以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理

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1、干貨推薦 | 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理2017-09-28文/賈曉亮 張振明 田錫天 許建新 導(dǎo)讀制造BOM可顯示產(chǎn)品制造的階層關(guān)系、工藝路線、工藝裝備、材料等，是離散型制造企業(yè)重要的基礎(chǔ)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。對于制造企業(yè)信息化而言，建立以制造BOM為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是一項(xiàng)核心工作。本文基于對產(chǎn)品生命周期各階段BOM的研究，分析了制造BOM的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)，提出以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理，并面向制造企業(yè)數(shù)據(jù)管理的需求，對以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理進(jìn)行了論述。 來源：互聯(lián)網(wǎng)0 引言 離散型制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中，需要準(zhǔn)確的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零件分類、工藝路線、工藝裝備、材料定額和工時定額信

2、息。物料清單BOM（Bill of Material，BOM）是目前企業(yè)組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要形式，它可能包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息和工藝信息等，是聯(lián)系設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等部門的重要紐帶。制造企業(yè)在生產(chǎn)中需要可顯示產(chǎn)品制造的階層關(guān)系、用料依據(jù)等的BOM，它是計(jì)算成本的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于BOM的復(fù)雜性，采用手工進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總，不但費(fèi)時、費(fèi)力、易出錯，而且很難滿足應(yīng)用的需求，這已成為制約企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化的瓶頸問題。對于制造企業(yè)信息化而言，建立以BOM為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是一項(xiàng)核心工作。1 BOM的概念和內(nèi)涵 從概念上，BOM是指構(gòu)成一個物料項(xiàng)的所有子物料項(xiàng)的列表。所謂物料項(xiàng)是指所有在產(chǎn)品的制造過程中出現(xiàn)的物體形態(tài)實(shí)體

3、，這些實(shí)體包括原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、成品、零件、裝配件、構(gòu)型件、工裝、工具和夾具等，它們是組織產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等所有與產(chǎn)品相關(guān)活動的依據(jù)。每個物料項(xiàng)本質(zhì)都是一個對象，具有屬性和方法，屬性包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全部內(nèi)容，并依賴于產(chǎn)品生命周期不同階段和不同制造企業(yè)具體環(huán)境。物料項(xiàng)之間的語義關(guān)系也十分豐富，如零件和數(shù)字模型及圖紙的描述關(guān)系、零件和原材料間的加工關(guān)系、零件和工裝夾具之間的基準(zhǔn)依賴關(guān)系、子物料項(xiàng)與父物料項(xiàng)間的裝配關(guān)系、功能相同的兩個物料項(xiàng)間的互換關(guān)系等。產(chǎn)品的生命周期過程，就是物料項(xiàng)依據(jù)不同的語義關(guān)系相互作用的過程。 目前，制造企業(yè)在信息化過程中分別在PDM、CAPP、ERP系統(tǒng)中進(jìn)行BOM的管

4、理。實(shí)際上，制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間具有一致性和傳遞性，但由于BOM的階段性和多視圖的特性，對BOM的本質(zhì)及其如何組織、管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)還需進(jìn)行深入研究。按照產(chǎn)品生命周期不同階段對BOM進(jìn)行劃分，可得到不同的階段和視圖，如工程BOM（Engineering Bill of Material，EBOM）、工藝BOM（Planning Bill of Material，PBOM）、制造BOM（Manufacturing Bill of Material，MBOM）、客戶BOM（Customer Bill of Material，CBOM）等。這些BOM分別反映了產(chǎn)品數(shù)據(jù)在不同時期

5、的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，同時它們之間的數(shù)據(jù)演變和傳遞構(gòu)成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)流。（1）EBOM EBOM是產(chǎn)品在工程設(shè)計(jì)階段的BOM形式。它主要反映產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和物料項(xiàng)的設(shè)計(jì)屬性。物料項(xiàng)的設(shè)計(jì)屬性是產(chǎn)品功能要求的具體體現(xiàn)，如重量要求、壽命要求、外觀要求等。它包含物料項(xiàng)的圖紙信息，即物料項(xiàng)的原始幾何信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系。EBOM是設(shè)計(jì)部門向工藝、生產(chǎn)、采購等部門傳遞產(chǎn)品數(shù)據(jù)的主要形式和手段，EBOM是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭。（2）PBOM PBOM是產(chǎn)品工藝計(jì)劃階段的BOM，對于大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品（如飛機(jī)、汽車等）尤其重要。大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品由于零部件數(shù)據(jù)龐大，構(gòu)型復(fù)雜，生產(chǎn)形式多種多樣。因此，建立產(chǎn)品的工藝計(jì)劃對組織產(chǎn)品的生產(chǎn)組

6、織極其重要。在制造過程中，PBOM的形成將設(shè)計(jì)分離面轉(zhuǎn)變?yōu)楣に嚪蛛x面，它對于組織工藝設(shè)計(jì)、安排生產(chǎn)計(jì)劃、制定采購計(jì)劃都具有重要的作用。（3）MBOM MBOM是在PBOM的基礎(chǔ)上，增加詳細(xì)的工藝、材料、制造資源（工裝、刀具、量具、設(shè)備等）、工時定額、材料定額信息，是詳細(xì)描述產(chǎn)品制造過程和制造數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。MBOM作為制造部門主要數(shù)據(jù)，可用于工藝設(shè)計(jì)、工藝分工、工藝管理及工藝文件的跟蹤，它也是生產(chǎn)的依據(jù)，是ERP系統(tǒng)運(yùn)行所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。MBOM的完整性和準(zhǔn)確性對于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，協(xié)調(diào)各部門的工作具有舉足輕重的作用。（4）CBOM CBOM是在產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，反映產(chǎn)品最終結(jié)構(gòu)的BOM，是具有

7、客戶化構(gòu)型配置的物料清單。在CBOM中不僅表達(dá)了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，而且還包含產(chǎn)品零部件的備用件、配用件、專用工具等信息。 目前，也有人提出質(zhì)量BOM（Quality Bill of Material，QBOM）的概念，即以零組件質(zhì)量跟蹤為目的的基于產(chǎn)品架次（或批次）管理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置視圖，用于記錄、維護(hù)、查詢和跟蹤實(shí)際交付產(chǎn)品狀態(tài)的數(shù)據(jù)管理。QBOM實(shí)際上是以MBOM為基礎(chǔ)并進(jìn)行跟蹤，通過MBOM實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品零組件狀態(tài)及其質(zhì)控信息的管理。 對于不同行業(yè)的制造企業(yè)，其BOM的概念和內(nèi)涵雖然是一致的，但由于生產(chǎn)的產(chǎn)品及生產(chǎn)組織方式的不同，關(guān)于BOM的模型和管理方式會有較大的區(qū)別，尤其是對于大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品

8、的BOM管理，產(chǎn)品生命周期內(nèi)BOM的一致性維護(hù)是一個復(fù)雜的問題。但總的來說，同一行業(yè)的制造企業(yè)，其BOM的管理思路和方式基本是一致的。不同行業(yè)產(chǎn)品制造過程中各階段BOM的關(guān)系如圖1所示。圖1 產(chǎn)品制造過程中各階段BOM2 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理 由BOM的概念和內(nèi)涵可以看出，制造BOM是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容，制造BOM數(shù)據(jù)通常由CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生，并為PDM、ERP、MES等系統(tǒng)提供一致的制造工藝數(shù)據(jù)，以保證制造工藝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時性、有效性和安全性。以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理主要包含以下幾方面的內(nèi)容：（1）產(chǎn)品、零組件圖號管理 制造企業(yè)的PDM系統(tǒng)將傳統(tǒng)的基于圖樣的

9、管理模式轉(zhuǎn)換為基于圖號的管理模式，從而將工程技術(shù)狀態(tài)及構(gòu)型管理由事后整理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘磁?架次實(shí)現(xiàn)的實(shí)時動態(tài)查詢管理模式，保證實(shí)際工程狀態(tài)和產(chǎn)品構(gòu)型的準(zhǔn)確性和有效控制。因此，制造BOM中與EBOM管理的圖號實(shí)現(xiàn)有效的集成與共享是制造工藝數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。（2）PBOM管理 工藝人員在EBOM基礎(chǔ)上通過配置，將設(shè)計(jì)分離面轉(zhuǎn)變?yōu)楣に嚪蛛x面，增加工藝計(jì)劃信息，確立產(chǎn)品零部件的裝配順序和裝配結(jié)構(gòu)，以形成PBOM，并以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)工程更改的全過程控制。（3）EBOM到MBOM轉(zhuǎn)換 MBOM是以工藝分離面為基礎(chǔ)的基于產(chǎn)品架次（或批次）管理制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖，它是以EBOM和PBOM為基礎(chǔ)的。因此，不同階段的B

10、OM比較與轉(zhuǎn)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)BOM多視圖的關(guān)鍵，尤其對于大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品而言，其BOM的管理涉及海量數(shù)據(jù)的處理，對于數(shù)據(jù)的組織、提取需要適宜的技術(shù)手段。制造BOM管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)以工藝零組件劃分和裝配工藝規(guī)劃為核心，以產(chǎn)品、零組件圖號映射的EBOM信息集成，并在PBOM基礎(chǔ)上，獲取各專業(yè)工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)形成產(chǎn)品的MBOM。（4）工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) MBOM要反映各專業(yè)的工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)和工藝文件，結(jié)構(gòu)化工藝信息的重要作用除作為MBOM重構(gòu)的重要依據(jù)外，其本身還是企業(yè)的單一工藝數(shù)據(jù)源，其中，結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)和對應(yīng)的工藝文件經(jīng)過映射存儲在工藝數(shù)據(jù)庫，它們之間的映射關(guān)系是制造工藝數(shù)據(jù)管理的一個核心內(nèi)容。

11、（5）制造資源數(shù)據(jù) 制造資源數(shù)據(jù)是制造工藝數(shù)據(jù)管理的一個重要部分，制造資源，如工裝、設(shè)備、刀具等。對于大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品而言其數(shù)量十分龐大，它的狀態(tài)控制非常關(guān)鍵。（6）工程更改數(shù)據(jù) 工程更改控制是工藝系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)有效性的一個瓶頸。沒有有效的工程更改控制體系，就無法保證MBOM和技術(shù)狀態(tài)控制的正確性。以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理應(yīng)對工程更改進(jìn)行有效的控制，包括工程更改生成控制、工程更改發(fā)放、工程更改執(zhí)行，以保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全生命周期過程中的協(xié)調(diào)一致。（7）制造數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總 在以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理中，有大量的統(tǒng)計(jì)匯總和報(bào)表輸出工作，它實(shí)際是對制造工藝數(shù)據(jù)應(yīng)用的直接體現(xiàn)，不同

12、的部門基于MBOM根據(jù)各自的要求獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，并輸出報(bào)表，用于生產(chǎn)過程。 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理體系如圖2所示。圖2 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理3 以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理 對于制造企業(yè)，其數(shù)據(jù)管理包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、制造數(shù)據(jù)管理和生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)管理等，其中制造數(shù)據(jù)管理是最復(fù)雜的內(nèi)容。制造數(shù)據(jù)管理包括制造工藝數(shù)據(jù)與管理、制造資源數(shù)據(jù)管理與優(yōu)化配置、生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、制造過程數(shù)據(jù)（包括技術(shù)文件等）管理、業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)管理等，它需要滿足企業(yè)對工藝設(shè)計(jì)、制造數(shù)據(jù)管理和集成共享的要求，其中制造工藝數(shù)據(jù)是制造數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。 由于制造BOM確定了產(chǎn)品、零組件的制造過程及所需

13、的制造資源，是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造的橋梁，而且也為ERP系統(tǒng)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)際上，很多企業(yè)在實(shí)施ERP系統(tǒng)時，由于對工藝數(shù)據(jù)的重要性缺少認(rèn)識，根本沒有考慮實(shí)施CAPP系統(tǒng)，因此也就無法快速有效地獲取工藝數(shù)據(jù)。目前，對制造工藝數(shù)據(jù)的組織及其與生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、制造過程數(shù)據(jù)等的集成管理研究仍落后于企業(yè)的需求，是制約企業(yè)信息化的“瓶頸”之一。 在制造企業(yè)中，需要建立以制造BOM為核心的CAPP系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理。并以工藝數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，基于BOM的管理，進(jìn)行各專業(yè)工藝的設(shè)計(jì)（機(jī)加、裝配、鈑金沖壓、焊接等），并逐步形成產(chǎn)品的制造BOM，保證工藝數(shù)據(jù)的完整性和一致性，實(shí)現(xiàn)

14、工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，為ERP系統(tǒng)提供完整的工藝數(shù)據(jù)，主要包括制造資源的使用與生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，制造資源包括設(shè)備、工裝、工作中心等生產(chǎn)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備包括由CAPP向ERP系統(tǒng)提供的包含工藝路線、材料定額、工時定額等信息的制造BOM。 基于以上的分析，面向產(chǎn)品生命周期管理，制造企業(yè)需要建立以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理，即面向數(shù)字化的產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)管理（Digital Product Manufacturing Data Management，DPMDM）。 DPMDM是以制造工藝數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，它構(gòu)成產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的五維空間模型。DPMDM描述和定義產(chǎn)品生命周期（設(shè)計(jì)、分析、工藝、制

15、造、裝配、服務(wù)）的數(shù)字化過程，包含制造數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，使其成為計(jì)算機(jī)中可實(shí)現(xiàn)、可管理和可使用的信息。圖3為DPMDM的數(shù)據(jù)空間模型，其中，每一個維描述產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的不同階段、不同層次、不同數(shù)據(jù)類型、不同版本和不同位置的信息及其關(guān)系。圖3 DPMDM的數(shù)據(jù)空間模型 （1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次維：以制造BOM為基礎(chǔ)，以層次化的方法描述DPMDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。零件層上建立每個零件的總體信息、管理特征、材料特征、表面要求、特征信息、尺寸位置公差模型。根據(jù)制造BOM結(jié)構(gòu)關(guān)系，逐步形成組件層、部件層、產(chǎn)品層數(shù)據(jù)，建立完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。 （2）生命周期維：基于制造BOM，用于描述和定義產(chǎn)品生命周期（設(shè)計(jì)、分析

16、、工藝、制造、裝配、服務(wù)等）不同階段的產(chǎn)品制造數(shù)字化定義所包含的制造信息以及信息之間的相互關(guān)系。 （3）數(shù)據(jù)類型維：描述DPMDM的數(shù)據(jù)類型。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指可以以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的表示和存儲的數(shù)據(jù)類型，通常以字段方式存儲在數(shù)據(jù)庫中。如工藝中的工序號、名稱、設(shè)備、工裝等信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指數(shù)據(jù)具有整體性和關(guān)聯(lián)性，以特定的文件格式存儲。如工序圖、工藝文件。DPMDM以MBOM為核心組織數(shù)據(jù)，應(yīng)以合適的數(shù)據(jù)粒度，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象相關(guān)聯(lián)。 （4）版本維：描述和定義產(chǎn)品生命周期內(nèi)各種類型的制造數(shù)據(jù)的版本及版本演變歷程，反映的是整個制造過程，可追溯制造過程的的多方案比較及優(yōu)化。 （5）應(yīng)用系統(tǒng)維：通過不同類型的制造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用，產(chǎn)品的制造數(shù)據(jù)可能分布在多個系統(tǒng)上。4 結(jié)論 制造BOM是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容，它包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息和工藝信息等，是聯(lián)系設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等部門的重要紐帶。制造企業(yè)應(yīng)建立以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，這是制造企業(yè)制造數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)，它可為制造企業(yè)的信息化應(yīng)用提供重要的工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。制造企業(yè)通過以制造BOM管理為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，將提高企業(yè)信息化應(yīng)用的集成水平，有效支持企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)制造信息的集成，并優(yōu)化企業(yè)的資源配置，為降低企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)行成本提供有效支持。