以制造BOM为核心的制造工艺数据管理

干货推荐 | 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理2017-09-28文/贾晓亮 张振明 田锡天 许建新 导读制造BOM可显示产品制造的阶层关系、工艺路线、工艺装备、材料等，是离散型制造企业重要的基础和生产数据。对于制造企业信息化而言，建立以制造BOM为核心的产品数据流是一项核心工作。本文基于对产品生命周期各阶段BOM的研究，分析了制造BOM的内涵、结构，提出以制造BOM为核心的制造工艺数据管理，并面向制造企业数据管理的需求，对以制造工艺数据为基础的制造数据管理进行了论述。 来源：互联网0 引言 离散型制造企业在生产过程中，需要准确的产品结构、零件分类、工艺路线、工艺装备、材料定额和工时定额信息。物料清单BOM（Bill of Material，BOM）是目前企业组织产品数据的重要形式，它可能包含产品设计信息和工艺信息等，是联系设计、工艺、生产等部门的重要纽带。制造企业在生产中需要可显示产品制造的阶层关系、用料依据等的BOM，它是计算成本的重要基础数据。由于BOM的复杂性，采用手工进行数据的汇总，不但费时、费力、易出错，而且很难满足应用的需求，这已成为制约企业实现信息化的瓶颈问题。对于制造企业信息化而言，建立以BOM为核心的产品数据流是一项核心工作。1 BOM的概念和内涵 从概念上，BOM是指构成一个物料项的所有子物料项的列表。所谓物料项是指所有在产品的制造过程中出现的物体形态实体，这些实体包括原材料、标准件、成品、零件、装配件、构型件、工装、工具和夹具等，它们是组织产品的设计、工艺、生产等所有与产品相关活动的依据。每个物料项本质都是一个对象，具有属性和方法，属性包括产品数据的全部内容，并依赖于产品生命周期不同阶段和不同制造企业具体环境。物料项之间的语义关系也十分丰富，如零件和数字模型及图纸的描述关系、零件和原材料间的加工关系、零件和工装夹具之间的基准依赖关系、子物料项与父物料项间的装配关系、功能相同的两个物料项间的互换关系等。产品的生命周期过程，就是物料项依据不同的语义关系相互作用的过程。 目前，制造企业在信息化过程中分别在PDM、CAPP、ERP系统中进行BOM的管理。实际上，制造企业的产品设计数据、工艺数据、生产数据之间具有一致性和传递性，但由于BOM的阶段性和多视图的特性，对BOM的本质及其如何组织、管理产品数据还需进行深入研究。按照产品生命周期不同阶段对BOM进行划分，可得到不同的阶段和视图，如工程BOM（Engineering Bill of Material，EBOM）、工艺BOM（Planning Bill of Material，PBOM）、制造BOM（Manufacturing Bill of Material，MBOM）、客户BOM（Customer Bill of Material，CBOM）等。这些BOM分别反映了产品数据在不同时期的内容和结构，同时它们之间的数据演变和传递构成了产品数据流。（1）EBOM EBOM是产品在工程设计阶段的BOM形式。它主要反映产品的设计结构和物料项的设计属性。物料项的设计属性是产品功能要求的具体体现，如重量要求、寿命要求、外观要求等。它包含物料项的图纸信息，即物料项的原始几何信息和结构关系。EBOM是设计部门向工艺、生产、采购等部门传递产品数据的主要形式和手段，EBOM是产品数据的源头。（2）PBOM PBOM是产品工艺计划阶段的BOM，对于大型复杂机械产品（如飞机、汽车等）尤其重要。大型复杂机械产品由于零部件数据庞大，构型复杂，生产形式多种多样。因此，建立产品的工艺计划对组织产品的生产组织极其重要。在制造过程中，PBOM的形成将设计分离面转变为工艺分离面，它对于组织工艺设计、安排生产计划、制定采购计划都具有重要的作用。（3）MBOM MBOM是在PBOM的基础上，增加详细的工艺、材料、制造资源（工装、刀具、量具、设备等）、工时定额、材料定额信息，是详细描述产品制造过程和制造数据的基础性数据。MBOM作为制造部门主要数据，可用于工艺设计、工艺分工、工艺管理及工艺文件的跟踪，它也是生产的依据，是ERP系统运行所需的基础数据。MBOM的完整性和准确性对于缩短生产准备周期，协调各部门的工作具有举足轻重的作用。（4）CBOM CBOM是在产品生产完成后，反映产品最终结构的BOM，是具有客户化构型配置的物料清单。在CBOM中不仅表达了产品的结构，而且还包含产品零部件的备用件、配用件、专用工具等信息。 目前，也有人提出质量BOM（Quality Bill of Material，QBOM）的概念，即以零组件质量跟踪为目的的基于产品架次（或批次）管理的产品结构配置视图，用于记录、维护、查询和跟踪实际交付产品状态的数据管理。QBOM实际上是以MBOM为基础并进行跟踪，通过MBOM实现对产品零组件状态及其质控信息的管理。 对于不同行业的制造企业，其BOM的概念和内涵虽然是一致的，但由于生产的产品及生产组织方式的不同，关于BOM的模型和管理方式会有较大的区别，尤其是对于大型复杂机械产品的BOM管理，产品生命周期内BOM的一致性维护是一个复杂的问题。但总的来说，同一行业的制造企业，其BOM的管理思路和方式基本是一致的。不同行业产品制造过程中各阶段BOM的关系如图1所示。图1 产品制造过程中各阶段BOM2 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理 由BOM的概念和内涵可以看出，制造BOM是制造数据管理的核心内容，制造BOM数据通常由CAPP系统产生，并为PDM、ERP、MES等系统提供一致的制造工艺数据，以保证制造工艺数据的唯一性、实时性、有效性和安全性。以制造BOM为核心的制造工艺数据管理主要包含以下几方面的内容：（1）产品、零组件图号管理 制造企业的PDM系统将传统的基于图样的管理模式转换为基于图号的管理模式，从而将工程技术状态及构型管理由事后整理模式转变为按批次/架次实现的实时动态查询管理模式，保证实际工程状态和产品构型的准确性和有效控制。因此，制造BOM中与EBOM管理的图号实现有效的集成与共享是制造工艺数据管理的基础。（2）PBOM管理 工艺人员在EBOM基础上通过配置，将设计分离面转变为工艺分离面，增加工艺计划信息，确立产品零部件的装配顺序和装配结构，以形成PBOM，并以此为依据实现工程更改的全过程控制。（3）EBOM到MBOM转换 MBOM是以工艺分离面为基础的基于产品架次（或批次）管理制造产品结构视图，它是以EBOM和PBOM为基础的。因此，不同阶段的BOM比较与转化技术是实现BOM多视图的关键，尤其对于大型复杂机械产品而言，其BOM的管理涉及海量数据的处理，对于数据的组织、提取需要适宜的技术手段。制造BOM管理应实现以工艺零组件划分和装配工艺规划为核心，以产品、零组件图号映射的EBOM信息集成，并在PBOM基础上，获取各专业工艺设计的数据形成产品的MBOM。（4）工艺设计数据 MBOM要反映各专业的工艺设计数据，包括结构化工艺数据和工艺文件，结构化工艺信息的重要作用除作为MBOM重构的重要依据外，其本身还是企业的单一工艺数据源，其中，结构化工艺数据和对应的工艺文件经过映射存储在工艺数据库，它们之间的映射关系是制造工艺数据管理的一个核心内容。（5）制造资源数据 制造资源数据是制造工艺数据管理的一个重要部分，制造资源，如工装、设备、刀具等。对于大型复杂机械产品而言其数量十分庞大，它的状态控制非常关键。（6）工程更改数据 工程更改控制是工艺系统控制数据有效性的一个瓶颈。没有有效的工程更改控制体系，就无法保证MBOM和技术状态控制的正确性。以制造BOM为核心的制造工艺数据管理应对工程更改进行有效的控制，包括工程更改生成控制、工程更改发放、工程更改执行，以保证产品数据在产品全生命周期过程中的协调一致。（7）制造数据统计汇总 在以制造BOM为核心的制造工艺数据管理中，有大量的统计汇总和报表输出工作，它实际是对制造工艺数据应用的直接体现，不同的部门基于MBOM根据各自的要求获取相关的数据，并输出报表，用于生产过程。 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理体系如图2所示。图2 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理3 以制造工艺数据为基础的制造数据管理 对于制造企业，其数据管理包括产品设计数据管理、制造数据管理和生产经营数据管理等，其中制造数据管理是最复杂的内容。制造数据管理包括制造工艺数据与管理、制造资源数据管理与优化配置、生产计划数据、制造过程数据（包括技术文件等）管理、业务流程数据管理等，它需要满足企业对工艺设计、制造数据管理和集成共享的要求，其中制造工艺数据是制造数据管理的基础。 由于制造BOM确定了产品、零组件的制造过程及所需的制造资源，是连接产品设计与产品制造的桥梁，而且也为ERP系统提供重要的基础数据。实际上，很多企业在实施ERP系统时，由于对工艺数据的重要性缺少认识，根本没有考虑实施CAPP系统，因此也就无法快速有效地获取工艺数据。目前，对制造工艺数据的组织及其与生产计划数据、制造过程数据等的集成管理研究仍落后于企业的需求，是制约企业信息化的“瓶颈”之一。 在制造企业中，需要建立以制造BOM为核心的CAPP系统应用，实现以制造工艺数据为基础的制造数据管理。并以工艺数据库为基础，基于BOM的管理，进行各专业工艺的设计（机加、装配、钣金冲压、焊接等），并逐步形成产品的制造BOM，保证工艺数据的完整性和一致性，实现工艺数据的统一管理，为ERP系统提供完整的工艺数据，主要包括制造资源的使用与生产技术准备数据，制造资源包括设备、工装、工作中心等生产用的基础数据；生产技术准备包括由CAPP向ERP系统提供的包含工艺路线、材料定额、工时定额等信息的制造BOM。 基于以上的分析，面向产品生命周期管理，制造企业需要建立以制造工艺数据为基础的制造数据管理，即面向数字化的产品制造数据管理（Digital Product Manufacturing Data Management，DPMDM）。 DPMDM是以制造工艺数据管理为基础，它构成产品制造数据的五维空间模型。DPMDM描述和定义产品生命周期（设计、分析、工艺、制造、装配、服务）的数字化过程，包含制造数据以及数据之间的相互关系，使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息。图3为DPMDM的数据空间模型，其中，每一个维描述产品制造数据的不同阶段、不同层次、不同数据类型、不同版本和不同位置的信息及其关系。图3 DPMDM的数据空间模型 （1）产品结构层次维：以制造BOM为基础，以层次化的方法描述DPMDM产品结构。零件层上建立每个零件的总体信息、管理特征、材料特征、表面要求、特征信息、尺寸位置公差模型。根据制造BOM结构关系，逐步形成组件层、部件层、产品层数据，建立完整的产品数据。 （2）生命周期维：基于制造BOM，用于描述和定义产品生命周期（设计、分析、工艺、制造、装配、服务等）不同阶段的产品制造数字化定义所包含的制造信息以及信息之间的相互关系。 （3）数据类型维：描述DPMDM的数据类型。结构化数据指可以以一定的数据结构进行数据的表示和存储的数据类型，通常以字段方式存储在数据库中。如工艺中的工序号、名称、设备、工装等信息。非结构化数据指数据具有整体性和关联性，以特定的文件格式存储。如工序图、工艺文件。DPMDM以MBOM为核心组织数据，应以合适的数据粒度，将结构化数据对象和非结构化数据对象相关联。 （4）版本维：描述和定义产品生命周期内各种类型的制造数据的版本及版本演变历程，反映的是整个制造过程，可追溯制造过程的的多方案比较及优化。 （5）应用系统维：通过不同类型的制造数据管理系统的集成应用，产品的制造数据可能分布在多个系统上。4 结论 制造BOM是制造数据管理的核心内容，它包含产品设计信息和工艺信息等，是联系设计、工艺、生产等部门的重要纽带。制造企业应建立以制造BOM为核心的制造工艺数据管理系统，这是制造企业制造数据管理的基础，它可为制造企业的信息化应用提供重要的工艺基础数据。制造企业通过以制造BOM管理为核心的制造工艺数据管理系统的应用，将提高企业信息化应用的集成水平，有效支持企业产品设计、工艺设计、生产经营、生产制造信息的集成，并优化企业的资源配置，为降低企业生产和运行成本提供有效支持。