策略規劃與問題解決(依類科命題)考古題｜歷屆國考試題彙整

某直轄市議會議員指出，該市房價高、物價高，生活開銷也較高，使公 立學校教師寧可到其他縣市任教，導致該市教師人力嚴重短缺，缺額難 以補足，應設法改善待遇，並建議採取加發地域加給等方式處理。請從 中央與地方權限劃分的現況以及法制單位的角度，為該市政府試擬問題 分析、解決策略與對議員質詢具體回應之建議。（25 分）

依專門職業及技術人員轉任公務人員條例第12 條規定：「為應業務需要， 各機關得置公職律師、公職建築師及各類公職專技人員職務。」請以直 轄市政府法制業務機關或單位之職掌及立場，分析何種機關有設置公職 律師之必要？要如何吸引民間律師轉任公職律師？置有公職律師之機 關，其與現職法制人員之職責如何劃分？（25 分）

地方政府未設置法制人員之所屬機關或相關內部單位，常見其法制作業 甚或訴願答辯書品質堪慮。如果您是地方政府的法制相關業務主管人 員，在難以大幅增加法制人員編制的前提下，可如何協助地方政府改善 此種現象？（25 分）

各縣市消費者保護自治條例普遍規定，執行機關或消保官處理消費爭 議，發現企業經營者有諸如經執行機關或消保官通知說明消費爭議案情 或商議解決方法，無正當理由不派員出席時，得將其名稱、爭議商品或 服務及所為行為於網路上或媒體公告之。請問若單純公告促使企業經營 者處理消費爭議的成效不彰，議會要求修正消費者保護自治條例，將企 業經營者配合說明消費爭議案情或商議解決方法，列為協力義務，違反 者可課予罰則。請就消費者保護政策及地方自治權限等面向，評論此一 修法建議。（25 分）

穩定的電力供應是維繫臺灣國家生存、企業競爭力、社會正常生活與民 眾福祉的關鍵，電力設備雖然已盡力維護保養，但運轉中不可抗力因素 所造成停電事故仍是難以避免，例如1999 年的729 停電起因於輸電鐵 塔倒塌，921 大停電是地震造成；因此能儘速排除異常事故，恢復正常 供電是首要責任，請就穩定供電的大原則回答： 如果因為某些原因造成多處超高壓變電所故障，南北輸電網路完全中 斷，要如何調度供電來維持區域內的供電能力，以滿足民眾生存需 求？（15 分） 因應前項的區域性供電平衡，你對於未來的發電系統建置及備援供電 系統規劃有何對策？（10 分）

智慧城市中的城市交通運輸系統，將會由電氣化高鐵、都會捷運、電動 汽車、電動機車、助行車等等所構成，其中電池及充電技術的相關議題， 將會是直接關係到民眾配合接受電動汽車與否的關鍵。試就以下兩大主 流車上電池的處理方式，評比其主要關鍵技術、優缺點、市場的接受度， 及可能引發的爭議與解決對策： 發展快充電技術，以廣設的快充充電站取代過去的加油站。（12 分） 直接更換電池方式，在服務站，直接更換已經充飽的電池。（13 分）

風力發電、太陽能發電相異於傳統火力發電的特質是什麼？這樣的特質 於再生能源高占比的情境下，於電力調度上有何影響？要如何因應？ （25 分）

請就採用雙饋式感應發電機之風力發電系統，說明電力電子技術（交流 轉直流，直流轉交流）在其中所扮演角色、此風力發電系統的優缺點， 以及併網方式。另請說明氮化鎵（GaN）功率元件是否可以替代矽基 MOSFET，原因為何？（25 分）

一個含高占比之再生能源發電系統原本經由傳輸線連接至一個電力系 統的匯流排做穩定運轉。當該電力系統發生異常、保護電驛動作，致使 該高占比再生能源發電系統與該電力系統瞬間解聯時，試說明該電力系 統之電力潮流與併接點之電氣特性如何受到該高占比再生能源瞬間解 聯的影響？該電力系統之同步發電機有那些相關設備如何因應此解聯 做調整？該電力系統之穩定度特性如何做評估分析？（25分）

在「台灣電力股份有限公司再生能源發電系統併聯技術要點」中，第七 點「系統影響規範」中的第（七）項為：「諧波管制：諧波污染限制應依 台電公司『電力系統諧波管制暫行標準』規定辦理。併接點電壓在3,300 伏特以下系統，比照3,300伏特至22,800伏特系統標準辦理。」請就該併 聯技術要點的內容，針對：⑴諧波（harmonic）之量測點、⑵諧波的定 義、⑶諧波失真（harmonic distortion）的定義、⑷總諧波失真（total harmonic distortion）的定義、⑸總需量失真（total demand distortion）的 定義等議題，提出解釋與說明。（25分）

(七) 25 分

有關容量為1 MW（1000瓩）的大型太陽能或光伏（photovoltaic）發電系 統，此系統與電網併聯。 說明此發電系統架構及操作原理。（10分） 欲提高發電效率，說明在興建及營運方面，如何執行？（15分）

捷運的電聯車牽引裝置採用三相變頻器（inverter）驅動三相感應電動機， 其中三相變頻器的重要元件為高壓、高功率半導體開關元件，此元件有 GTO（gate turn-off thyristor）或IGBT（insulated-gate bipolar transistor）。 試作答下列問題： 比較GTO 與IGBT 的特性，並說明用IGBT 與功率二極體組成三相變 頻器的電力電路。（10分） 三相變頻器由電子元件所組成，有容易故障及使用年限短的問題。請 針對三相變頻器的保養檢測及維修方面，建立相關執行策略，以確保 大眾運輸的可靠性。（15分）

國際家用電源電壓按地區而有不同，但一般來說常用的有220 V 和110 V 兩種；前者可以有效降低線路損失，所以為世界大多數國家所採用。目 前臺灣家用電源電壓部分，雙軌並行，住家內同時有供冷氣使用之220 V 插座與一般電器使用之110 V 插座。今假設政府決定將家用電源統一為 220 V 插座，請擬訂相關推行步驟，以使相關轉換過程順利。（25 分）

目前台電公司之電費計價公式中，僅依據用戶使用度數計算，未考慮功 率因數（Power Factor）項目。今假設台電公司決定將功率因數引入電費 計價公式，請研擬新的計價公式，並擬訂相關推行步驟，以使相關轉換 過程順利。（25 分）

當今社會迅速蓬勃發展，越多企業要求穩定之電力環境，尤其是科技 廠、石化廠或煉油廠等，因為若遭遇斷電，不僅造成大量之半成品報廢， 若停電時間過久導致馬達停止，甚至將延長全廠重新啟動之時間。而 且，當發電廠中之發電機跳機到切換至備用發電機時仍需一小段時間， 因此，若能有更快之電源切換系統或進行卸載，將可節省大量的額外發 電成本，也可減小事件的傷害。1999 年7 月底臺灣北部及中部發生大停 電情形，造成產業界損失嚴重，其原因就是台電系統在主要的超高壓輸 電線有嚴重的事故，並且引起一連串的電驛跳脫。試以此事件為例，提 出一「電力系統保護策略」以防止超高壓輸電線路發生嚴重事故時所引 起的暫態不穩定。（25 分）

離岸風機設置於海上，主要的優點是可以獲得比較好的風場，也不會對 鄰近的居民產生噪音干擾。但因風機是設置於外海，運轉維護的困難度 提高，價格也更昂貴。尤其是臺灣的離岸風機必須承受颱風、鹽分、高 溫、高溼、波浪及海流的侵蝕等環境挑戰，難度更高，如何確保設備的 可用率及降低運維成本，是離岸風場經營上重要的課題。因此離岸風機 必須能夠監控本身的元件及運作，以防患於未然。一般離岸風機的監控 系統主要包含：風機的監控及數據蒐集系統、狀態監控系統、基樁的淘 刷監控系統、塔柱結構健康的監控系統、葉片表面損傷的監控系統、腐 蝕監測系統等。其中監控及數據蒐集系統是一種讓操作者可以由遠端取 得設備數據及發送控制指令的技術。如果你是風機系統的操作者，你會 要求這個系統應蒐集那些資料，並說明你會如何利用這些資料，方能有 利於風機系統的運作。（25 分）

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘雙極電晶體）具有高頻 率、高電壓、大電流，易於開關等優良性能，故在電力電子應用中日趨 重要，已廣泛應用於家電、交通與電網等系統。試說明IGBT 的工作原 理，並就IGBT 與功率MOSFET（power MOSFET）在趨動方式（Drive method），輸入阻抗（input impedance），趨動功率以及操作頻率等方 面之優劣作一比較，說明理由。（15 分）

再生能源，如風力發電，具有高變動性之特性，當其發電占比較高時， 電力系統易受波動影響，故於系統規劃分析時，推估再生能源之分布與 發電情形，以提升系統之彈性是個相當重要的議題。請就風力發電開發 位置之選擇與發電容量的決定，依據學理，提出你的解決方法。（15 分）

至2025 年時我國再生能源發電占比將達20%，屆時整體電力系統佈建 與調度將由集中型轉變為分散型，由強化能源供應轉變為重視需求管 理。為因應此綠能高占比的新型態能源系統，請就創新的市場機制、法 規環境等項目提出你的解決方法。（20 分）

為維護電網安全穩定運轉，電力系統必須配置足夠的「備用容量」 （Reserve Margin）與「備轉容量」（Operating Reserve）。請說明「備用 容量」與「備轉容量」之定義、功能與適用範疇。（25 分）

電壓源式（Voltage Sourced）之三相電力轉換器（Converter），已廣泛應 用於微電網（Microgrid）中。 請說明微電網與傳統電力系統之差異。（10 分） 微電網三相電力轉換器典型的運作模式包含併網模式（Grid Tied Mode）與孤島模式（Islanded Mode）。請說明此二種模式之適用範疇 與其工作原理。（15 分）

發電廠之凸極式（Salient-pole）及隱極式（Non-salient pole）同步發電機，其同步 電抗及產生功率有何差異？（8 分） 說明鐵路供電用之史考特-T（Scott-T）變壓器之結構及功能。（6 分） 說明配電Y-Y 接三相變壓器之諧波問題。（6 分） 說明變壓器湧浪電流（Inrush current）之產生及防止。（5 分）

有一高鐵驅動用感應馬達額定為：三相，4-pole，1850 V/102 Hz，3000 rpm，110 A， 275 kW，求滿載下之轉差率。（5 分） 對於電動車常用之感應馬達及永磁同步馬達，說明兩者之轉子結構差異及比較其 優缺點。（8 分） 電動車快速充電器及車載慢速充電器，兩者之電路及充電策略差異為何？（6 分） 何謂動態煞車及再生煞車？（6 分）

一般在多重輸出電壓電源供應器的電子電路中，常會使用「過電壓保護電路」，其 實在轉換式的電源供應器中未必會有此情況，那為什麼還要使用「過電壓保護電路」 呢？請說明其理由。（10 分） 試設計一個由稽納二極體與SCR 所組成的過電壓保護電路，並分析其保護的機 制。（15 分）

近年因石油價格高漲與資通訊技術的成熟普及，使得世界各國對電力需求面的管 理有了顯著的改變，也帶動了「智慧電網」的發展，其在各國能源產業的發展策略 中已成為重點項目。根據IEEE 的定義，智慧電網就是讓電力系統的每個環節可以 溝通以達成電力系統最適化的目標。依此定義，請繪圖表示「智慧電網」之基本架 構。（請標出能源供應者與消費者間彼此縱向與橫向聯結的互動模式）（10 分） 何謂微電網（Micro Grid）？請繪ㄧ示意圖說明微電網運作的方式。（15 分）

近年來由於人類文明高度發展，大量使用石化燃料，造成自然環境嚴重破壞與溫室 效應，使得各國開始致力研究再生能源以取代石化燃料。在各種再生能源系統中， 太陽光伏系統吸引了許多研究人員的青睞。但此類系統皆為低電壓直流電源，應用 上必須依靠高升壓比直流轉換器將其轉換為適合的電壓準位，以滿足後級反流器提 供交流輸出或併聯市電，然而實務上傳統式的升壓型轉換器並不易達到足夠的升壓 比，另外基於安全規範，許多系統也需做電氣隔離，因此使得太陽光伏系統尚無法 廣泛的應用。試就此問題擬訂一個可以改善的計畫，並評估其可行性與實施成效， 使能得到具備高升壓比之轉換器，以作為此類能源應用之介面。（25 分）

以智慧電網作為能源管理的理念近年來在全球掀起一股熱潮，如歐、美已斥資百億 美元，希望透過智慧電網之基礎建設振興國家經濟，日本、韓國、中國等國也投以 鉅資架構超級電網，期以帶動經濟發展。我國具有電力電子、半導體、通訊等科技 產業的優勢，在面對這一波全球性的新能源策略浪潮，應如何善用既有的競爭能力 協助廠商找到在全球的定位，這些課題對我國能源政策的擬訂非常重要。請就我國 發展智慧電網的環境現況進行SWOT 分析，並根據分析結果試規劃一份我國發展智 慧家庭電能系統的策略計畫。（25 分）

一個綠能系統包含多電力級，必須妥善搭配，始有良好之總體操控效能。以一聯網 型風力發電系統為例，說明有關規劃事宜： 繪出組成方塊示意圖，標示各組成名稱。（3 分） 如電網之線電壓為220V/60Hz，變頻器（DC/AC converter）採弦波PWM 切換方 式，如何選定直流鏈電壓？變頻器之輸出主要電壓諧波頻譜特性為何？如何處理 降低注入電網之諧波成分？（3 分） 敘述直流有刷發電機、感應發電機、同步發電機、切換式磁阻發電機之比較特性。 （3 分） 敘述激磁式同步發電機及永磁式同步發電機之比較特性。（3 分） 敘述鼠籠式感應發電機及線繞式感應發電機之比較特性。（3 分） 以交流發電機為例，敘述採用不同後接介面AC/DC 轉換器（含整流器及各式切 換式整流器）之電樞線電流諧波特性及額定降低（De-rate）特性。（3 分） 敘述典型之機械側轉換器及電網側轉換器之控制方式。（3 分） 敘述如何從事總體操控效能評估。（4 分） 102年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 類 科： 電力工程 全一張 （背面）

以一個直流微電網為例，其共同直流匯流排上需介接入適當之儲能裝置，以維持其 供電品質，以含蓄電池及飛輪兩種儲能裝置說明有關規劃事宜： 敘述此兩種儲能裝置於放電時期及響應速度之比較特性。（3 分） 敘述此兩種儲能裝置所需配置之介面轉換器及控制機構。（3 分） 飛輪儲能裝置所配置之介面轉換器與再生風力發電源所配置者有何不同？（3 分） 此兩種儲能裝置之儲能量如何表示之？（3 分） 於此使用之儲能蓄電池與電動車中所使用者有何不同？（3 分） 敘述鉛酸蓄電池與鋰離子蓄電池之比較特性。（3 分） 對於飛輪儲能裝置，敘述使用感應電機與永磁同步電機為致動器之比較特性。 （3 分） 敘述如何從事此混合式儲能系統之總體操控及效能實測評估。（4 分）

科技接受模型（Technology Acceptance Model，TAM）是知名的資訊管 理理論，請簡述其模型內容與管理意涵；並請基於此模型理論，說明你 在導入某特定新興科技於政府機關時所應注意事項與詳實作法。（25 分）

隨著行動化（Mobility）趨勢，政府機關也積極建置許多行動應用軟體 （APP）。然而有媒體報導，有些APP 的下載次數並不多，因此如果你 是負責政府機關資訊部門的主管，請問你如何在提供民眾APP 與不浪費 政府公帑間取得一個平衡。（25 分）

在資訊科技的發展下，集體智慧（Collective Intelligence）甚受關注，假 設⑴科技、⑵環境保護、⑶經濟三方面的相關政府機構均要聘任你為其 資訊系統開發專案經理，請由上述三者選擇一個你比較清楚的政府業 務，舉一例來說明集體智慧此概念可如何應用於其資訊系統開發，並說 明清楚建議所使用的創新資訊科技軟硬體架構。請特別說明資訊科技如 何可協助避免「團體極化效應」（Group Polarization Effect）、以及「群體 思維」（Groupthink）。（25 分）

大數據分析（Big Data Analysis）日益重要，請問此概念如何協助政府相 關決策的三階段？假設⑴科技、⑵環境保護、⑶經濟三方面的相關政府 機構均要聘任你為其資訊系統開發專案經理，請由上述三者選擇一個你 比較清楚的政府業務，假設一個決策情境，並以Simon 所提出決策三個 階段，來清楚說明大數據分析概念可能的協助。（25 分）

海水淡化一直是中東國家和偏遠地區的飲用水來源，而太陽能輔助海水淡化系統是 結合綠色能源於化工分離程序的應用，深具純水製造的可行性，可以解決飲用水短 缺的困境，也符合利用再生能源的時代潮流。 請就海水淡化程序的可能方法逐一說明。（10 分） 以能源消耗面而言，說明中各種方法的經濟效益。（10 分）

再生水（reuse water）的利用，使得雨水或廢水經過不同階段的分離程序處理後，可 再應用於不同層級的用途，因此，再生水同時具有循環的策略及水資源回收（recycle） 的永續經營。 何謂再生水？再生水使用的效益如何？（5 分） 請就水資源政策，透過SWOT 機制分析（強弱危機綜合分析法），探討應用再生 水在臺灣的可行性。（10 分）

為降低對地球環境衝擊和達成低碳排放，生物可分解塑膠（Biodegradable plastics） 和生質基塑膠（Bio-based plastics）都是全球重視的低碳化學品。 請說明何謂生物可分解塑膠和生質基塑膠。（5 分） 請就原料、製程和環境永續等方面，針對生物可分解塑膠和生質基塑膠在低碳化 學品上所扮演的角色，提出分析和建議。（10 分）

今有一工廠每年生產10,000 噸，產率（yield）以質量計算，即kg 產量/kg 原料是70%， 原料成本是10 美元/噸，產物價格是75 美元/噸，此製程經改善後其產率增加為75%， 而所需增加固定投資成本為35,000 美元，操作成本沒增加，請說明此製程改善是否 值得？（25 分）

某產品年生產2,000 噸，售價為每磅0.80 美元，在100%產量的情況下，每年直接生 產成本（annual direct production cost）為2 百萬美元，其固定費用70 萬美元。在盈 虧點（break-even point）每磅產品的固定成本會是多少？（25 分）

塑膠包裝材料，特別是塑膠袋，常被認為是一項環境上的問題，因此近年來受到某 些國家的限制。作為一個塑膠袋產品或原料生產廠商，要如何因應此一趨勢？請就 可能之方法及訂定策略之機制做一說明。（15 分）

懸浮微粒造成許多健康及環境汙染的問題，請就下列項目回答： 何謂PM2.5？對人類健康的影響如何？（5 分） 在化工程序中，可能產生PM2.5 的地方有那些？請列舉三項。（7 分） 降低PM2.5 的方法有那些？請就特定程序應如何選擇適合方法，提出建議。（8 分）

化學物品的運輸，對於公共安全影響很大，且由於城市成長等因素，造成管線或車 輛可能靠近人口稠密區域。應如何建立監測、管制及評估機制，保障長期公安？請 分別就廠商及政府兩方面申論之。（15 分）

國際間的經濟相互競爭愈來愈激烈，甚至國內經濟受到“紅色供應鏈”影響，外銷 訂單逐月遞減。在目前臺灣化學工業的發展，政府在策略上應有那些應對措施？ （20 分）

粉塵爆炸在新北市八仙樂園造成重大死傷災情。 請解釋粉塵爆炸現象與原因。（12 分） 請列出那些化工相關製程易有潛藏粉塵爆炸危機。（8 分） 如何防範粉塵爆炸？（10 分）

頁岩氣、頁岩油等非常規能源在美國和加拿大等國已實現商業性開發，對世界能源 及石油化學工業產生重大影響。請以策略規劃的角度，分析下列問題並建議可行之 策略及策略評估方法。（每小題15 分，共30 分） 頁岩氣對世界能源供應（量與價）在未來短中長期可能的影響，及我國能源政策 如何因應。 我國石化工業目前使用原油為基本原料，如何因應頁岩油、頁岩氣為基本原料之 競爭。請提出數個可能方案及其評估方法。

減少溫室氣體排放是全球重視的永續經營議題之一。（每小題10 分，共30 分） 請說明何謂碳足跡、生命週期分析等觀念。 請以一個化工廠為例，說明在減碳上應採行的策略與建立持續改進機制之方法。 請就頁岩氣的大量生產在減少二氧化碳排放上，造成之正面或負面影響，提出分 析。

寶特瓶（PET, polyethylene terephthalate）是臺灣極重要的產業，全世界的飲料公司 都規劃使用綠色原料製造PET，PET 的原料是PTA（poly tetraphthalic acid）及乙二醇 （EG, ethylene glycol），而對二甲苯（para-xylene）是PTA 的原料，我們可以用下 列的圖表示製造流程： 試提出以生物原料製造對二甲苯與乙二醇的方法。（20 分）

一個化工廠的資本投資為新臺幣3,000 萬元，且營運資金為300 萬元，此化工廠一年 （365 天）平均生產的最終產品有8,000 公斤，若化工廠周轉率（turnover ratio）為 1.0，試計算每公斤產品的售價為多少元？（20 分）

令符號的定義為： sn ：安全因子， all σ ：允許應力， d σ ：設計應力，max τ ：最大剪應力，y S ：降伏強度， e σ ：翁邁斯司（von Mises）應力。 根據機械設計原理與策略，比較申論 s y n S

max ≥ τ 及 s y e n S ≥ σ 的意義及應用。（10 分） 當機械元件受到週期性循環負荷時，何謂低反覆疲勞（low-cycle fatigue）、高反覆 疲勞（high-cycle fatigue）及無限反覆疲勞（infinite-cycle fatigue）？如何應用於對 該機械元件之疲勞設計規劃？（8 分） 有一受到四種反覆拉力元件，其均值（mean value）拉力皆為零。其疲勞應力（fatigue stress）及操作時間百分比分別為 i σ (i=1,2,3,4)及 i α (i=1,2,3,4)。當承受疲勞應力 i σ 時，其疲勞壽命為 i N (i=1,2,3,4)，試預估發生疲勞失敗的累積總循環數。（7 分） 二、如圖表達某螺旋微動機構示意圖。螺旋組5 推動滑塊3 沿著導軌1 運動。由於彈簧2 及滾珠4 的作用，滑塊可以無間隙的沿著導軌直線運動。因為製造及組裝上的誤差 （error），造成螺旋軸線與滑塊運動方向有一相當微小的夾角θ 。 推導滑塊移動的位移誤差數學式 ) , , ( P θ φ Δ ，φ：螺旋的螺旋轉角，P：螺距（pitch）； 並說明你所用的方法。（10 分） 選擇精密機械（及儀器）設計方案後，需進行精度分析計算。試申論精度分析計 算的主要程序與內容；並說明前題的數學式與該程序內容的關聯。（15 分） （請接第二頁） 105年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 代號：10130 全四頁 第二頁 等 別：高考一級 類 科：機械工程 科 目：策略規劃與問題解決

輪齒損傷是齒輪失效之主要原因，輪齒承載能力主要取決於材質、表面狀態、圓周速 度、潤滑條件、輪齒設計參數、傳動系統設計、製造品質及加工精度、安裝調整及使 用維護。世界各國標準均有頒布了「齒輪輪齒磨損和損傷專有名詞（術語）」，雖有些 差異，但大致上相同，ISO 10825、德國的DIN 3979、美國的ANSI / AGMA 110.04， 其將輪齒磨損和損傷分成(a)裂紋（cracks），(b)輪齒折斷（breakage），(c)齒面疲勞 （surface fatigue）現象，(d)齒面耗損跡象（indications of surface disturbances），(e)膠 合（scuffing），以及(f)永久變形六大類，每一類又包含了不同的型式，其中裂紋就被 區分為淬火裂紋、磨削裂紋、輪緣和輪輻裂紋，以及疲勞裂紋四種型式，前兩種裂 紋是加工造成的；接著請回答下列問題： 裂紋的失效模式：（8 分） ⑴請問輪緣和輪輻裂紋的成因是什麼？ ⑵疲勞裂紋的特徵與前三種不同，請描述疲勞裂紋特徵。 輪齒設計計算問題：（10 分） 在設計齒輪時，使用輪齒彎曲應力公式及接觸應力公式，這兩個公式分別用來驗 核輪齒的彎曲強度及接觸疲勞強度，⑴請問若已滿足這兩個公式的齒輪設計，但 若仍無法完全預防齒面疲勞現象及齒面耗損跡象之原因為何？⑵膠合是齒面金屬 在壓力下直接接觸或不完整油膜之金屬接觸而發生的表面焊著，隨後的相對運 動，使金屬齒面被撕落，以致於引起的嚴重磨損現象。請問防止膠合的發生，在 設計齒輪階段應加上什麼計算分析以檢核膠合承載能力？⑶承上一小題，除了設 計計算滿足防止膠合的條件之外，在齒輪被使用中，還有那些預防措施？ 故障診斷問題：（7 分） 齒輪失效判斷係根據傳動設備的重要性及事故影響嚴重性而設定失效的限界，當 任一輪齒損傷達到失效指標的限界值時，即判定齒輪失效，輪齒損傷除了測量磨 損量、點蝕量、剝落量、永久變形量及裂紋尺寸外，尚可採用振動檢測的方法， 請問使用振動檢測的故障診斷方法其原理是什麼？說明其使用的方法，並且說明其 優點，及其限制是什麼？ （請接第三頁） 105年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 代號：10130 全四頁 第三頁 等 別：高考一級 類 科：機械工程 科 目：策略規劃與問題解決 （請接背面）

一機械結構元件的圓桿，採用AISI 1018 的冷軋（CD）鋼棒製成，其統計性（stochastic） 降伏強度（yielding strength）服膺正交分佈（normal distribution），其平均值為 MPa s 540 = μ ，偏差值為 MPa s 40 ˆ = σ ，記為 MPa N Sy ) 40 , 540 ( ~ ，此圓桿受變動性 對心拉力P 作用在兩端，拉力的統計特性也是正交分佈，記為 kN N ) 18 , 220 ( ~ P ，此 圓桿元件需要有0.999 的可靠度（reliability），則： 安全係數應取多少？基於可靠度 R(z) 之安全係數計算公式 2 2 2 2 2 1 ) 1 )( 1( 1 1 2 s s C z C z C z n − − − − + = σ ，其中 s C 及 σ C 分別為降伏強度及應力之變異係 數（coefficient of variation），其中對應R = 0.999 的z 值由正交分佈之累積分佈函 數表（詳如附表）查表得到，z 為強度減應力之安全餘裕（margin of safety），其也 是正交分佈。（7 分） 求所需的圓桿直徑？（5 分） 若以AISI 1045 CD 取代，其服膺正交分佈 MPa N Sy ) 46 , 668 ( ~ ，採同樣的可靠度 求安全係數？（5 分） 每單位重量AISI 1045 CD 的價錢為AISI 1018 CD 的1.5 倍，比重為0.995 倍，承 上一小題，以1045 所製成的圓桿零件重量為1018 所製成圓桿之幾倍？（5 分） 繼續前一小題，圓桿採用1045 的價錢為採用1018 價錢幾倍？（3 分） （請接第四頁） 105年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 代號：10130 全四頁 第四頁 等 別：高考一級 類 科：機械工程 科 目：策略規劃與問題解決

在規劃一個工具機的伺服機構時吾人必須考慮所欲達到的加工速度，現不考慮加 工負載（加工刀具所受的力），假若吾人所規劃的機台與工件的質量是60 Kg， 且機台的行程可達0.5 m 並使用線性馬達作驅動，則如欲達到60 m/min 的加工速 度，須採用出力多大的馬達？（10 分） 又如果採用的是導螺桿，導螺桿加上馬達轉子的慣量是0.001 Kg-m2，導螺桿的 螺距是5 mm，則需要採用出力多大的馬達？（15 分）

德國在2011 年提出「工業4.0（Industry 4.0）」這個觀念作為高科技戰略計畫 （High-Tech Strategy）的一部分，此後工業4.0 不斷的引起世界各國政府的注意 與重視。請就您所知描述德國工業4.0 的主要內容。（15 分） 我國政府因應世界各主要國家振興產業發展之趨勢，提出「生產力4.0」方案。 請說明我國政府規劃於「生產力4.0」的主軸策略及措施。（10 分）

如圖所示一桌上型電風扇，在葉片旋轉時，除了因空氣流體經由空氣動力造成葉片 的振動外，葉片與葉片之間的差異，也會造成該電扇整機的振動。假設該電扇四片 葉片其中一片葉片因製造或是長期使用累積過量的灰塵，使得此葉片的質量和其他 三片明顯不同，於此情形下，當葉片旋轉時，即使電扇不是在左右搖擺的操作模式， 該電扇將自發性的振動起來。請透過適當的假設以及動力學理論的推導，解釋為何 此電扇會有（或是不會有）自發性的振動？如果會有自發性的振動，請問在X、Y、 Z 各軸相對於葉片旋轉角度的動態響應為何？（25 分） Z X Y Z 104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 全一張 （背面）

要測試齒輪B 的磨耗狀況，通常會設計一套機器來進行檢測。以下為兩種測試機的 設計概念圖，都可以達到檢測齒輪B 磨耗的目的。其中下圖(a)之齒輪組裝方式為先 將齒輪A、B 及C 組合，再將齒輪C 固定；接著將齒輪D 之軸扭一角度，再將齒 輪D 與C 囓合，此時即有一預扭矩存在於系統中。另一種方法如下圖(b)，為在齒 輪B 的另一端安裝磁粉式或渦電流式剎車器，也可以設置一發電機以提供機器的負 載，達到測試齒輪B 的磨耗。 請問你會選擇那一種設計，原因為何？你不選另一設計的原因為何？（15 分） 請問在你選的機器上應裝置那些感測器？量測那些物理量方能達到檢測磨耗狀況 的目標。（10 分） (a) (b)

圖一表示兩端絞接（pined ends）長度為l 的柱（column）狀結構受力圖，右方圖表 示該柱受力後的彈性變形位移狀態。 圖一 推導其位移（變形）方程式為 0

2 = + y EI P dx y d ？該位移方程式的通解（general solution）型式可寫為 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = EI P x C EI P x C x y cos sin ) ( 2 1 ，試推導臨界挫屈負荷 （critical buckling load）。對此臨界挫屈負荷提出結構分析與設計的討論。（9 分） 若某中空正方形截面的柱，兩端絞接，外形邊長為50 mm，截面積為600 mm2， 長度為3.0 m，材質為鋁合金2014，彈性模數（modulus of elasticity）E 為72 Gpa， 試計算臨界挫屈負荷？另說明柱狀結構之兩端支撐狀況（end conditions）對臨界 挫屈負荷的影響。（8 分） 若有某柱狀結構如圖一所示，截面積為中空圓形，已知柱長為l ，材料質量密度 為ρ ，彈性模數為E，承受軸向力P。設計外徑為 o d 及內徑為 id ，同時需滿足已 設定的允許壓應力（ all c, σ ）及滿足已設定的臨界挫屈應力（ all cr, σ ），試規劃並 寫出最小重量柱結構設計的數學式。（8 分） 102年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 類 科： 機械工程 （請接第三頁） 全三頁 第二頁 二、試回答下列問題： 有兩箱機械軸，每箱內各有10 件，每支軸的直徑規格要求表示為 042 .0 0 25 mm。A 箱內各軸徑的容差（tolerance）測量尺寸為：0.01,0.01,0.02,0.03,0.05,0.05,0.05, 0.06,0.06,0.07（mm）。B 箱內各軸徑的容差測量尺寸為：0.02,0.03,0.04,0.04,0.04, 0.05,0.05,0.05,0.06,0.07（mm）。試問各箱內軸徑容差的平均值（mean value）、 樣品標準偏差（sample standard deviation），及變異值（variance）？若需自這兩 箱中購進一箱，試問如何選擇A 箱或B 箱？（9 分） 有一批用於輸送帶的某個金屬銷（pin），直徑為10 mm，並知該批銷的直徑 為常態分布（normal distribution），其平均值（mean value）為10.05 mm，標準 偏差（standard deviation）為2.1 mm。以隨機選擇方式估計有多少百分比的直徑 將大於11.5 mm？（8 分） 註：轉換至單位標準常態變數z 型式（unit standard normal form, z），參考表一之累 加表（cumulative table）求解： 表一 某電子公司生產的電容（capacitor）元件，需於振動情況下仍保持足夠高的疲勞壽 命（fatigue life），因而採用開發之新線材質，改善預期疲勞壽命達到 6 10 6× cycles。 測試隨機樣品（random sample）40 個（為常態分布），平均值（mean value）為 6 10 8.5 × cycles。標準偏差（standard deviation）為 5 10 8.4 × cycles。採有效水準 （significant level） 01 .0 = α ，試檢驗新線材能否符合改善預期疲勞壽命？（8 分） 提示：採用統計假設檢定（hypothesis testing）， n S x Z H x / μ − = 。 102年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 類 科： 機械工程 全三頁 第三頁

臺灣具有可觀的風力資源，陸域風能較少且大致上已建置或完成規劃，海域風能則 蘊含豐富但尚未開發。政府規劃再生能源配比預期2025 年達到15.1%，其中風力占 5.3%，突顯出風力是所有再生能源預期增長最快、占比最高，顯示其重要性與急迫 性。臺灣地理環境特殊，為颱風與地震等天然災害高潛勢地區，國際間雖已有水深 20 公尺離岸風場開發經驗，但面對臺灣特殊的環境，先進國家離岸風力發展經驗難 以直接轉移供國內使用。 針對國內現況，某單位受命為政府規劃我國離岸風力發電的整體計畫，此計畫需要 配合目前我國實際可操作的條件，亦需要能說服立法院與社會大眾。您是本單位的 專任委員，試草擬此計畫的大綱架構並提供主要計畫內容項目（僅提供大綱項目即 可，不需詳細撰寫計畫，亦不需提供確實數字）。（30 分）

機械設計是規劃發展新機器或是改進現有機器的一種藝術，設計的目的是使所設計 的機器能滿足特定的工作需求。在機器設計剛開始的階段，設計工程師就需要考慮 許多設計因素，包括：負載的種類、所使用的運動機構、加工條件與速度、有那些 機器材料特性可符合操作需求、成本的考慮、對於新機器來說是否容易製造、生產 與販賣、是否容易安裝與維修、是否有足夠的安全保護設計、是否牢固耐用，甚至 是否有吸引人的外觀等。 如今我們不把所有的因素都考慮進來，只考慮欲設計一個1μm 銑削精度的工具機所 需的工程技術。試依我國工具機產業現況，條列此設計所需考慮的主要設計因素有 那幾項，並說明各個考慮因素所牽涉的困難需如何克服。（20 分）

近年來，政府在推動國家重大工程建設的過程中，常遭遇各種阻力，使得計畫延宕 或停滯。例如，「北宜新線鐵路」（以下簡稱本計畫）係交通部針對目前臺鐵臺北 —宜蘭間路段，因路線過長而提出的截彎取直方案。根據交通部的資料，本計畫之 效益為： ⑴北宜新線鐵路提供東臺灣快捷的鐵路運輸服務。 ⑵北宜新線鐵路與宜蘭線鐵路形成路網，促進區域發展。 ⑶創造東部以鐵路運輸為主軸，落實東部低碳旅遊的觀光及生活環境。 本計畫於2006 年經行政院環境保護署環境影響評估審查委員會作出「不應開發」 決議，但得另提替代方案重新送審。2009 年交通部重啟先期計畫，研究替代方案。 經各方綜合考量，推動小組於2014 年4 月選定「新方案二」為優選方案。假設您 奉派負責推動此一計畫，請分析本計畫各種可能阻力的來源，並說明您接續推動本 計畫的策略與方法。（25 分）

放射性廢料（Radioactive Waste）可區分為Low-level waste、Intermediate-level waste 及High-level waste，請說明上述不同類別放射性廢料的來源及目前世界各國的處置 方法。（25 分）

某高度八十層高樓建築結構物將興建於臺北盆地，⑴試說明進行結構動力分析之目 的和方式，而且⑵甄選建築師作業過程中，試說明對此大樓的結構系統應考量之注 意事項。（25 分）

試說明施作⑴高度在50 m 以上，而且⑵工程中模板支撐高度7 m 以上，其面積達 100 m2 以上且占該層模板支撐面積60%以上之鋼筋混凝土結構物時，安全措施應如 何考量。（25 分）