BOM驅(qū)動的工程變更管理

史建成，杜小東，李劍勇，劉艷輝

（西南電子設備研究所，四川 成都 610036）

工程變更是電子裝備研發(fā)制造過程中的重要活動。在電子裝備研制過程中，由于產(chǎn)品復雜、多品種、小批量且研制周期短，工程變更在產(chǎn)品的整個生命周期中是不可避免的工作，因此必須對工程變更進行有效管理，在保證工程變更影響充分評估驗證的同時，充分考慮變更數(shù)據(jù)管理的一致性和變更信息傳遞的有效性，以實現(xiàn)產(chǎn)品在研制過程中迅速響應用戶需求、更快地改進產(chǎn)品和縮短研制周期的目的。

工程變更涉及到設計、工藝、采購、生產(chǎn)、物流、售后等產(chǎn)品全生命周期的多個環(huán)節(jié)，一般需要研發(fā)、制造、物資、質(zhì)量、財務等多個專業(yè)協(xié)作來完成。工程變更的難點在于保持變更過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、變更影響分析和評估的充分性、變更信息傳播的完整性等3個方面。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性的方面，需要對產(chǎn)品數(shù)據(jù)對應的批次、版本、時效、關聯(lián)關系進行管控。王曉翠[1]對變更數(shù)據(jù)進行了深入研究，實現(xiàn)了變更數(shù)據(jù)與CAD、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)的集成，可確保整個生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性。在變更影響分析評估方面，需要對變更及其涉及的產(chǎn)品進行技術、財務、質(zhì)量、交付周期等多維度的分析，確定企業(yè)可接受的變更方案。唐敦兵等[2]基于設計結(jié)構(gòu)矩陣，建立了工程變更影響分析模型，提出對工程變更的直接與間接影響進行分析的具體方法，并結(jié)合相關的變更影響計算方法實現(xiàn)了分析工程變更影響程度的預測手段。陶芳等[3]研究了變更元素多級遞階結(jié)構(gòu)圖，清晰地表示了變更元素之間的影響范圍，同時，結(jié)合模糊層次分析法對變更任務之間相互影響的程度進行了評估。在變更信息的傳播方面，重點對變更數(shù)據(jù)分發(fā)和推送的范圍和有效性進行控制。韓健美[4]通過工程變更管理流程來保證與工程變更相關的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行正確及時傳輸?shù)较掠尾少?、運輸及線上使用跟蹤與管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上下游傳遞的單一性。方泳澤[5]等提出了基于有向圖的工程變更傳播分析方法。由于工程變更活動的復雜性，目前仍然沒有一種企業(yè)通用的工程變更流程和方法。在企業(yè)的實際應用中，工程變更造成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的前后不一致、變更影響評估不足造成的產(chǎn)品不兼容、變更傳播不全造成的漏更改等問題頻繁發(fā)生，給快速響應顧客要求和產(chǎn)品質(zhì)量帶來隱患。

本文針對上述存在的問題，提出BOM驅(qū)動的工程變更管理方法，基于工程變更的總體模型，構(gòu)建工程變更的BOM驅(qū)動控制機制，并在Windchill系統(tǒng)中進行實施驗證。

1 工程變更流程建模

1.1 工程變更總體模型

工程變更流程可分為4個階段，分別是變更申請、變更評估、變更執(zhí)行和變更實施，如圖1所示。

圖1 工程變更流程總體模型

變更申請是指針對產(chǎn)品生命周期的各個階段內(nèi)外部產(chǎn)生的變更需求，分析問題的原因，展開相應的技術驗證，制定變更方案。根據(jù)變更影響的大小，將變更申請按照變更影響從大到小分為一、二、三類。變更評估是從技術、物料、質(zhì)量、成本、計劃等多個維度對變更方案進行評估，依據(jù)評估結(jié)果確定變更的批次范圍。對于影響較小的三類更改（一般不涉及實物更改），在通過變更分類審核之后，可跳過變更評估階段，直接到變更執(zhí)行，以縮短變更周期。變更執(zhí)行是在變更方案被批準之后，依據(jù)變更方案的要求和范圍對圖紙、模型、工藝等技術文件進行更改、審核和會簽，會簽結(jié)束后進行技術文件的歸檔和升版。變更實施是依據(jù)變更方案和變更后的技術文件，對涉及到的產(chǎn)品批次進行處置。變更實施徹底與否的關鍵在于變更信息是否精確傳遞，避免因信息濫發(fā)和漏發(fā)而造成實物批次處置的不徹底。

1.2 變更申請

變更申請首先需要明確變更需求，主要包括產(chǎn)品上級總體或產(chǎn)品用戶提出更改需求、設計工藝人員或發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題的人員所提出的更改需求、生產(chǎn)改進需求提出的更改需求3種。對變更需求進行問題識別、分析、驗證后，發(fā)起變更申請。在變更申請中，一般需要對下述內(nèi)容進行描述：變更涉及的項目、變更涉及的模型號/圖號、變更原因、變更的關聯(lián)性、變更前后的內(nèi)容對比、變更的技術驗證結(jié)果、變更導致的BOM變化、變更的實物處置建議等。

1.3 變更評估

變更評估借助信息系統(tǒng)，自動查詢變更方案所涉及的產(chǎn)品及其裝入的上級產(chǎn)品、涉及批次及制造階段、涉及采購物料及庫存和供應鏈的情況、涉及到可能的成本增加和研制周期延長，從而為多維度評估提供支撐。由于變更評估工作量大且專業(yè)性強，可設置變更評估團隊進行。對于影響較大的變更申請，應觸發(fā)線上或線下的變更評審會進行評估和決策，如圖2所示。

圖2 變更評估環(huán)節(jié)

設置變更評審的觸發(fā)條件如下：

（1）涉及對2個及以上派生產(chǎn)品的更改；

（2）更改造成的成本損失大于等于一定金額；

（3）涉及已交付顧客的產(chǎn)品更改；

（4）預計延遲超過一定天數(shù)；

（5）涉及正在生產(chǎn)的產(chǎn)品超過一定批量的更改。

變更評審人應包含但不限于變更申請人、產(chǎn)品負責人代表，客戶代表、設計代表、計劃代表、質(zhì)量代表，工藝代表、制造代表、財務代表、物資代表、服務保障代表。通過變更評審會的方式，對影響較大的變更申請進行評估和控制，以避免給企業(yè)造成大的損失。其他影響較小的變更申請則由變更管理團隊內(nèi)部進行評估，以降低流程成本。

1.4 變更執(zhí)行

變更申請通常涉及到多份相關的技術文件的更改，變更申請由同一個流程發(fā)起，在變更申請被批準后，變更方案范圍內(nèi)的多個技術文件同步進行更改，變更執(zhí)行完成后，統(tǒng)一歸口進行變更實施策劃，如圖3所示。需要多份技術文件同時更改的情況主要包括：（1）電性能指標變更涉及的多個模塊組件的同步更改；（2）電子產(chǎn)品電訊模塊的更改影響到機械結(jié)構(gòu)的散熱等要求，導致機械結(jié)構(gòu)必須同步更改；（3）結(jié)構(gòu)件更改引起干涉，尤其隨著三維模型逐漸取代二維圖紙，相關的三維模型沒有同步更改，有可能導致因模型之間相互干涉而導致無法歸檔。變更實施需要在所有變更執(zhí)行任務完成之后再進行總體策劃和實施任務的分解，以保證批次技術狀態(tài)的一致性，同時將產(chǎn)品中相似的變更問題來一起處置，可提高實物處置的效率。

圖3 變更任務傳遞

1.5 變更實施

（1）變更實施人員組織。變更實施是根據(jù)變更方案和技術文件進行實物處置的過程，直接決定了技術文件變更是否能精確地落實到產(chǎn)品上。為了提高變更實施的效率和有效性，建立變更實施團隊進行實施策劃、任務分發(fā)和執(zhí)行。變更實施團隊由變更管理團隊、各生產(chǎn)車間變更員、生產(chǎn)班組構(gòu)成。其中變更管理團隊同變更評估階段，在變更實施階段負責實施任務的總體策劃和任務分發(fā)，并且對變更實施的反饋結(jié)果進行審核；各生產(chǎn)車間變更員負責該車間變更業(yè)務的協(xié)調(diào)、排程、監(jiān)督實施；實物處置人依據(jù)變更方案和技術文件對在生產(chǎn)和已入庫的半成品、成品進行處置，具體根據(jù)更改的情況，可對實物進行返工、偏離或報廢，實物處置的結(jié)果需要在信息系統(tǒng)中進行反饋，以進行任務閉環(huán)。通過上述3個層級的變更實施人員結(jié)構(gòu)，分別實現(xiàn)企業(yè)級、車間級、產(chǎn)品級的變更實施管理，避免變更實施任務的遺漏。

（2）變更實施信息系統(tǒng)。工程變更主線流程以PDM系統(tǒng)為平臺，在設計系統(tǒng)、CAPP、ERP、MES等的支撐下完成工程變更的全過程，如圖4所示。在PDM系統(tǒng)上發(fā)起變更申請，同時發(fā)出相關的任務凍結(jié)指令給ERP系統(tǒng)，在ERP上暫定相關的采購活動、凍結(jié)相應訂單，并通過MES執(zhí)行凍結(jié)活動。在變更評估階段，主要依據(jù)ERP對變更范圍、變更成本、變更對計劃進度的影響進行評估。在變更執(zhí)行階段，在設計系統(tǒng)和CAPP上更改技術文件，并在PDM上歸檔。在變更實施階段，變更有可能導致新下生產(chǎn)訂單、撤銷生產(chǎn)訂單、外協(xié)要求變化、采購要求變化、現(xiàn)有產(chǎn)品的返工等任務，上述任務在ERP中進行管理，并在MES上執(zhí)行訂單。

圖4 變更實施信息系統(tǒng)架構(gòu)

2 BOM變更驅(qū)動控制

工程變更需要在變更過程中記錄技術狀態(tài)的變更，并監(jiān)控和驅(qū)動變更執(zhí)行和實施情況，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品研發(fā)制造過程由變更引起的一系列連鎖反應的記錄和追蹤。BOM作為系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)紐帶，同時也是變更信息記錄、傳播和追蹤的有效載體。通過BOM中定義變更申請，依據(jù)BOM結(jié)構(gòu)樹支撐變更評估、執(zhí)行和實施。

工程變更一般從工程BOM發(fā)起，變更業(yè)務涉及到的BOM視圖主要包括工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實做BOM。工程BOM根據(jù)產(chǎn)品的設計要求劃分而成的結(jié)構(gòu)組成關系，工藝BOM在工程BOM的基礎上，以產(chǎn)品的工藝流程為主線可進行重構(gòu)，增加制造所需的工藝信息，如工裝夾具、輔料、工藝路線等，表達各工序的邏輯關系及其工序的物料要求。制造BOM是在工藝BOM的基礎上增加產(chǎn)品的制造任務書、批次、數(shù)量等制造任務信息，并針對具體批次、項目要求進行配置，用于指導產(chǎn)品制造的全要素和全過程。實做BOM記錄產(chǎn)品的制造過程和實際的裝配關系，以產(chǎn)品序列號或批次號構(gòu)成結(jié)構(gòu)樹，是半成品、成品的數(shù)字映射。變更信息從工程BOM開始進行連鎖式傳播，通過工藝BOM更改、制造BOM更改，最終落實到實做BOM上。

2.1 基于BOM的變更申請

在變更申請階段主要在工程BOM上定義變更需求，包括BOM的增加節(jié)點、減少節(jié)點、替換節(jié)點、結(jié)構(gòu)調(diào)整等。

2.2 基于BOM的變更評估

在變更評估階段，BOM對變更評估的支撐作用主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，通過工程BOM結(jié)構(gòu)樹及PDM的BOM數(shù)據(jù)庫，支撐變更節(jié)點在其他BOM上的共用情況來確認，如果存在共用件，需要組織用到該產(chǎn)品的所有產(chǎn)品團隊進行評估；其二，基于BOM結(jié)構(gòu)樹及其信息在工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實做BOM上的傳遞關系，識別變更影響到正在生產(chǎn)的批次、產(chǎn)品，和追溯到已裝配了變更產(chǎn)品的交付產(chǎn)品，以支撐對變更范圍的評估。涉及到交付產(chǎn)品變更的，根據(jù)變更的影響程度確定是否召回。

2.3 基于BOM的變更執(zhí)行與實施

變更執(zhí)行和變更實施在實質(zhì)上是變更數(shù)據(jù)在工程BOM、工藝BOM、制造BOM、實做BOM數(shù)字線上傳播的過程，上游EBOM變更有可能產(chǎn)生連鎖反應，導致下游工藝BOM、制造BOM隨之變更。為了保證工程變更的順利執(zhí)行，必須將變更信息傳遞至制造部門使用的制造BOM中。變更信息在BOM中的傳遞主要通過以下方法來實現(xiàn)。

（1）變更量的提取。為了快速準確地獲得工程變更的變更量，采用BOM比對算法，提高了變更量獲取的效率與準確性。采用BOM比對法對新版和舊版的BOM結(jié)構(gòu)進行比對，從而獲取產(chǎn)品的變更信息。產(chǎn)品EBOM變更主要包含物料數(shù)量的改變、物料的替換、物料的增加和物料的刪除，而PBOM變更內(nèi)容主要是改變工藝。通過對新舊EBOM的物料對比，根據(jù)兩者的差異可以得出以下3種結(jié)果：

①物料數(shù)量的變更：指某個相同的物料在單個產(chǎn)品中的數(shù)量即相對數(shù)量，在2個版本的BOM中不一樣，從而說明該物料的數(shù)量發(fā)生變更。

②物料增加：指在新版BOM結(jié)構(gòu)中存在某個物料，而在舊版BOM結(jié)構(gòu)中不存在，說明可能是增加了該物料或替換了舊版中的某個物料。

③物料刪除：指在舊版BOM結(jié)構(gòu)中存在某個物料，但在新版BOM結(jié)構(gòu)中不存在，說明該物料在變更過程中被刪除。

④結(jié)構(gòu)變化：指雖然新版與舊版的BOM相比，其物料種類、數(shù)量相同，但是樹結(jié)構(gòu)發(fā)生了變更。

PBOM變更主要是工藝方法的改變，即工藝版本號的修改。工藝方法改變是指在2個版本的PBOM結(jié)構(gòu)中，某個相同物料的工藝版本號不一樣，說明該物料的工藝方法發(fā)生變更。MBOM變更除了繼承EBOM、PBOM變更量之外，還有工藝屬性等發(fā)生變更，也可歸為工藝變更量。

應用BOM比對算法后輸出物料數(shù)量變更的集合WN，工藝變更的集合WP，增加物料的集合WI，刪除物料的集合WD，這樣4個集合之和即為產(chǎn)品變更量的總集合，為后續(xù)工程的變更信息的傳遞提供數(shù)據(jù)源。

（2）特殊節(jié)點處理。變更信息在BOM多視圖間的傳遞過程中，變更量集合中的各種類型的特殊節(jié)點有不同的處理方法，傳遞過程須對這些特殊節(jié)點進行相應的處理。系統(tǒng)自動處理變更量時，如果沒有對特殊節(jié)點進行識別和處置方法定義，則將導致系統(tǒng)卡死或者處置錯誤。

對于BOM視圖中的特殊節(jié)點識別如下：

①外協(xié)件：需定義外協(xié)屬性，生成外協(xié)任務及相應處置；

②外購件：需定義外購件屬性，生成采購任務及相應處置；

③工藝合件：識別合件下的節(jié)點是否已有生產(chǎn)任務；

④工裝：對工裝類型進行識別，不同類型分別處置；

⑤成套件：查詢各件所對應的項目及需求量，再相應處置。

（3）變更信息傳遞。工程變更信息BOM多視圖傳遞實現(xiàn)變更信息在制造企業(yè)的順利流通，如圖5所示。

圖5 變更信息在BOM上的傳遞途徑

變更信息的傳遞流程如下：

①首先從EBOM中提取變更量，啟動傳遞程序，調(diào)用EBOM到PBOM的變更信息傳遞算法，生成PBOM的變更量，PBOM的更改要經(jīng)過相關審核發(fā)布；部分變更類型信息可以不經(jīng)由EBOM直接傳遞到PBOM，如工藝變更等。

②啟動傳遞程序，調(diào)用PBOM到MBOM的變更信息傳遞算法，生成MBOM的變更量，MBOM的更改要經(jīng)過相關審核發(fā)布；部分變更類型信息可以不經(jīng)由PBOM直接傳遞到MBOM，如零部件的數(shù)量變更等。

③啟動傳遞程序，將MBOM數(shù)據(jù)傳遞到ERP，通過變更量處置算法，對變更進行處置，形成計劃變更量，并經(jīng)過計劃調(diào)度，進入生產(chǎn)執(zhí)行。查詢到實做BOM對應產(chǎn)品或批次，對實物進行變更之后，實做BOM要相應的進行升版。

3 應用驗證

本文提出的模型和方法在西南電子設備研究所的PDM系統(tǒng)中進行實施，并與CAPP、ERP、MES等信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了BOM驅(qū)動的工程變更管理。實施后的流程時間與2017年全年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間對比，可知提出變更單后至到達現(xiàn)場的時間縮短46%，得到明顯加快。在流程實施后，基于BOM實現(xiàn)了變更數(shù)據(jù)的有效傳遞，實現(xiàn)了批次級和序列號級變更狀態(tài)的管理，有效減少了變更失控的情況。

4 結(jié)語

工程變更管理是企業(yè)進行技術狀態(tài)管理的重要手段，BOM作為連接工程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)經(jīng)營的橋梁，是進行工程變更管理的主要抓手。本文研究了BOM驅(qū)動的工程變更管理方法，在工程變更總體模型的基礎上，構(gòu)建了變更信息在BOM上的傳遞方法。工程變更的實施與企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)模式有著緊密的聯(lián)系，隨著近年來制造成熟度在企業(yè)的逐步應用，制造成熟度作為產(chǎn)品研發(fā)制造模式評定的依據(jù)也逐步被認可，針對不同制造成熟度的產(chǎn)品來制定相適應的工程變更管理方法，將是企業(yè)實施工程變更的重要關注點。