基于PLM的產(chǎn)品超級(jí)BOM研究

鄭小杰 王建華 徐剛

摘? 要：為解決PLM產(chǎn)品生命周期管理中的BOM跨專(zhuān)業(yè)、跨業(yè)務(wù)協(xié)同管理問(wèn)題（即BOM數(shù)據(jù)流的快速搭建、轉(zhuǎn)換與傳遞問(wèn)題），提出一種基于超級(jí)BOM的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、工藝、生產(chǎn)模型。通過(guò)DBOM-EBOM-MBOM平臺(tái)級(jí)、模塊級(jí)和實(shí)例級(jí)的多視圖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，有效改善PLM實(shí)施和應(yīng)用中的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理、工程設(shè)計(jì)管理、工藝管理數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，同時(shí)也對(duì)物料、產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、工藝的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理提出了整體性的目標(biāo)導(dǎo)向，加強(qiáng)了各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速交付能力，降低研發(fā)成本的作用。

關(guān)鍵詞：PLM;機(jī)電軟;超級(jí)BOM;標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0129-04

Research on Product Super BOM Based on PLM

ZHENG Xiaojie1， WANG Jianhua2， XU Gang1

（1.Dongfang Electronics Co.， Ltd.， Yantai? 264000， China; 2.School of Physics and Electronic Information， Yantai University， Yantai? 264005， China）

Abstract： In order to solve the problem of cross professional and cross business collaborative management of BOM in PLM product life cycle management （i.e. the problem of rapid construction， transformation and transmission of BOM data flow）， a product design， R&D， process and production model based on super BOM is proposed. Through the multi view structure transformation of DBOM-EBOM-MBOM platform level， module level and instance level， it can effectively improve the data island problems of product development management， engineering design management and process management in the implementation and application of PLM. At the same time， it also puts forward an overall goal orientation for the enterprise standardization management of materials， products， design and technology， strengthens the standardization of various business links， promotes the enterprise to achieve rapid delivery and reduce R&D costs.

Keywords： PLM; mechanical electrical and software; super BOM; standardization

0? 引? 言

物料清單（Bill of Material， BOM）是說(shuō)明產(chǎn)品是由什么組成、各需要多少的一種技術(shù)文件，也稱(chēng)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表或者產(chǎn)品用料表，是ERP、PLM、MES等信息化研發(fā)、采購(gòu)、計(jì)劃、制造管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心數(shù)據(jù)，描述了產(chǎn)品構(gòu)成和所有要涉及的物料。在CAE設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須把用圖示表達(dá)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成某種數(shù)據(jù)格式，這種數(shù)據(jù)格式就是BOM。在實(shí)際研發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于包含機(jī)械、電氣、軟件一體化的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、研發(fā)生產(chǎn)周期長(zhǎng)的產(chǎn)品，需要多專(zhuān)業(yè)、多環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，BOM會(huì)不斷修改，由于不可避免的設(shè)計(jì)變更（如客戶需求更改、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化）和現(xiàn)場(chǎng)因素（如采購(gòu)環(huán)節(jié)、工藝環(huán)節(jié)、制造資源等）引起變更等多類(lèi)變化的影響，產(chǎn)品信息的修改會(huì)更加頻繁。這對(duì)企業(yè)整體的供應(yīng)鏈、研發(fā)鏈形成了挑戰(zhàn)，為了增強(qiáng)業(yè)務(wù)間信息溝通，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)更新，需要實(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)變更管理，進(jìn)而確保上下游BOM的數(shù)據(jù)一致性、完整性、可追溯性。

在BOM的傳遞過(guò)程中，由于企業(yè)按職能、按業(yè)務(wù)進(jìn)行分工的管理模式，出現(xiàn)了設(shè)計(jì)BOM、工程BOM、工藝BOM等獨(dú)立BOM結(jié)構(gòu)，這些BOM結(jié)構(gòu)由各單元的工具或設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式產(chǎn)生，導(dǎo)致同一個(gè)產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)、工程、工藝環(huán)節(jié)存在不同的結(jié)構(gòu)，物料也隨著遞增，往往需要人工手動(dòng)的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，造成效率低下，容錯(cuò)率低，對(duì)于快速交付造成了很大的壓力。

本文面向產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用，研究BOM的版本狀態(tài)演變，探討DBOM-EBOM-MBOM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致問(wèn)題，通過(guò)平臺(tái)化、模塊化、實(shí)例化的超級(jí)BOM配置管理，研究了機(jī)電軟產(chǎn)品的BOM多視圖的版本管理模型，設(shè)計(jì)了BOM多視圖分支的版本維護(hù)機(jī)制。最后實(shí)現(xiàn)了DBOM-EBOM-MBOM的快速結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換與傳遞，并應(yīng)用于本公司的實(shí)際開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程，很好地推動(dòng)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

1? 平臺(tái)產(chǎn)品的超級(jí)BOM結(jié)構(gòu)（DBOM）

平臺(tái)產(chǎn)品是PLM的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)，支撐產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工程設(shè)計(jì)，要求在平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程就嚴(yán)格遵循組件化、模塊化、通用化設(shè)計(jì)思想，高內(nèi)聚、低耦合的模塊能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度地技術(shù)復(fù)用，同時(shí)也對(duì)后續(xù)的采購(gòu)成本、生產(chǎn)成本、維護(hù)成本起到關(guān)鍵的降低作用。這需要從產(chǎn)品的功能需求開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解，按通用功能、個(gè)性功能或者主要功能、次要功能進(jìn)行分解，對(duì)通用或主要功能進(jìn)行必需的模塊化、通用化設(shè)計(jì)，對(duì)個(gè)性功能或次要功能進(jìn)行進(jìn)一步的匯總分類(lèi)，進(jìn)行最小功能的組件化設(shè)計(jì)，便于后續(xù)的功能擴(kuò)展與變更為基本思想。

平臺(tái)產(chǎn)品的BOM結(jié)構(gòu)依從于外部的產(chǎn)品需求，以高效率、高質(zhì)量交付為目標(biāo)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的實(shí)現(xiàn)方式，為采購(gòu)、工程設(shè)計(jì)、計(jì)劃、生產(chǎn)、維護(hù)的降低成本、提高效率，提供決定性的支撐，所以，平臺(tái)產(chǎn)品的超級(jí)BOM結(jié)構(gòu)必然是全業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的共同參與實(shí)現(xiàn)的，超級(jí)BOM結(jié)構(gòu)要體現(xiàn)可繼承性、可維護(hù)性、可復(fù)用性，同時(shí)融合各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的配套條件，如物料的變更、工藝文件的成套性、工程設(shè)計(jì)的選配等。平臺(tái)產(chǎn)品與其他業(yè)務(wù)關(guān)系如圖1所示。

這些關(guān)系有些可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范進(jìn)行固定在其他系統(tǒng)和流程中，如物料、計(jì)劃、采購(gòu)等;有些需要在平臺(tái)產(chǎn)品的配置方法表進(jìn)行衍生，如平臺(tái)工藝路線和工藝文件、工程設(shè)計(jì)選型等。

在復(fù)雜的平臺(tái)產(chǎn)品建設(shè)后，平臺(tái)產(chǎn)品的超級(jí)BOM搭建思路就會(huì)相對(duì)明確，必須考慮上下環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)銜接，平臺(tái)產(chǎn)品的前端為產(chǎn)品功能需求，在產(chǎn)品功能需求經(jīng)過(guò)評(píng)審確認(rèn)后，識(shí)別可復(fù)用的通用功能，并與通用模塊匹配，識(shí)別定制功能并規(guī)劃出定制模塊，如圖2所示。

平臺(tái)產(chǎn)品是與平臺(tái)工藝對(duì)應(yīng)的，同樣也包含平臺(tái)工藝路線、平臺(tái)工藝文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也會(huì)存在一對(duì)多或多對(duì)一的關(guān)系，甚至存在通用工藝路線升級(jí)或變更的處理方式，如圖3所示。

當(dāng)平臺(tái)產(chǎn)品的輸入—平臺(tái)產(chǎn)品功能需求定義、平臺(tái)產(chǎn)品本身—通用和定制確定、平臺(tái)產(chǎn)品的輸出—通用工藝和定制工藝確定后，平臺(tái)產(chǎn)品的總體BOM和文件就得以完整確定，進(jìn)而形成配置清單和配置字典，針對(duì)產(chǎn)品需求，制定配置方法，可以形成從平臺(tái)產(chǎn)品到產(chǎn)品的具體生成，如圖4所示。

這樣就完成了超級(jí)DBOM的建設(shè)，此時(shí)的DBOM，在業(yè)務(wù)整體建設(shè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了貫通產(chǎn)品需求和后端工藝等環(huán)節(jié)的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)完整的超級(jí)BOM及其選配方法，也實(shí)現(xiàn)配套文檔的完整性和繼承性建設(shè)。

2? 工程設(shè)計(jì)超級(jí)BOM的結(jié)構(gòu)（EBOM）

工程設(shè)計(jì)BOM的概念是承接訂單BOM，包含產(chǎn)品BOM和外購(gòu)BOM，通常直接對(duì)接ERP，BOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜且變更頻繁，通常是CAE直接讀取原理圖生成，由于外購(gòu)的存在，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)庫(kù)很龐大，在建設(shè)超級(jí)BOM時(shí)難以完全按選配方式實(shí)現(xiàn)，此時(shí)對(duì)整體的物料管理、采購(gòu)管理和生產(chǎn)管理的配套要求比較高，通過(guò)上下游環(huán)節(jié)的緊密配合，對(duì)通用自制和外購(gòu)的定義、規(guī)范、采購(gòu)和生產(chǎn)齊套性標(biāo)準(zhǔn)化，才能更好地處理選型和變更。其與訂單BOM的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。

工程設(shè)計(jì)超級(jí)BOM通常包含由平臺(tái)產(chǎn)品繼承而來(lái)的產(chǎn)品BOM，由MDM外購(gòu)物料優(yōu)選庫(kù)拉取出來(lái)的外購(gòu)BOM，完整工程設(shè)計(jì)BOM，按設(shè)計(jì)階段、自制和外購(gòu)、通用和臨時(shí)物料等分類(lèi)方式，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)超級(jí)BOM的配置清單和選型方法，在訂單BOM與工程設(shè)計(jì)BOM的完整匹配機(jī)制下，銷(xiāo)售端和用戶端的選配方式也可以直觀實(shí)現(xiàn);在制造BOM與工程設(shè)計(jì)BOM的完整匹配機(jī)制下，設(shè)計(jì)BOM和制造BOM的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，工藝路線的分類(lèi)匹配都能快速地實(shí)現(xiàn)。工程設(shè)計(jì)超級(jí)BOM及訂單BOM和制造BOM關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3? 工藝超級(jí)BOM的結(jié)構(gòu)

工藝BOM整體上分為兩類(lèi)：針對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的研發(fā)工藝BOM;針對(duì)制造的生產(chǎn)工藝BOM。生產(chǎn)工藝BOM在上述已陳述。下面的重點(diǎn)在研發(fā)工藝BOM的內(nèi)容。

研發(fā)方面的工藝是和研發(fā)過(guò)程緊密結(jié)合的，針對(duì)產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)，在制品過(guò)程中，規(guī)劃工藝路線，確定工序，也包括工裝測(cè)試等內(nèi)容。研發(fā)工藝首先應(yīng)該和平臺(tái)產(chǎn)品結(jié)合，針對(duì)平臺(tái)產(chǎn)品的通用性，設(shè)計(jì)通用的工藝路線和文藝文件，在具體產(chǎn)品的配置清單和配置方法上，也需要做工藝路線和配置與產(chǎn)品對(duì)應(yīng)，固化工藝與產(chǎn)品的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)供貨過(guò)程中，會(huì)存在大量的變更或產(chǎn)品定制，由于工藝BOM是在DBOM/EBOM之后產(chǎn)生，需要靈活快速的響應(yīng)前端BOM的變更，同時(shí)也要響應(yīng)采購(gòu)、計(jì)劃的變更，導(dǎo)致工藝BOM的變更復(fù)雜度很高。同時(shí)，工藝BOM會(huì)比產(chǎn)品BOM增加相關(guān)輔料，對(duì)比產(chǎn)品BOM的組成結(jié)構(gòu)，工藝BOM會(huì)按工序進(jìn)行BOM的重新組合分配，形成特定的工藝路線，工序卡片等內(nèi)容，綜合上面各種因素，工藝路線需要按工藝整體的規(guī)劃部署派生而來(lái)，所以工藝超級(jí)BOM的結(jié)構(gòu)必然是和整體的工藝路線緊密結(jié)合，特別是在有MES系統(tǒng)的支持下，先確定大工藝路線，然后MES規(guī)劃詳細(xì)的工藝路線，安排工序和發(fā)料計(jì)劃。所以，工藝超級(jí)BOM結(jié)構(gòu)的建立復(fù)雜度很高，衡量BOM結(jié)構(gòu)質(zhì)量不單是數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)速度，更多的是變更執(zhí)行效率。在快速交付的壓力下，制造BOM和工藝BOM的數(shù)據(jù)銜接尤為重要，兩個(gè)BOM的內(nèi)部高耦合、結(jié)構(gòu)獨(dú)立和接口明確設(shè)計(jì)也是必需的。工藝超級(jí)BOM結(jié)構(gòu)如圖7所示。

4? 超級(jí)BOM的版本管理

BOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)時(shí)，完整性、一致性、可追溯性是基本原則。

完整性是指從訂單BOM到后端的制造BOM或者服務(wù)BOM，是沒(méi)有遺漏或多余的，完整性不能保證，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)或物料的浪費(fèi)變更頻繁，尤其是需要和用戶保持暢通、充分的溝通，用戶的需求變更是影響范圍最大的，越到后端產(chǎn)生的成本越高。

一致性是指前后BOM數(shù)據(jù)是一致的，版本是一致的，強(qiáng)調(diào)版本的變更控制，要求進(jìn)行變更的影響分析，對(duì)BOM中的數(shù)據(jù)變更，要進(jìn)行從用戶需求開(kāi)始到服務(wù)的一致性驗(yàn)證工作。BOM的一致性問(wèn)題一般見(jiàn)的有以下幾類(lèi)：

（1）物料層級(jí)關(guān)系循環(huán)：在BOM中，如果存在子件中含有父件的結(jié)點(diǎn)，則構(gòu)成了父子關(guān)系循環(huán)，即循環(huán)引用。在進(jìn)行編輯BOM中零部件時(shí)，或者從其他BOM導(dǎo)入數(shù)據(jù)到當(dāng)前BOM時(shí)，都會(huì)造成循環(huán)引用。這兩種情況在本質(zhì)上相同，也都可以避免，目前的PLM系統(tǒng)已經(jīng)固化了層級(jí)關(guān)系循環(huán)驗(yàn)證邏輯。

（2）物料在演變過(guò)程中丟失：設(shè)計(jì)人員物料添加失誤，或在設(shè)計(jì)BOM中存在非虛擬部件，導(dǎo)致BOM轉(zhuǎn)換之后，在工藝BOM或制造BOM中不存在對(duì)應(yīng)的零部件，由CAE直接導(dǎo)出的BOM通常不存在，往往在定制或手動(dòng)添加時(shí)容易發(fā)生。

（3）物料數(shù)量不一致：如在BOM從前端到后面的過(guò)程中，PLM往往通過(guò)流程的審核、計(jì)劃的確認(rèn)進(jìn)行驗(yàn)證。

可追溯性是指BOM數(shù)據(jù)能夠從后端的服務(wù)追溯到中間的設(shè)計(jì)到前端的訂單。可追溯性應(yīng)該包括BOM以及對(duì)應(yīng)的圖紙、文檔，要體現(xiàn)連續(xù)性。

版本管理是PLM的基礎(chǔ)原則，也是BOM建設(shè)、超級(jí)BOM管理的基礎(chǔ)。BOM版本管理按配置管理模型，也有常見(jiàn)的三種模型：線性模型，樹(shù)狀模型和有向無(wú)環(huán)圖模型。

在機(jī)電軟復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下，軟件通常作為獨(dú)立模塊開(kāi)展工作，但其最終文檔與可行性程序應(yīng)作為BOM的一部分，與硬件版本保持一致性，其變更控制也應(yīng)遵循統(tǒng)一的BOM管理程序。

5? 結(jié)? 論

超級(jí)BOM的本質(zhì)是所有BOM視圖的標(biāo)準(zhǔn)化體現(xiàn)，更深層的是單個(gè)業(yè)務(wù)的高成熟度標(biāo)準(zhǔn)化工作，以及所有業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化整體規(guī)劃和實(shí)踐，單個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的超級(jí)BOM建設(shè)并不能體現(xiàn)超級(jí)BOM的質(zhì)量與效率的價(jià)值，需要整體上設(shè)計(jì)，前端要從產(chǎn)品需求端進(jìn)行合理分解，進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)，從用戶需求端進(jìn)行合理的供貨明細(xì)簽訂，進(jìn)行產(chǎn)品需求與用戶需求的匹配;后端在保持版本的完整性、一致性、可追溯性的基礎(chǔ)上，針對(duì)所有BOM視圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，一般要有平臺(tái)級(jí)和實(shí)例級(jí)兩個(gè)層級(jí)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，平臺(tái)級(jí)是各業(yè)務(wù)框架級(jí)的設(shè)計(jì)，是針對(duì)主要業(yè)務(wù)的整體規(guī)劃鏈接，比如針對(duì)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的主要工程、主要產(chǎn)品、主要組件進(jìn)行數(shù)字化、自動(dòng)化數(shù)據(jù)流的流轉(zhuǎn)，實(shí)例級(jí)是具體需求的體現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)例級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，基本要求是平臺(tái)的選配派生。

本次基于PLM的產(chǎn)品超級(jí)BOM轉(zhuǎn)換研究是結(jié)合PLM項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程同步研究并推動(dòng)的，所以研究的理論價(jià)值也轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用，在落地的過(guò)程中也面臨了很大的阻礙和重構(gòu)問(wèn)題。實(shí)踐證明，超級(jí)BOM的應(yīng)用一定是組織級(jí)的整體規(guī)劃推動(dòng)，也是上下結(jié)合、從主到次的逐步落地的過(guò)程，隨著業(yè)務(wù)成熟度和標(biāo)準(zhǔn)化成熟度的提升，超級(jí)BOM的應(yīng)用價(jià)值將會(huì)非常大的提升企業(yè)的研發(fā)、供貨能力，也會(huì)成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力。

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作者簡(jiǎn)介：鄭小杰（1980—），男，漢族，山東煙臺(tái)人，電氣工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：產(chǎn)品管理、配置管理、信息化等。