BOM集成技术在集成产品开发中的应用研究

BOM集成技术在集成产品开发中的应用研究为快速响应市场变化,满足客户对产品交货期、质量、价格和所提供服务等方面越来越高的要求,企业需要新的、可扩展的、具有适应能力的方法改进产品开发过程。

为实现这种变革,集成产品开发(IPD)的思想被提出,并很快应用到企业实际的产品开发中。

物料清单(BOM)在集成开发环境中不仅起着联系工程设计分系统和工业设计分系统的作用,而且起着连接工艺设计分系统和经营管理分系统的重要作用。

因此,在多系统的企业生产环境中,实现产品信息共享,解决IPD中基于BOM的系统集成问题、一致性及实效性问题就显得尤为迫切。

1 基于BOM的IPD环境集成框架IPD环境中的集成,就是对整个产品开发过程中各种开发活动所涉及的产品信息进行统一的描述和表达,在整个产品开发过程中建立并采用完整的、确定的、统一的产品信息模型,实现产品开发过程各个子系统之间产品信息的共享和交换。

信息集成和共享是企业实施IPD必须的前提条件之一。

在制造型企业中,企业是以BOM为主线组织新产品开发与生产的。

BOM是计算机可以识别的产品结构数据文件,是产品数据在整个生命周期中传递的载体。

BOM贯穿于产品概念设计、计算分析、详细设计、工艺规划、样机试制、加工制造、销售维护直至产品消亡。

新产品的开发过程同时也是产品BOM的形成、完善的过程。

在产品开发的最初阶段由设计人员生成一个具有初步轮廓的设计BOM(EBOM) 。

随着产品开发的深人,产品设计BOM也不断的完善、细化,直至新产品的设计BOM全部形成,这也标志着新产品设计工作的初步完成。

对于改型产品的开发是在原型产品BOM的基础上,对其进行修改形成新产品的BOM,作为产品生产的依据;对于全新产品,需要从建立全新的产品结构树并形成全新的BOM,然后对BOM进行完善直至新产品开发目标实现。

在新产品开发的不同阶段, BOM 有着不同的存在形式,存储在不同的系统中,包括工程BOM ( EBOM) 、工艺BOM ( PBOM ) 、成木BOM(CBOM) 、制造BOM (MBOM)等,保证集成产品开发过程中BOM信息在各个子系统交流的顺畅,可以为开发团队成员提供一个集成、统一的产品信息模型,而且还可以及时掌握产品开发进度。

可以看出在新产品开发过程中,产品信息的共享与传递以BOM (物料清单)为核心, BOM是构成产品开发全局信息的关键部分。

因此,可以建立基于BOM流动的产品信息集成框架,信息交换与流动如图1所示。

在这个框架中IPD环境中的集成问题转化为产品BOM以及与BOM相关的信息(如过程信息、物料信息)在集成产品开发环境中的各个系统、各个阶段之间的共享和传递的问题。

BOM的共享与传递建立在统一的集成产品信息模型基础之上,贯穿于整个集成产品开发过程之中。

2 IPD集成方案在集成产品开发环境中,各个系统数据结构各异,因此要实现不同系统之间的信息共享与交换,必须针对不同特点的系统设计不同的集成方案。

一般来说有封装集成、接口集成和中间件集成。

封装集成是利用集成产品开发环境中的支撑软件系统如PDM系统,封装不同的应用系统,把对象的属性和操作方法封装在定义对象中,保证对象独立于目标系统之外,使数据和操作集成于统一用户界面,用户在界面上看不到对象的属性。

封装集成通过管理其它应用系统产生的文件,调用其它应用系统来对对象进行操作。

在集成产品开发中产生的各种文件可以采用这种方案集成,典型的例子如PDM中封装的CAD应用工具等。

对于需要共享其它系统数据的系统之间的集成我们采用接口集成的方案。

接口集成把一个系统需要共享的数据模型通过一定的接口提取出来,提供给另一个系统。

接口集成有两种方式:功能接口和转换接口。

功能接口是指在同为关系型数据库系统之间,在开放数据库互连ODBC Jawa 数据库连接(JDBC)等技术的帮助下,根据系统数据模型的需求,实现系统之间数据的标准化转换。

这种集成方法具有良好的兼容性,便于配置、实施。

对于异构的数据源则通过转换接口实现集成,通过定义接口文件或程序的方式屏蔽异构数据库内部结构和未知的文件格式,提供有用的数据给用户界面。

中间件的集成方案是通过中间件实现应用之间的互相调用,来实现信息的共享和交换。

目前应用比较广泛的中间件技术是CORBA技术。

CORBA技术在客户和服务器之间增加了中间件层( broker)。

通过这一介质层,客户端的请求能智能地映射到某一服务器,使得客户/服务器之间不存在固定的偶合关系。

基于CORBA的系统被看成平等的对象,既可以请求服务也可以响应服务,通过在各个对象中编写请求代码实现对于其它对象的调用。

同时再加上CORBA本身的平台无关性,可以实现企业内各个系统之间的信息共享和交换。

3 IPD环境中产品信息集成的实现3. 1 BOM在各个系统之间的共享与交换如前所述, BOM是产品信息的重要载体,它始于开发人员在PDM中进行概念设计,终于产品生命周期的结束,历经产品开发的各个阶段。

因此,实现BOM在产品开发各个阶段的共享与交换是实现IPD的关键。

产品开发人员首先要在产品概念设计阶段形成产品概念,然后进行产品方案设计。

此时,产品开发人员在PDM中搭建产品结构树,这个产品结构树是BOM的最初形式,整个产品设计阶段都要以产品结构树为依据,要在整个的产品设计阶段共享该产品结构树。

产品设计主要在工程设计系统中完成,广义的工程设计系统包括CAD、CAPP以及PDM等。

因此,实现产品结构树的共享就是要实现其它工程设计系统与PDM中的产品结构树集成。

这种集成要求其它工程设计系统以PDM系统中产品结构树为依据,读取PDM中的产品结构树上所有节点信息。

我们在其它工程设计系统中通过定义功能接口实现产品结构信息集成,对PDM中的产品结构树采用深度优先的递归查找算法进行遍历,完成PDM系统产品结构树的信息共享。

产品设计完成后, 产品BOM信息将转换成MBOM存放在生产管理系统中指导产品制造和物资采购。

在这种转换过程中,并不是所有的BOM信息都要传递给生产管理系统,生产管理系统并不需要大量的设计信息,因此,我们要定义一定的BOM信息提取规则,基于这样的规则完成这种BOM形式的转换。

如图2所示。

在整个BOM 的流动并不是单向的,还存在着BOM信息的反馈,即BOM信息从生产管理系统传递到工程设计系统,这种BOM的逆向传递主要发生在产品设计的成本控制过程中,进行成本控制时,首先在产品设计阶段将读取新产品的EBOM作为进行新产品成本估算的原始依据,需要从EBOM中提取物料号、物料类型、图号、零件名称、数量等信息;然后从其它产品的CBOM中获取相关借用件的成本信息,进行初步材料成本计算、分析与控制;在产品试制完成后获取新产品的CBOM形成新产品最终的成本信息,系统需要从CBOM中读取零件的标准成本、建议成本、现行成本等数据,包括库存数量、库存地点其他产品的需求量等信息。

在集成产品开发过程中要考虑目前是否有所用到的物料并保证物料库存数量满足产品开发的需要。

因此,必须从生产管理系统中提取相关的资源信息,在提取时同样要以当前的产品结构树为依据。

将信息管理系统M IS和制造资源规划MRPⅡ等信息系统集成在一起,成为在IPD环境中大多数企业采取的一种方法。

PDM作为3C (CAD、CAPP、CAM)的集成平台,用计算机技术完整地描述了产品整个生命周期的数据和模型,是ERP/MIS中有关产品全部数据的来源。

CAPP是沟通产品设计工艺部部门和管理信息系统及制造资源系统之间信息传递的桥梁,使ERP/MIS从PDM集成平台自动得到所需的产品信息,如材料清单BOM等,而无需再用人工从键盘一一敲入。

因为BOM的输出与转换决定了基于BOM的系统集成框架,同时CAPP在系统集成方案中具有重要的纽带作用,其功能的实现和能否运行完全决定了整个系统的工作状况。

因而可以根据CAPP的功能模块制定制造信息系统的总体框架。

CAPP包括两个大的模块:一是完成工艺文件的管理、工艺资源管理、工艺设计过程管理、安全管理等功能;二是完成工艺文件的编辑、打印及报表输出等功能。

IPD中各系统间的BOM状态如图2所示。

3. 2 集成产品开发中信息资源的集成产品信息的集成通常有两部分组成,对产品开发过程中产生的静态数据和文档的集成以及对动态开发流程信息的集成。

产品开发过程中的流程管理主要实现产品开发过程的跟踪与控制,包括项目执行情况的反馈与监控、计划的审批与发放、任务的执行与提交、文档发放等等。

在PDM系统中具有流程管理功能,它的流程管理主要针对产品设计与修改过程,是产品开发流程管理的某一环节。

同时在其它工程设计系统中也有流程管理,这些系统的流程管理主要是对它们各自领域内的流程管理,如CAPP中的工艺规划流程管理、Project中的项目管理流程等。

从集成产品开发的角度来看,必须将这些流程信息集成起来。

这种集成主要在PDM中实现,使产品开发管理人员及时掌握产品开发进度。

流程管理一般是由一系列结点及结点之间相互关系组成,集成时PDM系统提取其它系统流程管理中关键结点的信息汇总到PDM的流程管理中,并将提取到的数据重新组织赋给相关联的结点,保证在PDM中反映整个产品开发的流程情况。

产品结构信息集成是将产品结构树上所有节点的基本信息从PDM中集成到项目管理系统中。

项目管理系统对某个新产品立项后传递给PDM系统产品的设计任务与要求, PDM系统根据这些信息搭建产品结构树。

项目管理系统将从PDM系统中读取整个产品结构树信息。

PDM与Project后台数据库管理系统同为关系型数据库,因此可以通过功能接口实现产品结构信息集成,如图3所示。

4 应用实例作者在某企业制造信息系统集成开发中,采用了基于BOM的IPD的开发方法。

通过开发新的企业信息系统以及对现有的PDM系统、CAPP系统、Project系统和产品管理(库房管理、采购管理、经营管理)系统的集成,规范了产品结构树的产品信息的组织,成功实现了企业级制造信息系统的平台统一,提高了企业的生产效率。

5 结语本文在企业实施IPD和相关企业信息化软件的支持下,经过理论的探索和实践的积累,对集成产品开发中的基于BOM的若干集成技术进行了研究和探讨,提出了基于BOM的集成框架,根据BOM的流动、转换以及各种状态对集成产品开发过程中的信息流动和共享进行分析,给出了集成的解决方案,并对集成产品开发环境中各个信息系统基于BOM的集成进行了研究和实现。