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第2章 产品、工艺过程和计划进度设计
••概述概述
••产品设计产品设计
••工艺过程设计工艺过程设计
••计划进度设计计划进度设计
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概述概述
一一 产生设施规划方案前需要确定的问题（回顾上章）产生设施规划方案前需要确定的问题（回顾上章）
（（11）生产什么？）生产什么？
（（22）如何生产？）如何生产？
（（33）什么时候生产？）什么时候生产？
（（44）每种产品的）每种产品的产量是多少产量是多少？？
（（55）产品生产）产品生产需要多长时间需要多长时间？？
（（66）产品在哪里生产？）产品在哪里生产？
产品设计产品设计
工艺过程设计工艺过程设计
计划进度设计计划进度设计
场址选择场址选择
或或 计划进度设计计划进度设计
前五个问题可在本章找到答案前五个问题可在本章找到答案
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二二 设施规划与设施规划与三项职能三项职能之间的关系之间的关系
产品设计产品设计
设施设计设施设计
工艺过程工艺过程
设计设计
计划进度计划进度
设计设计
产品设计人员确定最终产品的尺寸和产品设计人员确定最终产品的尺寸和
材料组成；材料组成；
工艺规划人员确定产品如何生产；工艺规划人员确定产品如何生产；
生产计划人员决定生产数量和进度安生产计划人员决定生产数量和进度安
排；排；
设施规划在上述三类设计人员及时准设施规划在上述三类设计人员及时准
确的数据输入的基础上进行工作。确的数据输入的基础上进行工作。
紧密结合，紧密结合，
并行工程！并行工程！四种职能关系模型四种职能关系模型
四类人员关系四类人员关系
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产品设计产品设计
产品产品
产品的爆炸式装配图产品的爆炸式装配图
零部件明细表（材料、尺寸、公差、表面粗糙度等零部件明细表（材料、尺寸、公差、表面粗糙度等
要求）要求）
零部件图零部件图
设计部门最好提供产品原型。设计部门最好提供产品原型。
因此设施规划从产品设计中需获得的信息：因此设施规划从产品设计中需获得的信息：
WhatWhat的答案的答案
设计出满足顾客需求的产品，转化为工艺要求、公差要求等设计出满足顾客需求的产品，转化为工艺要求、公差要求等
而设施应按照产品的生产要求来进行设计而设施应按照产品的生产要求来进行设计
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爆炸式装配图示例爆炸式装配图示例
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通过产品设计输入数据有助于设施规划人员：通过产品设计输入数据有助于设施规划人员：
在布置设计中对通道、工作站、存储等空在布置设计中对通道、工作站、存储等空
间的确定。间的确定。
在搬运系统设计中对搬运设备、器具、包在搬运系统设计中对搬运设备、器具、包
装等具体要求的确定。装等具体要求的确定。
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工艺过程设计工艺过程设计
确定产品的生产制造工艺路线；确定产品的生产制造工艺路线；
确定谁来加工，即确定谁来加工，即““自制或采购自制或采购””决策；决策；
确定所采用的设备；确定所采用的设备；
单件产品每个工序的加工时间。单件产品每个工序的加工时间。
注：注：最终的工艺过程设计在很大程度上依赖于产品和最终的工艺过程设计在很大程度上依赖于产品和
计划进度设计过程所提供的资料的详细程度。计划进度设计过程所提供的资料的详细程度。
HowHow、、how longhow long的答案的答案
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一 工艺性审查（明确设施功能范围）
（（11））
自自
制制
或或
采采
购购
决决
策策
过过
程程
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空气调节阀零件明细表空气调节阀零件明细表
（（22）零件明细表）零件明细表
产品所有零件的零件号、名称、图号、数量、材料、尺寸、自制或外购产品所有零件的零件号、名称、图号、数量、材料、尺寸、自制或外购
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空气调节阀物料清单空气调节阀物料清单
（（33）物流清单（）物流清单（BOMBOM，结构化零件明细表），结构化零件明细表）
由零件明细表由零件明细表 + + 产品结构图组成产品结构图组成
增加了装配层次结构号增加了装配层次结构号…………
0 0 最终产品最终产品
1 1 零部件零部件
……
……
零件零件
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空气调节阀的产品结构图空气调节阀的产品结构图
0 0 最终产品最终产品
1 1 零部件零部件
……
……
……
零件零件
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二 工艺过程设计
（6）工艺选择。
（1）定义零件的基本加工步骤
确定生产每一种零部件所需的加工工艺，要求考虑不同形式
的原材料和基本加工类型；
（2）确定每个加工步骤可以选择的加工工艺方案
确定能进行基本加工的不同设备类型，人工的、机械的或自
动化的；
（3）分析加工工艺方案
确定各种基本加工类型和可选设备类型的单位生产时间和设
备利用率；
（4）加工工艺方案的标准化
（5）对不同设备选择方案的详细评价
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三三 工艺过程选择（怎么制造）工艺过程选择（怎么制造）
（（11）工艺工程选择的输入）工艺工程选择的输入————工艺辨识工作工艺辨识工作
表明生产什么：零件明细表、零件图、生产数量表明生产什么：零件明细表、零件图、生产数量
（（22）工艺选择（方案选择））工艺选择（方案选择）
主要考虑质量和成本主要考虑质量和成本
① ①质量合乎要求质量合乎要求
② ②工艺方法成熟工艺方法成熟
③ ③工艺规模适应规定产量工艺规模适应规定产量
④ ④减少环境污染减少环境污染
⑤ ⑤具有柔性具有柔性
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工艺类型工艺类型
标准工艺标准工艺
典型工艺（零件族）典型工艺（零件族）
生成工艺生成工艺
计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计
派生式（基于成组技术）派生式（基于成组技术）
创成式（没有标准工艺）创成式（没有标准工艺）
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（（33）工艺工程选择的输出）工艺工程选择的输出————工艺路线卡（工艺路线卡（route sheetroute sheet））
针对针对加工加工
确定原材料、基本加工类型、设备、生产时间确定原材料、基本加工类型、设备、生产时间
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（（11）装配图（装配程序图））装配图（装配程序图） 针对针对装配装配工艺过程工艺过程
空
气
调
节
阀
装
配
程
序
图
空
气
调
节
阀
装
配
程
序
图
四四 工艺流程设计（具体装配方法和顺序）工艺流程设计（具体装配方法和顺序）
零件号、零件名零件号、零件名
工艺号、部件装配工艺号、部件装配
装配程序图绘制：装配程序图绘制：
其绘制方法一般为：从产成品开始向后到部件、再到零件和元器其绘制方法一般为：从产成品开始向后到部件、再到零件和元器
件的反向分解。件的反向分解。
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（（22）加工工艺过程图（）加工工艺过程图（operation process chartoperation process chart））
针对全部生产过程针对全部生产过程
工艺路线卡（生产工艺）和装配程序图（零件装配）均工艺路线卡（生产工艺）和装配程序图（零件装配）均
未提供物料在未提供物料在设备设备上的流程上的流程
需要了解物料在设施内流动的总体情况需要了解物料在设施内流动的总体情况————加工工艺过加工工艺过
程图程图
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空
气
调
节
阀
加
工
工
艺
过
程
图
空
气
调
节
阀
加
工
工
艺
过
程
图
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加工工艺过程图绘制方法：加工工艺过程图绘制方法：
总体思路：总体思路：在装配程序图的基础上，添加工艺路线在装配程序图的基础上，添加工艺路线
卡中的信息，采用的方法也是反向分解。卡中的信息，采用的方法也是反向分解。
自制的：自制的：单独竖直引出工艺过程，每个工艺用圆单独竖直引出工艺过程，每个工艺用圆
圈表示，内部写上工艺号；最后在反向分解末端圈表示，内部写上工艺号；最后在反向分解末端
引出水平直线，线上写出零部件名称，线下标出引出水平直线，线上写出零部件名称，线下标出
零件号。零件号。
外购的：外购的：直接用直线引入到相应的装配工艺，线直接用直线引入到相应的装配工艺，线
上写出零部件名称，线下标出零件号。上写出零部件名称，线下标出零件号。
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空
气
调
节
阀
加
工
工
艺
过
程
图
空
气
调
节
阀
加
工
工
艺
过
程
图
右上角是需要右上角是需要
最先装配的最先装配的
自制件单独用竖直线引出工艺过程，在反向自制件单独用竖直线引出工艺过程，在反向
分解末端引出水平直线，线上写出零部件名称，分解末端引出水平直线，线上写出零部件名称，
线下标出零件号。每个工艺用圆圈表示，内部线下标出零件号。每个工艺用圆圈表示，内部
写上工艺号，旁边辅以工艺说明。写上工艺号，旁边辅以工艺说明。
外购件以短横线直接引入，线上写出零部件外购件以短横线直接引入，线上写出零部件
名称，线下标出零件号。名称，线下标出零件号。
有时制造零件所需的有时制造零件所需的
原材料可放在零件名下原材料可放在零件名下
加工速度（时间）可加工速度（时间）可
放在工艺号旁边放在工艺号旁边
零件用四位数字编码，零件用四位数字编码，
首位为首位为11、、22、、33、、44。。。。。。
部装、总装以字母部装、总装以字母++数字数字
制造工艺以四位数字编制造工艺以四位数字编
码，首位为码，首位为00
••可在图下方列一个关于操作指示、次数、时间的总表。可在图下方列一个关于操作指示、次数、时间的总表。
••加工工艺过程图（加工工艺过程图（○□○□））++运输、存储、停滞运输、存储、停滞( ▽ )( ▽ )发货发货==流程图（流程图（flow flow
process chartprocess chart））
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空
气
调
节
阀
先
后
次
序
图
空
气
调
节
阀
先
后
次
序
图
（（33）先后次序图（明确生产先后顺序））先后次序图（明确生产先后顺序）
装配程序图、加工工艺过程图的变种装配程序图、加工工艺过程图的变种
→ →网络图，可利用网络图，可利用CPMCPM、、PERTPERT确定先后顺序和瓶颈确定先后顺序和瓶颈
采购采购
外购件编号外购件编号
自制件编号自制件编号
加工工艺号加工工艺号
装配工艺号装配工艺号
检验检验
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注：注：
由于装配程序图和加工工艺过程图其绘制过程都是依据产品拆由于装配程序图和加工工艺过程图其绘制过程都是依据产品拆
解的顺序与装配的顺序相反的原则进行绘制的，但事实上往往拆解解的顺序与装配的顺序相反的原则进行绘制的，但事实上往往拆解
顺序并不是唯一的，所以装配次序也不是唯一的。从而绘制出来的顺序并不是唯一的，所以装配次序也不是唯一的。从而绘制出来的
装配程序图和加工工艺过程图只是给出其中的一种，但顺序对空间装配程序图和加工工艺过程图只是给出其中的一种，但顺序对空间
需求和物料搬运系统的设计影响最大。需求和物料搬运系统的设计影响最大。
因为这两种图的限制，为了显示更多可能的加工顺序，一般建因为这两种图的限制，为了显示更多可能的加工顺序，一般建
议先绘制先后次序图。根据先后次序图再构建不同的装配程序图和议先绘制先后次序图。根据先后次序图再构建不同的装配程序图和
加工工艺图。加工工艺图。
先后次序图没有零件的移动、物料搬运和布置决策信息，故通先后次序图没有零件的移动、物料搬运和布置决策信息，故通
常需要三种的配合使用。常需要三种的配合使用。
注：对工艺过程设计的了解有助于设施规划人员进行部门划分及对工艺过程设计的了解有助于设施规划人员进行部门划分及
作业单位相互关系的确定。作业单位相互关系的确定。
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计划进度设计（时间研究）计划进度设计（时间研究）
How many How many、、whenwhen
一一 计划进度设计决策对设施规划的主要影响计划进度设计决策对设施规划的主要影响
机器的选择及机器的数量；机器的选择及机器的数量；
生产班次、工人数量；生产班次、工人数量；
空间需求；空间需求；
存储与物料搬运设备；存储与物料搬运设备；
存储策略；存储策略；
集装单元设计；集装单元设计；
厂房面积等。厂房面积等。
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二二 设施规划所需信息设施规划所需信息
定量信息：定量信息：生产规模、需求趋势和未来需求预测。生产规模、需求趋势和未来需求预测。
定性信息定性信息：见下表：见下表 信息来源信息来源：营销部门：营销部门
11、市场营销信息、市场营销信息
22、工艺过程需求（设备）、工艺过程需求（设备）
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三三 生产规模的确定生产规模的确定
少品种大批量生产规模确定：少品种大批量生产规模确定：市场需求预测。市场需求预测。
多品种小批量生产规模确定：多品种小批量生产规模确定：选定代表性产品。选定代表性产品。
代表产品选择考虑的主要因素：代表产品选择考虑的主要因素：
代表产品与被代表产品应是代表产品与被代表产品应是同类产品同类产品，，基本结构基本结构
应尽可能相似；应尽可能相似；
代表产品应是该工业设施建成后代表产品应是该工业设施建成后数量较多数量较多的产的产
品；品；
同类产品中如果年产量相差不多时，应选同类产品中如果年产量相差不多时，应选中等尺中等尺
寸者寸者为代表产品。为代表产品。
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生产纲领生产纲领
指在一年内制造的主要产品的品种、规格、数量
全厂纲领：用于指导全厂的规划
车间纲领： 车间
精确纲领：精确规定产品品种、数量，面向大批量生产
折合纲领：只包括部分产品，其它产品都折合为这些代表产品，
面向多品种、中批量生产
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被代表产品的折合算法：被代表产品的折合算法：
••产品结构基本一致，只是规格、重量有差别，以数量最多的品种为代产品结构基本一致，只是规格、重量有差别，以数量最多的品种为代
表产品表产品
••数量相同，选重量最重的为代表产品数量相同，选重量最重的为代表产品
式中：式中：
————折合为代表产品的年产量；折合为代表产品的年产量；
————被代表产品的产量；被代表产品的产量；
————折合系数。折合系数。
式中：式中： ————重量折合系数。重量折合系数。
————成批性折合系数。成批性折合系数。
————复杂性折合系数。复杂性折合系数。
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重量折合系数重量折合系数a1a1：：
式中：式中： ————被代表产品的单台重量；被代表产品的单台重量；
————代表产品的单台重量；代表产品的单台重量；
成批性折合系数成批性折合系数a2a2：：
注注::nn及及nnxx分别为代表产品与被代表产品的年产量；分别为代表产品与被代表产品的年产量；
其他其他nn//nnxx的值可用插入法求得；的值可用插入法求得；
nn//nnxx一般不小于一般不小于，不大于，不大于1010。。
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复杂性折合系数复杂性折合系数a3a3：：
复杂性包括两方面内容：复杂性包括两方面内容：
指制造精度的差别；指制造精度的差别；
指产品结构复杂程度的差别；指产品结构复杂程度的差别；
确定途径：确定途径：
通常由产品设计师的经验来决定。通常由产品设计师的经验来决定。
折合纲领折合纲领== 代表产品产量代表产品产量 + + 被代表产品产量被代表产品产量
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线性盈亏分析图
产能分析（决定最佳产量）、
市场最大份额
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最大利润点最大利润点
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四四 工艺过程需求（设备）工艺过程需求（设备）
确定设备需求的一般步骤：确定设备需求的一般步骤：
第一步：确定要生产的零件数量，包括损耗数量，以第一步：确定要生产的零件数量，包括损耗数量，以
满足市场估测的需要；满足市场估测的需要；
第二步：确定每一个工艺的设备需求；第二步：确定每一个工艺的设备需求；
第三步：汇总各工艺设备需求以获得总的设备需求。第三步：汇总各工艺设备需求以获得总的设备需求。
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11、损耗估测（物料需求估算，确定投入）、损耗估测（物料需求估算，确定投入）
••产品的市场需求为产品的市场需求为OOnn，，需经需经nn道工序道工序
完成。完成。
••第第kk道工序的损耗率为道工序的损耗率为PPkk，投入量为，投入量为
IIk k ，因此该工序的期望产出为，因此该工序的期望产出为OOkk，，
••最初投入需要的是多少？最初投入需要的是多少？
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示例：示例：某产品市场预测为某产品市场预测为9700097000件。它需要三道加工工序：件。它需要三道加工工序：
车、铣、钻，各自的损耗率分别是车、铣、钻，各自的损耗率分别是P1==，，P2==和和
P3==。其中最后一道工序的产出应当满足市场预测量。。其中最后一道工序的产出应当满足市场预测量。
假设工序之间没有损耗，问需要投入多少件的物料进行生假设工序之间没有损耗，问需要投入多少件的物料进行生
产产？？
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2、设备折算台数（设备需求估算）
如：复印一份文件需要如：复印一份文件需要1/2h1/2h，现在要求在，现在要求在2h2h内复印出内复印出66
份文件，需要多少台复印机？份文件，需要多少台复印机？
需要需要台复印机台复印机 有问题吗？有问题吗？
取决于以下问题：取决于以下问题：
（（33）标准时间、文件数量和设备可用时间是否都是确定不变的？）标准时间、文件数量和设备可用时间是否都是确定不变的？
（（11）文件复印是否真正按照复印每份文件要）文件复印是否真正按照复印每份文件要1/2h1/2h的标准来进行的？的标准来进行的？
（（22）复印机在此）复印机在此2h2h的时期内是否可用？的时期内是否可用？
解决：标准时间除以历史效率解决：标准时间除以历史效率
解决：时间乘以可靠性系数解决：时间乘以可靠性系数
解决：随机型转化为确定型解决：随机型转化为确定型☆☆
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确定型设备台数估算模型：确定型设备台数估算模型：
式中：式中：
F→F→每班所需机器数量；每班所需机器数量；
S→S→每件产品生产的标准时间（每件产品生产的标准时间（minmin）；）；
Q→Q→每班要生产的产品件数；每班要生产的产品件数；
E→E→实际工作率实际工作率,,以标准时间的百分比表示；以标准时间的百分比表示；
H→H→每台机器每班次理论上可用的时间每台机器每班次理论上可用的时间(min)(min)；；
R→R→机器可靠性，以机器正常工作时间的百分比表示。机器可靠性，以机器正常工作时间的百分比表示。
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示例：示例：
某零件在铣床上的标准加工时间是某零件在铣床上的标准加工时间是。要求在。要求在8h8h
班次里要生产该零件班次里要生产该零件200200件。在件。在480min480min可用时间中，铣床可用时间中，铣床
真正的工作时间为真正的工作时间为80%80%。而在零件加工时，零件的生产率。而在零件加工时，零件的生产率
为标准时间的为标准时间的95%95%。问需要多少台铣床？。问需要多少台铣床？
求解：求解：
S=
R==
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影响设备需求的其它因素：影响设备需求的其它因素：
班次数（同一台机器可以工作一个以上的班次）；班次数（同一台机器可以工作一个以上的班次）；
调整时间（如果不是专用机器，调整时间越长，所需调整时间（如果不是专用机器，调整时间越长，所需
机器越多）；机器越多）；
批量灵活性程度（顾客如果要求小批量多批次，需要批量灵活性程度（顾客如果要求小批量多批次，需要
更多的产能）；更多的产能）；
布置类型（更多机器采用专门制造单元或成组布置的）布置类型（更多机器采用专门制造单元或成组布置的）
；；
总的生产性维护情况。总的生产性维护情况。
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33、确定总设备需求、确定总设备需求
将相同设备类型的设备折算台数合并汇总，综将相同设备类型的设备折算台数合并汇总，综
合考虑其它因素进行确定。合考虑其它因素进行确定。
其它因素通常包括：其它因素通常包括：
设备成本；设备成本；
机器调整准备时间；机器调整准备时间；
在制品库存成本；在制品库存成本；
加班可行性成本；加班可行性成本；
生产生产//或准备时间；或准备时间；
预计需求增长等。预计需求增长等。
注：对计划进度设计的了解有助于设施规划人员更加明确空间、移
动、设备设施等方面的需求。
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工具：人机作业分析图、多作业分析图工具：人机作业分析图、多作业分析图
得到人、机的作业、空闲时间得到人、机的作业、空闲时间
44、机器分配问题（确定人员、机器分配问题（确定人员————机器对应数量）机器对应数量）
人员需求估算人员需求估算
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L L 装工件装工件
T T 行走行走
UL UL 卸工件卸工件
I&P I&P 装箱装箱
■ ■ 空闲空闲
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22
11
66
不算空闲时间，每个机器周期需要（不算空闲时间，每个机器周期需要（a+ta+t）时间，同一）时间，同一
个周期内操作人员花费的时间为（个周期内操作人员花费的时间为（a+ba+b），理想的分配是），理想的分配是
待确定变量待确定变量
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机器持续周期时间机器持续周期时间 操作工的工作时间操作工的工作时间
mm=3 =3 nn’=’=
99
11
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CC00 操作工每小时人工成本操作工每小时人工成本
CCmm 机器每小时运转成本机器每小时运转成本
CC00 +mC +mCmm 一小时内一小时内mm台机器和一个操作工的总成本台机器和一个操作工的总成本
设每台机器在一个重复周期内生产一件产品，则每台设每台机器在一个重复周期内生产一件产品，则每台
机器单位时间内的人工机器单位时间内的人工++机器成本机器成本 ( (CC00 + +mCmCmm) / ) / mm
TCTC((mm) ) 每个操作工分配每个操作工分配mm台机器时的单件产品成本台机器时的单件产品成本
一个周期内单件产品的生产成本为一个周期内单件产品的生产成本为
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若若nn’’为整数，为整数，mm==nn’’
若若mm≤≤nn’ ’ 应使应使mm尽可能大，即尽可能大，即
若若mm＞＞nn’ ’ 应使应使mm尽可能小，即尽可能小，即
因此只需比较因此只需比较
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5 5 劳动力数量计算劳动力数量计算
P P 操作工人总数操作工人总数
TTi i 设备设备ii在一个班次内的可用加工台时在一个班次内的可用加工台时
F F 每个操作工人在一个班次的工作小时数每个操作工人在一个班次的工作小时数
K KK Kii （平均）多机床管理系数（平均）多机床管理系数
可用前述方法计算可用前述方法计算
也可用经验值（成批大批生产也可用经验值（成批大批生产 K= K=，单件小，单件小
批批K==））
