民用飛機規(guī)范EBOM的生成方法及工具研究

何薇

(中航沈飛民用飛機有限責(zé)任公司 工程研發(fā)中心，沈陽　110179)

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民用飛機規(guī)范EBOM的生成方法及工具研究

何薇

(中航沈飛民用飛機有限責(zé)任公司 工程研發(fā)中心，沈陽110179)

飛機行業(yè)的工程物料清單(EBOM)是飛機工程設(shè)計部門提供給制造、采購等部門作為生產(chǎn)控制及采購的依據(jù)，因此EBOM應(yīng)具備信息全面、格式規(guī)范、簡單易讀等特點。以某民用飛機項目中實際應(yīng)用的較為規(guī)范的EBOM格式為藍本，以Excel電子表格為應(yīng)用平臺，定制EBOM所需包含的屬性信息，利用Excel提供的功能定制一套生成規(guī)范的EBOM的方法及工作流程，通過Excel開發(fā)平臺及VBA語言、函數(shù)的運用將EBOM的排版過程進行程序化，實現(xiàn)了規(guī)范EBOM的自動生成。

工程物料清單；清單報告；物料清單；VBA語言；排版工具

0　引　言

為了保證飛機數(shù)字化設(shè)計制造過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可追蹤性，飛機行業(yè)普遍應(yīng)用物料清單(Bill of Material，簡稱BOM)[1-2]。航空型號項目中有許多不同階段的BOM[3]，其中，工程物料清單(Engineering Bill of Material，簡稱EBOM)是上游設(shè)計單位從產(chǎn)品功能設(shè)計的角度出發(fā)，建立的產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)樹，是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭，影響著整個項目的成本計算[4]。EBOM應(yīng)給出物料清單和父子組成關(guān)系，在企業(yè)管理中表現(xiàn)為產(chǎn)品明細表[5]。通常，在企業(yè)實施ERP的過程中，對產(chǎn)品BOM的整理是手工操作完成的，進度緩慢且準(zhǔn)確率不高。郭林源[6]利用計算機從AutoCAD工程設(shè)計圖紙中提取出有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，自動生成了BOM；同時，基于ActiveX方法，實現(xiàn)了Excel文件的導(dǎo)入導(dǎo)出。飛機設(shè)計行業(yè)普遍使用CATIA三維設(shè)計軟件，產(chǎn)品設(shè)計完成后可通過 CAD、CAPP 自動生成 EBOM 和PPBOM等多種EBOM類型[7-8]。目前，CATIA軟件提供的命令可以實現(xiàn)物料清單(BOM)和清單報告(Listing Report)兩種形式的產(chǎn)品明細表，將模型信息導(dǎo)出到文件，實現(xiàn)了模型與數(shù)據(jù)表的無縫對接。但兩種表格的可讀性均不高，BOM數(shù)據(jù)架構(gòu)散亂，Listing Report格式粗糙且缺少必要的信息，無法滿足各公司飛機設(shè)計部門和生產(chǎn)部門對于規(guī)范化EBOM的實際需要；而手動規(guī)范化費時費力，長期的維護則更為不便。另外，各行業(yè)也競相開發(fā)相應(yīng)的數(shù)字化研發(fā)平臺以實現(xiàn)EBOM 的生成與發(fā)送[9]。例如，某汽車公司利用Oracle數(shù)據(jù)庫和Java工具開發(fā)的EBOM軟件系統(tǒng)模塊[10]，實現(xiàn)了研發(fā)平臺與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)一體化。然而，各公司的研發(fā)體系不同，平臺的開發(fā)成本極高，應(yīng)用普遍性與獨立的設(shè)計軟件相比較差，設(shè)計靈活性也大幅降低。

在圖紙化的時代，美國波音公司使用自動零件表(Automatic Parts List，簡稱APL)系統(tǒng)來完成工程零件的管理工作。轉(zhuǎn)換到PDM系統(tǒng)后，原安裝件轉(zhuǎn)換為模塊(Modules)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹分為上下兩部分，模塊中零部件關(guān)系表(Modules Parts List，簡稱MPL)來自產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的上部，零件表(PL)來自產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的下部[11]。在MPL表中只能看到基本模塊的組成，使得供應(yīng)商的責(zé)任劃分及制造內(nèi)容更加清晰，但對于整個工程來說，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系卻更加分散。國內(nèi)現(xiàn)行的某民用飛機項目使用MPL表來實現(xiàn)部門之間的數(shù)據(jù)傳遞，在模塊細化以實現(xiàn)扁平結(jié)構(gòu)樹的情況下，這只是EBOM的另一種表現(xiàn)形式。無論以何種形式體現(xiàn)，規(guī)范EBOM的格式及內(nèi)容、使產(chǎn)品關(guān)系清晰易讀對于航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有深遠意義。

針對目前飛機行業(yè)對EBOM的生成與維護越來越高的需求，本文旨在研究出規(guī)范EBOM的生成方法及工具。首先，需從模型中提取零/組件的原始屬性，對比分析CATIA生成的兩種EBOM格式的優(yōu)缺點，選擇合適的格式作為原始數(shù)據(jù)；然后，在Excel應(yīng)用程序中利用VBA(Visual Basic for Applications)編程語言進行開發(fā)，實現(xiàn)EBOM排版任務(wù)的自動化。

1　EBOM的屬性定制

工程要求定制EBOM的內(nèi)容需要涵蓋：工程所需的零/組件屬性項、零/組件的下一級裝配件、零/組件裝配等級數(shù)以及零/組件的數(shù)量信息等。而且，格式上最好按各零/組件的裝配等級數(shù)展開，使每一個零/組件關(guān)系清晰、獨立、數(shù)量明確。規(guī)范的EBOM格式如圖1所示。

(a) 1級顯示

(b) 1級展開 圖1　規(guī)范的EBOM格式示例Fig.1　Example of standard EBOM

規(guī)范EBOM的簡化結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1規(guī)范EBOM的簡化結(jié)構(gòu)

Table 1Simplified structure of standard EBOM

2　生成規(guī)范的EBOM的方法

生成規(guī)范的EBOM的方法包括兩部分工作流程：①利用CATIA中提供的命令提取原始數(shù)據(jù)；②按照規(guī)范的EBOM格式進行排版。

2.1原始屬性的提取

在CATIA中用Bill of Material命令選擇需要的屬性項，分別生成BOM格式和Listing Report格式的原始數(shù)據(jù)。其中Listing Report格式只能存為文本格式，需要拷貝到Excel表格中待用。生成的兩種表格分別如圖2～圖3所示。

BOM格式包括兩部分：第一部分將該BOM中的所有裝配件分塊順序排列，每個分塊順序列出該裝配件的所有組成元素，若組成元素中有子組件，則在下一個分塊中繼續(xù)展開，直到所有組成元素均為零件，所有元素的下級裝配件信息在每個組件分塊的題頭里；第二部分是摘要說明，顯示每一個零件的總數(shù)量。Bill of Material的零/組件關(guān)系如表2所示。

圖3　Listing Report格式Fig.3　Format of Listing Report 表2　Bill of Material的零/組件關(guān)系 Table 2　Organization of Bill of Material

Listing Report格式將0級組件中所包含的組成元素逐級列出，每一個組件都層層分解到最小的零件等級。零/組件的下級裝配件由零件級數(shù)結(jié)合顯示順序來識別，如圖4所示。

圖4　Listing Report的零/組件關(guān)系Fig.4　Organization of Listing Report

將上述兩種格式的原始數(shù)據(jù)進行對比，其結(jié)果如表3所示。

表3　兩種格式的對比

從表3可以看出：①Bill of Material格式將所有的屬性信息全部并列展開，而Listing Report格式將所有的屬性信息在同一列順序列出；Bill of Material可存為Excel電子表格，從生成到排版之間可以省略一個步驟，說明Bill of Material的排版更方便直接。②Bill of Material將所有組件分塊顯示，以級數(shù)為排序基礎(chǔ)，無法立即看到每一個組件的組成元素，屬于單層BOM存儲結(jié)構(gòu)，不直觀；而Listing Report將每一個組件層層展開，以組件為排序基礎(chǔ)，組件及其組成元素聯(lián)系緊密，屬于多層BOM存儲結(jié)構(gòu)[12]，符合規(guī)范的EBOM的顯示順序。此外，Listing Report還可顯示每一級零/組件的級數(shù)，該級數(shù)是EBOM中所要求的信息項，配合該零/組件的上下行關(guān)系，可直接看出在裝配樹中該零/組件的結(jié)點位置，組成十分清晰。③兩種格式都沒有下級裝配件的信息，需要添加。Bill of Material雖然在尾部的零件表中體現(xiàn)了零/組件的總數(shù)量，但要從其他地方提取，相比之下并不方便。綜上所述，Listing Report格式更能滿足EBOM的定制要求，且更易于排版，因此采用Listing Report方法生成原始數(shù)據(jù)。

2.2排版方法

得到Listing Report格式的原始數(shù)據(jù)后，將進行排版工作。排版EBOM的流程如圖5所示。

圖5　排版流程圖Fig.5　Flowchart of typesetting

3　自動化排版工具的研究

排版工具將飛機設(shè)計中常用的22項典型屬性項作為設(shè)計對象(如圖6所示)，根據(jù)主要設(shè)計對象實現(xiàn)自動化、規(guī)范化排版EBOM的功能。若有更多需求的屬性項，可向高度用戶化的程序中添加。

圖6　排版工具的設(shè)計對象Fig.6　Design object of typesetting tool

生成規(guī)范的EBOM的工作流程如圖7所示，圖中虛線框中的步驟是工具的主體功能部分，即將整個排版流程(如圖5所示)集成到該虛線框中的步驟一步實現(xiàn)。

圖7　生成規(guī)范的EBOM的工作流程簡圖Fig.7　Brief work flowchart of making standard EBOM

4　排版工具開發(fā)中的技術(shù)問題

4.1開發(fā)平臺的選擇

Microsoft Excel(電子表格)是微軟公司的辦公軟件Microsoft Office的組件之一，可以進行各種數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計分析和輔助決策操作，它應(yīng)用廣泛、使用便捷。行業(yè)內(nèi)EBOM表通常選擇Excel電子表格的形式。

針對類似于EBOM格式的文件，微軟公司還開發(fā)出了一種可以與應(yīng)用程序共享的、通用的自動化語言——VBA(Visual Basic for Application)，它是非常流行的應(yīng)用程序開發(fā)語言VB(Visual Basic)的子集，實際上它也是寄生于VB應(yīng)用程序的版本[13]。通過VBA，開發(fā)者可以創(chuàng)建自定義的工作表函數(shù)，進而簡化公式和計算。Excel是一款高度可編程的軟件，是開發(fā)基于電子表格的應(yīng)用程序的最佳選擇[14-15]，Excel自帶的嵌入功能Visual Basic編輯器便是利用VBA語言提供給客戶進行二次開發(fā)的應(yīng)用。

本文選用Excel平臺所提供的VBA語言和函數(shù)開發(fā)圖7中工具的主體功能。將工具主體功能集成于Excel中，使原始數(shù)據(jù)在Excel后臺直接進行處理，最終得到規(guī)范的EBOM表格。利用Excel中易于訪問的控件，設(shè)置友好界面，一鍵實現(xiàn)所需功能。應(yīng)用上述開發(fā)方法，EBOM的自動排版可以方便地實現(xiàn)，達到自動操作的目的。

4.2提取下級裝配件(NHA)

Listing Report中沒有下級裝配件的信息，需要結(jié)合上下行級數(shù)和顯示順序進行識別。若要提取EBOM表中每行零/組件的下級裝配件，假設(shè)全表共j行，則程序流程如圖8所示(圖中，i、m為整型變量，表示表格行號)。提取結(jié)果如圖9所示。

圖8　提取下級裝配件流程圖Fig.8　Flowchart of getting NHA

圖9　提取下級裝配件的結(jié)果Fig.9　Result of getting NHA

4.3計數(shù)

Listing Report中重復(fù)列出了每個零/組件，有多少個就顯示多少次(如圖9所示)，故需要使每個組件中只保留一個重復(fù)出現(xiàn)的零件，并將所包含的每種零件在其組件區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的數(shù)量累計。

需要注意的是：單個零/組件不能全表計數(shù)，需要在下級裝配件中區(qū)域計數(shù)；若有級數(shù)大且其下級裝配件在表中重復(fù)出現(xiàn)的零/組件，其數(shù)量需按下級裝配件出現(xiàn)的次數(shù)進行倍除，如圖10所示，從零/組件號列來看，B組件的總數(shù)為2，C組件的總數(shù)為2，D零件的總數(shù)為4；但C組件是B組件的子部件，則C組件的數(shù)量應(yīng)記為：C總數(shù)/B總數(shù)=2/2=1，即每個B組件中只包含一個C組件。同理，每個D零件是C組件的子部件，則D零件的數(shù)量應(yīng)記為：D總數(shù)/C總數(shù)/B總數(shù)=4/2/1=2，即每個C組件中只包含兩個D零件。

圖10　計數(shù)問題示例Fig.10　Example of counting problem

計算表中所有零/組件的數(shù)量，假設(shè)全表共j行，則程序流程如圖11所示(圖中，i、m、mt為整型變量，表示表格行號)。

圖11　計數(shù)程序流程圖Fig.11　Program flowchart of counting

5　工具的應(yīng)用

以某裝配件為例，簡要說明工具的應(yīng)用過程。

Step 1從CATIA中提取出裝配件的Listing Report報告清單，如圖12所示。

圖12　Listing Report界面Fig.12　Listing Report interface

Step 2將Listing Report全選并粘貼到工具Excel文件中，如圖13所示，應(yīng)注意Listing Report報告清單要從Excel工具文件的第一個單元格開始粘貼。

Step 3點擊工具文件中的“生成EBOM”命令按鈕，執(zhí)行后臺排版程序。

Step 4得到排版后的EBOM表格，如圖14所示。

圖13　Excel待排版界面Fig.13　Interface of Excel before formatting

圖14　排版完成的EBOM表Fig.14　EBOM after formatting

6　結(jié)束語

EBOM是航空型號項目研制過程中的核心BOM 形式，是工程設(shè)計部門提供給制造、采購等部門的一項重要文件，需要定期的跟蹤和維護，即使在產(chǎn)品的試制階段也需要利用EBOM定期提取模型信息。在PDM 系統(tǒng)中，EBOM可能以其他方式存在并發(fā)揮作用，但EBOM所表達的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是PDM 生成產(chǎn)品數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之一。EBOM的格式是否方便易讀、生成方法是否簡單快速對工程部門的工作效率和制造部門的成本計算具有顯著影響。

本文總結(jié)出一套滿足一般飛機項目需求的規(guī)范的EBOM格式，它具有比CATIA自帶命令提供的EBOM更為清晰的組織架構(gòu)；分析得到了快速生成和排版EBOM的流程，解決了相同零件號在不同組件號中的獨立計數(shù)等問題；所開發(fā)的VBA工具實現(xiàn)了自動排版EBOM的功能，在很大程度上提高了工程部門的工作效率，改善了EBOM工程文件的質(zhì)量，為民用飛機工程的各項交付物的編制開辟了程序開發(fā)和參數(shù)化控制的方向，具有較強的指導(dǎo)意義和實用價值。

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(編輯：馬文靜)

Research on the Tool for Making Standard EBOM of Civil Aircraft

He Wei

(Research & Development Center, AVIC SAC Commercial Aircraft Company, Ltd., Shenyang 110179, China)

EBOM (Engineering Bill of Material) applied in aircraft field is deliverable which design department of aircraft engineering should provide to procurement, methods and project department as the basis of purchasing and manufacturing controlling. Whether the information is ample or deficient, whether the format is standard or nonstandard, whether it is easy to read or not, they all represent the work quality of design department to some extent. Taking the relatively standard EBOM practically applied in one civil airplane project as the original version, and the Excel tables as applying platform, the necessary property information has been customized, and one set of method and workflow has been customized by use of the functions of Excel and VBA(Visual Basic for Application). The workflow of formatting EBOM has been programmed, which realize the automatic generation of standard EBOM.

EBOM; Listing Report; Bill of Material; VBA; tool of typesetting

2016-04-13；

2016-05-13

何薇,he.wei@sacc.com.cn

1674-8190(2016)03-374-08

V222

A

10.16615/j.cnki.1674-8190.2016.03.017

何薇(1982-)，女，碩士，工程師。主要研究方向：機身結(jié)構(gòu)設(shè)計。