復雜裝備行業(yè)制造BOM在國產(chǎn)PLM平臺下的功能構(gòu)建與應用實踐

袁仕東，王 巖

（中車信息技術(shù)有限公司，北京 100039）

1 裝備制造行業(yè)中BOM的定義范圍及應用要求

物料清單（Bill of Material，BOM）是指從一個特定角度所反映出的產(chǎn)品信息，多 BOM（又稱多視圖），是指從不同側(cè)面在產(chǎn)品生命周期的不同時期對產(chǎn)品信息進行描述的形式。產(chǎn)品不同階段的 BOM 所組成的信息數(shù)據(jù)共同構(gòu)成產(chǎn)品全生命周期過程中完整的產(chǎn)品信息描述，也就是產(chǎn)品的多 BOM 或多視圖。一般情況下，產(chǎn)品生命周期中最主要的 BOM 或視圖包括設(shè)計 BOM、工藝 BOM、制造BOM、售后 BOM 和維修 BOM 等，使用產(chǎn)品多BOM管理可以使不同業(yè)務部門的人員高度共享和方便使用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，這些 BOM 形態(tài)的變化，主要包含物料屬性的變化和 BOM 結(jié)構(gòu)的變化兩大部分，以下對裝備研發(fā)制造業(yè)常用的兩種關(guān)鍵 BOM，設(shè)計 BOM 和制造 BOM 加以解釋說明。

1.1 設(shè)計 BOM 和制造 BOM 定義

（1）設(shè)計 BOM

設(shè)計 BOM（Engineering BOM，EBOM）是設(shè)計部門維護的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)品工程設(shè)計管理中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常準確地描述了產(chǎn)品的設(shè)計指標和零件與零件之間的關(guān)系，設(shè)計 BOM 下包含使用者對零部件設(shè)計屬性、設(shè)計 BOM 結(jié)構(gòu)關(guān)系、設(shè)計圖紙與零件以及技術(shù)資料與零件關(guān)系的維護，一般由產(chǎn)品設(shè)計部門根據(jù)產(chǎn)品的功能、產(chǎn)品裝配系統(tǒng)圖以及產(chǎn)品零部件三維模型或二維明細表等產(chǎn)生，用于描述產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)。其中產(chǎn)品裝配系統(tǒng)圖提供組成產(chǎn)品的零部件之間的設(shè)計裝配關(guān)系，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中還包括零部件的不同種類，如通用件、標準件、自制件、外購件和外協(xié)件等。EBOM 是工藝、制造等后續(xù)部門的其他應用系統(tǒng)所需產(chǎn)品數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。EBOM 的核心數(shù)據(jù)來源是設(shè)計圖樣中的明細表或三維模型中的結(jié)構(gòu)關(guān)系，設(shè)計 BOM 的基本形態(tài)及數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖1所示。

圖 1 設(shè)計 BOM 的基本形態(tài)及數(shù)據(jù)內(nèi)容

（2）制造BOM

制造 BOM（Manufacturing BOM，MBOM）是制造工程部門在 EBOM 基礎(chǔ)上增加了物料項的工藝流程（制造和裝配工藝）、工裝資源、原材料、半成品和輔料等信息形成的，反映了零件、裝配件和最終產(chǎn)品的制造方法和裝配順序，反映了物料在生產(chǎn)車間之間的合理流動和消失過程。通常準確地描述了產(chǎn)品的工藝指標和零件與零件之間的關(guān)系，制造 BOM 管理了使用者對工藝屬性、制造 BOM結(jié)構(gòu)關(guān)系、工藝圖紙與零件、工藝資料與零件以及工藝卡與零件關(guān)系的維護。 制造 BOM 的基本形態(tài)及數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖2所示。

1.2 設(shè)計 BOM 和制造 BOM 的關(guān)鍵場景

（1）BOM 模型

BOM 模型的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系模型，用以區(qū)分 EBOM 與MBOM 的關(guān)鍵字，當某個零部件被執(zhí)行綁定視圖的操作后，將使該零部件的結(jié)構(gòu)在不同視圖下可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上和屬性上的差異。

（2）綁定 BOM 模型

PLM 系統(tǒng)中的操作，該操作為關(guān)鍵操作，當 MBOM調(diào)整人員在 EBOM 基礎(chǔ)上調(diào)整結(jié)構(gòu)時必須執(zhí)行綁定 BOM模型的操作，當所調(diào)整的零部件被執(zhí)行該操作后，將使該零部件的結(jié)構(gòu)在不同視圖下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)差異（注：對象與BOM無關(guān)）。

（3）結(jié)構(gòu)變化

結(jié)構(gòu)的變化范圍，即結(jié)構(gòu)調(diào)整的范圍，包含零部件結(jié)構(gòu)增加、刪除子件（如類似創(chuàng)建并替換）、結(jié)構(gòu)上子件關(guān)系屬性（如數(shù)量、件號和附注等）信息的變更。

（4）結(jié)構(gòu)變化的后蔓延

約定了不同 BOM 之間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時的影響，該影響的產(chǎn)生只發(fā)生在零部件被執(zhí)行過視圖綁定。如果零部件未被執(zhí)行視圖模型綁定的操作，無論設(shè)計 BOM 下還是制造 BOM 下，都是對同一零部件結(jié)構(gòu)的更改，在兩個視圖下所看到的結(jié)構(gòu)都是同一結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化不隨視圖網(wǎng)絡(luò)自動蔓延，即當零部件被執(zhí)行了綁定視圖模型的操作以后，無論是設(shè)計視圖下 EBOM 結(jié)構(gòu)變化（調(diào)整）還是制造視圖下 MBOM 結(jié)構(gòu)變化（調(diào)整），彼此不會相互影響。

圖 2 制造 BOM 的基本形態(tài)及數(shù)據(jù)內(nèi)容

2 PLM中多BOM功能構(gòu)造

2.1 多 BOM 模型定義

一般裝備制造企業(yè)使用的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖模型如圖3所示，視圖所管理的 BOM 范圍為設(shè)計 BOM 和制造 BOM ，在模型中定義了兩個關(guān)鍵要素。

1）設(shè)計 BOM 與制造 BOM 的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系：制造 BOM產(chǎn)生的基礎(chǔ)來自于設(shè)計 BOM。

2）BOM 結(jié)構(gòu)變化的蔓延約定：當零部件綁定了視圖后其結(jié)構(gòu)增加、減少或結(jié)構(gòu)的關(guān)系屬性（如數(shù)量、件號等）在發(fā)生變更時，設(shè)計 BOM 和制造 BOM 可以相互不影響；企業(yè)可根據(jù)實際管理需要選擇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化隨視圖網(wǎng)絡(luò)自動蔓延這一功能是或否來進行約定。

圖 3 BOM 視圖模型關(guān)系定義

2.2 多 BOM 模型下權(quán)限管理

1）BOM 模型管理權(quán)限：系統(tǒng)管理員角色。

2）BOM 模型管理約定：當視圖模型已經(jīng)被零部件綁定后，不允許系統(tǒng)管理員進行視圖的“取消激活”。如果要執(zhí)行“取消激活”，必須先確認將所有綁定過的視圖的零部件取消視圖綁定。多 BOM 視圖的應用選項如圖4所示。

圖4 多BOM視圖的應用選項

2.3 多 BOM 結(jié)構(gòu)編輯的權(quán)限

1）設(shè)計 BOM 瀏覽權(quán)限：所有設(shè)計用戶、制造 BOM調(diào)整用戶，技術(shù)領(lǐng)導；

2）設(shè)計 BOM 修改權(quán)限：所有設(shè)計用戶；

3）制造 BOM 瀏覽權(quán)限：所有工藝用戶、制造 BOM調(diào)整用戶、材料定額維護人員及生產(chǎn)用戶，技術(shù)領(lǐng)導；

4）制造 BOM 修改權(quán)限：制造 BOM 調(diào)整用戶；

5）視圖綁定權(quán)限：制造 BOM 調(diào)整用戶；

6）取消視圖綁定權(quán)限：系統(tǒng)管理員；

7）設(shè)計 BOM 瀏覽權(quán)限：制造 BOM 調(diào)整用戶、材料定額維護人員；

8）設(shè)計 BOM 編輯權(quán)限：所有設(shè)計用戶、制造 BOM調(diào)整用戶。

2.4 產(chǎn)品關(guān)聯(lián)模型

使用建模工具建立產(chǎn)品與設(shè)計部件、產(chǎn)品與制造部件，產(chǎn)品和設(shè)計零部件的關(guān)聯(lián)性及約束定義界面如圖5所示，產(chǎn)品和制造部件的關(guān)聯(lián)性及約束定義界面如圖6所示。

圖 5 產(chǎn)品和設(shè)計零部件的關(guān)聯(lián)性及約束定義界面

圖6 產(chǎn)品和制造部件的關(guān)聯(lián)性及約束定義界面

產(chǎn)品與設(shè)計部件的關(guān)聯(lián)權(quán)限主要賦予設(shè)計用戶與制造BOM 用戶，關(guān)系更新權(quán)限賦予一級部件設(shè)計用戶；瀏覽權(quán)限賦予二級部件設(shè)計用戶、制造用戶。

產(chǎn)品與制造部件的關(guān)聯(lián)權(quán)限主要賦予制造 BOM 用戶與其他制造 BOM 相關(guān)的用戶，關(guān)系更新權(quán)限賦予制造BOM 用戶，瀏覽權(quán)限賦予其他與制造 BOM 相關(guān)的用戶。

2.5 視圖的關(guān)鍵設(shè)置

（1）全局產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選項

對于制造 BOM 小組人員，初次登陸系統(tǒng)，系統(tǒng)默認的是設(shè)計 BOM 環(huán)境，全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)選項如圖7所示。需要在“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”下選擇“全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)選項”，在“選擇當前視圖”中選擇“制造 BOM”，確定后再次登陸系統(tǒng)，系統(tǒng)始終默認的是工藝視圖環(huán)境。

圖7 全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)選項

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選項

制造 BOM 小組人員確認調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)打開按全局產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選項定義的視圖打開，制造 BOM 小組人員調(diào)整結(jié)構(gòu)時必須將所調(diào)整的零部件當前視圖調(diào)整到制造 BOM 狀態(tài)下。

（3）BOM 綁定

在制造 BOM 下確認需要進行結(jié)構(gòu)調(diào)整的零部件，右鍵“綁定視圖模型”。

BOM 的構(gòu)成要素包括設(shè)計 BOM 和制造 BOM 兩方面。設(shè)計 BOM 構(gòu)成要素包含零部件設(shè)計基本屬性信息、設(shè)計子父關(guān)系、數(shù)量、設(shè)計圖紙與技術(shù)文檔；制造 BOM主要構(gòu)成要素包含零部件設(shè)計與工藝基本屬性信息、工藝分工信息、裝配子父關(guān)系、數(shù)量、是否領(lǐng)料、工藝圖紙與工藝文檔、零件材料定額以及零件加工工序（流程卡）。

3 制造BOM的搭建

3.1 基本原則

1）制造 BOM 搭建始于最終產(chǎn)品，終于采購件。制造BOM 的最終葉子節(jié)點必須為采購件，其他節(jié)點都應為自制件。自制件節(jié)點可定義為實體件或虛擬件，實體件節(jié)點下達生產(chǎn)任務，并且入庫管理（或者實物不入庫但辦理入出庫手續(xù)）。

2）制造 BOM 從葉子節(jié)點到根節(jié)點的過程應反映產(chǎn)品的實際制造過程。

3）制造 BOM 中的自制件節(jié)點（非虛擬件）應有其完整的工藝路線，機加工工藝路線應涵蓋冷加工和熱加工工藝。

4）由原材料經(jīng)下料、機加工形成的零件，零件應下掛下料件，下料件下掛原材料。

5）制造 BOM 中物料的計量單位和庫存單位相同，如原材料的計量單位應為千克。

6）對于小部套組裝，如果不需要提前裝配，不需要單獨銷售和采購，組裝工時包括在總裝工藝路線中，應定義為虛擬件。

7）自制鑄件應下掛鋼水，鋼水下掛主要爐輔料。

8）原材料消耗定額應考慮鋸口、料頭、余料，不是工藝材料定額。

9）設(shè)計 BOM 中物料有子項節(jié)點，但是生產(chǎn)過程中該物料僅采購，應定義為采購件；如果既自制又外購，應定義為自制件。

10）后續(xù)系統(tǒng)，如 ERP 系統(tǒng)所需要的部分物料屬性需要由工藝活制造人員在 PLM 系統(tǒng)中進行定義，包括“制造采購件”“虛擬件”“外協(xié)標記”“取整倍數(shù)”“責任部門”和“工藝號”，部分屬性可由系統(tǒng)自動運算，部分需要手工填寫，如下列原則。

①零件類型：手工選擇資源填寫，（自制件、采購件、虛擬件和外協(xié)標記等）。②責任部門：手工選擇資源填寫，填寫該零部件的主要負責部門，如外購件填寫物資管理部，外協(xié)件填寫生產(chǎn)安全部，自制件填寫該零部件主要加工單位。所有外購物料如圓鋼、外購鍛件毛坯等，主責部門是“物料管理部”，需要集中下料的下料件主責部門為物資管理部下屬下料班組。③取整倍數(shù)：默認值為1，一般不需要更改。④材料代碼、材料規(guī)格、材料牌號、材料名稱和材料定額，這5個屬性關(guān)聯(lián)原材料時，由系統(tǒng)自動填寫。⑤領(lǐng)料標記：默認為“Y”，如果是按總額管理的材料，則為“N”。

3.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

按照工藝布局和產(chǎn)品的裝配順序，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，按照如下方式進行：

1）設(shè)計 BOM 中，部件和子件屬于同一工藝分工路線的，不需要調(diào)整，即設(shè)計 BOM 中部件下的所有子件，在同一地點裝配完成，則不需要調(diào)整結(jié)構(gòu)。

2）設(shè)計 BOM 中，如果一個部件下的子件，在裝配時，沒有直接裝配到該部件，而被裝配到其他部件下，則需要調(diào)整這個子件的位置。如該部件的父件，則需要將該子件調(diào)整到該部件的父件下，調(diào)整時，注意子件的數(shù)量。

3）對于需要調(diào)整結(jié)構(gòu)的部件，不能直接對原部件進行調(diào)整，必須使用“類似創(chuàng)建并替換”，類似創(chuàng)建一個工藝件虛擬件，以原部件圖號+“/GY01”為圖號。設(shè)計BOM 到制造 BOM 結(jié)構(gòu)變化示意如圖8所示。

圖 8 設(shè)計 BOM 到制造 BOM 結(jié)構(gòu)變化示意

3.3 展開零件到原材料

按照制造 BOM 搭建要求，生產(chǎn)制造過程中使用的原材料、毛坯和鑄鍛件等，必須在制造 BOM 中直接體現(xiàn)。根據(jù)企業(yè)工藝情況和零件類型不同，對不同類型的零件按不同原則搭建。

（1）加工件

先展開到下料件，使用零件圖號+“/X”作為代號，再展開到實際原材料； 零件直接由采購的毛坯加工，直接將毛坯連接到零件；原則上所有加工件均需要產(chǎn)生下料件，但如果該下料件由裝配現(xiàn)場直接下料，如鐵絲、軟管等現(xiàn)場切割現(xiàn)場使用的，則不需要下料件，直接將原材料關(guān)聯(lián)到零件。

（2）鑄件

外購鑄件，則在系統(tǒng)工程資源中查詢，直接關(guān)聯(lián)到零件。自制鑄件，首先展開到鑄件圖，如沒有鑄件圖，則類似創(chuàng)建鑄件毛坯（零件圖號+“/Z”），再從多種資源中找到所需的“鋼水”，連接到毛坯下。

（3）鍛件

外購鍛件毛坯則在系統(tǒng)工程資源中查詢所需要的毛坯，直接關(guān)聯(lián)到零件上即可；如有自制鍛件毛坯，則需要逐級展開到鍛件毛坯（零件圖號+“/D”）、毛坯下料件（零件圖號+“/X“）和原材料。制造 BOM 展示形態(tài)示意如圖9所示。示意見下表。

表 制造 BOM 工藝路線展開信息字段部分示意

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圖 9 制造BOM展開形態(tài)示意

3.4 展開零部件工序路線

根據(jù)零部件的加工裝配順序，參照過程卡片，對每個零件增加工序路線，按要求填寫工序名稱、工種編碼和工作中心等屬性，企業(yè)可根據(jù)實際管理需求的細化程度及下游系統(tǒng)對制造 BOM 中展開工序路線管理的實際顆粒度來進行定義和填寫。制造 BOM 工藝路線展開信息字段部分

工序路線管理的填寫原則為：

1）工藝路線反映原材料、毛坯加工成零件、零件裝配成部件或產(chǎn)品的過程。

2）工藝路線應反映零件的完整加工過程（包括冷加工工序、熱加工工序、外協(xié)工序）或裝配過程。

3）允許多個產(chǎn)品采用相同的工藝路線，工藝路線編碼為其中一個產(chǎn)品的編碼。

4）組裝過程中需要先涂漆再組裝，涂漆工藝在組裝工序中描述。

5）加工工藝路線的中間工序不辦理入庫。