111 高普考高考三級 工業工程 設施規劃 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗設施規劃（Facilities Planning）中「設施重新布置（Plant Relayout）」的觸發時機與決策驅動力。

工廠布置並非靜態的一次性設計，而是伴隨企業生命週期動態調整的營運決策。在 Richard Muther 的「系統化設施規劃」（Systematic Layout Planning, SLP）理論中，設施規劃的核心輸入要素為 P-Q-R-S-T：

1. $P$（Product，產品）：生產何種產品或提供何種服務。
2. $Q$（Quantity，數量）：各產品的生產批量與需求量。
3. $R$（Routing，路徑／製程）：產品的加工製程順序與設備配置。
4. $S$（Supporting Services，輔助服務）：倉儲、維修、品管、動線等支援部門。
5. $T$（Time，時間）：生產節拍、交期與時程規劃。

當上述五大要素或外在環境（法規、安全、人因）發生重大變化，原布置將產生瓶頸、物料搬運浪費或安全隱患，進而引發重新布置的需求。

解題方法

本題屬於標準的「列舉＋實例」申論題型。解題切入點採用 「由外而內、由技術到管理」 的系統化結構，將工廠布置變更的理由歸納為 5 至 6 大維度：

1. 產品設計與產品線變更（產品面）
2. 市場需求量與產能變更（產能／數量面）
3. 製程與生產技術革新（技術／設備面）
4. 物料搬運與流動效率低落（內部營運／效率面）
5. 工作環境、人因與安全法規變更（安全／法規面）
6. 推行精實生產或組織管理變革（管理哲學面）

論述架構應維持「學理理由（Why）＋ 具體製造業實例（Example）」一對一嚴格對應，舉例應指明具體產業背景、變更前瓶頸與變更後成效，展現工程實務素養。

選項分析

本題為高考三級專門技術筆試之申論題，非選擇題型，無選項可供分析。考生作答時應以結構化條列（大標題、小標題、段落縮排）呈現，切忌寫成無分段的長篇敘述。

解題技巧

1. 記憶框架（P-Q-R-S-T 延伸法）： 考場若一時緊張，直接從 P（產品改了）、Q（產量增減）、R（製程設備升級）、S（安全法規/倉儲不足）、管理（導入 Lean/JIT）五方向推導，即可完整涵蓋評分點。
2. 實例切忌空泛： 不可僅寫「例如汽車廠要改設備」，應具體寫出「如燃油車組裝線改為電動車（EV）底盤與電池包組裝線，因模組尺寸與組裝順序改變，需拆除引擎吊裝站並擴建電池測試緩衝區」。
3. 配分預估與篇幅控制： 本題配分通常為 20～25 分，提出 5～6 項理由最為恰當；每項理由約佔 3～4 行，總篇幅約佔試卷 1.5 至 2 頁。

【答案】

製造工廠進行設施重新布置（Plant Relayout）的主要理由及其實例說明如下：

一、 產品設計或產品組合變更（Product Changes）

• 變更理由：當企業研發新產品、舊產品改版或終止生產時，零件尺寸、形狀、材質及裝配結構均發生變化，現有產線的加工順序、工作站台尺寸及裝配夾治具往往無法相容，必須重新配置空間與工位。

核心觀念

本題評量**彈性製造系統（Flexible Manufacturing System, FMS）**之核心架構與彈性維度，為設施規劃與電腦整合製造（CIM）中的經典考題。

1. FMS 定義：由多台電腦數值控制工具機（CNC）、自動化物料搬運系統（如 AGV、搬運機器人）以及中央電腦控制系統整合而成，能在無需長時間停機重設的條件下，依訂單動態加工多種不同零件之中產量、多樣化生產系統。
2. 彈性分類架構：依據製造系統理論（如 M. P. Groover 與 Sethi & Sethi 之經典架構），製造系統的彈性可分為基本彈性（機台、搬運、作業）與系統層級彈性（途程、產品組合、數量、擴充、新產品）。
3. 優勢與技術實現：涉及製造策略（時間競爭、在製品庫存控制、設備稼動率）與關鍵軟硬體技術（CNC、自動刀具交換 ATC、模組化夾具、群組技術 GT、動態即時排程軟體）。

解題方法

本題為三問合一的申論問答題，閱卷重點在於架構完整與技術細節精準，應採層次分明的「三段論法」作答：

1. 變動種類（彈性維度）：先定義系統所面臨的外部與內部變動，歸納出最核心的 5 大彈性類型（機台彈性、途程彈性、產品組合彈性、數量彈性、擴充／新產品彈性）。
2. 變動優勢（效益分析）：從精實生產、市場競爭力及財務投資視角切入，論述能吸收市場需求變異、降低在製品（WIP）、維持高設備綜合效率（OEE）及降低停機風險的具體原因。
3. 技術實現手段（軟硬體架構）：拆解為「加工單元技術」、「物料搬運與定位技術」及「電腦控制與軟體決策技術」三大支柱，具體說明工程技術如何支撐前述彈性。

選項分析

本題為高普考申論題（非選擇題），無既定選項。針對各項彈性維度於設施規劃中的範疇與邊界進行分析如下：

• 機台彈性（Machine Flexibility）：指單一工作站轉換加工不同工件特徵的難易度。若系統僅具備機台彈性而無搬運與路徑協同，僅屬於「彈性製造單元（FMC）」，而非完整 FMS。
• 途程彈性（Routing Flexibility）：指工件在系統內有多條可替代的加工路徑。當某機台故障或瓶頸擁塞時，系統能自主繞道，是實現高系統可用率的關鍵。
• 產品組合彈性（Product-mix Flexibility）：指在特定時間範圍內，系統同時混合生產不同零件族群（Part Family）的比例能力，受限於刀庫容量與零件程式庫。
• 數量彈性（Volume Flexibility）：指系統在高產能與低產能利用率下，皆能維持經濟生產（保本點低）的能力。
• 擴充／新產品彈性（Expansion / New Product Flexibility）：指因應市場生命週期縮短，系統引進新設計零件或擴充機台模組時的相容性與邊際改造成本。

解題技巧

1. 表格化對照：考場作答時，將「變動種類」、「對應優勢」與「技術實現手段」串接為結構化段落或三欄式架構，可使答題條理分明。
2. 精準點出硬體專有名詞：避免僅寫「換刀很快」、「電腦控制」等籠統詞彙，必須明確寫出自動刀具交換機構（ATC）、自動交換托盤（APC）、自動導引車（AGV）、分散式數值控制（DNC）等標準工業工程專有名詞。
3. 避免混淆自動化形態：切勿將專用型高產量「硬性自動化」（如傳送線 Transfer Line）的特性寫入 FMS。FMS 的核心定位在中多樣、中產量（Mid-volume, Mid-variety）的範疇。

【答案】

彈性製造系統（FMS）因應變動之種類、其優勢及技術達成手段說明如下：

一、彈性製造系統（FMS）能因應變動的種類

依據製造系統設計理論，FMS 主要能因應以下五大類製程與環境變動（即系統彈性維度）：

1. 機台變動（機台彈性，Machine Flexibility）： 單一加工設備能迅速切換以執行不同工序、加工不同形狀尺寸工件的能力。
2. 製程路徑變動（途程彈性，Routing Flexibility）：

核心觀念

本題考 Graph-Based 部門布置：把部門視為節點，部門間物流量視為連線權重。評估布置時，將每一組共用邊界的部門物流量加總；總和愈大，表示物流量較大的部門愈多相鄰，布置愈佳。僅在角落相接不算相鄰。

題目只列出矩陣上三角資料，以下依通常作法，將每個數值視為該兩部門間的物流量，且不重複加總。

解題方法

逐一辨認各選項中共用邊界的部門組合，再把相應物流量相加：

不相鄰的部門對不列入得分。

選項分析

• 選項（1）：相鄰部門對為 A–B、A–C、B–D、C–D、B–E、D–E。

核心觀念

本題屬於設施規劃（Facilities Planning）中的單一設施評估選址問題（Single Facility Location Problem），核心評估準則為最小化總運輸負荷（Total Transportation Cost / Workload）。

1. 需求加總（權數定義）： 物流中心配送至各零售商之總車次，為該零售商對各產品需求車次之總和： $W_i = \sum_{k} D_{ik}$ 其中 $W_i$ 為零售商 $i$ 的總需求（權數），$D_{ik}$ 為零售商 $i$ 對產品 $k$ 之需求車次。

2. 直角距離（Rectilinear Distance / 曼哈頓距離）： 題目載明「點與點的距離以直角座標計算」，在設施規劃學理中即指直角距離（$L_1$ 距離）。兩點 $(x_1, y_1)$ 與 $(x_2, y_2)$ 間之距離公式為： $d(P_1, P_2) = |x_1 - x_2| + |y_1 - y_2|$

3. 目標函數（總運輸功／總運輸距離）： 評估候選物流中心地點 $(x, y)$ 時，以加權移動總量最小為最優目標： $\min TC(x, y) = \sum_{i} W_i \cdot d_i = \sum_{i} W_i \left( |x - x_i| + |y - y_i| \right)$

解題方法

步驟一：計算各零售商之總需求量（權數 $W_i$）

物流中心對各零售商的配送頻率以「車次」為單位，各零售商的總配送車次如下：

• 零售商 A：$W_A = 40 + 50 + 40 = 130$（車）
• 零售商 B：$W_B = 20 + 50 + 60 = 130$（車）
• 零售商 C：$W_C = 80 + 30 + 40 = 150$（車）

步驟二：建立各節點座標與權數對應表

步驟三：計算各候選地點之加權直角距離總和 $TC(x, y)$

依據候選地點 1、2、3 分別計算對零售商 A、B、C 之距離與加權總成本。

選項分析

(1) 地點 1：座標 $(5, 5)$

• 到零售商 A $(7, 30)$ 之距離： $d_{1A} = |5 - 7| + |5 - 30| = 2 + 25 = 27 \text{ 公里}$ 加權成本：$130 \times 27 = 3{,}510 \text{ 車·公里}$
• 到零售商 B $(2, 10)$ 之距離： $d_{1B} = |5 - 2| + |5 - 10| = 3 + 5 = 8 \text{ 公里}$ 加權成本：$130 \times 8 = 1{,}040 \text{ 車·公里}$
• 到零售商 C $(15, 26)$ 之距離： $d_{1C} = |5 - 15| + |5 - 26| = 10 + 21 = 31 \text{ 公里}$ 加權成本：$150 \times 31 = 4{,}650 \text{ 車·公里}$
• 地點 1 總運輸負荷： $TC_1 = 3{,}510 + 1{,}040 + 4{,}650 = 9{,}200 \text{（車·公里）}$

(2) 地點 2：座標 $(20, 20)$

• 到零售商 A $(7, 30)$ 之距離： $d_{2A} = |20 - 7| + |20 - 30| = 13 + 10 = 23 \text{ 公里}$ 加權成本：$130 \times 23 = 2{,}990 \text{ 車·公里}$
• 到零售商 B $(2, 10)$ 之距離： $d_{2B} = |20 - 2| + |20 - 10| = 18 + 10 = 28 \text{ 公里}$ 加權成本：$130 \times 28 = 3{,}640 \text{ 車·公里}$
• 到零售商 C $(15, 26)$ 之距離： $d_{2C} = |20 - 15| + |20 - 26| = 5 + 6 = 11 \text{ 公里}$ 加權成本：$150 \times 11 = 1{,}650 \text{ 車·公里}$
• 地點 2 總運輸負荷：