標範疇」(全產業廣泛市場 vs. 特定利基市場)兩個維度進行策略定位,可歸納出三種基本競爭策略:
- 成本領導策略(Cost Leadership Strategy):在廣泛目標市場中追求全產業的整體成本最低。
- 差異化策略(Differentiation Strategy):在廣泛目標市場中創造全產業公認獨特的產品或服務。
- 集中化策略(Focus Strategy):將資源聚焦於狹窄的特定顧客群、地理區域或利基市場,又可分為成本集中化(Cost Focus)與差異化集中化(Differentiation Focus)。
解題方法 本題為標準的公職申論題,配分一般為 20 至 25 分。解題關鍵在於建立條理分明的三層次結構,切忌混淆或遺漏子題:
- 橫向架構:分別以「成本領導」、「差異化」、「集中化」三大策略作為主軸。
- 縱向論述:各策略下均依題目要求完整交代「定義」、「可享有之優勢」、「應注意事項與潛在風險」。
- 理論連結:
- 定義部分導入波特的策略維度(優勢基礎與市場範疇)。
- 優勢部分結合「波特五力架構」(抵禦同業競爭、買方議價、賣方議價、潛在進入者、替代品威脅)進行論述,展現答題深度。
- 注意事項部分強調各策略常見的執行盲點與環境變動風險,最後補充「夾在中間(Stuck in the Middle)」之策略警訊。
選項分析 本題為申論題(非選擇題),無選項分析。考生應力求標題化、條列化,以精準的專業術語(如規模經濟、經驗曲線、品牌溢價、利基市場)爭取高分。
解題技巧
- 架構矩陣化記憶:
- 成本領導:低成本 廣泛市場。
- 差異化:產品獨特性 廣泛市場。
- 集中化:低成本或差異化 狹窄利基市場。
- 答題關鍵字速記:
- 成本領導 規模經濟、標準化製程、學習曲線、降價防禦。
- 差異化 品牌忠誠度、定價溢價(Price Premium)、抗拒替代品、價格敏感度低。
- 集中化 客製化利基、高度專注、服務深度、規模劣勢轉化。
- 常見失分陷阱:
- 將「成本領導」誤寫為「價格領導(削價競爭)」;成本領導是「內部生產營運成本低」,而非單純便宜賣。
- 忽略集中化策略內部其實包含「成本集中」與「差異化集中」兩種類型。
- 漏談各策略追求極致時所伴隨的盲點(如技術變革推翻成本優勢、差異化成本失控等)。
【答案】
一、三大策略之意涵與定義
-
成本領導策略(Cost Leadership Strategy) 企業將目標鎖定在廣泛的整體產業市場,透過追求規模經濟、標準化作業、專利生產技術、嚴密的成本與管理費用控制、經驗曲線效益等手段,使企業在產業中維持總成本低於所有競爭對手的地位。
-
差異化策略(Differentiation Strategy) 企業在廣泛的產業市場中,針對顧客高度重視的一個或數個特徵,透過卓越的設計、品牌形象、先進技術、優質客服或通路網路等方式,提供全產業公認為獨一無二的產品或服務,藉此向顧客收取溢價(Price Premium)。
-
集中化策略(Focus / Niche Strategy) 企業選擇產業中某一特定區隔市場(如特定顧客群、特定產品線或特定地理區域),排除了全產業競爭,將全部資源聚焦服務該目標。依其取得優勢的基礎,可細分為:
- 成本集中化(Cost Focus):在該特定區隔市場中追求成本優勢。
第 二 題15 分
何謂生產線平衡?現有某一生產線之前置圖(precedence diagram)如下:
(前置圖原卷文字擷取不全,請參考原卷。)
(一) 請計算此生產線之效率(Efficiency)及生產線遲延(Balance Delay)。(5 分)
(二) 請以相對位置加權法(Ranked positional weight method)排出最佳之站數及其分配情況。(5 分)
(三) 請計算排出最佳站數後之效率(Efficiency)。(5 分)
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核心觀念
生產線平衡是將具有前置順序的作業分配到各工作站,使各站工作時間不超過週期時間,並盡量減少站間閒置時間。
設總作業時間為 、工作站數為 、週期時間為 ,則:
相對位置加權法(Ranked Positional Weight Method, RPW)先計算各作業的位置權重,即該作業時間加上所有後續作業時間,再依權重由大到小排序,依序分派至符合前置關係且尚有足夠時間的工作站。
解題方法
圖中作業時間與前置關係如下:
| 作業 | 時間(分鐘) | 直接前置作業 |
|---|---|---|
| 1 | 6 | — |
| 2 | 5 | 1 |
| 3 | 7 | 1 |
| 4 | 10 | 1 |
| 5 | 7 | 1 |
| 6 | 16 | 2 |
| 7 | 7 | 4 |
| 8 | 15 | 3、6、7 |
| 9 | 14 | 8 |
總作業時間為:
原題圖未標示週期時間,也未標出原生產線的工作站分配。以下依題目資料採用週期時間 分鐘(圖中最長單一作業時間),並將原配置視為每項作業各占一站,共 9 站。
(一)原生產線效率與生產線遲延
(二)以 RPW 法分派工作站
各作業的位置權重為:
| 作業 | 位置權重計算 | 位置權重 |
|---|---|---|
| 1 | 1 至 9 的全部後續作業時間 | 87 |
第 三 題20 分
某產品未來八週的銷售預測和顧客訂單數量如下表所示,現有存貨數量為 單位,生產批量為 單位。假設當預計存貨(projected on-hand inventory)低於 單位時,即安排生產批量 單位,請發展主生產排程(master production schedule)。
| 週 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 銷售預測 | 100 | 100 | 100 | 110 | 110 | 110 | 120 | 120 |
| 顧客訂單 | 110 | 90 | 60 | 120 | 40 | 30 | — | — |
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核心觀念
本題旨在測驗生產與作業管理中主生產排程(Master Production Schedule, MPS)之推導與建立能力,核心觀念包含:
-
有效需求量判定(保守原則): 在未設定特定需求時界(Demand Time Fence, DTF)的標準排程實務中,各週之預計需求取「銷售預測(Forecast)」與「顧客訂單(Customer Orders)」兩者之較大值:
-
預計現有存貨(Projected On-Hand Inventory, POH)推導公式: 各期初的可用存貨為前一期的期末預計現有存貨 。在尚未排定當期生產批量時,排程前之預計存貨為:
-
生產批量(Lot Sizing)與安全存量觸發規則: 本題採用固定批量法(Fixed Order Quantity, FOQ),批量 單位;安全存量(Safety Stock, SS)閾值為 單位。
- 若「排程前 」,代表存貨將低於安全水準,必須排定生產批量 ,此時當期期末預計存貨為:
- 若「排程前 」,則當期無須生產,,當期期末預計存貨為:
解題方法
已知條件:
- 現有存貨(第 0 週期末存貨)
- 生產批量
- 觸發生產條件:預計存貨低於 (即 )
步驟一:計算未來八週各週之有效需求量
- 第 1 週:
- 第 2 週:
- 第 3 週:
- 第 4 週:
- 第 5 週:
- 第 6 週:
- 第 7 週:
- 第 8 週:
步驟二:逐週展開推算預計存貨(POH)與主生產排程(MPS)
-
第 1 週:
-
排程前預計存貨
-
因 ,觸發排程生產:
-
期末預計存貨
-
第 2 週:
-
排程前預計存貨
-
因 ,無須生產:
-
期末預計存貨
-
第 3 週:
-
排程前預計存貨
-
因 ,無須生產:
-
期末預計存貨
-
第 4 週:
-
排程前預計存貨
-
因 ,觸發排程生產:
-
期末預計存貨
第 四 題15 分
試述何謂預測?請說明預測方法的分類、優良預測的條件,並說明主管共識凝聚、銷售員意見調查、消費者意見調查、市場調查、德非法(Delphi method)預測法的優缺點。
另請說明時間序列的涵義,以及分析時間序列時,觀測值會受到哪些變異的影響?
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核心觀念
本題測驗「生產計畫與管制」及「作業管理」中「需求預測(Demand Forecasting)」之基礎理論架構。核心觀念包含:
- 預測本質:預測是對未來事件的陳述與評估,為所有生產排程、產能規劃、庫存控制及供應鏈協調的起點。
- 預測方法分類:依資料性質分為「定性(質化)方法(Qualitative Methods)」與「定量(量化)方法(Quantitative Methods)」。
- 優良預測準則:評估預測系統良窳之多構面指標(及時、準確、可靠、經濟、簡明等)。
- 質化/主觀預測技術比較:掌握主管共識法、銷售員意見法、消費者意見調查、市場調查、德非法等技術之適用情境、限制與優劣。
- 時間序列分析(Time Series Analysis):以時間為自變數之數列資料,其數值變動由四種基本要素(趨勢 、季節 、循環 、隨機 或 )複合而成。
解題方法
本題為標準的國家考試公職申論題(兩大段落、多項子題)。作答時應採取「結構化條列」與「概念對比」的切入方式:
- 破題定義明快:針對「預測定義」與「預測分類」以樹狀分支或條列定義開展,區分定性法與定量法(時間序列 vs. 因果模式)。
- 條件歸納化:列出作業管理權威理論(如 Stevenson、Heizer 等學者提出)之優良預測要件。
- 優缺點對稱呈現:題目指定之五種質化方法,依序以「定義」、「優點」、「缺點」對稱撰寫,讓閱卷委員能一目了然給分重點。
- 數學模型輔助時間序列:說明時間序列四大變異時,輔以加法模型 與乘法模型 ,展現工工科專業答題水準。
選項分析
本題為高普考申論題,非選擇題,無選項設計。
解題技巧
- 掌握得分架構(配分配置):此題在國考通常配分 20~25 分,四大段落(定義與分類、優良條件、五大方法優缺點、時間序列與四變異)應平均分配篇幅,避免頭重腳輕。
- 五大質化方法防混淆竅門:
- 「主管共識」與「德非法」皆為專家意見,但後者強調「匿名性」、「多回合回饋」以避免權威從眾心理。
- 「銷售員意見」重在第一線接觸與即時性,陷阱是銷售員往往因「績效考核配額」而故意低估預測。
- 「消費者意見」與「市場調查」不同:前者偏向現有或目標客群意願蒐集;後者涵蓋廣泛的科學統計抽樣、焦點團體與新市場假說驗證。
- 時間序列變異口訣(TSCR):
- 趨勢(Trend):長期(多年)持續方向。
- 季節(Seasonality):短期固定週期(一年內,如月、季、週、日)。
- 循環(Cycle):長期非固定週期(受總體景氣循環影響,數年一波)。
- 隨機/不規則(Random / Irregular):無法預料之雜訊或偶發事件。
【答案】
一、預測之定義(Definition of Forecasting)
預測(Forecasting)是指利用歷史資料、客觀資訊或主觀判斷,對未來特定時期的事件、趨勢或需求,進行科學性的推估與判斷過程。在生產計畫與管制中,預測是企業產能規劃、主生產排程(MPS)、物料需求計畫(MRP)及庫存控制之決策基石。
二、預測方法的分類
依據分析依據之性質與技術層面,主要可分為兩大類:
- 定性預測(質化預測,Qualitative Methods):
- 依賴專家經驗、直覺、市場洞察或調查意見進行推估。
- 適用於缺乏歷史數據、新產品上市或外部環境發生重大變革之情境。
- 定量預測(量化預測,Quantitative Methods):
- 依賴歷史數據,運用數學或統計模型進行數值推算。
- 可進一步細分為:
- 時間序列法(Time Series Models):假設「歷史會重演」,僅以過去的時間與需求數值為依據(如:移動平均法、指數平滑法、趨勢投影法)。
- 因果關聯法(Causal Models):探討需求與一項或多項獨立變數間的因果關係(如:簡單線性迴歸、多元迴歸、計量經濟模型)。
三、優良預測的條件
評估一項預測作業或預測系統是否優良,應具備以下七大要件:
- 及時性(Timely):預測結果必須在決策執行所需的「前置時間(Lead Time)」之前完成。
- 準確性(Accurate):預測誤差應在可接受範圍內,並提供可信賴的誤差衡量區間。
- 可靠性/一致性(Reliable):預測技術在不同時段應具備穩定品質,不應忽準忽偏差。
- 有意義的度量單位(Meaningful Units):輸出單位須符合使用者需求(如:生產線需「件數/工時」,財務部門需「金額」)。
第 五 題20 分
請說明 FCFS、SPT、WSPT、EDD、Hodgson、CR、MST、S/O 等零工式(Job Shop)生產排程方法的意義。
某工作中心有五項正等待加工中的工作,假定下表係按訂單之先後順序排列。
| 工作 | 工作時間(小時) | 到期時間(小時) |
|---|---|---|
| A | 210 | 300 |
| B | 150 | 240 |
| C | 105 | 225 |
| D | 90 | 255 |
| E | 115 | 180 |
(一) 請使用 EDD、CR、SPT 與 FCFS 進行工作順序排列。
(二) 請進一步就(一)部分之每項法則,計算平均完成時間、平均餘裕時間、工作中心之平均工作數,並說明何種法則較佳?
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核心觀念
本題屬於生產計畫與管制中「作業排程(Scheduling)」與「單機/零工式工作中心優先派工法則(Priority Dispatching Rules, PDR)」的經典題型。核心概念涵蓋:
- 優先派工法則(Priority Dispatching Rules):在單一或多個工作中心前,當有多項工作等待加工時,用以決定加工先後順序的啟發式準則。不同準則具有不同的最佳化目標(如最小化在製品存貨、最小化流程時間、或滿足交期承諾)。
- 主要評估指標公式:
- 完成時間(Completion Time, )與流程時間(Flow Time, ):若所有工作在時間 皆已抵達,則工作 的流程時間等於其完工時間 。
- 餘裕時間(Slack Time, ):工作之到期時間與其完成時間之差值,即 。若 表示提早完成之寬裕時間;若 則為負餘裕(代表工作遲交,即延遲時間 )。
- 工作中心之平均工作數(Average Number of Jobs in Work Center / WIP):依據利特爾法則(Little's Law),平均在製品工作數等於總流程時間除以工期總長(Makespan,即總加工時間):
解題方法
前言:八大零工式(Job Shop)排程方法之意義
- FCFS(First-Come, First-Served,先到先服務):
- 意義:依照訂單或工作到達工作中心的先後順序進行加工。
- 特點:作業簡單直覺且具公平性,但整體績效指標(如平均完成時間、在製品庫存)通常較差。
- SPT(Shortest Processing Time,最短加工時間優先):
- 意義:優先加工所需加工時間()最短的工作。
- 特點:在單機環境下,能使平均流程時間、平均完成時間、平均在製品存貨(WIP)最小化,並最大化機台利用率。
- WSPT(Weighted Shortest Processing Time,加權最短加工時間優先):
- 意義:考量各工作的權重(價值或重要性 ),依比值 由大至小排序(或按 由小至大排序)。
- 特點:能使總加權流程時間(Total Weighted Flow Time)最小化。
- EDD(Earliest Due Date,最早到期日優先):
- 意義:優先加工到期日()最緊迫的工作。
- 特點:依據傑克森法則(Jackson's Rule),在單機排程中能使最大延遲時間(Maximum Lateness, )與最大遲到時間(Maximum Tardiness, )最小化。
- Hodgson 演算法(Hodgson's / Moore-Hodgson Algorithm):
- 意義:針對單機排程設計的最佳化演算法,目標為將「遲到工作件數(Number of Tardy Jobs, )」最小化。
- 特點:先按 EDD 排序,依序累加完工時間;一旦遇到遲到的工作,便從該工作及其前面已排入的工作中,剔除加工時間最長者移至最後加工。
- CR(Critical Ratio,關鍵比例法):
- 意義:以「剩餘到期時間」與「剩餘加工時間」的比值決定優先順序:
- 特點:CR 愈小者優先排程。若 表示該工作已落後進度並將遲交; 表示剛好趕上; 表示進度寬裕。
- MST(Minimum Slack Time,最短餘裕時間優先,亦稱 STR):
- 意義:計算工作的餘裕時間 ,優先加工剩餘餘裕時間最小的工作。
- 特點:動態反映工作緊迫度,能有效避免嚴重落後的工件延宕。
- S/O(Slack Time per Operation,每道作業平均餘裕時間):
- 意義:針對多道製程之零工式排程,將總餘裕時間除以該工作剩餘的加工道數:
- 特點:數值最小者優先加工,能兼顧工件的剩餘寬裕度與後續加工複雜度。
(一) 工作順序排列
現有五項工作,假設現行排程時間 ,各工作資料如下:
- 工作 A: 小時, 小時
- 工作 B: 小時, 小時
- 工作 C: 小時, 小時
- 工作 D: 小時, 小時
- 工作 E: 小時, 小時
總加工時間 小時。
-
FCFS(先到先服務): 依訂單原有先後順序排列:
-
SPT(最短加工時間優先): 依加工時間 由小到大排序:
- D(90) C(105) E(115) B(150) A(210)
- EDD(最早到期日優先): 依到期時間 由小到大排序:
- E(180) C(225) B(240) D(255) A(300)
- CR(關鍵比例法): 在 時計算各工作的關鍵比例 :
- 工作 A:
- 工作 B:
- 工作 C:
- 工作 D:
- 工作 E:
按 CR 值由小到大排序():
(二) 各法則績效指標計算與評比
各項指標計算公式定義:
- 完成時間 ()
- 餘裕時間
- 平均完成時間
- 平均餘裕時間
- 工作中心之平均工作數
1. FCFS 法則(順序:A - B - C - D - E)
| 工作順序 | 加工時間 | 完成時間 | 到期時間 | 餘裕時間 |
|---|---|---|---|---|
| A | 210 | 210 | 300 | |
| B | 150 | 360 | 240 | |
| C | 105 | 465 | 225 | |
| D | 90 | 555 | 255 | |
| E | 115 | 670 | 180 | |
| 總計 | 670 | 2,260 | 1,200 |
- 平均完成時間
第 六 題15 分
JIT 生產方式之基石與兩大支柱為何?何謂混線生產?如何進行混線生產?試以下例說明。
某一公司有一生產線在一天 分鐘內,同時生產 A、B、C 三種形式之產品。若分別生產 、、 件,試求生產一件之週期時間為何?若欲達成混線生產,其最小週期時間為多少?在最小週期時間內應如何混線生產 A、B、C 產品?
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核心觀念
本題融合了豐田生產體系(Toyota Production System, TPS / JIT)的核心哲學架構與「平準化混線生產(Mixed-Model Production)」的實務計算:
- JIT 豐田之屋(TPS House)架構:
- 基石(Foundation):平準化生產(Heijunka)與標準作業(Standardized Work)。平準化包含產量平準化(Volume Leveling)與品種平準化(Product-Mix Leveling),是消除生產震盪(Muri、Muda、Mura)並支撐穩定運作的地基。
- 兩大支柱(Two Pillars):
- 及時化(Just-In-Time):在必要的時間,以必要的數量,生產必要的產品。核心要素為節拍時間(Takt Time)、連續流/單件流(One-Piece Flow)與後拉式看板系統(Pull System)。
- 自働化(Jidoka,帶人字旁的自動化/智慧自働化):設備具備異常自我偵測並自動停機的功能,防止不良品流入下一道工序,兼具品質源頭管理(如 Poka-Yoke 防呆機制、Andon 安燈警示)與人機分離作業。
- 混線生產(Mixed-Model Production): 在同一條裝配線上,連續且有規律地穿插生產多種不同規格、型號產品的方式,以滿足顧客多樣少量需求,消除大量在製品庫存。
- 週期時間與最小循環:
- 單件週期時間(Cycle Time / Takt Time):生產線上產出一件產品所需的時間,定義為「可用生產時間」除以「總需求量」。
- 最小零件組(Minimal Part Set, MPS):將各產品產量取最大公約數(GCD),化為最簡整數比,構成一個最小重複生產循環單元。
- 最小週期時間(Minimal Cycle Time):完成一次最小零件組(MPS)所需的時間。
解題方法
一、JIT 生產方式之基石與兩大支柱
- 基石:
- 平準化生產(Heijunka):平滑化每日、每小時的生產數量與產品組合,避免生產過程因需求波動產生瓶頸或閒置。輔以「標準作業(Standard Work)」及「持續改善(Kaizen)」,建立穩定且可預測的生產環境。
- 兩大支柱:
- 及時化(Just-In-Time):追求「零庫存」與「極短前置時間」,透過拉式生產(Pull System)與單件流,依顧客需求節拍進行精準供應。
- 自働化(Jidoka):強調「品質內建於製程」,賦予機器與作業員在發現異常時立即停止生產線的權限,杜絕不良品傳遞至後續工序,並立即探究根本原因進行改善。
二、混線生產之定義與實施方式
- 定義: 混線生產是指在同一條生產線上,以極小批量(甚至單件)且均勻分佈的方式,連續交替組裝不同規格或型號的產品。其目標在於降低成品與在製品庫存、縮短訂單前置時間(Lead Time),並彈性因應市場需求的動態變化。
- 進行方式:
- 快速換模換線(SMED, Single-Minute Exchange of Die):大幅壓縮設置(Setup)時間至個位數分鐘內,使小批量甚至單件生產在經濟上可行。
- 決定最小零件組(MPS):找出各型號產品產量的最大公約數,建立最小產量比例組合。
- 平準化投產順序排程(Model Sequencing):依照比例將各型號產品均勻穿插於最小循環中,避免同一型號連續堆疊造成工位負荷劇烈起伏。
- 彈性人機配置與 U 型生產線:培育多能工,並配合節拍時間彈性調派作業人力與動線,確保線平衡率。
三、數值計算推導
已知條件:
- 每日可用生產時間 分鐘
- 各型號產量: 件、 件、 件
- 每日總生產量 件
1. 求生產一件之週期時間(Cycle Time, ):
2. 求欲達成混線生產之最小週期時間:
- 求各型號產量的最簡整數比(最小零件組,Minimal Part Set): 各產品產量分別為 、、,其最大公約數為:
- 計算最簡生產比例(即一個最小循環單元內的件數):
- 產品 A: 件
- 產品 B: 件
- 產品 C: 件
- 一個最小循環總件數 件
- 全天共可執行 個最小生產循環。