108 專技高考高等考試 工業工程技師 設施規劃與自動化生產系統 考古題詳解

核心觀念

製程規劃（Process Planning）是把產品設計轉換成可執行製造方案的工作。規劃者依據零件的形狀、尺寸、公差、材料與生產需求，決定製造方法及其先後順序，並選定所需的機台、刀具、夾具、加工參數與檢驗方式。

製程規劃位於產品設計與實際製造之間：設計提供「要製造什麼」的資訊，製程規劃則回答「如何製造」。電腦輔助製程規劃（Computer-Aided Process Planning, CAPP）利用電腦協助或自動化此項工作，並銜接電腦輔助設計（CAD）與電腦輔助製造（CAM）。

解題方法

本題分三層作答：先界定製程規劃的目的與範圍；再將其資料分成「產品與製造條件」的輸入，以及「可供現場執行」的規劃結果輸出；最後說明 CAPP 的兩種典型方式——變異式與生成式，並比較兩者如何形成製程計畫。

（一）何謂製程規劃？（5 分）

製程規劃是依據產品或零件的設計資料與生產條件，規劃其製造流程的系統化活動。其目的在於以符合品質要求的方式，選擇適當的製造資源與作業順序，使產品能有效率且經濟地完成。

主要工作包括：

1. 判定零件所需的加工或製造方法。
2. 安排作業、工序及工作站的先後順序。
3. 選定機台、刀具、夾具、量具及其他製造資源。
4. 決定裝夾基準、加工參數、加工餘量及檢驗要求。
5. 估算作業時間、成本，並形成製程文件或工藝路線。

簡言之，製程規劃將「產品設計」轉換為「製造指示」，是連結設計與生產的關鍵環節。

（二）實施製程規劃時，其輸入資料與輸出資料為何？（5 分）

輸入資料

輸入資料可分為產品資料與製造環境資料：

• 產品設計資料：工程圖、CAD 幾何模型、尺寸、公差、表面粗糙度、材料、熱處理及品質要求。
• 生產需求資料：產量、批量、生產期限、交貨需求及成本或品質限制。
• 製造資源資料：可用機台及其能力、刀具、夾具、量具、工作站、人力與廠內設施。
• 製程知識與標準資料：既有製程計畫、加工能力、標準工時、加工參數、製造規則及成本資料。

輸出資料

輸出資料是供生產準備與現場執行使用的製程計畫，通常包括：

• 製程路線與作業順序。
• 各工序的加工方法、工作中心或機台。
• 所需刀具、夾具、量具、裝夾方式與加工基準。
• 加工參數、標準工時、檢驗項目及品質要求。
• 製程路線卡、作業指導書等文件；與 CAM 或數值控制系統整合時，也可進一步提供相關加工資料或程式。

核心觀念

工廠布置不只安排機器與作業區的位置，還要同時滿足人員安全、作業環境、建築設施與公用系統的需求。本題考查的是跨部門蒐集布置條件：各部門提供的資訊，必須進一步轉化為空間配置、動線、隔離、設備位置及管線規劃。

本題沒有要求援引特定法條；作答重點是說明「需要什麼資訊」以及「這些資訊如何影響布置」。

解題方法

依部門職掌分兩層作答：

1. 列出部門提供的資訊：說明其管理或專業範圍涵蓋哪些危害、設施或需求。
2. 連結布置決策：指出資訊會影響哪些區域的位置、尺寸、隔離、通道、設備或公用管線。

作答時避免只列資訊名稱；每一項都應接著寫明對布置的具體影響。

（一）工業安全與衛生部門

需要提供的資訊

• 危害源與風險資料：各製程的機械危害、火災爆炸風險、化學品毒性或腐蝕性、噪音、振動、高溫、粉塵及輻射等。
• 危險物料資料：危險物料的種類、數量、使用與儲存條件、相容性及洩漏或事故應變需求。
• 安全設施與防護要求：消防設備、緊急沖淋與洗眼設備、通風與局部排氣、危害隔離、防護圍籬、警報與緊急停機設施的需求。
• 安全動線與避難條件：人員通道、緊急出口、避難路徑、消防通道，以及救災或救護設備可到達的條件。
• 作業環境與人體工學需求：照度、通風、溫濕度、工作空間、搬運與操作安全距離，以及需要降低噪音或污染暴露的區域。
• 法令與管理限制：適用的職業安全衛生、消防及危險物品管理要求，並說明相關設施的配置條件。

對工廠布置的影響

上述資訊可用來辨識應隔離或分區的製程，並決定危險物料儲區與高風險設備的位置；例如，易燃物或危險化學品區須配合防火、通風、洩漏防護及應變設施安排。噪音、粉塵或有害氣體較高的作業區，須考量與一般作業區及人員密集區的區隔，並配置適當的排氣與防護設施。

安全需求也會影響通道寬度、設備間距、出口位置及避難路徑。消防通道、緊急出口與救災設備的可及性，應在布置階段預留，避免遭設備、堆料或搬運動線阻擋。作業環境與人體工學資訊則會影響工作站間距、採光通風、操作空間及人員休息等配置。

（二）廠務部門

需要提供的資訊

• 公用系統需求與供應條件：電力、給排水、壓縮空氣、蒸汽、燃氣、冷卻水、空調及真空等系統的容量、壓力、溫度、品質與供應位置。

核心觀念

設施規劃須先由產品需求推估各零件的製造量。零件生產量不只等於成品需求量，還要納入成品組成用量、良率、製程損耗及預留庫存等因素。

解題方法

需要取得下列資料：

• 各成品的需求量或生產計畫量。
• 每件成品所需該零件的數量（由物料清單 BOM 取得）。
• 零件各製程的良率、報廢率或損耗率。
• 期初與期末零件庫存、預留量等庫存政策資料。

若零件只用於一種成品，需求量為 $D$，每件成品使用 $a$ 個零件，成品需求所需零件量為 $Da$。若零件良率為 $y$，為確保取得 $Da$ 個良品，投產量為：

若另須補充庫存，則依庫存變動調整，例如：

例：​年度需求為 1,000 件成品，每件使用 2 個零件，零件良率為 95%，期初可用庫存 100 個，期末目標庫存 50 個。先算零件良品需求：

再除以良率，得到投產量：

因此至少投產 2,053 個。實務上應依批量與整數規則向上取整。

解題技巧

先由成品需求乘上 BOM 用量，再調整庫存，最後除以良率。良率小於 1 時，投產量必須大於所需良品數；若算出較小數量，通常是把良率乘除方向顛倒。

（二）計算機台購置數量

核心觀念

機台數量由工作負荷與單機有效產能決定。需先算出指定期間內該機台承擔的總加工時間，再除以單機在該期間可提供的有效工作時間，並依設備整數需求向上取整。

解題方法

需要取得下列資料：

• 各零件的生產數量，以及各零件須經該機台加工的數量。
• 該機台的標準加工時間或每件加工時間。
• 設定、換線、保養等時間；若以稼動率或效率表示，須取得其數值。
• 每台機台的工作日數、每日工時、班次，以及可用率或有效工時。
• 必要時納入產品組合、批量、操作人力限制及尖峰負荷。

總工作負荷為：

核心觀念

本題以「流量 × 部門間距離」計算物料搬運距離，並以配對互換法（Pairwise Exchange Method）比較部門互換前後的總搬運距離。由於各部門面積相同，直線相鄰部門中心距為 $10$ 公尺；相隔 $k$ 個位置的距離為 $10k$ 公尺。

表中流量是每週搬運的產品數量，且每次搬運 $10$ 個。對任兩部門 $i,j$，因搬運距離對兩個方向相同，可先合併雙向流量 $F_{ij}=f_{ij}+f_{ji}$。每週搬運次數為 $F_{ij}/10$，因此：

其中 $p_i$ 是部門 $i$ 的位置編號。

解題方法與計算

將各部門間的雙向流量合併：

（一）起始布置的總搬運距離

起始順序為 A、B、C、D，位置依序為 $1,2,3,4$。各組部門間距以相鄰位置數計算：

（二）互換 C 與 D 是否值得

互換後布置為 A、B、D、C，位置依序為 $1,2,3,4$：