探索中国CIO人才现状 | 第三季调研报告
以制造BOM为核心的制造工艺数据管理研究
2016-08-16  来源:e-works

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)EBOM

EBOM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)PBOM

PBOM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)MBOM

MBOM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)CBOM

CBOM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BOM

2 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。

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