112 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
第 一 題25 分
分析產品布置、程序布置與固定位置布置的優劣，並根據分析結果說明群組技術布置有何優勢。
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核心觀念
本題考查三種基本設施布置型態的特性，以及群組技術布置如何結合不同布置型態的優點、降低其缺點。
- 產品布置（product layout）：依產品的加工順序排列設備，適合產量大、產品種類少且製程穩定的情況。
- 程序布置（process layout）：依設備或作業功能分類配置，例如把車床、銑床分區，適合產品種類多、路徑差異大的情況。
- 固定位置布置（fixed-position layout）：產品固定在一處，由人員、設備與物料移動到產品所在地，適合大型、笨重或不易移動的產品。
- 群組技術布置（group technology layout）：依零件的設計或加工相似性分類，將相似零件歸為「零件族」，並把加工這些零件所需的設備組成製造單元（cell）。各單元內常採近似產品布置，單元之間則保留程序布置的彈性。
解題方法
比較三種布置時，可依序檢視：設備安排依據、適用情境、物料搬運與流程、產能及管理彈性。再由比較結果推導群組技術布置的定位：它透過「零件族與製造單元」縮短程序布置常見的迂迴流程，同時保留比純產品布置更高的品種與產量彈性。
三種布置的優缺點
| 布置型態 | 優點 | 缺點與適用限制 |
|---|---|---|
| 產品布置 | 設備按加工順序排列，流程直線且清楚；搬運距離短、在製品較少；工作易標準化，排程與監督較簡單；適合大量、穩定生產，單位成本通常較低。 | 產品種類或製程變動時，生產線調整不易；設備專用性高，單一設備故障可能使整線停頓；產量不足時設備利用率偏低；工作內容重複，作業彈性較小。 |
| 程序布置 | 同類設備集中配置，設備通用性高；適合多品種、少量及製程路徑不同的產品；個別設備故障時可改由其他設備或路徑支援；產量或產品組合改變時，通常較容易調整。 | 各產品加工路徑不同，搬運路線較長且容易交錯；搬運、排程與現場管理較複雜；等待時間與在製品較多，前置時間較長；通用設備與技能需求較高，單位生產成本通常較高。 |
| 固定位置布置 | 大型、笨重或易受搬動損壞的產品無須搬移； |
第 二 題25 分
說明物料搬運系統方程式，並舉一個應用案例。
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核心觀念
「物料搬運系統方程式」（Material Handling System Equation）是規劃物料搬運系統的架構，用來有系統地界定搬運需求、提出可行方法，最後形成建議系統。它不是用來代入數值求解的代數式，通常表示為：
規劃時以「為什麼（Why）」作為檢核主軸，依序回答下列問題：
| 問題 | 規劃內容 |
|---|---|
| What：搬什麼 | 物料的種類、形狀、尺寸、重量、特性，以及搬運或儲存數量。 |
| Where：從哪裡搬到哪裡 | 起點、終點、儲存位置、搬運路線，以及搬運點是否能合併或調整。 |
| When：何時搬 | 物料需求時間、搬運頻率、生產節拍、尖峰需求與供料時機。 |
| How：如何搬 | 搬運與儲存方式、單位負載、設備、路徑，以及是否適合機械化或自動化。 |
| Who：由誰搬 | 操作者、設備維護人員及所需技能，也包括人員安全與訓練。 |
| Which：選用哪一方案 | 比較候選系統，選出符合需求的設備與作業方案。 |
其中，What 界定物料需求；Where 與 When 界定搬運的地點和時間；How 與 Who 協助形成搬運方法；Which 則是方案評選。逐項追問 Why，可檢查搬運或儲存是否必要、位置是否合理、方法是否合宜，避免只知道要搬運便直接選設備。
解題方法
答題時先寫出方程式，再說明各部分如何轉化成設計決策，最後用一個搬運案例依序套用問題。這樣能表明方程式的重點是「由需求推導方法」，而不是一開始就指定某種設備。
應用案例：加工廠以無人搬運車供料
某加工廠需將零件由原料暫存區送往兩部加工機台。規劃如下：
第 三 題25 分
同步工程（或譯並行工程）可以如何應用於今日的低碳設計？
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核心觀念
同步工程（Concurrent Engineering，也稱並行工程）是指在產品或系統開發初期，即由設計、製造、採購、品管、物流、維修及環境管理等不同專業人員共同參與，讓原本依序進行的工作適度並行。其目的在於及早整合各項需求，減少後續設計變更、成本與時間，並提升產品全生命週期的品質與績效。
低碳設計則是在產品、製程或設施規劃階段，將能源與材料使用、溫室氣體排放、使用壽命、維修及回收等因素納入考量，以降低全生命週期的碳排放。兩者的連結在於：同步工程把低碳目標納入早期跨部門決策，避免設計定案後才補做減碳改善。
解題方法
本題為觀念申論題，可依「同步工程的做法」與「低碳設計的應用成效」連結作答。答題時應呈現完整流程：早期設定低碳目標、跨部門共同設計、以全生命週期評估方案、持續協調改善。只寫「縮短開發時間」不足以回答低碳設計如何應用。
同步工程應用於低碳設計
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在產品概念與規格階段設定減碳目標 將碳排放、能源效率、材料使用量及回收性納入產品需求，而非等到產品設計完成後才檢查。可先訂定產品全生命週期的碳排放目標，作為各部門共同遵循的設計條件。
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跨部門同步參與設計決策 由產品設計、製造、採購、供應鏈、設備、維修及環境管理等人員共同檢視方案。例如，設計人員提出材料或結構方案時，製造與採購人員同步評估加工能耗、材料取得及供應情形；維修與回收人員則檢視產品是否容易保養、拆解及回收。及早發現衝突，可避免日後為符合低碳要求而大幅改圖或重建製程。
第 四 題25 分
政府推動以工業物聯網為架構的智慧機上盒計畫，鼓勵製造企業將機器設備的狀態上網。請寫出使用智慧機上盒在生產製造管理上可以有的好處。
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核心觀念
本題考查工業物聯網（Industrial Internet of Things, IIoT）在製造現場的應用。智慧機上盒可連接機台與網路，蒐集機台運轉、產量、加工時間、警報及能耗等資料，再將資料傳送至管理平台，供現場管理與決策使用。
其管理價值在於把原本分散在各機台、難以即時取得的資訊，轉化為可監控、可分析、可追蹤的生產資料。
解題方法
作答時可依「資料取得 → 即時監控 → 分析改善 → 管理決策」的順序，說明智慧機上盒對生產製造管理的效益。答案宜涵蓋設備、生產、品質、維護及資源管理，並指出資料即時化如何協助管理者縮短反應時間。
生產製造管理上的好處
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即時掌握設備狀態 蒐集機台運轉、待機、故障、警報及停機等資訊，讓管理者迅速了解設備現況，及早處理異常，減少非預期停機。
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提升生產進度管理能力 即時取得產量、加工時間及設備稼動狀況，便於追蹤工單進度、辨識產線瓶頸，並依現場狀況調整排程與派工。
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改善設備稼動率與生產效率 透過設備使用資料分析停機原因與時間，可找出閒置、換線或故障造成的損失，作為改善設備綜合效率（OEE）及產能利用的依據。