PDM与BOM管理

【导读】
BOM管理 在产品生命周期中,存在着各种面向企业不同部门、具有不同用途的BOM文件,不同的部门为了各自的目的设计、管理和使用BOM。而从单个产品的角度,各BOM的产生和使用与产品的

在产品生命周期中,存在着各种面向企业不同部门、具有不同用途的BOM文件,不同的部门为了各自的目的设计、管理和使用BOM。而从单个产品的角度,各BOM的产生和使用与产品的开发过程密切相关,每种BOM都是由产品类型、应用领域和产品的生命周期确定的。BOM多视图中最重要的是产品开发过程中的EBOM、PPBOMMBOM,这三种BOM也正是清软英泰PDM系统所管理的核心。本章介绍了BOM视图的概念和视图之间的关系。在深入分析三种最重要的BOM联系和区别的基础上,构造了BOM多视图映射模型。

 
BOM的多视图研究
1 BOM多视图的定义

从理论上讲,产品数据应包含设计、制造、装配、使用、维修和回收等各阶段的产品信息。随着产品从设计、制造、装配、使用、维修至回收的进程,产品数据逐渐趋于完整,最终形成整个产品数据模型。相应地在企业中,对于同一个产品,不同部门需要和制作的BOM不尽相同。这些BOM从不同侧面表示产品的组成形式以及相关属性项的值,最终实现对产品数据的管理和使用。

 
    下面详细介绍一下各BOM视图的定义。
    (1)设计BOM是设计部门用以描述产品设计结构的数据,包括:产品名称、产品结构、零部件的版本和有效性、物料明细表、物料汇总表、产品使用说明书以及产品的装箱清单等。其信息来源一般是设计部门提供的成套设计图纸中标题栏和明细栏信息,偶尔也涉及工艺部门编制的工艺卡片上部分信息。

   设计阶段的主要工作内容是确定产品的设计结构,即产品为实现特定的功能,需要哪些零部件,这些零部件之间的功能结构关系怎样。同时设计的内容还包括零部件的功能要求,如几何形状和尺寸、重量要求、外观要求、功能参数的要求等等。EBOM一般是在设结束时汇总产生的。EBOM常见的文本表现形式包括产品明细表、图样目录、材料定额明细表等。其对应的视图往往是产品结构树的形式,树上每个节点关联各类属性或图形信息。
 
    (2)工艺BOM是面向工艺规划的产品结构及其相关的工艺文件。企业的工艺设计部门在EBOM的基础上,对产品结构进行工艺分解,根据企业工艺装备特点,建立装配件的装配工艺和各零件的制造工艺,并确定了零部件的加工设备、工装夹具、刀具、辅具等工艺信息。PPBOM可能修改EBOM中定义的零部件装配顺序。PPBOM常见的文本表现形式为产品分单位目录等。
 
    (3)制造BOM是企业生产制造部门用来组织和管理在实际的制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件物料清单MBOM主要根据EBOM信息,结合PPBOM中对EBOM的修改信息以及零部件的工艺信息,决定零部件之间的装配关系和装配数量以及零部件和最终产品的制造方法。PBOM常见的文本表现形式为关键工序汇总表、自制件明细表、设备明细表等。

    (4)质量管理BOM(Quality BOM,QBOM)是企业的生产管理部门和质量控制部门在实际的制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件质量管理和控制信息清单,QBOM是根据产品的BOM和PPBOM对质量的要求,描述各种自制零部件、外协件以及采购件的质量要求、质量检测和质量控制标准,用来指导生产质量控制和检查。
 
    (5)成本BOM(Cost BOM,CBOM,是成本核算部门用来描述产品及零部件的最终成本信息。它是根据制造BOM中自制件、外协件和采购件的成本方面信息,追加企业的管理费用、设备折旧费用等计算出产品及零部件的最终成本。
 
    (6)采购BOM(Buying BOM,BBOM),企业的采购部门根据MBOM的零部件的外购和外协信息,制定产品的外购件、外协件的BOM清单,同时根据自制件的PPBOM中定义的原材料成材率,制定自制件的原材料采购物料BOM清单。
 
    (7)销售BOM(Sales BOM,SBOM),销售部门根据企业的销售计划和客户需求信息,确定企业的销售物料清单。销售BOM是按用户要求配置的产品结构部分,销售BOM包括最终产品和单独作为配件、备件销售的零部件等物料。
 
   
在以上的这些BOM中,各种BOM的产生和使用过程与产品的开发过程密切相关。PDM主要管理产品开发过程,EBOM、PPBOM和MBOM在PDM中产生并存储于PDM的数据库中,PDM通过其与BOM相关的功能模块进行操作和管理。
 
   
BOM之间相互关系如图3-1所示。产品设计部门用设计BOM来组织和管理从产品设计图纸中提取的数据;工艺设计部门通过工艺BOM来管理工艺文档和组织工艺的编制;产品制造部门通过制造BOM来了解制造信息和组织管理产品的生产;质量部门通过质量BOM来检查产品全生命周期中的产品质量信息,并发现和控制产品的关键质量环节来保证生产优质的产品等。

不同部门中的BOM及其相互关系

从上图可以看出,EBOM、PPBOM和MBOM是其他下游BOM的信息基础。这三者也是决定产品生命周期中BOM数据信息一致性、准确性的关键。当前企业中存在的BOM问题,其根本原因集中在没有处理好位于BOM源头的这三种最重要的BOM。下文中所提到的BOM多视图,特指PDM中管理的这三种BOM。
 




2 EBOM、PPBOM和MBOM的关系
EBOM是产品其他BOM视图的基础,工艺规划和生产制造阶段的BOM都是在EBOM的基础上实现的,因而EBOM也是最重要的BOM视图。
 
   
PPBOM和EBOM有着紧密的联系。一般简单产品的PPBOM和EBOM基本相同。对于结构或功能较为复杂的产品来说,EBOM中所描述的产品设计结构不能直接用来进行生产,产品的PPBOM和EBOM就有着很大的区别。具体表现在:产品的工艺设计为了满足生产的约束,通常会将EBOM中的物料进行分解和组合,形成新的物料,这些新物料并不在EBOM中出现;PPBOM中物料属性主要与产品的工艺相关;PPBOM中的物料关系主要反映产品实际装配关系,因此EBOM中的某些父项和子项的结构关系会被打散重新组合。

 
MBOM是通过EBOM和PPBOM转化而来,主要区别在于物料的结构关系不同。MBOM增加了很多工艺流程的节点,即中间状态的物料。此外,在成本核算方面,虽然设计和制造的最终产品看上去相同,但在购买材料、设备和人力需求方面,两种制造方法完全不同。MBOM详细描述了产品的制造过程,是企业资源规划(ERP)运算的输入信息,也是下游各BOM产生的基础。对于EBOM、PPBOM和MBOM的生成,企业中往往有着相应的系统支持,但如果职能部门之间缺少有效的合作,就会造成如图3-2所示的信息孤岛。

以BOM为核心的信息孤岛
 

连通各个信息孤岛的途径,是将EBOM、PPBOM和MBOM统一组织起来,形成以BOM为组织核心的产品数据管理。所有数据都在最新最精确信息基础上生成,保证产品开发过程中数据的一致性和准确性。通过BOM之间的数据传递,各个不同职能部门之间实现了数据共享和合作,如图3-3所示。PDM系统为这三种BOM的统一组织提供了条件和环境。

以BOM为组织核心的产品数据图
 




3视图空间及视图映射的定义
3.1视图空问

BOM视图空间是指BOM数据形成的数据空间。由于各BOM视图是由产品类型、应用领域和生命周期确定的三维空间上的关系,对应的BOM视图空间也是由这三者确定。产品BOM的数据子集,称为BOM视图。根据集合论和线性代数理论,BOM视图空间可用n维矢量空间描述,其中n代表空间中相互独立矢量的最大个数。BOM视图是基本矢量的线性组合。

 
根据BOM视图空间之间的关系,可以将其分为三种形式:(1)重叠空间:不同应用域的两个BOM视图空间,会出现视图属性重合,在重叠区域,视图属性具有相同语义(2)投影空间:一个BOM视图空间是由另一个BOM视图空间的投影空间;(3)组合空间:指一个视图空间由另外若干个视图空间组合而成。

 
3.2 BOM多视图映射
以BOM为核心的数据传递,从本质上说就是不同BOM视图的转换,是同一产品对象在不同阶段、对不同使用人员的视图关系。根据BOM视图空间的定义,BOM多视图是BOM数据在产品开发周期上不同的应用域。BOM数据在不同的域间的转换过程称为BOM视图映射。
 

产品的开发中,BOM视图映射是EBOM,PPBOM和MBOM三个视图之间的转换。在实际的应用中,由于不同产品的BOM种类、结构以及复杂度等的区别,其BOM演变过程是不一样的。总结为以下三种:
 
    (1)只存在EBOM,不存在PPBOM和MBOM。这是最简单的情况。往往产品结构十分简单,不需要工艺分解。产品的设计结构反映了制造顺序,可以直接根据设计BOM就可以安排工序和生产制造过程。
 
    (2)只存在EBOM和MBOM。这类产品的结构相较于第一种略为复杂一些,但是同样不需要进行工艺分解。不过产品的设计结构和制造顺序还存在着较大的差异,需要建立MB OM对制造过程进行安排。此外,在新产品的研制中,工艺设计过程和生产制造过程是融合在一起的,所以PPBOM和MBOM完全一致,也可以认为只有MBOM。BOM的转换过程是从EBOM转换到MBOM的过程。
 
    (3)完整的BOM形态,EBOM,PPBOM和MBOM都存在。这种情况下,产品的结构往往较为复杂,如飞机、汽车等。产品的设计结构需要先进行工艺分解才能进行生产制造,而制造结构需要重新设计。在这种情况下,BOM多视图转换是一个完整的过程,即从EBOM到PPBOM再到MBOM的过程。 

 




4 BOM多视图映射模型
本课题所针对的产品属于复杂产品的范畴,该类产品涉及多种学科技术,质量、可靠性要求高,设计、制造过程中要求所有参与部门进行紧密且目标明确的合作产品的开发过程中呈现完整的EBOM、PPBOM和MBOM形态,其BOM视图映射模型是一个从EBOM到PPBOM再到MBOM的完整的映射模型。

 
BOM视图由BOM结构关系与BOM属性两部分组成,因此BOM视图的转换也就是结构和属性两方面的转换作用。零部件的自然属性,是唯一和相对稳定的。在BOM的转换过程中,只要将其相应的自然属性转换即可。本课题中为了减少人工干预、减轻工程师的工作量,在设计BOM的数据表结构时,使得BOM自然属性中的项在转换过程中一直保持不变。因而,BOM多视图转换的难点和重点集中到视图结构的转换。

 
4.1 BOM中部件划分
在MBOM中装配关系与其在EBOM中的装配关系完全一致的部件称为继承部件。除了继承部件之外的特殊部件有]:①关键部件,在工艺分解过程中对EBOM中划分过粗的零件进行细分而生成的部件;②外协部件,本身及其所属的所有零部件都由外协加工而得,其所属零部件不出现在PPBOM中,仅在PPBOM中描述生产类型为外协加工;③虚拟部件,在EBOM中出现、在PPBOM中有定义,但在实际生产中并不制造也不存储的部件;④中间部件,在EBOM中不出现,而在实际生产中因为有工艺要求,既要制造又要存储的部件。
 

对比各BOM视图的结构可以看到,造成EBOM和PPBOM结构区别的特殊部件是关键部件和外协部件,造成PPBOM和MBOM结构区别的特殊部件是虚拟部件和中间部件。在转换过程中,不同的BOM视图对各种类型的特殊部件有不同的处理方法。作为转换难点与重点的BOM视图结构转换,其重点和难点集中在特殊部件的处理上。
 
   
 
4.2形式化视图映射模型

构成BOM的信息很多,而这里探讨的只是涉及到产品与部件、产品与零件、部件与部件、部件与零件的装配关系,即只考虑BOM的结构问题。参考一种BOM的形式化定义方法,来描述BOM的结构。进一步地,给出模型中节点的各种操作方法,论述其操作规则。在此基础上,建立BOM多视图的映射模型。
 

4.2.3多视图映射转换
对于BOM多视图映射转换,以图3-4中的产品为例,利用形式化模型的方法处理其中特殊节点的转换关系。为更清晰地表达不同视图中的节点,用E、P、M区分EBOM,PPBOM和MBOM中的零部件节点,如AE表示EBOM中的零部件A,将图3-4转化为图3-6。

BOM转换

 
图3-4描述了通过4种特殊部件的处理而实现BOM视图结构转换的过程。图中英文字母表示零部件标识,数字表示零部件相对于父件产品的装配数量。EBOM向PPBOM转换中,处理关键部件和外协部件,外协部件在PPBOM中不再出现,关键部件由工艺人员详细分解;PPBOM向MBOM转换过程中,处理虚拟部件和中间部件,虚拟部件不再出现、其子件转移到父件的位置上,添加中间部件的节点、处理装配关系信息。

BOM多视图转换的形式化建模




5实例应用
将形式化视图映射模型应用到某产品的BOM视图转换中。该产品的部分结构如图3-8所示,图a,图b,图c分别为该产品的EBOM, PPBOM和MBOM结构。

某产品的BOM多视图

在进行BOM转换时,首先需要找到特殊部件。以图3-8(a)中搜索外协部件为例:采用改进的遍历算法,首先建立临时表,将“标准型产品节点”放入临时表,遍历其下层节点,再从层次最多的部件继续往下遍历,由此最终找到所有物料类型描述为“外协部件”的节点为“调制器”、“采样电路”和“伺服放大器”,且“调制器”为父节点。同样的过程利用改进的遍历算法再寻找其他特殊部件并进行对应的处理。
 

图3-8(a)的产品结构中,电气室操作面板为关键部件,在工艺规划阶段需要对其进一步分解,以便于生产部门制造和装配,在详细的工艺分解中,细分电气室操作面板为电气操作面板罩和电气室过线孔罩。图3-8(a)中,调制器为外协部件,即其子节点采样电路和伺服放大器均为外协,在工艺和制造阶段无需考虑其内部构造,因此在PPBOM中将调制器下的子节点删除。经过处理外协部件和关键部件,产品由EBOM映射转换到PPBOM,如图3-8(b)所示。
 

图3-8(b)的产品结构中,由于在实际的生产中,根据装配和调试的需要,X机头被打散,因此并不存在X机头这一物料的形式。在产品结构中,删除X机头这一节点,并将其子件电离室放大器和控制电路放到原X机头所在的层次,以反映实际的生产结构。在探测器系统的装配过程中,其子件固体探测器模块主板和固体探测器将提前进行装配,以调试检验其性能是否符合要求,符合要求之后才会进行最后的装配。这两个子部件组成的中间部件一一探测器模块是现实存在并且在装配制造中作为一个部件出现。所以在产品结构中,增加探测器模块这一节点,将固体探测器模块主板和固体探测器这两个节点从探测器系统的节点上删除后,添加到探测器模块的节点之下。经过这样的结构变换,产品由PPBOM映射转换到MBOM,如图3-8(c)所示。

 




6本章小结
在产品的全生命周期中,存在着各种BOM视图,其中最重要的三种是EBOM、PPBOM和MBOM。这三种BOM的产生有着内在的关联,并且决定了产品开发周期的长短。本章主要工作如下:
 
   (1)介绍了BOM各视图的定义,并重点分析了EBOM、PPBOM和MBOM的联系和区别。

   (2)给出关键部件、外协部件、虚拟部件和中间部件等的定义,通过分析这些部件在BOM中的变化,描述BOM视图映射的过程。

   (3)给出BOM的形式化模型,包括节点、关系、BOM以及节点复制、增加、册除等操作的定义。

   (4)利用BOM的形式化模型及其节点操作,建立BOM的形式化视图映射模型,并应用产品实例进行分析,为该模型在系统中的实现打下基础。
 
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  • 2019-10-31 09:25
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