113 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
某工廠生產使用七種機器（編號 1～7）生產五個零件（編號 A～E），各零件需要使用到的機器如下表。工廠可以使用群組技術（group technology）的方法，將零件與機器分群形成製造單元。
| 零件 | 機器 |
|---|---|
| A | 2、5、4、6 |
| B | 1、3 |
| C | 1、7、3 |
| D | 2、4、6 |
| E | 7、1 |
（一）試建構機器零件矩陣（part-machine matrix），矩陣內「1」表示某零件會使用某機器。（10 分）
（二）請利用直接分群演算法（Direct Clustering Algorithm, DCA）進行分群，並說明演算法步驟。（15 分）
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核心觀念
本題考群組技術（Group Technology）中的機器—零件分群。先把零件與機器的使用關係表示為二元矩陣，再用直接分群演算法（Direct Clustering Algorithm, DCA）重排矩陣的列與欄，使相互關聯的零件與機器聚集成對角區塊，據以形成製造單元。
矩陣元素 定義如下：
（一）機器—零件矩陣
以下以零件為列、機器為欄：
| 零件＼機器 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| B | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| C | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| D | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
例如，零件 A 會使用機器 2、4、5、6，所以 A 列在這四個機器欄標示為 1，其餘標示為 0。
（二）DCA 分群與演算法步驟
DCA 以二進位權重計算每一列與每一欄的分數，依分數由大至小重新排列，再反覆計算，直到排列不再改變。分數相同時，維持原有先後次序。
- 計算初始列分數。 機器欄 1 至 7 的權重依序設為 。每一列的分數為該列中所有 1 所對應權重的總和。
| 零件 | 列分數 |
|---|---|
| A | |
| B | |
| C | |
| D | |
| E |
依分數遞減排列，零件順序為 C、B、E、A、D。
- 計算欄分數並排列機器。 依新列順序 C、B、E、A、D，列權重依序為 。各機器欄分數如下：
第 二 題20 分
請分別說明何謂電腦輔助設計（CAD）、電腦輔助製造（CAM）、電腦輔助製程規劃（CAPP），並試述這三者之間的關係。（20 分）
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核心觀念
本題考查電腦整合製造中的三項核心技術：電腦輔助設計（CAD）、電腦輔助製程規劃（CAPP）與電腦輔助製造（CAM）。答題時應說明各自負責的工作，再交代設計資料如何經製程規劃轉換為製造指令，形成由產品設計到實際生產的資訊流程。
解題方法
可依「設計產品 → 規劃製程 → 執行製造」的順序作答：
- CAD 說明產品「設計什麼、幾何形狀與規格為何」。
- CAPP 說明產品「如何加工、採用哪些設備與工序」。
- CAM 說明「如何以電腦控制設備與生產作業，將產品實際製造出來」。
接著說明三者透過產品與製程資料相互銜接，構成設計與製造整合的基礎。
CAD：電腦輔助設計
CAD（Computer-Aided Design）是利用電腦軟硬體協助產品、零件或系統的設計與工程表達。常見功能包括：
- 建立與修改二維工程圖或三維幾何模型。
- 標示尺寸、公差、材料及其他工程規格。
- 進行模型檢視、組立與干涉檢查。
- 將設計資料以電子形式儲存、修改及傳遞。
CAD 的主要產出是產品的設計資料，例如幾何模型、工程圖、尺寸與公差等。這些資料提供後續製程規劃及製造作業的依據。
CAPP：電腦輔助製程規劃
CAPP（Computer-Aided Process Planning）是利用電腦協助規劃產品或零件的製造程序，將設計資料轉化為可執行的製程方案。規劃內容通常包括：
- 選擇加工方法、工序及其先後順序。
- 選擇機台、工具、夾具與量測設備。
- 訂定加工條件、檢驗要求及作業指示。
- 編製製程路線、工序卡或製程文件。
CAPP 的輸入通常包括 CAD 提供的零件形狀、尺寸、公差與材料資訊，以及工廠的設備、工具和製程能力等資料；輸出則是製程規劃文件或可供製造系統使用的製程資訊。
CAPP 常見兩種規劃方式：
- 變異式（variant）CAPP：從既有標準製程中找出相似零件的製程，再依新零件特性修改。
第 三 題25 分
某公司目前有四個工廠，正在考慮建置新的物流中心，公司內部經過評估後產生五個候選物流中心位置，但最多只能在三處設立物流中心。下表為各工廠與候選物流中心位置的運輸成本及使用該物流中心的建置成本，試決定需建置多少物流中心？及如何指派各工廠到所建置的物流中心？使得總成本最小。（25 分）
| 工廠 | 候選物流中心位置 1 | 候選物流中心位置 2 | 候選物流中心位置 3 | 候選物流中心位置 4 | 候選物流中心位置 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | $450 | $1,125 | $675 | $1,800 |
| 2 | $180 | $225 | $2,250 | $1,350 | $135 |
| 3 | $1,800 | $900 | $225 | $1,575 | $720 |
| 4 | $450 | $675 | $270 | $45 | $1,125 |
| 建置成本 | $1,000 | $500 | $250 | $750 | $1,000 |
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核心觀念
本題考固定成本設施選址問題（facility location problem）。每個候選物流中心有建置成本；各工廠指派至已建置中心時，另產生運輸成本。目標是在最多設置三處的限制下，決定開設位置及工廠指派方式，使建置成本與運輸成本的總和最小。
設 表示建置候選位置 ， 表示工廠 指派至位置 ，則可表示為：
其中 為位置 的建置成本， 為工廠 至位置 的運輸成本。題目未設定物流中心容量限制，因此各工廠在已建置中心中選擇運輸成本最低者即可。
解題方法
對每一組已建置位置，先將每個工廠指派到該組位置中運輸成本最低的中心，再加上該組中心的建置成本。將所有可行組合（1、2 或 3 個中心）比較，即可找到全域最低成本。
例如，建置位置 2、3 時：
- 工廠 1 指派至位置 2，運輸成本為 。
- 工廠 2 指派至位置 2，運輸成本為 。
- 工廠 3 指派至位置 3，運輸成本為 。
- 工廠 4 指派至位置 3，運輸成本為 。
故運輸成本為：
位置 2、3 的建置成本為 ，總成本為：
組合比較
下表為各組合在工廠均指派至該組已建置中心中最低運輸成本位置後的總成本：
第 四 題30 分
某家玩具公司生產 6 種不同的產品，有 6 個相等面積的部門會與生產有關，假設各產品的生產途程及生產量預估如下表。
| 產品 | 製程順序 | 週生產量 |
|---|---|---|
| 1 | ABCDEF | 100 |
| 2 | ABCBECF | 150 |
| 3 | ABCEBF | 400 |
| 4 | ACEF | 300 |
| 5 | ABCDBF | 500 |
| 6 | ABDEF | 200 |
（一）請建構此設施的從至表（from-to chart）。（10 分）
（二）請使用系統化布置規劃（Systematic Layout Planning, SLP）方法，發展一個區塊布置。（20 分）
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核心觀念
從至表（from-to chart）記錄各部門間的有向搬運量。產品每經過一個相鄰製程，就把該產品的週產量加到對應的「起點部門 → 終點部門」格內：
其中 是產品 的週產量， 是該產品途程中由 直接移至 的次數。若同一途程重複經過某段，須逐次計入。
SLP（Systematic Layout Planning）則依部門間的物流強度安排相鄰關係。本題未提供非物流關係資料，以下以雙向物流量之和作為相鄰重要度，並假設六個部門各占一個等面積區塊。
（一）從至表
逐一拆解各產品的相鄰製程並乘上週產量，彙總後得到：
| From \ To | A | B | C | D | E | F | 合計 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | — | 1,350 | 300 | 0 | 0 | 0 | 1,650 |
| B | 0 | — | 1,150 | 200 | 150 | 900 | 2,400 |
| C | 0 | 150 | — | 600 | 700 | 150 | 1,600 |
| D | 0 | 500 | 0 | — | 300 | 0 | 800 |
| E | 0 | 400 | 150 | 0 | — | 600 | 1,150 |
| F | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | — | 0 |
| 合計 | 0 | 2,400 | 1,600 | 800 | 1,150 | 1,650 | 7,600 |
例如，產品 2 的途程為 ，週產量為 150，因此分別在 加計 150。對於重複出現的部門轉移，依實際相鄰步驟逐次計入。
（二）SLP 區塊布置
1. 整理雙向物流強度
布置時相鄰關係不區分搬運方向，因此將每一對部門的雙向物流量相加：