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产品生命周期过程中的BOM演进与系统集成脱水机

时间：2022年09月08日

产品生命周期过程中的BOM演进与系统集成

产品生命周期过程中的BOM演进与系统集成 2011：引言产品全生命周期管理(Product overall LifecycleManagement，PLM)是从产品的概念设计起，至产品的终结止，协同地创造、管理、传播和使用产品的定义信息，以实现人、过程、商业系统和信息集成的解决方案集。PLM是为满足制造业对产品生命周期信息管理的需求而产生的一种新的管理模式。PLM以整个生命周期内产品数据集成为基础，研究产品在其生命周期内从产品规划、设计、制造到销售等过程的管理与协同，目的在于尽量缩短产品上市时间、降低费用，尽量满足用户的个性化需求。PLM的核心是产品数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。在产品生命周期中，随着各阶段和过程的推演，产品在功能、性能、技术经济指标、几何形态、材料、工艺、制造资源及采购、供应、销售等社会资源方面发生着一系列的变化，会产生大量复杂的技术和商务信息。而在PLM的协同环境中，使得各个分系统能够形成有机整体的关键环节之一便是产品物料清单(Bill of Material, BOM)。作为制造企业主要基础数据之一的物料清单(Bill of Material，BOM)在CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP等企业信息系统中通常具有核心地位。而作为企业核心基础数据，具有连接企业产品工程设计和生产经营管理桥梁作用的BOM，在产品生命周期的不同阶段，具有不同的表现形式、用途和意义。这些不同的BOM形态分布在企业信息网络中的不同系统之中，作为制造企业中设计数据、生产数据和采购数据等数据间的纽带，是实现企业各部门之间信息集成与共享的关键。1 BOM及其演进过程传统意义上的BOM是定义产品结构的技术文件。在信息化条件下，为了使得计算机能够识别产品设计、制造、维护等环节中的产品构成和所有涉及的物料，需要将图示表达的产品结构转化成某种数据格式，这种以数据格式来描述产品结构的文件也被称作产品结构表或产品结构树。BOM是指构成一个物料项的所有子物料项的列表。而物料项是指所有在产品生命过程中出现的物质形态，包括原材料、毛坯、标准件、成件、零组件、装配件、构型件、工装、设备、工具和夹具等，他们是组织产品的需求、设计、工艺、生产、销售、维护、保废、回收等所有与产品相关活动的重要依据。BOM实质上是一种将产品形态结构化表示的信息表，反映产品中零部件的自身信息、零部件的相关信息以及零部件所涉及的外部资源的信息。所有信息载体的总和构成了产品数据的所有内容。包括各个物料项的属性，以及物料项之间的相关关系。例如，零件和数字模型(2D、3D)之间的描述定义关系，零件和原材料、毛坯之间的加工关系，零件和工装夹具之间的夹紧固定关系，子件与父件之间的装配关系，功能相同或相近物料的互换关系等。企业的关键信息系统包括：计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)系统、计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)系统、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)系统、产品数据管理(Product Data Management，PDM)系统、制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)，企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)等分系统。各分系统具有不同的组织形式、数据模型，这些相异系统之间的数据关系依靠相互关联和依赖的BOM进行组织和管理，所以产品生命周期中的不同BOM表现形式成为系统集成的关键。主要BOM表现形式有如下几种：1)工程BOM (Engineering BOM，EBOM)EBOM是企业产品设计部门用来组织和管理生产某种产品所需的零部件物料清单，是产品设计工程在完成产品设计后获得的。工程设计部门应用CAD系统产生的设计数据，是产品工程设计及管理中使用的数据结构，产品设计人员根据订单或设计要求进行产品设计，生成产品名称、产品结构、明细表等信息。它通常精确地描述了产品的设计指标、零部件之间的逻辑装配关系、零部件总体信息(名称、代号、类型、数量、材料)、零部件形状信息(尺寸信息)、零部件制造信息(表面粗糙度、尺寸公差、精度等级、材料特性)、零部件关联信息(位置关系尺寸与公差)等。EBOM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，是产品数据的源头。2)工艺BOM (Process planning BOM，PBOM)工艺数据作为制造企业中设计数据、生产数据和采购数据间的纽带，是实现企业各部门之间信息集成与共享的关键。工艺BOM是企业的工艺设计部门用来组织和管理生产某种产品及其相关零部件的工艺文件。工艺设计部门以EBOM中的数据为依据，依据工艺路线分工计划、实际制造中的加工与装配过程以及装配部门对装配件和加工件的交付状态的要求，通过调整EBOM中的零部件的装配关系、设置零部件的不同状态，形成工艺设计过程中的虚拟件，对EBOM再设计出来的用于指导工艺工作的产品数据清单。它用于工艺设计和生产制造管理，使用它可以明确地了解零件与零件之间的制造与装配关系，跟踪零件制造方法、地点、人员、物料和过程信息。PBOM是产品工艺计划阶段的BOM，建立产品的工艺计划对组织产品的生产极其重要。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)制造BOM (Manufacturing BOM，MBOM)制造BOM是企业生产制造部门用来组织和管理在实际制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件BOM。制造BOM是根据产品的设计BOM和工艺BOM制定的，它在MES和ERP中起着相当重要的作用。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，同时生产制造管理部门可以根据工艺部门生产的PBOM，参考工艺设计中的零件的加工步骤与装配件的装配步骤，更改零部件的装配顺序，是详细描述产品制造过程和制造数据的基础性数据。同时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，是MES，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)其他BOM形态企业生产管理部门和质量控制部门用来指导生产质量监测与控制的质量管理BOM(Quality BOM，QBOM)；采购部门用来描述产品及零部件最终成本信息的成本BOM (Cost BOM，CBOM)；销售部门根据企业的销售计划和客户需求信息，确定企业的销售BOM (Order BOM，OBOM)。在产品全生命周期中，根据客户或市场对于产品的需求，通过客户需求管理系统产生产品需求BOM。产品设计部门根据需求BOM、相关设计技术文件和标准，通过产品设计过程生成EBOM；EBOM然后经过工艺分工设计生成PBOM。在PBOM的基础上，增加详细的工艺、材料、制造资源、工时定额、材料定额信息，同时适当更改零部件的装配顺序，形成产品的MBOM。其间经历了一系列的转化、调整与配置。具体的BOM创建与转化过程如下所述：1) EBOM的创建根据客户需求管理系统所传递的设计需求信息，依靠相应的技术标准规范、质量管理体系、设计方法和手段来创建产品的EBOM，用于表达产品零部件之间的设计关系、标示信息和材料信息，通常作为企业设计和制造过程的源头数据。对应文件形式主要有产品明细表、图样目录、材料明细表、产品各种分类明细表等。通常以图1产品结构树作为其表现形式。

图1 产品结构树

2)PBOM的重构工艺管理部门在EBOM基础上，根据工艺技术标准规范、质量管理体系、以及设计部门对于工艺的需求、工厂的实际加工能力、加工与装配约束以及零组件交付要求，对于产品零组件进行工艺分工，从而对于EBOM进行一定的修改，来构建产品的PBOM。这种修改不仅包括对零组件数量的修改、虚设件的去除、产品工艺属性的分类(标准件、自制件、成件、外协件等)，同时包括对EBOM中定义的结构关系的修改。结构关系的修改主要体现为PBOM中的工艺组件的添加。

图2 从EBOM构建PBOM过程

3)MBOM的转化MBOM在PBOM基础上，根据制造需求、技术和质量标准、工厂生产现状，添加工艺过程、工时、工装、物料和工艺组合件等信息，转化成为MBOM。MBOM是制造时的产品结构，从制造角度描述产品的实际装配结构和加工制造流程，其产品结构能够很好地表达出实际装配过程的时间顺序和层次，因此在企业信息系统的构建中，往往以EBOM为源头，经过转换产生出MBOM用于指导生产计划的编制。

图3 MBOM的结构

设计BOM和工艺BOM在各式各样的BOM中，属于最原始的BOM，它凝结了产品设计工程师和工艺工程师的创造性，其他各种BOM都是在设计BOM和工艺BOM的基础上结合其应用领域的信息转换而来的。2 以BOM为核心的信息集成目前，企业信息化环境中往往具有多个信息系统并存的状况。在多系统的企业生产环境中，实现产品信息共享，解决BOM在多系统中的集成问题，一致性及时效性问题就显得尤为迫切。如图4所示，基于贯穿企业信息过程的BOM信息流，实现企业的多信息系统集成，可以达到提高数据共享度、数据传递时效性和准确性的目的。通过CAD工具与PDM系统的集成，依据CRM系统传递的产品和设计需求，在PDM系统中可产生面向工程设计的EBOM视图、产品属性和材料信息、二维和三维设计模型以及其他技术文件。通过集成接口获取EBOM后，CAPP系统依据工艺需求，参考车间加工能力，添加工艺分工、加工和装配约束、零组件交付要求信息将EBOM转换为PBOM。在工艺设计过程中，同时要查找工艺资源，如工装、设备、辅助材料等。具有重要纽带作用的CAPP系统将输出工艺文件、工艺报表和完成工艺资源管理工作。在MES/ERP环境中，生产制造管理部门根据工艺部门生成的PBOM，参考工艺设计中的零件的加工步骤与装配件的装配步骤，更改零部件的装配顺序，增加工艺资源、工时、材料、物料等信息，以工艺过程中的工序为单位扩充PBOM，最后形成MBOM。用于作为调配工艺资源、编制生产计划等管理工作的参考依据。除以上所描述的与BOM相关的系统，生产部门、产品成本核算部门、计划部门、销售部门与BOM也有非常紧密的关系。生产部门依据BOM中的材料信息、加工和装配顺序来确定相关物料并作为领取依据；产品成本核算部门利用BOM中每个自制件、标准件、外协件、外购件等分类部分的单件成本，以及BOM中的成套零部件数量来确定产品的成本，并可据此来进行产品投标报价和成本分析；计划部门利用BOM中所含的物料信息、零组件加工和装配地点、材料定额、工时信息等，来确定物料净需求量，自制件、标准件、外协件、外购件等分类数量，物料投放顺序，生产周期、地点等计划信息；销售部门可通过相关BOM信息来进行产品报价，完成提供准确的零部件设计信息并跟踪制造流程等工作。

图4 全生命周期过程中BOM形态的转化

3 结束语本文通过分析、定义PLM中各个不同阶段的BOM形态，明确阐述了BOM之间的转化与演进过程。对于目前企业中各种BOM存在于不同的系统中，并没有形成真正的单一产品数据源的状况，提出了以BOM为主线的系统集成方式，以EBOM为基础，在多系统之间进行BOM信息传递并进行配置和转换，以BOM的不同状态将各系统集成在一起，对制造行业PLM环境下的企业多系统整合具有一定的参考价值。