基于PLM的航天器产品数控编程管理研究与实现

2015-11-18 14:25 [PDM/PLM] 来源于：e-works

导读：物料清单（BOM）是定义产品结构的技术文件，因此，它又称为产品结构表或产品结构树，是用于表达产品结构和相关信息的一种方式。

0 前言

物料清单（Bill of Material，BOM），采用计算机辅助企业生产管理，首先要使计算机能够读出企业所制造的产品构成和所有要涉及的物料，为了便于计算机识别，必须把用图示表达的产品结构转化成某种数据格式，这种以数据格式来描述产品结构的文件就是物料清单，即是BOM。物料清单的产生是通过对产品结构及其相关对象的属性提取后得到的，因此产品结构和属性表是BOM数据的主要来源。BOM是联系工程设计和生产管理的主线，BOM具有多态性、动态性、一致性、传递性、完整性等特点。

1 BOM的三种管理模式

产品与企业管理模式不同，BOM的演变过程也会不同，主要有以下三种情况：

(1)只有EBOM，没有PBOM和MBOM：这种产品的结构最简单，不需要进行工艺分解，而且其设计结构也反映了产品的制造顺序，因此在产品的生命周期中只存在EBOM。

(2)由EBOM直接演变为MBOM：这种形态分为两种情况，一种情况是产品结构稍微复杂一些，但是设计结构不需要进行工艺分解，只是产品的制造装配顺序需要在设计结构的基础上重新建立，因此在这种产品的生命周期中存在EBOM和MBOM两种BOM；另外一种情况出现在新产品的研制生产中，此时PBOM的设计与MBOM的设计是一体的，在工艺分解的同时也进行产品工艺流程的设计，工艺分解的结果也反映了产品的制造装配结构。PBOM与MBOM在结构上是一致的，可以认为是一个MBOM，因此BOM的演变形态中只有两种：EBOM和MBOM。

(3)完整的BOM演变形态：一般这类产品的结构都比较复杂，如飞机、汽车等。产品的设计结构需要先进行工艺分解(或称工艺分工)才能进行生产制造，而制造结构又需要重新建立，因此在产品生命周期中BOM的演变呈现从EBOM到PBOM再到MBOM。

2 PDM系统中BOM的管理

2.1 PDM系统中BOM管理流程

EBOM：EBOM反映了产品的设计结构。

PBOM：PBOM反映了工艺结构，PBOM是在EBOM的基础上演变而来；材料与工时属于消耗关系原材料消耗、辅料消耗、工时消耗；刀夹量指派等。

MBOM：制造结构则由MBOM来表达（实际生产中的制造装配顺序）。而MBOM又是在PBOM的基础上演变而来。一般制造结构要比设计结构和工艺结构更加详细，层次更加复杂。只有通过制造结构，才可以准确的计算出所有物料项的需求数量和需求时间，从而为制订生产计划和采购计划提供数据依据。产品的制造装配顺序是由工艺流程来决定的。

图1 BOM管理流程示意图

2.2 BOM管理规范

2.2.1 设计BOM的步骤

① 梳理产品设计过程，如图2所示。

② 在PDM系统中创建品结构，通过查询筛选出需要重用的组件或分组件复制到相应的层次，并在产品结构中创建需要进行设计或变型的新模块，由此产生设计BOM的雏形。

③ 设计工程师接到设计任务后，在PDM中对相应的模块进行设计或变型，并将模块拆分到零件，设计完成后通过设计审批流程将模块装配图和新设计的零件图进行提交。

④ 定义各种属性，如标件、非标件等。

⑤ 生成零部件目录。零部件目录是产品结构的一种书面形式表达，主要用于向车间或其他后续部门发放。

⑥ 利用PDM自动生成各种汇总表，如借用件汇总表、专用件汇总表、外购件汇总表、标准件汇总表、关重件汇总表、维修件汇总表等。

⑦ 生成设计BOM。

图2 产品设计过程示意图

图3 工程设计过程

2.2.2 工艺BOM的步骤

① 规划工艺路线。工艺路线是指产品或零部件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库的全部工艺过程及其顺序经历的车间，也称为车间分工路线或工艺分工计划。工艺路线的规划是整个工艺设计过程的起点，是对产品或零部件加工过程的宏观安排，是实施进一步详细工艺设计的前提条件。其产生的结果是工艺路线。因为工艺路线设计属于总体工艺设计阶段，并不涉及零组件的详细工艺设计过程，简单说不会包含工序中的每个工步。工艺分工规划在整个产品或零部件的工艺准备过程中占有重要的地位，对于合理利用制造资源、平衡企业产能、保证产品质量和高质量完成产品订单具有重要的意义。

图4 工艺设计过程示意图

② 设计BOM向工艺BOM转换。由于EBOM与PBOM分别在两个部门进行编制，为了明确责权便于管理，二者需要相互独立，互不干扰；并可以通过工程变更引用新版本；工艺BOM是在设计BOM的基础上，结合工艺信息加工出来的与实际生产情况一致的物料清单，可以根据工艺要求在设计BOM的基础上增加或者减少中间件，虚拟件、原材料等，并根据生产扩展需要按生产扩展码规则给定制造扩展代码。根据总装工艺路线和来件状态，对EBOM进行重构，构建符合装配顺序和来件状态的PBOM。

2.2.3 制造BOM的步骤

① 明确中间虚拟件的划分。在实际装配过程中，在组装成EBOM中某个大的部件之前，有时要先装配出下层的几个子部件，再装配成该部件。这些子部件在EBOM中并不出现，在MBOM中必须出现，称之为中间件。有时又不会按照设计图纸上所示的组合件进行装配，则EBOM中的某些组合件在MBOM中可能不出现，称之为虚拟件。MBOM中包含装配时间因素，EBOM中不能表达若干下层的子件装成上层母件的先后顺序和时间间隔，而MBOM要反映各子件装配的提前期偏置时间，从而生成生产计划。

② 工艺BOM向制造BOM转换。生产管理部门根据制造技术部门提交的工艺BOM、工时数据及采购调拨物料目录完成工艺维护、制造BOM维护，对于未挂入BOM的备件物料，需要单独维护备件-车型对应关系；EBOM中的内容只限于图纸上表达的零件，而MBOM中包括了生产过程中的原材料、辅助材料、工装、刀具及量具等。此外，MBOM中包括自制品所需的每一种物料及其定额；每一种物料发料方式、发料库存；每一种物料在物料清单中的生效日、失效日、损耗率等。

2.2.4 BOM管理中的问题

①不同产品与产品间的设计结构不统一，降低了产品重复利用的效率。

②同一产品设计结构与明细表不统一。

③新旧编码不一致。

④拆分组合不一致。

⑤工艺设计介入的时间不明确。

⑥工艺设计没有考虑具体车间操作情况，导致出现纸上谈兵的情况。

⑦状态配置表与制造BOM没有同步维护，导致数据不吻合。

⑧虚拟件划分没有明确的标准。

⑨制造扩展代码没有明确的标准，可能导致一物多码的情况出现。

2.3 BOM的版本管理

版本有效性配置是指零部件版本的状态进行产品结构配置。一个零部件可能具有多个不同的版本，这些版本具有不同的状态，如工作状态、发放状态等。此外发放状态可能还分为设计发放和制造发放等状态。设计发放是指该零部件的结构合理性已经得到了审核和批准；制造发放是指该零部件的工艺合理性和制造合理性已经得到了审核和批准；此外可能还有多种中间状态。

在产品结构中，需要设定版本规则，确定有效版本，或者设定零部件或某个版本在某个时间段或某几个时间段有效。

不同的部门对版本的引用规则不同。通过版本规则设置，可以设定状态有效性。

时间有效性：新版本生效时间来确定零部件的哪个版本参与设计过程。

批量有效性：根据产品的批量来确定版本有效性。

状态有效性：一个零部件中的多个不同的版本通常具有不同的状态，如工作状态、正在签审、正在更改、发放等状态。此外发放状态可能还分为设计发放和制造发放等状态。设计发放是指该零部件的结构合理性已经得到了审核和批准；制造发放是指该零部件的工艺合理性和制造合理性已经得到了审核和批准；此外可能还有多种中间状态，因而需要确定配置结果中的有效状态。

2.4 产品基线管理

技术状态基线是在技术状态项目研制过程中的某一特定时刻，被正式确认并被作为今后研制、生产活动基准的技术状态文件。

一般有三种技术状态基线：功能基线、分配基线和产品基线。

功能基线：经正式确认的，用以描述装备系统或独立研制的重大技术状态项目中功能特性、接口特性和验证上述特性是否达到规定要求所需检查的文件。

分配基线：经正式确认的，用以描述技术状态项目内容的文件。从装备系统或高一层技术状态项目分配给该技术状态项目的功能特性和接口特性；技术状态项目的接口要求；附加的设计约束条件；验证上述特性是否达到规定要求所需的检查。各技术状态项目分配基线的综合，形成满足装备系统功能基线目标的技术途径。

产品基线：经正式确认的，用以描述技术状态项目内容的文件。技术状态项目所有必需的功能特性和物理特性；被指定进行生产验收试验的功能特性和物理特性，为保障技术状态项目合格所需的试验。

3 总结

（1）BOM管理的标准化

对于复杂产品制造企业来说，BOM是企业信息化建设管理的核心，也是产品数据在不同部门间准确传递、转换和开展工作的基础。设计部门针对设计BOM、工艺部门针对工艺BOM、制造部门针对制造BOM、售后部门针对维修BOM进行工作，各BOM既相互关联又有所区别，如果管理不当，则会出现设计不一致和管理混乱。因而，需要建立产品结构演进规则、设计BOM层次划分标准、设计BOM向工艺BOM转换规则、工艺BOM向制造BOM转换规则、产品基线管理规则、明细表汇总表输出等相关标准。

（2）BOM管理的模块化

模块化BOM用于由许多通用零件制成的并有多种组合的复杂产品。例如在汽车制造业，装配一辆汽车可选择不同的发动机，传动机构，车身，部件，装潢以及其它东西，不同的选择可组合成不同的最终产品。模块化方法既为顾客提供了较广的选择范围，又使零件的库存下降。在汽车及农业设备等工业上，这种方法得到了广泛的应用。当一条生产线上有许多可选特征时，就能得到许多种组合，这时就不可能在主生产计划中对它们分别预测。如果按照MRP的需要在计算机内为每一种最终产品存储一个独立的BOM。则文件记录的存储和维护费用就很大。解决这一问题的办法就是采用模块化BOM。模块化BOM按照装配最终产品的要求来组建模块。模块化的过程就是将产品分解成低层次的模块。按照这些模块进行预测就比直接对最终产品进行预测要准确。模块化可以得到两个不同目的：可以摆脱组合可选产品特征的麻烦，把通用零件与专用零件区分开来。

（3）BOM管理的一体化

在许多企业中，重建传统的BOM能大大简化主生产计划。如果订单的交货期小于产品的生产提前期，在主生产计划中就要对需求作出预测。多数企业采用两种方式组织生产，一种是备货生产，它们根据预测安排计划；另一种企业在短期内根据用户订单组织生产，其余时间根据预测安排计划。因此产品必须定义成在生产计划中可以预测的形式。显而易见，在订货生产的环境中，最终产品不是最好的预测对象。需要用一些特殊的BOM把主生产计划与某些相关零件联系起来，这些零件是在收到顾客订单之前必须得到的。用于计划的BOM执行了这一功能，它减少了预测和主生产计划中的项目数。计划BOM是根据MRP的需要，把0层的产品与BOM脱离关系，而把1层或更低层的组件提高到最终项目的地位。这样就建立起一个新的模块化的用于计划的BOM，这种BOM能适应预测主生产计划和物料需求计划的需要。制造的BOM列举出制造最终产品所必需的可选特征。它仅仅是为了满足客户选定的产品或仓库订单而把独立的模块汇总起来的BOM，这种BOM一般不直接隶属于MRP系统，而是通过总装配进度计划来定义所需要的物料，并与MRP系统结合，只要这些物料是使用MRP系统计划与提供的零件。

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