以制造BOM为核心地制造实用工艺大数据管理系统

干货推荐 | 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理2017-09-28文/贾晓亮张振明田锡天许建新制造BOM可显示产品制造的阶层关系、工艺路线、工艺装备、材料等，是离散型制造企业重要的基础和生产数据。

对于制造企业信息化而言，建立以制造BOM为核心的产品数据流是一项核心工作。

本文基于对产品生命周期各阶段BOM的研究，分析了制造BOM的内涵、结构，提出以制造BOM为核心的制造工艺数据管理，并面向制造企业数据管理的需求，对以制造工艺数据为基础的制造数据管理进行了论述。

▪来源：互联网0 引言离散型制造企业在生产过程中，需要准确的产品结构、零件分类、工艺路线、工艺装备、材料定额和工时定额信息。

物料清单BOM（Bill of Material，BOM）是目前企业组织产品数据的重要形式，它可能包含产品设计信息和工艺信息等，是联系设计、工艺、生产等部门的重要纽带。

制造企业在生产中需要可显示产品制造的阶层关系、用料依据等的BOM，它是计算成本的重要基础数据。

由于BOM的复杂性，采用手工进行数据的汇总，不但费时、费力、易出错，而且很难满足应用的需求，这已成为制约企业实现信息化的瓶颈问题。

对于制造企业信息化而言，建立以BOM为核心的产品数据流是一项核心工作。

1 BOM的概念和内涵从概念上，BOM是指构成一个物料项的所有子物料项的列表。

所谓物料项是指所有在产品的制造过程中出现的物体形态实体，这些实体包括原材料、标准件、成品、零件、装配件、构型件、工装、工具和夹具等，它们是组织产品的设计、工艺、生产等所有与产品相关活动的依据。

每个物料项本质都是一个对象，具有属性和方法，属性包括产品数据的全部内容，并依赖于产品生命周期不同阶段和不同制造企业具体环境。

物料项之间的语义关系也十分丰富，如零件和数字模型及图纸的描述关系、零件和原材料间的加工关系、零件和工装夹具之间的基准依赖关系、子物料项与父物料项间的装配关系、功能相同的两个物料项间的互换关系等。

产品的生命周期过程，就是物料项依据不同的语义关系相互作用的过程。

目前，制造企业在信息化过程中分别在PDM、CAPP、ERP系统中进行BOM的管理。

实际上，制造企业的产品设计数据、工艺数据、生产数据之间具有一致性和传递性，但由于BOM的阶段性和多视图的特性，对BOM的本质及其如何组织、管理产品数据还需进行深入研究。

按照产品生命周期不同阶段对BOM进行划分，可得到不同的阶段和视图，如工程BOM（Engineering Bill of Material，EBOM）、工艺BOM（（Planning Bill of Material，PBOM）、制造BOM（Manufacturing Bill of Material，MBOM）、客户BOM（Customer Bill of Material，CBOM）等。

这些BOM分别反映了产品数据在不同时期的内容和结构，同时它们之间的数据演变和传递构成了产品数据流。

（1）EBOMEBOM是产品在工程设计阶段的BOM形式。

它主要反映产品的设计结构和物料项的设计属性。

物料项的设计属性是产品功能要求的具体体现，如重量要求、寿命要求、外观要求等。

它包含物料项的图纸信息，即物料项的原始几何信息和结构关系。

EBOM是设计部门向工艺、生产、采购等部门传递产品数据的主要形式和手段，EBOM是产品数据的源头。

（2）PBOMPBOM是产品工艺计划阶段的BOM，对于大型复杂机械产品（如飞机、汽车等）尤其重要。

大型复杂机械产品由于零部件数据庞大，构型复杂，生产形式多种多样。

因此，建立产品的工艺计划对组织产品的生产组织极其重要。

在制造过程中，PBOM的形成将设计分离面转变为工艺分离面，它对于组织工艺设计、安排生产计划、制定采购计划都具有重要的作用。

（3）MBOMMBOM是在PBOM的基础上，增加详细的工艺、材料、制造资源（工装、刀具、量具、设备等）、工时定额、材料定额信息，是详细描述产品制造过程和制造数据的基础性数据。

MBOM作为制造部门主要数据，可用于工艺设计、工艺分工、工艺管理及工艺文件的跟踪，它也是生产的依据，是ERP系统运行所需的基础数据。

MBOM的完整性和准确性对于缩短生产准备周期，协调各部门的工作具有举足轻重的作用。

（4）CBOMCBOM是在产品生产完成后，反映产品最终结构的BOM，是具有客户化构型配置的物料清单。

在CBOM中不仅表达了产品的结构，而且还包含产品零部件的备用件、配用件、专用工具等信息。

目前，也有人提出质量BOM（Quality Bill of Material，QBOM）的概念，即以零组件质量跟踪为目的的基于产品架次（或批次）管理的产品结构配置视图，用于记录、维护、查询和跟踪实际交付产品状态的数据管理。

QBOM实际上是以MBOM为基础并进行跟踪，通过MBOM实现对产品零组件状态及其质控信息的管理。

对于不同行业的制造企业，其BOM的概念和内涵虽然是一致的，但由于生产的产品及生产组织方式的不同，关于BOM的模型和管理方式会有较大的区别，尤其是对于大型复杂机械产品的BOM管理，产品生命周期内BOM的一致性维护是一个复杂的问题。

但总的来说，同一行业的制造企业，其BOM的管理思路和方式基本是一致的。

不同行业产品制造过程中各阶段BOM的关系如图1所示。

图1 产品制造过程中各阶段BOM2 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理由BOM的概念和内涵可以看出，制造BOM是制造数据管理的核心内容，制造BOM数据通常由CAPP系统产生，并为PDM、ERP、MES等系统提供一致的制造工艺数据，以保证制造工艺数据的唯一性、实时性、有效性和安全性。

以制造BOM为核心的制造工艺数据管理主要包含以下几方面的内容：（1）产品、零组件图号管理制造企业的PDM系统将传统的基于图样的管理模式转换为基于图号的管理模式，从而将工程技术状态及构型管理由事后整理模式转变为按批次/架次实现的实时动态查询管理模式，保证实际工程状态和产品构型的准确性和有效控制。

因此，制造BOM中与EBOM管理的图号实现有效的集成与共享是制造工艺数据管理的基础。

（2）PBOM管理工艺人员在EBOM基础上通过配置，将设计分离面转变为工艺分离面，增加工艺计划信息，确立产品零部件的装配顺序和装配结构，以形成PBOM，并以此为依据实现工程更改的全过程控制。

（3）EBOM到MBOM转换MBOM是以工艺分离面为基础的基于产品架次（或批次）管理制造产品结构视图，它是以EBOM和PBOM为基础的。

因此，不同阶段的BOM比较与转化技术是实现BOM多视图的关键，尤其对于大型复杂机械产品而言，其BOM的管理涉及海量数据的处理，对于数据的组织、提取需要适宜的技术手段。

制造BOM管理应实现以工艺零组件划分和装配工艺规划为核心，以产品、零组件图号映射的EBOM信息集成，并在PBOM基础上，获取各专业工艺设计的数据形成产品的MBOM。

（4）工艺设计数据MBOM要反映各专业的工艺设计数据，包括结构化工艺数据和工艺文件，结构化工艺信息的重要作用除作为MBOM重构的重要依据外，其本身还是企业的单一工艺数据源，其中，结构化工艺数据和对应的工艺文件经过映射存储在工艺数据库，它们之间的映射关系是制造工艺数据管理的一个核心内容。

（5）制造资源数据制造资源数据是制造工艺数据管理的一个重要部分，制造资源，如工装、设备、刀具等。

对于大型复杂机械产品而言其数量十分庞大，它的状态控制非常关键。

（6）工程更改数据工程更改控制是工艺系统控制数据有效性的一个瓶颈。

没有有效的工程更改控制体系，就无法保证MBOM和技术状态控制的正确性。

以制造BOM为核心的制造工艺数据管理应对工程更改进行有效的控制，包括工程更改生成控制、工程更改发放、工程更改执行，以保证产品数据在产品全生命周期过程中的协调一致。

（7）制造数据统计汇总在以制造BOM为核心的制造工艺数据管理中，有大量的统计汇总和报表输出工作，它实际是对制造工艺数据应用的直接体现，不同的部门基于MBOM 根据各自的要求获取相关的数据，并输出报表，用于生产过程。

以制造BOM为核心的制造工艺数据管理体系如图2所示。

图2 以制造BOM为核心的制造工艺数据管理3 以制造工艺数据为基础的制造数据管理对于制造企业，其数据管理包括产品设计数据管理、制造数据管理和生产经营数据管理等，其中制造数据管理是最复杂的内容。

制造数据管理包括制造工艺数据与管理、制造资源数据管理与优化配置、生产计划数据、制造过程数据（包括技术文件等）管理、业务流程数据管理等，它需要满足企业对工艺设计、制造数据管理和集成共享的要求，其中制造工艺数据是制造数据管理的基础。

由于制造BOM确定了产品、零组件的制造过程及所需的制造资源，是连接产品设计与产品制造的桥梁，而且也为ERP系统提供重要的基础数据。

实际上，很多企业在实施ERP系统时，由于对工艺数据的重要性缺少认识，根本没有考虑实施CAPP系统，因此也就无法快速有效地获取工艺数据。

目前，对制造工艺数据的组织及其与生产计划数据、制造过程数据等的集成管理研究仍落后于企业的需求，是制约企业信息化的“瓶颈”之一。

在制造企业中，需要建立以制造BOM为核心的CAPP系统应用，实现以制造工艺数据为基础的制造数据管理。

并以工艺数据库为基础，基于BOM的管理，进行各专业工艺的设计（机加、装配、钣金冲压、焊接等），并逐步形成产品的制造BOM，保证工艺数据的完整性和一致性，实现工艺数据的统一管理，为ERP 系统提供完整的工艺数据，主要包括制造资源的使用与生产技术准备数据，制造资源包括设备、工装、工作中心等生产用的基础数据；生产技术准备包括由CAPP 向ERP系统提供的包含工艺路线、材料定额、工时定额等信息的制造BOM。

基于以上的分析，面向产品生命周期管理，制造企业需要建立以制造工艺数据为基础的制造数据管理，即面向数字化的产品制造数据管理（Digital Product Manufacturing Data Management，DPMDM）。

DPMDM是以制造工艺数据管理为基础，它构成产品制造数据的五维空间模型。

DPMDM描述和定义产品生命周期（设计、分析、工艺、制造、装配、服务）的数字化过程，包含制造数据以及数据之间的相互关系，使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息。

图3为DPMDM的数据空间模型，其中，每一个维描述产品制造数据的不同阶段、不同层次、不同数据类型、不同版本和不同位置的信息及其关系。

图3 DPMDM的数据空间模型（1）产品结构层次维：以制造BOM为基础，以层次化的方法描述DPMDM 产品结构。

零件层上建立每个零件的总体信息、管理特征、材料特征、表面要求、特征信息、尺寸位置公差模型。

根据制造BOM结构关系，逐步形成组件层、部件层、产品层数据，建立完整的产品数据。