基于云計(jì)算BOM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫 斌，仲梁維 SUN Bin,ZHONG Liangwei

（上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

如今信息技術(shù)飛速發(fā)展，信息數(shù)字化已經(jīng)全面影響了人民的生產(chǎn)、生活。我們已經(jīng)進(jìn)入了信息化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的時(shí)代。商業(yè)環(huán)境的快速變化、企業(yè)結(jié)構(gòu)的扁平化發(fā)展趨勢、上下游企業(yè)的相互合作要求企業(yè)具有及時(shí)獲取生產(chǎn)、市場相關(guān)信息，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)、高效發(fā)展提供信息技術(shù)支持的能力。對于傳統(tǒng)型制造企業(yè)而言，其信息系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，這種傳統(tǒng)的ERP系統(tǒng)沒法做到高效的信息分享，且傳統(tǒng)的ERP系統(tǒng)升級和運(yùn)營維護(hù)的成本高、難度大。而基于云計(jì)算的企業(yè)信息管理系統(tǒng)能有效解決傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)的問題，且具有其他的優(yōu)勢?；谠频钠髽I(yè)信息系統(tǒng)使用便捷，用戶無需對系統(tǒng)進(jìn)行升級或維護(hù)，重要的是基于云的企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)范了企業(yè)各個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)系統(tǒng)間的信息資源共享。在經(jīng)濟(jì)方面，基于云的企業(yè)信息系統(tǒng)減少了企業(yè)在IT基礎(chǔ)建設(shè)上的支出，提高企業(yè)運(yùn)行效率。

先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展方向是使用信息技術(shù)并匹配相應(yīng)的設(shè)施引領(lǐng)企業(yè)具有科技含量高、能源消耗低的優(yōu)勢。作為工業(yè)化和信息化結(jié)合的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，先進(jìn)制造業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的相互融合是目前先進(jìn)制造業(yè)研究的熱點(diǎn)之一[1,10]。先進(jìn)制造業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的融合能夠有效改善制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式及業(yè)務(wù)流程，從而提高企業(yè)效益和管理水平、增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力。建設(shè)企業(yè)信息化一般是從ERP的建設(shè)開始的，而ERP的數(shù)據(jù)核心是BOM系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 BOM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集過程及數(shù)據(jù)的算法研究

數(shù)據(jù)的輸入和輸出是BOM系統(tǒng)的核心，物料主數(shù)據(jù)是BOM數(shù)據(jù)的核心。數(shù)據(jù)的收集是一個(gè)復(fù)雜且及其重要的過程。第一步收集物料主數(shù)據(jù)，之后以物料主數(shù)據(jù)為依據(jù)制作物料采購信息主數(shù)據(jù)。下一步以設(shè)備維護(hù)賬單、員工信息為依據(jù)制作資源主數(shù)據(jù)。根據(jù)物料主數(shù)據(jù)和資源主數(shù)據(jù)制作BOM主數(shù)據(jù)、工藝路線主數(shù)據(jù)、作業(yè)主數(shù)據(jù)。將物料主數(shù)據(jù)中的一個(gè)項(xiàng)目制造工藝路線，輸入、輸出物料及其所需件數(shù)、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)所需資源及時(shí)間都被包含在工藝路線中。最后收集BOM所有的數(shù)據(jù)并檢查數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的收集后應(yīng)將其錄入系統(tǒng)中，在存儲(chǔ)信息的同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

物料查找算法：

Return true；

其中：SetElement表示一個(gè)零件集合，SetRelation表示一個(gè)父子關(guān)系集合，ElmentFeature表示一個(gè)零件滿足所需零件特點(diǎn)的集合，SetlRule表示一個(gè)按照規(guī)則推理的關(guān)系集合。

根據(jù)該算法模型得到的物料查找方法，可以分為兩類：一類是父項(xiàng)零件滿足特定的物料特點(diǎn)，子項(xiàng)零件也跟著滿足。另一類是父項(xiàng)零件滿足特定的物料特點(diǎn)，子項(xiàng)零件卻不滿足。

根據(jù)這兩類的區(qū)別制定如下的算法：

SetElement表示一個(gè)零件集合，SetRelation表示一個(gè)父子關(guān)系集合，ElmentFeature表示一個(gè)零件滿足所需零件特點(diǎn)的集合，SetlRule表示一個(gè)按照規(guī)則推理的關(guān)系集合。

上述的算法能夠解決物料樹結(jié)構(gòu)中不同物料適用于不同場景的篩選問題，能夠充分利用計(jì)算機(jī)的處理能力進(jìn)行查找和分析物料數(shù)據(jù)，適用于大規(guī)模物料清單管理系統(tǒng)的使用。

1.2 BOM系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

1.3 BOM系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

云計(jì)算的數(shù)據(jù)庫可以對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。該BOM系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫群來管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。通過對物料結(jié)構(gòu)層次的分析，得出了系統(tǒng)E-R圖（如圖2所示）。產(chǎn)品管理部門在添加產(chǎn)品的時(shí)候需設(shè)置產(chǎn)品類別。設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的時(shí)候需記錄一個(gè)產(chǎn)品由哪些零部件構(gòu)成，并形成零部件的層次結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改記錄。工藝部門需制定產(chǎn)品、零部件的工藝，工藝再形成對應(yīng)的工藝結(jié)構(gòu)；其余相關(guān)部門能選擇所需的零部件和工藝匯總。平臺(tái)管理員能設(shè)定不同角色及權(quán)限的用戶。

圖2 數(shù)據(jù)庫E-R圖

依據(jù)以上分析出的實(shí)體聯(lián)系圖，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的基于層次遍歷法的數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中建立相應(yīng)的表。此BOM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用的是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Sever2008軟件。數(shù)據(jù)庫部分產(chǎn)品表如表1所示。

1.4 云平臺(tái)的搭建

BOM系統(tǒng)云平臺(tái)建設(shè)的設(shè)計(jì)概念是基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA），通過對物料信息發(fā)布、存儲(chǔ)和集中管理的途徑，來實(shí)現(xiàn)物料信息資源開放共享。其體系架構(gòu)由下而上分為物理層、平臺(tái)層、資源整合層、應(yīng)用層和訪問層。

要想使云計(jì)算運(yùn)用到BOM系統(tǒng)中，首先必須建立一個(gè)共享云平臺(tái)的構(gòu)架，這五個(gè)層面是構(gòu)建云平臺(tái)的基礎(chǔ)，各層之間緊密結(jié)合，互相聯(lián)系，共同建立起B(yǎng)OM系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)，然后在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上才可以通過各種途徑將云計(jì)算應(yīng)用到BOM系統(tǒng)，使其成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。

表1 product產(chǎn)品表

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能是系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵階段，是將分析和設(shè)計(jì)采取恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)的階段。基于云計(jì)算的BOM系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)把系統(tǒng)平臺(tái)布置在了網(wǎng)絡(luò)云端。企業(yè)用戶可通過虛擬化技術(shù)獲得云端資源的分配，只需在客戶終端通過網(wǎng)頁登入的方式便可對針對企業(yè)情況定制的BOM系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)操作與管理。此系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境為Windows系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用Sqlsever2008，部署采用Tomcat6.0?；谠朴?jì)算的BOM系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)模式。由云平臺(tái)管理員給定企業(yè)用戶網(wǎng)頁地址及對應(yīng)賬號即可登入BOM系統(tǒng)。

產(chǎn)品錄入模塊：在產(chǎn)品錄入模塊中，用戶只需將按要求的格式設(shè)計(jì)的包含產(chǎn)品基本信息及產(chǎn)品工藝信息的word或excel文檔批量化導(dǎo)入至BOM系統(tǒng)中，即可完成產(chǎn)品錄入的工作。

產(chǎn)品管理模塊：產(chǎn)品管理模塊由類別管理模塊、產(chǎn)品添加模塊、產(chǎn)品審核模塊組成。

（1）產(chǎn)品類別管理模塊中，用戶可對產(chǎn)品類別進(jìn)行層次的劃分，并可對每個(gè)層次的產(chǎn)品類別進(jìn)行相關(guān)的增加、刪除、修改等操作。

（2）在產(chǎn)品添加模塊中，用戶可手動(dòng)建立新的產(chǎn)品信息，還可依據(jù)相應(yīng)的銷售合同在銷售系統(tǒng)中對已完善的產(chǎn)品進(jìn)行補(bǔ)充產(chǎn)品信息操作。產(chǎn)品添加界面如圖3所示。

（3）在產(chǎn)品審核模塊中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員應(yīng)修改完善產(chǎn)品信息表中未完善信息的產(chǎn)品，與此同時(shí)審核已完善的工藝信息。零件管理模塊：零件管理模塊由零件替換模塊、零件更改模塊、零件工藝更改模塊這三個(gè)模塊組成。

（1）在零件替換模塊中，用戶可在相應(yīng)的零件代號、零件名稱、材料等信息搜索框中輸入信息來查詢用來替換的零件。在庫存中存在所需用來替換零件的情況下，按照物料ID等信息內(nèi)容查詢需替換的零部件，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。在該模塊中一次可替換多個(gè)產(chǎn)品零部件。若查詢結(jié)果不存在用來替換的零部件，則進(jìn)行申請?jiān)黾铀枇慵牟僮鳌?/p>

（2）在零件更改模塊中，用戶可在相應(yīng)的零件代號、零件名稱、材料等信息搜索框中輸入信息來查詢需修改的零件，并在零部件信息更改界面中對對應(yīng)信息進(jìn)行修改操作。

（3）在零件工藝更改模塊中，用戶可在工藝修改界面中對某一確定產(chǎn)品的某一物料的工序進(jìn)行操作，工序的操作方法是在備選的幾個(gè)工序上用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3……來標(biāo)記工藝順序。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊：產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊由產(chǎn)品基本設(shè)計(jì)模塊、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊、產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)模塊這三個(gè)模塊組成。此模塊包含了產(chǎn)品的全部設(shè)計(jì)過程。

（1）在產(chǎn)品基本設(shè)計(jì)模塊中，分兩種情況進(jìn)行產(chǎn)品信息添加操作。第一種情況：若產(chǎn)品是預(yù)投的，用戶則在產(chǎn)品添加界面上進(jìn)行產(chǎn)品基本信息添加操作；第二種情況：若產(chǎn)品是根據(jù)訂單產(chǎn)生的，并且產(chǎn)品合同內(nèi)容完整，則用戶可依據(jù)產(chǎn)品合同的基本信息對產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息進(jìn)行操作。產(chǎn)品基本信息提交如圖4所示：

圖3 產(chǎn)品添加界面

圖4 產(chǎn)品基本信息提交

（2）產(chǎn)品基本信息在提交之后，系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頁面。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面的左側(cè)樹展示產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)層次。該界面顯示每一零部件的層次劃分情況。對某一零部件的名稱進(jìn)行點(diǎn)擊操作，界面右側(cè)則會(huì)顯示其具體的信息，可在此右側(cè)界面進(jìn)行該零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作。點(diǎn)擊新建按鈕可對產(chǎn)品進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)添加操作。用戶提交產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息之后界面左側(cè)樹結(jié)構(gòu)會(huì)更新零部件序號層次。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊中，用戶還可將已完成設(shè)計(jì)的零部件裝配成產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品BOM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)將下一級的零部件配裝成上一次零部件的操作，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)已設(shè)計(jì)的零部件編輯與刪除操作。

（3）選擇某一零部件，點(diǎn)擊界面中的“工藝管理”即可進(jìn)入產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)模塊。在此模塊中可進(jìn)行設(shè)計(jì)零部件工藝信息，添加零部件工序信息，添加工序工步信息等操作。

綜合查詢模塊：綜合查詢模塊具有精確查詢和模糊查詢兩種查詢方式，用戶輸入查詢條件可查詢產(chǎn)品信息、零部件信息以及工藝信息，還可把查詢結(jié)果以excel文檔形式導(dǎo)出到本地。產(chǎn)品查詢?nèi)鐖D5所示：

數(shù)據(jù)匯總模塊：數(shù)據(jù)匯總模塊由材料明細(xì)匯總模塊和工藝明細(xì)匯總模塊這兩個(gè)子模塊構(gòu)成。

（1）在材料明細(xì)匯總模塊中，用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總操作的步驟為：首先依據(jù)產(chǎn)品圖號確定需匯總的產(chǎn)品，其次依據(jù)需匯總的物料信息查詢出該產(chǎn)品需要的材料清單，然后匯總之前查詢出的材料清單，合并相同的材料來獲取出累積產(chǎn)品物料的匯總清單。用戶可把匯總結(jié)果以excel文檔形式導(dǎo)出到本地。

（2）在工藝明細(xì)匯總模塊中，用戶能通過產(chǎn)品圖號與工作令這兩張方式來對已完善產(chǎn)品工藝信息的產(chǎn)品進(jìn)行工藝信息匯總。匯總結(jié)果包含系統(tǒng)計(jì)算得出的某一產(chǎn)品或某一工作令相對應(yīng)的產(chǎn)品組的生命周期、工時(shí)總額等信息。用戶也能在匯總結(jié)果中查詢產(chǎn)品任一工序相對應(yīng)的工步信息。

用戶管理模塊：在用戶管理模塊中，用戶可在個(gè)人信息維護(hù)界面修改自己的個(gè)人基本信息，具有管理員權(quán)限的用戶還可修改或刪除其他用戶的信息，并且還能修改一般用戶的權(quán)限。

圖5 產(chǎn)品查詢

系統(tǒng)配置模塊：在系統(tǒng)配置模塊中，云平臺(tái)管理員應(yīng)對企業(yè)用戶進(jìn)行用戶配置，如配置企業(yè)用戶的數(shù)量，配置企業(yè)用戶的登入賬號、密碼、權(quán)限等信息。云平臺(tái)管理員還可按照企業(yè)用戶的需要定制系統(tǒng)模塊。

3 系統(tǒng)的運(yùn)行分析

系統(tǒng)整合了4個(gè)4核、8G內(nèi)存的刀片式服務(wù)器，利用Hadoop技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)虛擬資源池進(jìn)行性能測試。測試時(shí)，將其中一個(gè)服務(wù)器作為主節(jié)點(diǎn)，其余三個(gè)服務(wù)器作為從節(jié)點(diǎn)，分別用不同節(jié)點(diǎn)數(shù)的服務(wù)器對資源池中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索計(jì)算。在測試中，分別利用不同節(jié)點(diǎn)數(shù)查詢10 000個(gè)物料和20 000個(gè)物料，并將其查詢時(shí)間與應(yīng)用云計(jì)算之前查詢20 000個(gè)物料的查詢時(shí)間相比較，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 集群節(jié)點(diǎn)數(shù)對查詢時(shí)間的影響

在測試結(jié)果中，查詢10 000個(gè)物料時(shí)，采用四個(gè)集群節(jié)點(diǎn)比采用單個(gè)節(jié)點(diǎn)快了95%左右，查詢20 000個(gè)物料時(shí)則快了103%，在應(yīng)用云計(jì)算之前，系統(tǒng)查詢20 000個(gè)物料需要0.9s，在應(yīng)用云計(jì)算之后采用四個(gè)集群節(jié)點(diǎn)時(shí)查詢時(shí)間則降到了0.46s。測試結(jié)果表明，隨著集群節(jié)點(diǎn)的增加，物料的查詢速度會(huì)越快，同時(shí)，隨著查詢物料量的增加效果越明顯，應(yīng)用云計(jì)算可以大幅度降低物料的查詢時(shí)間。

4 結(jié)束語

云計(jì)算產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外已經(jīng)處于快速發(fā)展的階段，云計(jì)算技術(shù)與如ERP這種信息管理軟件結(jié)合的應(yīng)用在云計(jì)算應(yīng)用中占了非常重要的比重。然而BOM系統(tǒng)是ERP系統(tǒng)的核心，其與云計(jì)算結(jié)合的研究案列卻不夠多，本文從ERP、PLM等管理軟件的角度出發(fā)，考慮到物料管理需與供應(yīng)鏈中其它流程相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云計(jì)算的BOM系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠幫助企業(yè)提高BOM設(shè)計(jì)與管理的效率，讓企業(yè)在物料維護(hù)中能夠更加精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)共享和高效地計(jì)算物料匯總等信息。

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