模板式通用BOM系統(tǒng)的開發(fā)與研究

趙 亮，王元?jiǎng)?，徐 靖

（1.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074；2.宇航救生裝備有限公司，襄陽(yáng) 441002）

模板式通用BOM系統(tǒng)的開發(fā)與研究

趙 亮1，王元?jiǎng)?,2，徐 靖2

（1.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074；2.宇航救生裝備有限公司，襄陽(yáng) 441002）

目前汽車夾具制造企業(yè)的BOM表標(biāo)準(zhǔn)不一且互不兼容，因此汽車夾具設(shè)計(jì)企業(yè)必須手工生成BOM表，這就導(dǎo)致BOM的轉(zhuǎn)化效率降低且出錯(cuò)幾率增加。針對(duì)這一難題，提出開發(fā)的模板式通用BOM系統(tǒng)，以制造企業(yè)提供的參考BOM表為基礎(chǔ)，根據(jù)VB開發(fā)編寫應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件信息的自動(dòng)提取，自動(dòng)生成符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BOM表，從而實(shí)現(xiàn)兼容不同企業(yè)BOM標(biāo)準(zhǔn)的目的。該系統(tǒng)還具有BOM自動(dòng)更新的功能，使零件的屬性信息與BOM表信息保持一致性。最后以某車身夾具為例，驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性。

BOM；模板式；VB；屬性；自動(dòng)提取；自動(dòng)更新

0 引言

產(chǎn)品的BOM表（Bill of Material）是定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)文件[1]，是一種描述產(chǎn)品裝配關(guān)系的結(jié)構(gòu)化零件表，其中包括設(shè)計(jì)過程中所有裝配體、零件、原材料等信息的清單。BOM反映了一個(gè)產(chǎn)品所有零件的數(shù)量關(guān)系和零部件的構(gòu)成層次關(guān)系，在產(chǎn)品由設(shè)計(jì)過程向制造過程的轉(zhuǎn)化中，BOM起著非常重要的作用，它是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和制造過程的信息紐帶。

BOM表在信息傳遞的過程中具有重要的作用，但是在汽車夾具設(shè)計(jì)行業(yè)還沒有得到統(tǒng)一，各制造企業(yè)提供的參考BOM表各不相同，這就為BOM表的自動(dòng)化生成增加了難度,阻礙了企業(yè)間的信息交流與合作[2,3]。在總結(jié)了大部分制造企業(yè)提供的BOM表樣式中不難發(fā)現(xiàn)，BOM表需要填寫的內(nèi)容較多，是BOM表制作的主要內(nèi)容。汽車夾具零件的屬性項(xiàng)有：零件編號(hào)、零件名稱、材料、數(shù)量、重量、版本、術(shù)語(yǔ)、備注，而各企業(yè)的BOM表主要內(nèi)容項(xiàng)是這幾種屬性項(xiàng)的簡(jiǎn)單組合，這就為設(shè)計(jì)通用BOM系統(tǒng)提供了可能。

模板式的通用BOM系統(tǒng)的構(gòu)想：根據(jù)制造企業(yè)提供的參考BOM表制作BOM表輸出模板，用VB編程工具開發(fā)編寫應(yīng)用程序，遍歷零件的屬性信息，將零件的各屬性項(xiàng)輸出到BOM模板的表行中，最終生成符合企業(yè)要求的BOM表。

1 CATIA的二次開發(fā)環(huán)境

訪問CATIA的對(duì)象有很多種不同的方式，對(duì)于其他程序或腳本，CATIA具有OLE自動(dòng)化對(duì)象服務(wù)器的功能。一些程序或腳本能夠?qū)OM對(duì)象進(jìn)行訪問，那么也能訪問CATIA的對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行操作[4]。訪問CATIA對(duì)象有以下的方法：

1）進(jìn)程內(nèi)的腳本

編程腳本和CATIA如果同時(shí)運(yùn)行在同一進(jìn)程環(huán)境下，稱作進(jìn)程內(nèi)的腳本。腳本類型有：

VBScript腳本、CATScript腳本、VBA腳本。

2）進(jìn)程外的腳本

編程腳本和CATIA如果沒有運(yùn)行在同一進(jìn)程環(huán)境下則稱進(jìn)程外的腳本。編程腳本不再由CATIA環(huán)境來(lái)調(diào)用，CATIA還具有另外一個(gè)功能，即OLE自動(dòng)化對(duì)象服務(wù)器，進(jìn)程外的腳本通過CATIA軟件的COM接口訪問CATIA內(nèi)部的對(duì)象。腳本類型有：

VB或VBA訪問CATIA、Windows Scripting Host訪問CATIA、嵌入到網(wǎng)頁(yè)中。

進(jìn)程內(nèi)編程訪問CATIA對(duì)象具有以下主要特點(diǎn)：占用內(nèi)存少，運(yùn)行效率高，操作簡(jiǎn)便。但是編寫的程序在實(shí)現(xiàn)的功能上受到了很大的限制，比如VBScript腳本不能交互操作，VBA腳本不能編譯等缺點(diǎn)，這就降低了編程的實(shí)用性。本研究采用進(jìn)程外編程方式訪問CATIA對(duì)象，運(yùn)用VB編程語(yǔ)言編制出裝配體BOM表自動(dòng)生成程序，設(shè)計(jì)交互界面，便于人機(jī)操作，將產(chǎn)品的零部件屬性信息自動(dòng)輸出至外部Excel清單文件中，實(shí)現(xiàn)BOM表的聚類輸出[5～7]，便于制造件的加工制造和外購(gòu)件的采購(gòu)，方便裝配過程中零部件的統(tǒng)計(jì)和核對(duì)，進(jìn)而提高了工作效率。

2 BOM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的功能

模板式通用BOM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是能夠兼容不同制造企業(yè)的提供的BOM表之間的差異性，模板式通用BOM系統(tǒng)在傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有如圖1所示的功能。

圖1 BOM系統(tǒng)的功能圖

1）根據(jù)提供的參考BOM表用戶配置BOM表輸出模板，由輸出模板關(guān)鍵字驅(qū)動(dòng)程序遍歷產(chǎn)品屬性樹；

2）初始化BOM模板，根據(jù)BOM模板的關(guān)鍵字，對(duì)BOM模板自動(dòng)進(jìn)行初始化操作，為輸出零件屬性做準(zhǔn)備；

3）為使設(shè)計(jì)者了解要提取零件的哪些屬性項(xiàng)，BOM系統(tǒng)具有屬性提示功能；

4）判斷零件是否對(duì)稱，控制零件數(shù)量；

5）向BOM模板寫入屬性信息；

6）更新BOM模板中提取的屬性信息。

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的功能，通用BOM系統(tǒng)的功能界面如圖2所示。

圖2 通用BOM系統(tǒng)功能界面

2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

從已經(jīng)檢索的來(lái)文獻(xiàn)看，傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)提供的BOM表輸出功能單一，并不具有兼容性，不能滿足不同企業(yè)對(duì)BOM表的差異化需求。而有學(xué)者設(shè)計(jì)的通用BOM系統(tǒng)[8]，雖然能夠滿足BOM表的兼容性，但是由于設(shè)計(jì)規(guī)則的限制，用戶在使用過程中需要熟悉模板制定規(guī)則且要保證制作的模板的正確性，給用戶的使用帶來(lái)了不便。

模板式通用BOM系統(tǒng)可以很好的解決BOM表輸出功能單一，操作復(fù)雜的問題，前期設(shè)計(jì)者利用CATIA的宏程序批量的處理零件的屬性信息，為后期BOM表的輸出做準(zhǔn)備，在BOM表輸出之前，只需對(duì)BOM輸出模板定義系統(tǒng)默認(rèn)的屬性項(xiàng)關(guān)鍵字，就可以向BOM表中寫入零件屬性信息，具有適應(yīng)性強(qiáng)，定義規(guī)則簡(jiǎn)單，輸出快捷的特點(diǎn)。模板式通用BOM系統(tǒng)在操作流程上和傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)具有明顯的不同，對(duì)比效果如圖3所示。

圖3 BOM系統(tǒng)流程圖

對(duì)比現(xiàn)行BOM系統(tǒng)和模板式通用BOM系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)，雖然傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)可以生成BOM表，但是生成的BOM表明顯的不能滿足不同客戶提出的的BOM格式要求，還需要后期手動(dòng)修改，這就降低了BOM的生成效率，同時(shí)還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤等缺點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出的通用BOM系統(tǒng)在總結(jié)現(xiàn)行BOM系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做了大量的思考和總結(jié)，設(shè)計(jì)的模板式通用BOM系統(tǒng)較傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

模板式通用BOM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用多個(gè)功能模塊，使模塊之間在信息共享和管理上得到提高，系統(tǒng)采用了三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：交互層、支撐層和核心層。

交互層用于處理窗體功能與CATIA系統(tǒng)的建立功能關(guān)聯(lián)，VB程序通過COM接口來(lái)訪問CATIA內(nèi)部的對(duì)象，來(lái)完成零部件屬性的提取，BOM表的生成和更新等功能；支撐層主要是VB程序訪問CATIA零件的實(shí)體對(duì)象，通過遍歷算法來(lái)讀取零件的屬性信息，為數(shù)據(jù)的存取做準(zhǔn)備；核心層用于將提取的零件的屬性信息存入在數(shù)組中。

圖4 BOM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 BOM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 模板技術(shù)

模板技術(shù)是通用BOM系統(tǒng)的核心技術(shù)[9]，在通用BOM系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，BOM模板表的規(guī)格直接關(guān)系到輸出BOM表的形式和屬性信息的合理配置。BOM模板表包括兩部分：表頭和表行。對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，區(qū)別最大的部分是BOM表表頭。因企業(yè)不同而不同，對(duì)于單個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)表頭內(nèi)容又具有高度的相似性，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中只需制作好一個(gè)BOM表的表頭內(nèi)容便可在設(shè)計(jì)中借用該模板；表行內(nèi)容是BOM表統(tǒng)計(jì)的核心內(nèi)容，是統(tǒng)計(jì)的重點(diǎn)，BOM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是輸出零件的詳細(xì)屬性信息到BOM表中。

定義BOM表屬性項(xiàng)關(guān)鍵字是制作BOM模板的重中之重，關(guān)鍵字定義的正確與否直接關(guān)系到零件屬性提取的成功與否。通用BOM系統(tǒng)定義的屬性關(guān)鍵字如表1所示。

表1 屬性項(xiàng)關(guān)鍵字

模板技術(shù)的基本原理：根據(jù)該企業(yè)BOM表格式并按照該系統(tǒng)的模板規(guī)則建立輸出模板，系統(tǒng)的初始化功能模塊會(huì)首先尋址表頭內(nèi)容關(guān)鍵字，根據(jù)定義的關(guān)鍵字內(nèi)容，遍歷零件對(duì)應(yīng)的屬性項(xiàng)，將零件的屬性信息由數(shù)組中寫入到輸出模板中，生成符合企業(yè)要求的BOM表，然后保存到制定的位置處，則BOM表制作完成。由于輸出模板的可定制性，因此通用BOM系統(tǒng)能生成不同格式的 BOM表。

3.2 遞歸遍歷算法

模板式通用BOM系統(tǒng)在算法上采用遞歸遍歷算法。先根遍歷，采用深度優(yōu)先遍歷的思路，即遍歷是對(duì)BOM各子樹逐層進(jìn)行[10]。其遍歷規(guī)則如下:

1）首先訪問產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的根結(jié)點(diǎn)；

2）如果該結(jié)點(diǎn)有子項(xiàng)，訪問其子項(xiàng)，并跳到第2）步；

3）如果有該結(jié)點(diǎn)有兄弟項(xiàng)，訪問下一個(gè)兄弟項(xiàng)，并跳到第2）步；

4）如果其父項(xiàng)有下一個(gè)兄弟項(xiàng)，訪問其父項(xiàng)的下一個(gè)兄弟項(xiàng)，并跳到第2）步；

5）自動(dòng)判斷當(dāng)前結(jié)點(diǎn)是否根結(jié)點(diǎn)，是則退出；

6）當(dāng)前結(jié)點(diǎn)由父項(xiàng)結(jié)點(diǎn)來(lái)代替，并跳轉(zhuǎn)至第4）步。

圖5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型樹

以圖5產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為例，其遍歷次序?yàn)椋篈、B(1)、f(2)、E(3)、f(1)、d(2)、d(3)、C(1)、g(2)、h(2)、f(2)。

由于車身夾具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型樹的層數(shù)比較少，采用遞歸遍歷算法代碼簡(jiǎn)潔，能夠展示零部件之間的父子關(guān)系和BOM樹的層次結(jié)構(gòu)。

3.3 零件屬性數(shù)組

模板式通用BOM系統(tǒng)在系統(tǒng)初始化時(shí)預(yù)先開辟兩個(gè)或三個(gè)數(shù)組，這個(gè)數(shù)組的元素個(gè)數(shù)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的復(fù)雜情況而定，數(shù)組元素不必很多，本系統(tǒng)開辟100個(gè)數(shù)組元素，目的是儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。將上位機(jī)讀來(lái)的數(shù)據(jù)存入預(yù)先開辟好的其中一個(gè)數(shù)組中，當(dāng)前數(shù)組存滿后，再換另外一個(gè)數(shù)組，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是便于數(shù)據(jù)的管理和提取數(shù)據(jù)的正確性，最后使用代碼將將數(shù)組數(shù)據(jù)寫入Excel表格。

3.4 BOM視圖映射中的一致性維護(hù)

BOM由物料項(xiàng)和物料項(xiàng)關(guān)系組成，但是由于BOM的生成過程不同，所包含的數(shù)據(jù)也不完全相同，因此為了保證數(shù)據(jù)的一致性，仍需要對(duì)產(chǎn)品不同BOM視圖進(jìn)行對(duì)比。BOM的常見操作如增加部件，刪除部件等也會(huì)造成BOM數(shù)據(jù)的不一致性。BOM視圖映射中的一致性維護(hù)就是物料項(xiàng)和物料項(xiàng)關(guān)系的一致性維護(hù)。

針對(duì)BOM一致性維護(hù)問題，設(shè)計(jì)BOM的父子循環(huán)一致性檢查算法，其基本思想為：設(shè)原BOM元素集合為S，新BOM元素集合為P。對(duì)集合P，遍歷產(chǎn)品的父項(xiàng)和子項(xiàng)，判斷零部件是否是多實(shí)例零部件，即是否已經(jīng)統(tǒng)計(jì)過，如果已經(jīng)統(tǒng)計(jì)過，則不再讀取信息，數(shù)量增加，如果是新增加或減少的零部件，則對(duì)其進(jìn)行入?；虺鰲２僮?。當(dāng)遍歷到空字符串時(shí)，則遍歷完成退出循環(huán)。

4 模板式通用BOM系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

本實(shí)例以CATIA V5為實(shí)驗(yàn)支撐平臺(tái)，基于VB編程語(yǔ)言開發(fā)的模板式通用BOM系統(tǒng)能夠生成不同格式的BOM表。以下以某車身夾具單元為例生成兩種不同格式的BOM表來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的通用性。某車身的一副完整的車身夾具如圖6所示。

圖6 夾具單元

上表為不同企業(yè)風(fēng)格的A格式輸出模板和B格式輸出模板，根據(jù)系統(tǒng)的要求規(guī)則對(duì)A和B兩種格式的BOM模板定義屬性關(guān)鍵字，A格式模板的屬性項(xiàng)關(guān)鍵字為：PART NO、PART NAME、MATERIAL、Q’TY、REMARK；B格式模板的屬性項(xiàng)關(guān)鍵字為：PART NO、PART NAME、Q’TY、REMARK。按照BOM表的操作流程生成的A、B兩種格式的BOM表如圖7、圖8所示。

圖7 BOM輸出模板

由生成的A、B兩種格式的BOM表結(jié)果可以得知生成的BOM表與企業(yè)給定的參考BOM表完全一樣，模板式通用BOM系統(tǒng)具有很好的適用性和兼容性。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)汽車夾具制造中的BOM設(shè)計(jì)中存在的問題，在總結(jié)現(xiàn)有BOM設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出了模板式通用BOM系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全兼容了不同企業(yè)格式的BOM表，支持快速啟動(dòng)CATIA，BOM表模板初始化，顯示屬性項(xiàng)，指定對(duì)稱零件，寫入BOM表和更新BOM表的功能，還具有BOM視圖映射一致性維護(hù)的功能。模板式通用BOM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中具有很強(qiáng)的適用性，大大的提高了車身夾具設(shè)計(jì)BOM向制造BOM轉(zhuǎn)化的效率，降低了出錯(cuò)率，對(duì)縮短車身夾具設(shè)計(jì)周期具有重要的意義。

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The development and research of universal BoM system based on the template

ZHAO Liang1, WANG Yuan-xun1,2, XU Jing2

TH164

A

1009-0134(2016)12-0045-05

2016-08-19

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11072083）

趙亮（1990 -），男，河南南陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。