導讀：在産品全生命周期中，存在各種面對企業不同部門和用途BOM視圖，為有效地保證BOM 視圖之間的資料完整性、正确性和一緻性，提出了BOM 視圖之間的轉換方法。通過定義虛設部件、中間部件和外協部件及其處理方法，實作了設計BOM、工藝BOM 和制造BOM 之間的轉換。本文研究了産品開發階段三種主要物料清單（Bill of Materials，BOM）視圖間的演繹關系及不同BOM的定義，通過在PLM系統中的應用實作，驗證了在産品開發階段BOM視圖演繹方法的可行性。
作者：陳金文 | 來源：航宇救生裝備有限公司
0．前言
在制造型企業中，物料清單(Bill of Material，BOM)是企業産品資料管理的核心，它貫穿于概念設計、計算分析、詳細設計、工藝規劃、樣機試制、加工制造、銷售維護，直至産品消亡的各個階段，是産品資料在整個生命周期中傳遞和共享的載體，也是各應用系統之間進行資訊內建的橋梁和紐帶。産品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)作為一個貫穿産品全生命周期的、開放的、互操作的、完整的解決方案，強調對産品全生命周期内的資料和相關過程進行有效地管理和控制，其系統的建構離不開BOM的支援。在産品生命周期的不同階段。由于産品結構關系的不同，存在着各種不同的BOM。如設計BOM(Engineering BOM，EBOM)、工藝BOM(Process Planning BOM，PBOM)和制造BOM(ManufacturingBOM，MBOM)等。目前對這些BOM之間的聯系與變化，及其與其他産品資料和過程的聯系，尚缺乏深入的研究。本文針對産品開發過程中的三種主要BOM視圖：設計BOM、工藝BOM和制造BOM，在闡明各視圖間關系的基礎上提出了不同BOM視圖間的轉換方法，研究在PLM平台上實作EBOM結構樹到PBOM結構樹最後到MBOM結構樹的重構過程，并将其應用于産品結構管理中，解決産品開發過程中BOM視圖自動生成及資料內建等問題，保證BOM資料的正确性和一緻性。
1.BOM定義及産品開發階段幾種主要BOM
産品開發過程按照實作功能劃分，包括工程設計、工藝設計、生産制造等重要階段。在PLM系統應用中，根據不同階段産品結構管理的要求，将産生多種類型的BOM，從不同側面表示産品的組成形式以及相關屬性項的值，實作對産品資料的管理和使用。根據不同部門對BOM的不同需求，主要存在以下幾種BOM：設計BOM、工藝BOM和制造BOM等。主要BOM表現形式有如下幾種：
1)設計BOM (Engineering BOM，EBOM)
設計EBOM是企業産品設計部門用來組織和管理生産某種産品所需的零部件物料清單，是産品設計工程在完成産品設計後獲得的。工程設計部門應用CAD系統産生的設計資料，是産品工程設計及管理中使用的資料結構，産品設計人員根據訂單或設計要求進行産品設計，生成産品名稱、産品結構、明細表等資訊。它通常精确地描述了産品的設計名額、零部件之間的邏輯裝配關系、零部件總體資訊(名稱、代号、類型、數量、材料)、零部件形狀資訊(尺寸資訊)、零部件制造資訊(表面粗糙度、尺寸公差、精度等級、材料特性)、零部件關聯資訊(位置關系尺寸與公差)等。EBOM是設計部門向工藝、生産、采購等部門傳遞産品資料的主要形式和手段，是産品資料的源頭。
2)工藝BOM (Process planning BOM，PBOM)
工藝資料作為制造企業中設計資料、生産資料和采購資料間的紐帶，是實作企業各部門之間資訊內建與共享的關鍵。工藝BOM是企業的工藝設計部門用來組織和管理生産某種産品及其相關零部件的工藝檔案。工藝設計部門以EBOM中的資料為依據，依據工藝路線分工計劃、實際制造中的加工與裝配過程以及裝配部門對裝配件和加工件的傳遞狀态的要求，通過調整EBOM中的零部件的裝配關系、設定零部件的不同狀态，形成工藝設計過程中的虛拟件，對EBOM再設計出來的用于指導工藝工作的産品資料清單。它用于工藝設計和生産制造管理，使用它可以明确地了解零件與零件之間的制造與裝配關系，跟蹤零件制造方法、地點、人員、物料和過程資訊。PBOM是産品工藝計劃階段的BOM，建立産品的工藝計劃對組織産品的生産極其重要。對于組織工藝設計、安排生産計劃、制定采購計劃都具有重要的作用。
3)制造BOM (Manufacturing BOM，MBOM)
制造BOM是企業生産制造部門用來組織和管理在實際制造和生産管理過程中生産某種産品所需的零部件BOM。制造BOM是根據産品的設計BOM和工藝BOM制定的，它在MES和ERP中起着相當重要的作用。MBOM是在PBOM的基礎上，增加詳細的工藝、材料、制造資源(工裝、刀具、量具、裝置等)、工時定額、材料定額資訊，同時生産制造管理部門可以根據工藝部門生産的PBOM，參考工藝設計中的零件的加工步驟與裝配件的裝配步驟，更改零部件的裝配順序，是較長的描述産品制造過程和制造資料的基礎性資料。同時MBOM作為制造部門主要資料，可用于工藝設計、工藝分工、工藝管理及工藝檔案的跟蹤，是MES，ERP系統運作所需的基礎資料。MBOM的完整性和準确性對于縮短生産準備周期，協調各部門的工作具有舉足輕重的作用。
2. EBOM→PBOM→MBOM演變與重構過程
設計BOM和工藝BOM在各式各樣的BOM中，屬于最原始的BOM，它凝結了産品設計工程師和工藝工程師的創造性，其他各種BOM都是在設計BOM和工藝BOM的基礎上結合其應用領域的資訊轉換而來的。航空産品BOM重構過程中最終目的是生成MBOM以指導産品的生産。由于EBOM是源頭，PBOM、MBOM需在EBOM産品結構的基礎上進行結構調整、資訊的補充和完善，即BOM重構。具體過程如下：
1)EBOM形成：搭建産品結構EBOM，搭建自制件、标準件、外購件等，添加物料主檔案（圖号、名稱、材質、數量、機關、類别、是否關鍵件等），完善産品結構（層級關系、時效斷、替代件、可選件等）；
2)PBOM形成：繼承EBOM資訊，完善工藝資訊（如加工工序、材料定額、工作重心、加工時間、準備時間等）調整BOM結構, 除繼承EBOM物料主檔案、産品結構外，還需在物料主檔案中添加檢驗方式等；由于EBOM是按照功能對零部件關系進行劃分的，而PBOM和MBOM需要按照工作和裝配順序進行劃分，是以從EBOM到PBOM和MBOM的轉換需要按工藝過程進行調整，如将相關的原來處于同一級的零部件調整到一起，并按裝配關系形成父子關系，其中，EBOM到PBOM轉換主要是處理外協件、關鍵件；PBOM到MBOM的轉換主要是處理虛設件和工藝件；
3)MBOM的形成：繼承PBOM資訊，增加詳細的工藝、材料、制造資源(工裝、刀具、量具、裝置等)、工時定額、材料定額資訊等，建立相應的對象，使之成為BOM中的一個元素，并建立與父物料的隸屬關系，調整BOM結構，按照裝配先後關系定義層次，即上層的父件必須要其下層的子件裝配完成後才能進行；
4)資料一緻性檢查 。
具體過程如 圖1：《EBOM→PBOM→MBOM演變與重構過程》所示:
圖1：EBOM→PBOM→MBOM演變與重構過程
3.BOM多視圖 在PLM系統中的演變與重構方案實作
3.1方案概述
BOM多視圖在PLM系統中的演變與重構方案的理論基礎是單一資料源，是基于PLM 系統在産品資料統一管理的基礎上，以零部件為核心，以産品結構樹為主線組織多種産品結構視圖，将産品全生命周期的各種業務相關的産品資料與零部件關聯起來，形成對産品結構的完整描述。即基于BOM的方式将相關的産品資料邏輯地組織在一起,為相關應用提供一緻的、最新的、完整的、無備援的和可靠的産品資料，并通過預先設定的篩選條件，從PLM系統的衆多配置選項（參數）中進行選擇，每種配置資訊是與具體的零部件進行關聯的，再将配置好的産品結構存于一個背景資料表中，最後按照不同的條件選擇各自的資料，最終形成差異化的、不同的産品結構視角BOM 視圖呈現給不同使用者。PLM系統提供産品視圖管理中心功能,不同視圖之間的轉換通過視圖轉換工具實作。PLM系統對BOM視圖中的部件/零件間的聯系的描述是通過父子層次關系表達的，即每一個零件都隸屬于某一部件，屬于該部件的子件。BOM視圖的轉換從數學模型上，就是對原有的父子層次關系進行重新配置設定和建立的結果。下遊BOM的産生與上遊BOM資料有關，是經過上遊BOM施加一定的領域屬性轉換而來的。BOM的轉換本質上也就是其視圖的轉換，是同一産品對象在不同階段、對不同使用人員的視圖關系。BOM視圖可由BOM結構關系與BOM屬性兩部分組成，BOM視圖的轉換也就是結構和屬性兩方面轉換作用的結果，在轉換過程中，将設計BOM、工藝BOM、制造BOM作為産品結構在産品開發不同階段的三個版本，BOM結構轉換就是根據已有BOM視圖版本生成新版本的過程。
3.2關鍵技術
1)BOM多視圖技術：不同的BOM所組成的資訊體共同構成産品全生命周期内完整的資訊描述, 不同的BOM實際上是這個完整資訊在不同職能面的投影, 這就是BOM 的多視圖，也就是說BOM的多視圖是不同的使用者、部門對本體和從體的選擇和定義，不管BOM 的内容如何變化,BOM 都包含兩個最基本的部分: 一個是BOM所需要反映的對象, 另一部分是這些對象的屬性或者與之相關的對象的關系，前者為BOM 的本體, 後者為BOM的從體。
2)不同視圖BOM結構之間的重構技術：PLM平台提供不同視圖産品結構之間的重構工具，使得基于某一個視圖的BOM結構，友善地調整為另一個視圖的BOM結構，在重構過程中還能輸入該視圖零元件對象所需要的屬性資訊。例如工藝人員基于EBOM結構，根據産品的制造規劃、制造資源組織重構形成MBOM結構，在重構過程中輸入材料定額、工藝路線等資訊。此外，平台還将支援在3D可視化環境下進行直覺的EBOM、MBOM重構和管理工作。
3)多個BOM視圖之間産品結構符合性的驗證能力：對多個視圖BOM結構之間（例如EBOM和MBOM之間）中包括的零件進行種類、全機數量等進行比對，確定視圖重構的正确性，避免重構時的零件遺漏。
4)上遊視圖BOM的更改結果向下遊視圖BOM的自動傳遞技術：可在平台中設定不同視圖之間的等同件（即兩個視圖産品結構中的不同節點代表同一個零元件），當上遊視圖BOM中的零元件發生工程更改時，系統自動提醒需要對下遊視圖的相應零元件進行相關更改，或與上遊視圖BOM的更改結果進行同步。
3.3轉換算法及特殊部件處理
不同的BOM視圖對各種類型的特殊部件有不同的處理方法，處理方法具體分四種（增加、删除、調整和分解），具體見圖2：《BOM結構轉換算法示意圖》，是以BOM視圖結構轉換工作主要集中在對特殊部件的處理上。對比各種BOM視圖結構，造成設計BOM和工藝BOM異構的特殊部件主要有關鍵件和外協件，造成工藝BOM和制造BOM之間異構的特殊部件主要有虛設件和工藝件。上述各種特殊部件定義如下：
關鍵件：考慮工藝分離面等原因，在工藝分解過程中需要對設計BOM中劃分過粗的零件進行細化而生成的部件。
外協件：本身及其所屬的所有零部件都需外協加工的部件。其所屬零部件不會出現在工藝BOM中。
虛設件：在設計BOM中出現，在工藝BOM中有定義，但在實際生産中并不制造，也不存儲的部件，在制造BOM中會删除虛設件。通過處理虛設件，可以使制造工作并行化，進而在資源充足的情況下有效利用資源。
工藝件：在設計BOM中不出現，而在實際生産中因為工藝要求，既要制造又要存儲的部件。在制造BOM中會添加工藝件，同時工藝BOM中某些零部件會降級成為工藝件的下級子件，這些零部件在工藝BOM中稱為工藝子件。通過處理工藝子件，可以使制造工作串行化，進而在資源有限的情況下節約利用資源。
圖2：BOM結構轉換算法示意圖
4. 方案的具體實踐
航空工業XX公司采用的PLM系統為PTC公司的Windchill系統，PTC認為BOM使用Bill of Information，或者Product Structure的表達要更合适。Windchill中提供完備的視圖功能，包括：需求視圖、功能視圖、設計視圖、工程視圖、仿真測試視圖、制造視圖、售後服務視圖、成本視圖等，不再一一贅述。企業各個職能部門可以梳理各部門對于BOM資訊的依賴關系，以及BOM的建立和修改流程，接着利用視圖功能，把其中某個視圖作為基礎視圖，并且定義各個視圖之間的上下遊關系，在建立了視圖關聯之後，Windchill可以輔助企業對于這些視圖之間的追溯、變更提醒、比較、以及關聯。同時，該系統具備圖形化的BOM視圖編輯工具，即産品結構管理PSE子產品（Product Structure Editor），可以通過該子產品實作BOM視圖的建立、編輯、流覽功能。該子產品不僅可以對系列産品的配置進行管理，還能友善的對産品結構視圖，即BOM進行處理。處理方式通常有以下兩種：
1)直接根據設計BOM産生一個與設計BOM結構完全相同的其它BOM視圖，但産生出來的新BOM視圖用另外的資料存儲其結構資訊，而不在依賴于零部件對象中的明細表。生成新的BOM視圖結構後，再可以手工編輯該結構，例如在裝配BOM增加裝配過渡件，并調整裝配結構關系。對該結構的編輯不影響原來的設計BOM。
2)是預先定制一個規則，根據規則在設計BOM的基礎上自動生成一個與設計BOM結構不同的其它BOM視圖，生成之後也能繼續手工編輯調整。例如，從設計BOM生成采購BOM，其規則相當于一個外購件彙總；從設計BOM生成制造BOM，其規則是根據零部件的工藝路線把零件制造過程中的毛坯和半成品展開到結構中。
現以Windchill系統中EBOM->PBOM->MBOM為例，闡述BOM視圖轉換方案的實作。
4.1EBOM向PBOM轉換
EBOM向PBOM轉換主要處理外協件、外購件、關鍵件，主要是減去外協件、外購件，增加工藝元件等。工藝管理部門在EBOM基礎上，根據工藝技術标準規範、品質管理體系、以及設計部門對于工藝的需求、工廠的實際加工能力、加工與裝配限制以及零元件傳遞要求，對于産品零元件進行工藝分工，進而對于EBOM進行一定的修改，來建構産品的PBOM。這種修改不僅包括對零元件數量的修改、虛設件的去除、産品工藝屬性的分類(标準件、自制件、成件、外協件等)，同時包括對EBOM中定義的結構關系的修改。結構關系的修改主要展現為PBOM中的工藝元件的添加。具體方法如下：
1)産品結構調整。将EBOM中的産品結構映射到PBOM結構中，對EBOM中零元件結構關系按照生産組織要求進行局部調整。依據零部件在實際制造中的要求，通過EBOM中添加虛拟零部件（在設計BOM中出現，但在實際生産中并不制造的零部件）、中間零部件（在設計BOM中不出現，但在實際生産中因為工藝要求，既要制造的零部件）、工藝合件（因裝置、材料、工藝性等因素将一個零件分開制造或多個零件合并制造），實作零部件的裝配關系調整。
2)工藝分工。工藝分工是統籌規劃的過程，即根據資源配置狀況将零元件的加工和裝配任務分别發放到比對的部門，合理有效的調配資源。PBOM重構過程目的是根據企業生産布局來合理配置設定零元件生産任務，根據工藝分離面（工藝分離面是根據裝配要求進行的産品結構劃分）劃分出來的零元件之間的包含關系來管理這些零元件，并确定零元件的流轉路線。在進行工藝分離面劃分時應合理配置設定元件、分元件的裝配工作量，減少産品總裝的工作量。
3)資料一緻性檢查。PBOM重構完成後與EBOM進行資料一緻性檢查，檢查是否存在遺漏的資料項，分析兩者差異是否合理。詳細過程見圖3：《EBOM向PBOM轉換》
圖3：EBOM向PBOM轉換
4.2PBOM向MBOM轉換
PBOM向MBOM轉換主要處理虛設件和工藝件，MBOM在PBOM基礎上，根據制造需求、技術和品質标準、工廠生産現狀，添加工藝過程、工時、工裝、物料和工藝組合件等資訊，轉化成為MBOM，具體過程如下
1)劃分裝配單元。裝配單元劃分是根據生産的裝配層次要求劃分為産品、部件、元件和分元件的過程。進行裝配單元劃分時應該考慮到産品的結構組成，工藝上的開敞性，是否有利于裝配接口的協調，以及是否有利于減少總裝階段的工作量等。在實踐過程中，要根據具體的要求和以往的經驗等，權衡主次，以求得合理劃分裝配單元劃分的途徑。
2)劃分生産單元。生産單元是裝配工藝編制群組織生産的最小組成。針對每個裝配單元再細分為若幹個生産單元，确定生産單元中需參加裝配的零元件。
3)建構工藝流程樹。工藝流程樹用于規定産品加工、裝配、檢測和調試等工藝順序。首先按照産品裝配單元和生産單元結構關系，确定各裝配單元的裝配層次，形成裝配單元結構樹；然後按照裝配順序，确定裝配層次，形成關系結構樹。裝配單元結構樹和裝配關系結構樹關聯形成工藝流程結構樹。
4)确定制造資源。工藝流程樹建構完畢後，根據工藝流程确定每道工序生産所需要的制造資源，如材料、工裝、刀具、量具和裝置等。
5)添加工藝資訊。為明确流程單元的制造/裝配分工以及互相關系，還需要編制工藝規程，形成詳細的工藝内容、工時定額和材料定額資訊，送出工裝申請等生産用工藝資訊。
6)資料一緻性檢查。MBOM重構完成後與PBOM進行資料一緻性檢查，重點檢查是否存在遺漏的資料項，分析兩者差異是否合理。詳細過程見圖4：《PBOM向MBOM轉換》
圖4：PBOM向MBOM轉換
5.結論
本文通過分析、定義PLM中各個不同階段的BOM形态，主要讨論了産品開發階段三種重要BOM視圖間的演繹關系，明确闡述了BOM之間的轉化與演進過程, 通過對BOM多視圖、重構技術的研究與分析，總結了BOM視圖演繹的規律和多視圖的實作方法，并結合實踐提供了一種在PLM系統中實作多視圖轉換、管理的機制，為進一步推廣到産品生命周期其它階段的BOM演繹提供參考，以解決産品生命周期各階段的BOM視圖自動生成及資料內建等問題。文中所給出的由設計BOM到工藝BOM進而到制造BOM轉換技術在商品化PLM系統Windchill中的應用實作，為PLM系統中的産品結構管理功能在企業中的應用提供了可供參考的方法和步驟.這不僅使産品在這個生命周期過程中有完整、準确的資料依據,也可以在後續生産中識别産品生産中問題發生的來源等過程資訊,對完善企業的資訊流通具有重要意義。