108 高普考高考三級 工業設計 設計方法 考古題詳解

核心觀念

本題旨在評量考生對「產品設計開發程序（Product Design and Development Process）」之階段劃分，以及各階段所屬「設計方法（Design Methods）」理論基礎、操作架構與實務應用的掌握度。

1. 產品設計開發進程之階段定義：

• 概念階段（Conceptual Design Phase）：接續於前期研究與設計規範（Design Brief / PDS）之後，核心任務為「概念發散與初步收斂」。設計師透過系統化或創造性思考工具，將抽象的使用者需求與功能規格轉化為多元的運作原理、機能架構與造形構想草圖。
• 設計階段（Design / Embodiment & Detailed Design Phase）：亦稱設計發展或具體化階段。核心任務為「方案落實、造形細部發展與感性／人因驗證」。在此階段，入選之概念將進一步確定實體比例、人體計測尺規、造形曲面、色彩材質處理（CMF）及人機介面配置。

2. 方法論之對應性：

• 概念階段著重「發想的廣度、結構化的解空間探索」；
• 設計階段著重「造形意象的量化控制、人因界面尺寸與實體可操作性之評估」。

---

解題方法

本題採取「結構化對稱論述」切入：

• 概念階段選取兼具系統性與創新窮舉能力的**「形態分析法（Morphological Analysis）」**；
• 設計階段選取工業設計領域在造形風格定案與感性工學微調中最具代表性的量化工具**「語意差異法（Semantic Differential Method, SD 法）」**。

兩者一理一感、一發散重組一精準收斂，能向閱卷委員展現完整的設計方法論掌握度。

---

（一）概念階段特定設計方法：形態分析法（Morphological Analysis）

1. 特色

• 系統性與結構化：由天體物理學家佛列茲·茲維基（Fritz Zwicky）提出，將複雜的產品系統分解為相互獨立的子功能或特徵參數（Parameters），建立多維矩陣。
• 破除思維盲點與慣性：透過各參數可行形態（Morphological Variations）的排列組合，能強迫激發出非常規、未曾探索過的創新設計構想。
• 解空間窮舉性：設產品有 $n$ 個關鍵參數，各參數具有 $m_i$ 個可行解，則理論上可形成之組合解空間總數為： $N = \prod_{i=1}^{n} m_i$ 能全面覆蓋潛在的概念解。

2. 步驟

• Step 1：定義問題與功能分解：明確界定設計目標，將產品整體功能分解為 $n$ 個核心構成要件或功能維度（如：能源動力、傳動機構、人機介面、攜行方式）。
• Step 2：發想各參數之可行型態：針對每個要件，列出所有技術可行或潛在創新的解決方案（形態/原理），填入矩陣欄位。
• Step 3：建構形態矩陣（Zwicky Box）：橫軸列出各項參數，縱軸列出對應之替代形態選項。
• Step 4：交叉組合與相容性篩選：沿著矩陣跨欄選取各項形態組合，剔除技術矛盾、法規不符或成本過高的不合理路徑，保留具創新潛力之組合路徑。
• Step 5：草圖化與概念評選：將篩選出之組合轉繪為概念草圖，結合加權評估矩陣（如 Pugh 矩陣）評選出最佳概念。

3. 應用實例

• 應用標的：智慧型手持式無線吸塵器概念開發。
• 矩陣配置：
• 參數 A（集塵原理）：$A_1$ 氣旋分離、$A_2$ 濾網集塵袋、$A_3$ 水過濾。
• 參數 B（手持構型）：$B_1$ 直立槍柄式、$B_2$ 握把環形包覆式、$B_3$ 伸縮摺疊式。
• 參數 C（供電模式）：$C_1$ 抽換式鋰電池模組、$C_2$ 機身感應無線充電座、$C_3$ 模組化外掛電池。
• 參數 D（排氣導流）：$D_1$ 後方雙向分流、$D_2$ 底部隱藏導流、$D_3$ 握把內部冷卻迴路。
• 概念產出：選取路徑 $\{A_1 - B_2 - C_2 - D_3\}$，組合成「具握把冷卻氣流、感應座充且環形握持之氣旋吸塵器」，完成全新概念展開。

---

（二）設計階段特定設計方法：語意差異法（Semantic Differential Method, SD 法）

1. 特色

• 心理感受之量化測量：由心理學家奧斯古（Charles E. Osgood）創立，廣泛應用於感性工學（Kansei Engineering）。透過心理度量尺規將使用者對造形、色彩、材質（CMF）之抽象意象量化為數據。
• 幾何造形與意象之連結：能客觀比對設計師之「造形表達」與受測者之「知覺意象」是否存在認知落差。
• 支援多變量統計決策：評估數據可直接導入因子分析（Factor Analysis）、集群分析（Cluster Analysis）及多元尺度法（MDS），建立產品知覺空間圖（Perceptual Map），精確指引細部造形修正。

核心觀念

本題旨在評量考生於產品開發前期（Front-End of Innovation / Conceptual Design Phase）對「設計思考與方法論」的實務操作能力。核心涵蓋四大知識體系：

1. 雙鑽石設計模型（Double Diamond Model）：英國設計委員會（Design Council）提出之設計流程架構，強調在概念發展階段必須歷經「發散（Divergence：探索多元解方）」與「收斂（Convergence：評估與決策）」的思維切換。
2. 形態分析法（Morphological Analysis）：由瑞士天文學家 Fritz Zwicky 提出之系統化發散創意思考法。將產品分解為若干獨立維度（關鍵功能／機構參數），並為各維度列舉多種可行技術手段，藉由維度間的組合交叉激盪出新穎的概念構想。
3. Pugh 概念選擇矩陣（Pugh Concept Selection Matrix）：由 Stuart Pugh 所發展之工程概念評估收斂方法。選定一現有產品或基本構想作為基準（Datum），設定具體評估準則，以相對優劣符號（$+$, $-$, $S$）或權重分數進行客觀篩選與整併。
4. 產品設計規範（Product Design Specification, PDS）：依據 Stuart Pugh 的規範體系，將概念收斂之結果轉化為後續詳細設計（Detail Design）與工程製造依循的具體、可量化之檢驗指標，包含機能、人因、尺寸、材質、安全與環境等維度。

---

解題方法

本題要求演練完整概念設計流程，解題關鍵在於「方法具名、脈絡連貫、數據具體、圖表化呈現」。本解採用以下步驟展開：

1. 設定設計標的：選定具備人因介面、機構動作與電子技術整合特性的「高齡者居家智慧隨行藥盒（Smart Pillbox for Seniors）」。
2. 發散階段（形態分析法）：將藥盒拆解為五大關鍵機能參數（分藥儲存機構、定時提醒回饋、出藥防呆機構、人因操作介面、攜行與防護），展開二維形態矩陣（Morphological Box），提供至少三組以上橫向排列之構想組合。
3. 收斂階段（Pugh 矩陣評估法）：自形態分析中提取三個代表性概念組合（概念 A、B、C），以市售傳統旋轉藥盒為基準（Datum），設定六大人因與工程準則進行矩陣式評分，定案出綜合表現最優之「概念 B（模組化推艙＋聲光振動引導）」。
4. 具體概念呈現：詳述雀屏中選概念的外觀形態、內部機構、互動流程與使用情境，建立清晰的產品意象。
5. 條列設計規範（PDS）：揚棄空泛形容詞，以工程化、模組化之具體規格條列機能、尺寸、機構、人因、材料與法規標準。

---

選項分析

本題為公職國家考試高等考試三級之「申論實作題」，非選擇題型。閱卷委員主要依據以下四項構面評判給分：

• 發散層次之廣度與系統性：僅用條列式漫談扣分；若能建立「形態分析矩陣（Morphological Matrix）」將機能參數與實現手段窮舉化，則能取得高分區間。
• 收斂評估之客觀性與邏輯性：缺乏評估依據直接跳至結論者大幅失分；採用「Pugh 矩陣」並清楚標定基準（Datum）與量化正負評分標準，展現工程設計之理性決策能力。
• 概念呈現之成熟度：概念若僅描繪外觀造形，缺乏人因介面、動力／機構原理解釋，評為不合格；必須兼顧軟硬體整合與高齡者行為痛點。
• 設計規範（PDS）之可驗證性：若出現「外觀要美觀」、「操作要容易」等無法量測之描述，直接扣分；規範必須具備公差、力值、材質標記（如 ABS、PC、矽膠）及防護等級（如 IP54）。

---

解題技巧

1. 破題先框定情境與對象：切勿未定義產品便空泛介紹方法。開頭以 2～3 行寫出「目標族群痛點（如高齡者視力衰退、手部肌力下降、忘記服藥）」與「產品定義」，閱卷委員即可判定作答切中工業設計實務。
2. 圖表化答題爭取版面優勢：

• 發散階段：繪製結構化的 $5 \times 3$「形態分析矩陣」，並用折線標記最終獲選的概念路徑。
• 收斂階段：繪製標準「Pugh 評估矩陣」，標明符號意義（$+1$: 優於基準、$0$: 等同基準、$-1$: 劣於基準）。

3. 避開空泛形容詞：寫設計規範時，落實「數值＋單位＋公差」的工程語言。例如：重量不寫「輕便」，寫「全機淨重 $\le 220\text{ g}$（含電池）」；按鍵不寫「好按」，寫「觸發行程 $1.2 \pm 0.2\text{ mm}$、觸發力 $1.5 \pm 0.3\text{ N}$」。

---

【答案】

一、 產品開發主題設定

• 產品名稱：高齡者居家智慧隨行藥盒（Smart Pillbox for Seniors）
• 核心設計痛點：針對輕度認知衰退與手部靈活度下降的高齡族群，解決多重用藥混淆、服藥時間遺忘、手部顫抖不易取藥及出外攜帶防潮不易等問題。

---

二、 發散階段：形態分析法（Morphological Analysis）

將智慧隨行藥盒分解為五項核心機能參數，並為各參數發展三種可行之實現場景與技術手段，建立形態分析矩陣如下表：

機能維度（Parameters）	手段 1（Means 1）	手段 2（Means 2）	手段 3（Means 3）
A. 藥品儲存與單次計量	A1. 圓環狀旋轉分格艙	A2. 直列式抽拉彈射艙	A3. 蜂巢式垂直頂出艙
B. 服藥提醒與引導方式	B1. 單純蜂鳴聲響提醒	B2. 多重感官（光環引導＋語音＋局部振動）	B3. 藍牙同步手機推播螢幕顯示
C. 出藥與防呆開闔機構	C1. 手動指甲扳扣開蓋	C2. 單指大面積按壓阻尼微跳開關	C3. 磁吸滑蓋搭配霍爾感應出藥
D. 人因資訊呈現介面	D1. 高對比大字體彩色電子紙（E-ink）	D2. 分段式 LED 矩陣圖形與背光燈號	D3. 觸覺盲人點字結合高凸緣浮雕字
E. 攜行防護與供電系統	E1. 乾電池供電＋旋鈕式防水圈	E2. 磁吸無線充電座＋包膠雙料射出防摔密封	E3. USB-C 附防塵塞＋金屬外殼防撞

概念合成路徑：

• 概念 1（低成本機械取向）：$\text{A1} + \text{B1} + \text{C1} + \text{D3} + \text{E1}$
• 概念 2（智慧人因平衡取向，本案獲選路徑）：$\text{A2} + \text{B2} + \text{C2} + \text{D2} + \text{E2}$

核心觀念

本題旨在評量考生對於「設計管理與企劃工具」之整合運用能力。核心觀念涵蓋以下四項範疇：

1. 品質機能展開法（Quality Function Deployment, QFD）：由日本學者赤尾洋二（Yoji Akao）與水野滋（Shigeru Mizuno）提出，核心精神為「將顧客之聲（Voice of Customer, VOC）轉化為工程與設計語言」，並透過系統化矩陣展開至各產品發展階段。
2. 品質屋（House of Quality, HoQ）之結構：包含顧客需求（WHATs）、技術特徵／工程特性（HOWs）、關係矩陣（WHATs vs. HOWs）、屋頂相關矩陣（HOWs vs. HOWs，判斷技術衝突與權衡）、競爭者評估及目標值設定。
3. 四階段展開模型（ASI / Akao 模型）：產品規劃（概念形成）$\to$ 零件展開（詳細設計）$\to$ 製程規劃（量產準備）$\to$ 生產管制（製造檢驗）。
4. 產品設計流程（Product Design Process）：包含「問題定義與企劃」、「概念發想與評估」、「詳細設計與工程發展」及「試產與量產評估」。

---

解題方法

本題為典型之「觀念整合論述題」，切忌僅片面默背品質屋組成，必須緊扣「關聯性」展開論證。解題架構建議採取「階段對應」結合「功能賦能」兩大維度切入：

1. 宏觀流程對應（階段性關聯）：將 QFD 的四階展開矩陣，與工業設計經典流程（企劃 $\to$ 概念 $\to$ 詳細工程 $\to$ 量產）進行一對一精準對位，證明 QFD 是貫穿設計全生命週期的骨幹。
2. 微觀決策機制（功能性關聯）：深入分析 QFD 在設計流程中所扮演的三大關鍵角色：

• 需求量化與轉譯：消弭市場調查（主觀感性）與設計工程規格（客觀理性）之間的語意落差。
• 衝突消解與權衡（Trade-off）：利用品質房屋頂矩陣，在概念設計階段預先排解人因造型與機構結構之矛盾。
• 推動同步工程（Concurrent Engineering）：使工業設計師（ID）、機構工程師（MD）、行銷與製造人員在設計前端具備共同語彙。

---

選項分析

本題為高等考試三級之申論論述題，非選擇題，故無個別選項之對錯分析。

評分標準主要依據以下三大面向給分：

• 完整性（30%）：是否準確定義 QFD、品質屋及產品設計流程各階段。
• 論證深度（50%）：能否具體闡述 QFD 如何嵌入設計流程，並解決傳統設計流程中「需求流失」、「溝通斷層」及「技術衝突」等痛點。
• 專業架構與圖表化呈現（20%）：論述邏輯是否清晰，是否具備對照矩陣或架構清單之表達能力。

---

解題技巧

1. 版面編排技巧（表格優先法）：閱卷委員每題審閱時間極短，建議以「四階段 QFD 與產品設計流程對應表」作為破題亮點，能迅速展現結構化思維。
2. 關鍵術語置入：適當帶出專業術語，如：顧客之聲（VOC）、同步工程（Concurrent Engineering）、技術權衡（Trade-off）、目標值設定（Target Value）、關鍵品質特性（CTQ），可大幅提高論述說服力。
3. 避免常見陷阱：

• 陷阱一：通篇僅繪製並解釋「品質屋（HoQ）」內部六大區塊，卻忽略「與產品設計流程後續階段的串聯」，導致文不對題。
• 陷阱二：將 QFD 誤認為純粹的「製造端品管檢驗技術」；在工業設計考科中，必須強調 QFD 在「前端概念定義」、「使用者經驗轉化」及「設計方案評選」中的主導價值。

---

【答案】

核心觀念

本題旨在測驗考生將**品質機能展開法（Quality Function Deployment, QFD）**由前期的「需求規格定義」延伸應用至「概念設計評價與篩選（Concept Evaluation & Screening）」的整合能力。

1. 品質機能展開法（QFD）與品質屋（House of Quality, HoQ）： 由赤尾洋二（Yoji Akao）與水野滋（Shigeru Mizuno）提出。其標準品質屋架構包含六大要素：

• 左牆：顧客需求（Voice of Customer, VOC / What）及其權重 $w_i$。
• 天花板：工程技術特性（Engineering Characteristics / How）。
• 房間（本體）：關係矩陣（Relationship Matrix），呈現 VOC 與技術特性的關聯強度 $R_{ij}$。
• 地下室：技術指標之重要度評估與目標值（Target Values）。
• 屋頂：技術特性間的相關矩陣（Correlation Roof），用以識別技術衝突與折衷（Trade-offs）。
• 右牆：競爭者分析（Benchmarking）。

2. 設計評價階段的核心任務： 在概念發想（Divergence）產生多個設計方案（Design Concepts / Alternatives）後，進入收斂（Convergence）階段。此時須藉由客觀、量化之評估準則，淘汰不良構想、保留優勢構想，並進一步將不同方案的優點進行混成（Hybridization）。
3. 加權綜合評分公式（Multi-Attribute Utility）： 設計方案 $A_k$ 之綜合滿足分數 $S_k$ 計算式為： $S_k = \sum_{i=1}^{m} w_i \cdot r_{ik}$ 其中 $m$ 為評估指標總數，$w_i$ 為第 $i$ 項指標之標準化權重（滿足 $\sum_{i=1}^m w_i = 1$），$r_{ik}$ 為方案 $A_k$ 在第 $i$ 項指標上的評分。

---

解題方法

在產品開發的「設計評價階段」，應用的並非僅是從零建構初始品質屋，而是以第一階段產品企劃品質屋（HoQ 1）所導出的「顧客需求權重」與「關鍵技術特性」為基礎，構建「概念設計評價矩陣（Concept Evaluation Matrix）」（亦常結合普氏矩陣 Pugh Concept Selection Matrix 進行延伸展開）。具體執行可劃分為以下六個步驟：

步驟一：提取並確立評價準則與權重（Establish Evaluation Criteria & Weights）

1. 導出評價指標：自品質屋中擷取兩大面向作為評價指標：

• 外在顧客滿意度指標：來自左牆之顧客需求（VOC），涵蓋機能、外觀美感、操作人體工學、安全性等。
• 內在工程可行性指標：來自地下室之關鍵技術特性目標值，涵蓋結構強度、加工成本、模具可行性、輕量化等。

2. 計算綜合權重 $w_i$：採用層級分析法（AHP）或直接使用品質屋計算所得之絕對／相對重要度，將權重進行正規化處理，使 $\sum_{i=1}^m w_i = 1$。

步驟二：建立設計方案評價矩陣架構（Construct the Evaluation Matrix）

1. 繪製二維評估矩陣表：

• 縱軸（列）：列出步驟一確立之各項評價準則（$C_1, C_2, \dots, C_m$）及其對應權重（$w_1, w_2, \dots, w_m$）。
• 橫軸（行）：列出待評估之各候選設計方案（如 Concept A, Concept B, Concept C, ...）。

2. 設定基準方案（Datum / Benchmark）：以現行市售產品、競品或前一代既有產品作為參考基準（Datum），用以消除評審人員的主觀偏差。

步驟三：評定各設計方案之表現得分（Score the Design Alternatives）

1. 評審團隊（包含工業設計師、機構工程師、行銷人員及製造專家）依據原型草圖、3D 渲染圖或粗胚模型進行交叉審查。
2. 評分可採用兩種尺度體系：

• 相對評分尺度（Pugh 尺度）：優於基準記為 $+1$（或 $+$）、等於基準記為 $0$（或 $S$）、劣於基準記為 $-1$（或 $-$）。
• 絕對數值尺度（Likert 尺度）：定義等級量規（如 1 = 極差、3 = 普通、5 = 極佳，或 QFD 慣用的 1-3-9 評分制），賦予方案 $A_k$ 在準則 $C_i$ 上的得分 $r_{ik}$。

步驟四：計算加權總分與排名（Calculate Weighted Scores & Ranking）

1. 依加權評分公式計算每一設計方案之總得分： $S_k = \sum_{i=1}^{m} w_i \cdot r_{ik}$
2. 將所有方案之總分由高至低進行排列，產出初步的優勝排序名次。