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高考申論題 106年 [工業工程] 工程統計學與品質管制

第 三 題

📖 題組:
針對下列各情況,選擇一個適當的機率分配。無須列出參數值。(20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (三)

10 個晶片中不良的晶片數(每個晶片只分兩種:良片與不良片)。

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看到「固定樣本數(10個)」與「只有兩種檢驗結果(良/不良)」,應立刻聯想到伯努利試驗(Bernoulli trial)。將多次獨立且機率固定的伯努利試驗結果加總,即可判定該離散型變數服從二項分配。

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【破題】本題核心在於判斷固定樣本數下,具備二元結果(Binary outcomes)之離散型機率變數所服從的統計分配。 【論述】 一、機率變數定義

小題 (一)

品管圖上每次檢驗就將相關之統計量填入品管圖之 y 軸上。檢驗出第 1 個落在品管圖上下限外之值所需之總檢驗次數。

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看到「第 1 次發生特定事件(出界)所需的總試驗次數」,應直覺聯想到這是一系列獨立且結果為二元的白努利試驗。在重複試驗中,尋找首次成功(或首次失敗)所需的總檢驗次數,正是幾何分配的經典定義。

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幾何分配(Geometric Distribution)。 【解析】 若將每次將統計量填繪至管制圖上的動作視為一次獨立的「白努利試驗(Bernoulli trial)」,每次檢驗僅有兩種互斥結果:點落在管制界限內、或落在管制界限外(此處將出界定義為我們關注的事件發生,即機率為 $p$)。

小題 (二)

一個晶片之厚度。

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看到「晶片厚度」這類連續型、計量值數據,首先應判定為連續機率分配。接著聯想工業製造特性,產品尺寸通常受多種微小、獨立的隨機誤差影響,根據中央極限定理,這類物理量最常服從常態分配。

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常態分配(Normal Distribution)。 晶片的厚度屬於連續型隨機變數(計量值數據)。在工程製造實務中,產品的物理尺寸(如厚度、長度、重量等)通常受到許多微小、獨立且隨機的變異因素(如機台震動、環境溫度波動、材料微觀公差等)共同綜合影響。根據中央極限定理(Central Limit Theorem),這些微小隨機誤差的加總會使產品特性的機率分配趨近於鐘型的常態分配。因此,在品質管制體系中,針對此類連續型品質特性,最適當且最常使用的機率模型為常態分配。

小題 (四)

晶片檢驗線上,檢驗出第 2 個不良品所需總檢驗次數。

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看到「出現第 r 次特定結果(如第 2 個不良品)」與「求所需總試驗次數」,應直覺聯想到重複且獨立的伯努利試驗。當試驗持續進行直到累積滿 r 次成功才停止,其總試驗次數的機率模型即為「負二項分配」。

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【解答】 適當的機率分配為:負二項分配 (Negative Binomial Distribution)。 【解析】

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