111 專技高考高等考試 工業工程技師 人因工程 考古題詳解

核心觀念

本題測驗「人體計測學（Anthropometry）之應用設計原則」以及「工作站（Workstation）人因工程實務設計考量」。

1. 極端設計（Design for Extremes）定義： 在無法採用可調整式設計（Adjustable Design）時，為了確保群體中絕大多數使用者皆能使用，依據人體計測之特定高百分位數（最大極端值）或低百分位數（最小極端值）作為單一規格設計標準的方法。

• 大尺寸極端設計（上限極端值）：針對「空間淨空（Clearance）」與「結構負載（Load-bearing）」，通常以第 95 百分位數（$P_{95}$）或第 99 百分位數（$P_{99}$）為設計基準，確保身材高大或體重較重者不會受到阻礙或產生危險。
• 小尺寸極端設計（下限極端值）：針對「可及範圍（Reach）」與「操作肌力（Force）」，通常以第 5 百分位數（$P_{5}$）或第 1 百分位數（$P_{1}$）為設計基準，確保身材矮小或肌力較弱者亦能搆得到、操作得了。

2. 工作站工作桌設計考量因素： 涵蓋人體計測尺度（淨空、伸展）、作業性質（精密、輕度、重度施力）、工作姿勢（坐姿、站姿、坐站交替）與視覺介面佈置等四大核心維度。

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解題方法

本題為專技高考之經典申論題型，答題結構應層次分明：

1. 界定極端設計之意涵：精準闡述極端設計的定義、兩大分類（最大 vs. 最小極端值）、選用百分位數（$P_{95}/P_{99}$ 與 $P_{5}/P_{1}$）及適用情境。
2. 分析工作桌設計之關鍵因素並舉例：

• 區分「淨空空間」（大尺寸極端）與「伸展範圍」（小尺寸極端）。
• 納入「作業型態與桌面高度」之對應標準（以手肘高度為基準）。
• 整合「姿勢可調性」與「視野佈置」。

3. 具體舉例說明：各點均須附上人體部位尺寸或人因工程具體數據數值，展現專業深度。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。答題時常見之觀念混淆與辨析如下：

• 混淆「極端設計」與「平均值設計」：平均值設計（Design for Average, $P_{50}$）僅適用於極少數無重大安全與舒適影響之情境（如群眾合影階梯高度）。工作桌設計中若將容膝空間或伸展距離採平均值設計，將導致 50% 的使用者無法順利入座或取物，屬重大設計缺失。
• 混淆大尺寸與小尺寸極端之適用標的：
• 容膝空間（桌下高、進深）若誤採小尺寸極端（$P_{5}$），高大者膝部將嚴重撞擊桌面下緣；
• 伸展作業域（工具放置距離）若誤採大尺寸極端（$P_{95}$），矮小者必須過度彎腰前傾，引發肌肉骨骼傷病。
• 誤將「桌面工作高度」全列為固定式極端設計：桌面高度應依作業性質與姿勢調整，最佳解為可調式設計；若為固定工作桌，則應配合可調式座椅與腳踏板彌補，不可單純以單一極端值草率定案。

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解題技巧

1. 極端設計速記口訣：

• 「進得去、容得下、承得重」$\rightarrow$ 大尺寸極端（$P_{95}$ 或 $P_{99}$）：淨空空間、孔洞、開口、逃生門、承重結構。
• 「搆得到、按得著、看得清」$\rightarrow$ 小尺寸極端（$P_{5}$ 或 $P_{1}$）：控制鈕距離、貨架取物高度、操作力道上限。

2. 工作桌高度黃金準則（相對於手肘高度 Elbow Height）：

• 精密作業：手肘上方約 $5 \sim 10\text{ cm}$（利於視覺觀察與手臂支撐）。
• 一般輕作業：手肘下方約 $5 \sim 10\text{ cm}$（肩頸自然放鬆）。
• 重體力作業：手肘下方約 $10 \sim 20\text{ cm}$（利於上半身重力向下施力）。

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【答案】

一、極端設計（Design for Extremes）之定義

極端設計係指在工作空間、設備或工具設計時，因技術限制或經濟考量無法採用「可調式設計」時，以群體人體計測資料之極端百分位數（通常為大尺寸之第 95 或第 99 百分位數，或小尺寸之第 5 或第 1 百分位數）作為規格基準之設計方法。其核心在於確保人群中絕大多數（至少 90% 至 95% 以上）之使用者皆能順利使用。依設計目的分為兩類：

核心觀念

本題的核心在於**人機介面設計（Human-Machine Interface, HMI Design）與人機系統（Man-Machine Systems）**理論。評量重點包含以下人因工程基本原則與概念：

1. 顯示器設計（Visual and Auditory Displays）：資訊呈現方式、編碼維度、視覺階層及警示音設計。
2. 控制器設計（Controls）：操作阻力、行程、排柱與佈置，以及「盲操（Blind Operation）」可行性。
3. 回饋機制（Feedback）：視覺、聽覺、觸覺與本體感覺（Proprioceptive）的即時性與閉迴路控制。
4. 心智模型（Mental Model）與相容性（Compatibility）：駕駛人既有經驗與新科技之間的刺激—反應相容性（Stimulus-Response Compatibility）。
5. 注意力分配與認知負荷（Driver Distraction & Mental Workload）：車載資通訊系統（IVIS）造成的視線偏離道路時間（Eyes-off-road Time）。

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解題方法

本題宜採用**「人機介面四大構面比較法」**切入，避免流於機械動力結構的技術描述，緊扣「駕駛人（人）— 介面（機）— 行車環境（環）」之交互作用：

1. 輸入/顯示介面（Visual/Auditory Displays）：比較行車狀態資訊（電量/續航 vs. 油量）及呈現載體（中央觸控螢幕 vs. 傳統指針儀表）。
2. 操控/輸出介面（Controls）：比較驅動與制動踏板特性（單踏板模式 vs. 雙踏板滑行）及檔位機構（電子按鍵/螢幕滑動 vs. 機械排檔桿）。
3. 回饋介面（Sensory Feedback）：比較車輛動力聲音回饋（靜音與人工聲浪 AVAS vs. 引擎轉速聲）及觸覺反饋（觸控震動 vs. 機械阻尼）。
4. 認知與安全層面（Cognitive & Ergonomic Impacts）：探討新介面引發之注意力分散、模式混淆（Mode Confusion）與踏板誤踩風險。

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選項分析

本題為專技高考之申論題，非選擇題，故無個別選項。作答評分關鍵在於能否精準運用人因專有名詞，切忌僅回答「電動車螢幕比較大」等表面現象，必須從「人因原理、介面差異、實務舉例、安全意涵」四維度完整展開。

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解題技巧

1. 破題架構矩陣：申論時善用「顯示介面」、「操作介面」、「感官回饋」、「心智模型」四大子標題，閱卷委員可一眼掌握答題架構。
2. 避開常見陷阱：

• 陷阱一：通篇探討「電池壽命、充電樁普及率、馬達扭力」，此為車輛工程而非人因工程。
• 陷阱二：忽略「聽覺回饋」對速度感知的重要性。
• 陷阱三：只褒不貶。人因工程極為重視新科技衍生的負面效應（例如：觸控介面缺乏物理邊界導致眼睛離開路面時間過長）。

3. 高分關鍵詞彙：答題時務必帶出「心智模型（Mental Model）」、「盲操（Blind Operation）」、「單踏板模式（One-Pedal Driving）」、「車輛低速警示音（AVAS）」、「認知負荷（Cognitive Load）」。

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【答案】

從人因工程角度分析，電動車（EV）與一般傳統汽油車（ICEV）在介面設計（Interface Design）上的主要差異及實例如下：

一、 資訊顯示介面（Visual & Information Displays）

1. 續航與能耗資訊的動態性與認知負荷

• 汽油車：油量表（Fuel Gauge）通常為靜態指針或分段刻度，油耗下降速率平緩且受環境溫度影響較低，駕駛人對「剩餘油量」的心智模型單純。
• 電動車：電量顯示通常結合剩餘電量百分比（State of Charge, SoC）、動態預估剩餘里程（Range），以及動態能量流向圖（能源輸出與動能回充狀態）。

核心觀念 本題評量人因工程（Human Factors Engineering）中「資訊輸入與顯示」（Information Input and Display）之聽覺顯示器（Auditory Display）設計準則與選用人因工學。

1. 聽覺感知生理與心理學特徵：包含聽覺全向性（Omnidirectional）、聽覺反應時間（約 $0.15 \sim 0.17$ 秒，短於視覺的 $0.20 \sim 0.25$ 秒）、遮蔽效應（Masking Effect）及訊噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）。
2. McCormick & Sanders 聽覺顯示設計原則：察覺性（Audibility/Detectability）、區別性（Discriminability）、相容性（Compatibility）、逼近性（Approximation）、簡省性（Parsimony）、不變性（Invariance）。
3. 感官通道選用準則（視覺 vs. 聽覺）：依據訊息本質（即時性、長度、複雜度）、環境條件（噪音、採光、煙霧）及人員工作負荷（視覺超載、移動狀態）進行通道最適化配置。

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解題方法 本題為經典的人因工程申論題，作答時宜切分為兩大核心子題循序論述：

1. 第一子題（設計原則）：以 McCormick 等人提出之系統性人因原則為骨架，由「物理可聽度」推進至「認知理解度」，逐點分項列出其學理依據與設計指引（包含強度裕度、頻率範圍及警報數量限制）。
2. 第二子題（特殊用途）：對比「視覺顯示裝置」之侷限，從「生理感官優勢」、「作業環境限制」及「工業安全監控」三大切入點，具體列舉聽覺顯示器在實務工安與人機互動中的專屬應用情境（如緊急警示、通道分流、連續回饋等）。

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選項分析 本題為專技高考之申論題（非選擇題），無各選項之正誤分析。評分焦點在於答題架構是否具體完整、是否使用標準人因工程專業術語，以及能否切中工業安全領域之實務應用場景。

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解題技巧

1. 記憶口訣與結構化：

• 設計原則可記「察・區・容・逼・簡・恆」（察覺性、區別性、相容性、逼近性、簡省性、不變性）。

2. 數據量化展現專業度：

• 察覺性宜帶出訊噪比門檻：警報強度應比背景噪音高出至少 $+15\text{ dB}$（建議 $+15 \sim +25\text{ dB}$），且不得超過聽力受損或驚嚇閾值（約 $115 \sim 120\text{ dBA}$）。
• 頻率設定宜落在人耳敏感且穿透力佳之範圍（約 $200 \sim 5000\text{ Hz}$，常用於警報為 $500 \sim 3000\text{ Hz}$）。
• 短期記憶容量限制：操作現場的純音辨識信號以不超過 $4 \sim 7$ 種為原則，避免認知混淆。

3. 扣合工業安全實務：

• 特殊用途切忌僅寫空泛理論，應連結具體工安設備（如火警廣播、缺氧偵測器警報、起重機運轉蜂鳴器、倒車雷達音化回饋）。

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【答案】

一、聽覺顯示裝置之設計原則

設計聽覺顯示裝置（Auditory Displays）時，為確保聲音信號能被作業員正確接收、迅速解讀並採取對應行動，應遵循下列人因工程設計原則：

1. 察覺性原則（Principle of Audibility / Detectability）

• 信號強度必須明顯高於環境背景噪音之遮蔽閾值（Masking Threshold）。
• 一般工業環境中，信號音壓位準建議高於背景噪音 $15 \sim 25\text{ dB}$；但最高音量不得超過 $115 \sim 120\text{ dBA}$，以免引發驚跳反應（Startle Reaction）或造成暫時性聽力位移（TTS）。
• 頻率應選用人耳最敏感且不易受低頻廠房背景噪音遮蔽之範圍（約 $500 \sim 3000\text{ Hz}$）。若需克服長距離或障礙物繞射，宜選用 $1000\text{ Hz}$ 以下之音頻。

2. 區別性原則（Principle of Discriminability）

• 每一種警報訊號在頻率、強度、拍頻（Beat）、間歇週期（Intermittent Pattern）或音色上必須具備明確差異，避免混淆。
• 人類絕對辨別純音的能力有限，同一控制環境內之純音警報種類不宜超過 $4 \sim 7$ 種；

核心觀念

本題為工業安全技師《人因工程》科目中「作業環境照明」的經典申論考題，考查照明人因工程基本量測指標、視覺適應機制與工作績效模型，並結合綠色人因與能源節約之實務考量：

1. 燈效（Lamp Efficacy，發光效率）：光源能量轉換效率之度量，定義為光源所發出之總光通量（Luminous Flux，$\Phi$，單位為流明 $\text{lm}$）與其所消耗之電功率（Power，P，單位為瓦特 $\text{W}$）之比值，單位為 $\text{lm/W}$： $\text{Lamp Efficacy} = \frac{\Phi}{P}$
2. 明視比（Luminance Ratio，輝度比／亮度比）：視野內不同區域（如作業焦點目標與緊鄰背景、周遭環境）之輝度（Luminance，L，單位為 $\text{cd/m}^2$）比值。涉及人眼之暫態適應（Transient Adaptation）與眩光控制。
3. 照明水準與工作績效之關聯：照度水準（Illuminance Level，單位為 $\text{lux}$）與工作績效（Work Performance，涵蓋作業速度、精確度、錯誤率）之間呈現「邊際效益遞減之非線性高原關係（Plateau Effect）」，並受作業難度、視覺對比、工作者年齡等因素調節。
4. 相關法規與標準依據：以命題當年（民國 111 年）法規為準，雇主設置作業場所照明應符合《職業安全衛生設施規則》第 313 條規定之各類場所照度標準，並參照國家標準 CNS 12112（室內工作場所照明）評估不舒適眩光指數（UGR）與輝度分布。

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解題方法

本題由三個獨立子問構成，申論時應採「層次化破題、公式量化定義、圖表／數值標準佐證、實務意涵扣題」之論述邏輯：

1. 第一問（燈效）：明確給出物理定義與計算式，指出其在「綠色人因（Green Ergonomics）」與節約能源之價值（在產出相同視覺作業光通量下降低耗電與空調熱負荷）。
2. 第二問（明視比）：定義視野輝度比，並依人因工程標準（IESNA / CIE 規範）給出各視覺區間之數值上限（如工作物與緊鄰背景、工作物與遠處背景），說明過高明視比如何導致眼睛疲勞與瞬態調適不良。
3. 第三問（照明水準與工作績效關聯）：採「三階段非線性曲線分析法」切入（低照度陡升區 $\rightarrow$ 充足照度高原區 $\rightarrow$ 過高照度下降區），明確指出過度提升照度非但無法增進績效，反致眩光、視覺疲勞與能源浪費，最後帶入作業特性（細微度、年齡、對比）作人因綜合歸納。

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選項分析

本題為非選擇題（申論計算題型），各子題作答之評分要點與答題構面分析如下：

1. 子題一（燈效）：若僅寫「燈泡亮不亮」無法得分，必須明確寫出「總光通量（$\text{lm}$）除以耗電功率（$\text{W}$）」之比值與單位，並點出「提高燈效可在維持必要作業照度之前提下降低能源消耗」之節能核心。
2. 子題二（明視比）：切忌混淆「照度比（Illuminance Ratio）」與「輝度比（Luminance Ratio）」。眼睛感受的是反射光（輝度），故必須以視野內目標物與背景之輝度差異為討論主體，並需列出人因工程推薦之容許比例（如 $3:1$、$10:1$）。
3. 子題三（照明水準與工作績效）：切忌單純回答「照度愈高、績效愈好」之直覺誤區；必須闡明邊際效用遞減、高原效應及高照度伴隨之反射眩光負面效應。

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解題技巧

1. 專有名詞英文對照標註：在關鍵詞後加上英文（如 Luminous Flux, Luminance, Contrast Sensitivity），增加專業度與答題辨識度。
2. 數值標準背誦口訣：明視比準則牢記「$3:1$（近鄰）與 $10:1$（遠景）」，此為人因工程試題的黃金評分關鍵字。
3. 曲線意象文字化：論述「照明與績效關聯」時，以「初期陡升、達飽和高原期、過高引發眩光逆跌」三部曲描述，架構立體且不落俗套。

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【答案】

一、燈效（Lamp Efficacy）之定義與節能意義

1. 定義與公式： 燈效又稱「發光效率（Luminous Efficacy of a Source）」，是指光源消耗每單位電功率（Watt）所能產生之光通量（Lume