110 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

110 年・專技高考・高等考試・工業工程技師
試題代碼 設施規劃與自動化生產系統

第 一 題20 分

工廠生產可依狀況選擇不同之布置方式。試就製程別布置（Process Layout）與產品別布置（Product Layout），分別說明下列差異：

  1. 布置。
  2. 生產方式。
  3. 固定成本。
  4. 排程複雜度。
  5. 在製品存貨。

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核心觀念

本題比較兩種基本的工廠布置方式：

  • 製程別布置（Process Layout，又稱功能別布置）：將相同或相近功能的設備集中在一起，例如車床區、銑床區、磨床區。各產品依其加工需求，在不同功能區之間移動。
  • 產品別布置（Product Layout，又稱流水線布置）：依產品的加工順序安排設備，讓產品沿固定路線依序通過各作業站。

判斷差異的關鍵，在於布置是依「設備功能」還是依「產品加工順序」安排。前者適合多樣、少量且製程路線不同的生產；後者適合品種少、數量大且製程穩定的生產。

解題方法

依序比較兩種布置的空間安排、生產型態、成本結構、排程難度與在製品水準。掌握「製程別重彈性、產品別重流暢」這組核心對照，即可推導各項差異。

比較項目製程別布置（Process Layout）產品別布置（Product Layout）
1. 布置依設備或作業功能分區；相同類型設備集中，產品依各自製程在部門間移動。依產品加工順序排列設備與作業站；產品沿固定流程順序前進。
2. 生產方式適合多品種、少量生產，常採訂單式或批次生產；不同產品可有不同製程路線。適合少品種、大量且標準化的生產，常採大量生產或流水線生產。
3. 固定成本專用設備與產線投資較少，固定成本通常較低；
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第 二 題10 分

產品設計時，希望做到為某因素而設計（Design for X，XX 表示因素，DFX），試說明三個重要因素，並說明 DFX 與並行工程（或同步工程，Concurrent Engineering）的關係為何？

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核心觀念

DFX（Design for X，為某因素而設計）是將產品生命週期中的特定需求，提前納入產品設計。XX 可代表品質、製造、組裝、成本、維修、環境等因素。其核心在於：設計階段的決策會影響後續製造、使用與回收的難易度及總成本，因此不只考量產品功能，也要考量產品如何被製造、組裝、維護與處置。

本題要求說明三個重要因素，並解釋 DFX 與並行工程的關係。因素沒有唯一固定組合；作答時選擇三項並說明其設計目標即可。

解題方法

可依產品生命週期選出三個代表性因素，並分別交代「要改善什麼」及「常用的設計方向」。以下以製造、組裝與品質為例：

  1. 為製造而設計（DFM，Design for Manufacturability） 使零件容易、穩定且經濟地加工製造。設計時可減少不必要的零件種類與特殊加工，採用標準材料、標準尺寸與適合現有製程的幾何形狀，以降低加工難度、設備需求、製造成本與不良率。

  2. 為組裝而設計（DFA，Design for Assembly） 使產品容易且快速地組裝，並減少組裝錯誤。設計時可減少零件數量、採用對稱或自定位結構、減少緊固件種類，並使零件易於抓取、定位與安裝。其效果通常包括縮短組裝時間、降低人工成本及提升組裝品質。

  3. 為品質而設計（DFQ，Design for Quality） 在產品設計階段預防品質問題，使產品能穩定符合功能與規格要求。設計時可辨識關鍵品質特性與失效模式，妥善訂定公差及檢驗要求，並透過穩健設計降低製程變異對產品性能的影響。

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第 三 題20 分

玩具公司有四個生產據點 A、B、C 與 D，相對位置與每週配送中心運送之數量如下表所示。試依以下不同條件，找到最小運輸成本之配送中心地點。

地點相對位置 (x,y)(x,y)每週運送數量
A(30,40)(30,40)30
B(90,90)(90,90)25
C(50,90)(50,90)10
D(60,70)(60,70)20

(一) 各地點運送單位成本相等。（10 分）

(二) 地點 B 位於山區，運送單位成本為其他地點之兩倍。（10 分）

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核心觀念

本題採用設施規劃中的重心法（center of gravity method），以各據點的運送量乘上該據點的單位運送成本，作為加權權重。配送中心座標為：

x∗=∑ixiQiCi∑iQiCi,y∗=∑iyiQiCi∑iQiCix^*=\frac{\sum_i x_iQ_iC_i}{\sum_i Q_iC_i}, \qquad y^*=\frac{\sum_i y_iQ_iC_i}{\sum_i Q_iC_i}

其中，(xi,yi)(x_i,y_i) 為據點位置，QiQ_i 為每週運送量，CiC_i 為該據點的單位運送成本。此法以加權平均求出配送中心的規劃位置。

解題方法

依題目條件設定各據點權重 wi=QiCiw_i=Q_iC_i，再分別計算 xx、yy 座標的加權平均。

（一）各地點運送單位成本相等

各點的 CiC_i 相同，計算時可約去，因此權重直接採每週運送量 QiQ_i。總運送量為：

30+25+10+20=8530+25+10+20=85

xx 座標：

x∗=30(30)+90(25)+50(10)+60(20)85=485085≈57.06x^*= \frac{30(30)+90(25)+50(10)+60(20)}{85} =\frac{4850}{85} \approx57.06

yy 座標：

y∗=40(30)+90(25)+90(10)+70(20)85=575085≈67.65y^*= \frac{40(30)+90(25)+90(10)+70(20)}{85} =\frac{5750}{85} \approx67.65

因此，配送中心位置約為 (57.06, 67.65)(57.06,\,67.65)。

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第 四 題35 分

自動化工廠生產一種產品，需經過作業 A 與 B，作業 A 之不良品有時需經過重工作業 C，再到作業 B，以增加產出效能，如下圖所示。

假設該工廠每週工作 40 小時，產出 3,600 個產品以達成訂單之要求，而其生產資料如下表所示：

作業作業時間（分）設備可靠度（%）不良率（%）
A109010
B109010
C5955

生產流程如下：

投入 →\rightarrow 作業 A →\rightarrow 作業 B →\rightarrow 產出

作業 A 之不良品 →\rightarrow 重工作業 C →\rightarrow 作業 B。

(一) 若不經過重工作業時，試問在作業 A 每週之投入量應為多少，才能滿足訂單？（5 分）

(二) 若經過重工作業時，試問在作業 A 每週之投入量應為多少，才能滿足訂單？（10 分）

(三) 依（二）之例，試問作業 A 與 C 各需要準備多少機台？（10 分）

(四) 依（二）之例，若每生產 1,000 個產品，機台需停機保養 30 分鐘，試問作業 A 需要準備機台之數量？（10 分）

🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量，本站不轉載原卷影像； 題目文字已完整轉錄，圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。

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核心觀念

本題考查多階段製程良率、重工回流，以及設備可靠度下的機台數量計算。

  • 良率決定投入品中有多少能成為合格品；各站良率依序相乘。
  • 設備可靠度用來估算每週可用的加工時間，不是產品良率。
  • 機台數量須以每週加工時間需求除以單台機台每週可用時間，並無條件進位。

每週排定工時為：

40×60=2,400 分鐘40\times60=2{,}400\text{ 分鐘}

解題方法

（一）不經過重工作業時的作業 A 每週投入量

產品須依序通過 A、B；兩站的不良率均為 10%10\%，所以各站良率均為 90%90\%。最終良率為：

0.9×0.9=0.810.9\times0.9=0.81

令作業 A 每週投入量為 NN，要得到 3,6003{,}600 個合格品：

0.81N=3,6000.81N=3{,}600 N=3,6000.81=4,444.44N=\frac{3{,}600}{0.81}=4{,}444.44

投入量以整數計，須向上取整，因此每週至少投入 4,445 個。

（二）經過重工作業時的作業 A 每週投入量

設作業 A 投入 NN 個。A 的良品有 0.9N0.9N 個直接送往 B；A 的不良品有 0.1N0.1N 個送往 C。依 C 的良率 95%95\%，重工後可送至 B 的數量為 0.95(0.1N)0.95(0.1N)。

因此，送入 B 的數量為：

0.9N+0.95(0.1N)=0.995N0.9N+0.95(0.1N)=0.995N

B 的良率為 90%90\%，最終合格品數為：

0.9(0.995N)=0.8955N0.9(0.995N)=0.8955N

令最終合格品數等於訂單需求：

0.8955N=3,6000.8955N=3{,}600 N=3,6000.8955=4,020.10N=\frac{3{,}600}{0.8955}=4{,}020.10

投入量以整數計，須向上取整，因此每週至少投入 4,021 個。

（三）作業 A 與 C 所需機台數

單台機台每週有效加工時間為「每週排定工時 × 設備可靠度」。

作業 A：

2,400×0.90=2,160 分鐘／台週2{,}400\times0.90=2{,}160\text{ 分鐘／台週}

每台 A 機台每週可加工：

2,16010=216 個\frac{2{,}160}{10}=216\text{ 個}

依（二）的未進位投入量，A 每週需加工 4,020.104{,}020.10 個，所需機台數為：

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第 五 題15 分

在布置時，當考慮質化因素會訂定正規化緊鄰評比（Normalized Adjacency Score）為績效指標。某公司製造課生產數個產品，包含 5 個製程部門（A、B、C、D 及 E），布置如下圖。各部門間的關聯值（Adjacency Score）如下表所示，其中部門間關聯值是正值，表示兩部門間接近的程度；負值表示兩部門間不宜接近的程度。

布置圖所示部門配置為：

DACBE\begin{array}{ccccc} & D A & & & \\ & C & & & \\ & B E & & & \end{array}

各部門間關聯值如下：

部門ABCDE
A—1004−10
B−508
C—−73
D—−6
E—

(一) 試計算此布置之正規化緊鄰評比。（10 分）

(二) 試分析若部門 A 與 D 的位置互換是否值得？（5 分）

🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量，本站不轉載原卷影像； 題目文字已完整轉錄，圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。

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核心觀念

本題考查「緊鄰評比」：兩部門共用邊界時，將其關聯值計入布置分數；正值代表適合接近，負值代表不宜接近。正規化緊鄰評比為布置的緊鄰總分除以所有正關聯值總和：

NAS=布置中相鄰部門的關聯值總和所有正關聯值總和\text{NAS} = \frac{\text{布置中相鄰部門的關聯值總和}} {\text{所有正關聯值總和}}

分母代表所有正向關聯都達成時的最高可能分數。負關聯值會列入布置的緊鄰總分，作為不宜相鄰的扣分；分母不列入負值。

解題方法

依原頁圖辨認布置。中央的 C 與四周的 A、B、D、E 相鄰；左側的 D、B 彼此相鄰，右側的 A、E 彼此相鄰。因此，相鄰部門組合為：

(D,B), (D,C), (B,C), (A,C), (A,E), (C,E)(D,B),\ (D,C),\ (B,C),\ (A,C),\ (A,E),\ (C,E)

依題目表格讀取各組關聯值，布置緊鄰總分為：

0+(−7)+5+0+(−10)+3=−90+(-7)+5+0+(-10)+3=-9

所有正關聯值總和為：

10+4+5+8+3=3010+4+5+8+3=30

所以：

NAS=−930=−0.30\text{NAS}=\frac{-9}{30}=-0.30

此布置的正規化緊鄰評比為 −0.30-0.30，表示不宜相鄰的負關聯造成了扣分。

位置互換分析

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