以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理
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1、干貨推薦 | 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理 2017-09-28 文/賈曉亮 張振明 田錫天 許建新 導(dǎo)讀 制造BOM可顯示產(chǎn)品制造的階層關(guān)系、工藝路線、工藝裝備、材料等,是離散型制造企業(yè)重要的基礎(chǔ)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。對于制造企業(yè)信息化而言,建立以制造BOM為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是一項核心工作。本文基于對產(chǎn)品生命周期各階段BOM的研究,分析了制造BOM的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu),提出以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理,并面向制造企業(yè)數(shù)據(jù)管理的需求,對以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理進行了論述。 來源:互聯(lián)網(wǎng) 0 引言 離散型制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中,需要準確的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零件分類
2、、工藝路線、工藝裝備、材料定額和工時定額信息。物料清單BOM(Bill of Material,BOM)是目前企業(yè)組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要形式,它可能包含產(chǎn)品設(shè)計信息和工藝信息等,是聯(lián)系設(shè)計、工藝、生產(chǎn)等部門的重要紐帶。制造企業(yè)在生產(chǎn)中需要可顯示產(chǎn)品制造的階層關(guān)系、用料依據(jù)等的BOM,它是計算成本的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于BOM的復(fù)雜性,采用手工進行數(shù)據(jù)的匯總,不但費時、費力、易出錯,而且很難滿足應(yīng)用的需求,這已成為制約企業(yè)實現(xiàn)信息化的瓶頸問題。對于制造企業(yè)信息化而言,建立以BOM為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是一項核心工作。 1 BOM的概念和內(nèi)涵 從概念上,BOM是指構(gòu)成一個物料項的所有子物料項的列
3、表。所謂物料項是指所有在產(chǎn)品的制造過程中出現(xiàn)的物體形態(tài)實體,這些實體包括原材料、標準件、成品、零件、裝配件、構(gòu)型件、工裝、工具和夾具等,它們是組織產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)等所有與產(chǎn)品相關(guān)活動的依據(jù)。每個物料項本質(zhì)都是一個對象,具有屬性和方法,屬性包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全部內(nèi)容,并依賴于產(chǎn)品生命周期不同階段和不同制造企業(yè)具體環(huán)境。物料項之間的語義關(guān)系也十分豐富,如零件和數(shù)字模型及圖紙的描述關(guān)系、零件和原材料間的加工關(guān)系、零件和工裝夾具之間的基準依賴關(guān)系、子物料項與父物料項間的裝配關(guān)系、功能相同的兩個物料項間的互換關(guān)系等。產(chǎn)品的生命周期過程,就是物料項依據(jù)不同的語義關(guān)系相互作用的過程。 目前,制造企業(yè)在
4、信息化過程中分別在PDM、CAPP、ERP系統(tǒng)中進行BOM的管理。實際上,制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間具有一致性和傳遞性,但由于BOM的階段性和多視圖的特性,對BOM的本質(zhì)及其如何組織、管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)還需進行深入研究。按照產(chǎn)品生命周期不同階段對BOM進行劃分,可得到不同的階段和視圖,如工程BOM(Engineering Bill of Material,EBOM)、工藝BOM((Planning Bill of Material,PBOM)、制造BOM(Manufacturing Bill of Material,MBOM)、客戶BOM(Customer Bill of Mat
5、erial,CBOM)等。這些BOM分別反映了產(chǎn)品數(shù)據(jù)在不同時期的內(nèi)容和結(jié)構(gòu),同時它們之間的數(shù)據(jù)演變和傳遞構(gòu)成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)流。 (1)EBOM EBOM是產(chǎn)品在工程設(shè)計階段的BOM形式。它主要反映產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)和物料項的設(shè)計屬性。物料項的設(shè)計屬性是產(chǎn)品功能要求的具體體現(xiàn),如重量要求、壽命要求、外觀要求等。它包含物料項的圖紙信息,即物料項的原始幾何信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系。EBOM是設(shè)計部門向工藝、生產(chǎn)、采購等部門傳遞產(chǎn)品數(shù)據(jù)的主要形式和手段,EBOM是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭。 (2)PBOM PBOM是產(chǎn)品工藝計劃階段的BOM,對于大型復(fù)雜機械產(chǎn)品(如飛機、汽車等)尤其重要。大型復(fù)雜機械產(chǎn)品由于零部件
6、數(shù)據(jù)龐大,構(gòu)型復(fù)雜,生產(chǎn)形式多種多樣。因此,建立產(chǎn)品的工藝計劃對組織產(chǎn)品的生產(chǎn)組織極其重要。在制造過程中,PBOM的形成將設(shè)計分離面轉(zhuǎn)變?yōu)楣に嚪蛛x面,它對于組織工藝設(shè)計、安排生產(chǎn)計劃、制定采購計劃都具有重要的作用。 (3)MBOM MBOM是在PBOM的基礎(chǔ)上,增加詳細的工藝、材料、制造資源(工裝、刀具、量具、設(shè)備等)、工時定額、材料定額信息,是詳細描述產(chǎn)品制造過程和制造數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。MBOM作為制造部門主要數(shù)據(jù),可用于工藝設(shè)計、工藝分工、工藝管理及工藝文件的跟蹤,它也是生產(chǎn)的依據(jù),是ERP系統(tǒng)運行所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。MBOM的完整性和準確性對于縮短生產(chǎn)準備周期,協(xié)調(diào)各部門的工作具有舉足
7、輕重的作用。 (4)CBOM CBOM是在產(chǎn)品生產(chǎn)完成后,反映產(chǎn)品最終結(jié)構(gòu)的BOM,是具有客戶化構(gòu)型配置的物料清單。在CBOM中不僅表達了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),而且還包含產(chǎn)品零部件的備用件、配用件、專用工具等信息。 目前,也有人提出質(zhì)量BOM(Quality Bill of Material,QBOM)的概念,即以零組件質(zhì)量跟蹤為目的的基于產(chǎn)品架次(或批次)管理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置視圖,用于記錄、維護、查詢和跟蹤實際交付產(chǎn)品狀態(tài)的數(shù)據(jù)管理。QBOM實際上是以MBOM為基礎(chǔ)并進行跟蹤,通過MBOM實現(xiàn)對產(chǎn)品零組件狀態(tài)及其質(zhì)控信息的管理。 對于不同行業(yè)的制造企業(yè),其BOM的概念和內(nèi)涵雖然是一致的,但
8、由于生產(chǎn)的產(chǎn)品及生產(chǎn)組織方式的不同,關(guān)于BOM的模型和管理方式會有較大的區(qū)別,尤其是對于大型復(fù)雜機械產(chǎn)品的BOM管理,產(chǎn)品生命周期內(nèi)BOM的一致性維護是一個復(fù)雜的問題。但總的來說,同一行業(yè)的制造企業(yè),其BOM的管理思路和方式基本是一致的。不同行業(yè)產(chǎn)品制造過程中各階段BOM的關(guān)系如圖1所示。 圖1 產(chǎn)品制造過程中各階段BOM 2 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理 由BOM的概念和內(nèi)涵可以看出,制造BOM是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容,制造BOM數(shù)據(jù)通常由CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生,并為PDM、ERP、MES等系統(tǒng)提供一致的制造工藝數(shù)據(jù),以保證制造工藝數(shù)據(jù)的唯一性、實時性、有效性和安全性。
9、以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理主要包含以下幾方面的內(nèi)容: (1)產(chǎn)品、零組件圖號管理 制造企業(yè)的PDM系統(tǒng)將傳統(tǒng)的基于圖樣的管理模式轉(zhuǎn)換為基于圖號的管理模式,從而將工程技術(shù)狀態(tài)及構(gòu)型管理由事后整理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘磁?架次實現(xiàn)的實時動態(tài)查詢管理模式,保證實際工程狀態(tài)和產(chǎn)品構(gòu)型的準確性和有效控制。因此,制造BOM中與EBOM管理的圖號實現(xiàn)有效的集成與共享是制造工藝數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。 (2)PBOM管理 工藝人員在EBOM基礎(chǔ)上通過配置,將設(shè)計分離面轉(zhuǎn)變?yōu)楣に嚪蛛x面,增加工藝計劃信息,確立產(chǎn)品零部件的裝配順序和裝配結(jié)構(gòu),以形成PBOM,并以此為依據(jù)實現(xiàn)工程更改的全過程控制。 (3)E
10、BOM到MBOM轉(zhuǎn)換 MBOM是以工藝分離面為基礎(chǔ)的基于產(chǎn)品架次(或批次)管理制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖,它是以EBOM和PBOM為基礎(chǔ)的。因此,不同階段的BOM比較與轉(zhuǎn)化技術(shù)是實現(xiàn)BOM多視圖的關(guān)鍵,尤其對于大型復(fù)雜機械產(chǎn)品而言,其BOM的管理涉及海量數(shù)據(jù)的處理,對于數(shù)據(jù)的組織、提取需要適宜的技術(shù)手段。制造BOM管理應(yīng)實現(xiàn)以工藝零組件劃分和裝配工藝規(guī)劃為核心,以產(chǎn)品、零組件圖號映射的EBOM信息集成,并在PBOM基礎(chǔ)上,獲取各專業(yè)工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)形成產(chǎn)品的MBOM。 (4)工藝設(shè)計數(shù)據(jù) MBOM要反映各專業(yè)的工藝設(shè)計數(shù)據(jù),包括結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)和工藝文件,結(jié)構(gòu)化工藝信息的重要作用除作為MBOM重構(gòu)
11、的重要依據(jù)外,其本身還是企業(yè)的單一工藝數(shù)據(jù)源,其中,結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)和對應(yīng)的工藝文件經(jīng)過映射存儲在工藝數(shù)據(jù)庫,它們之間的映射關(guān)系是制造工藝數(shù)據(jù)管理的一個核心內(nèi)容。 (5)制造資源數(shù)據(jù) 制造資源數(shù)據(jù)是制造工藝數(shù)據(jù)管理的一個重要部分,制造資源,如工裝、設(shè)備、刀具等。對于大型復(fù)雜機械產(chǎn)品而言其數(shù)量十分龐大,它的狀態(tài)控制非常關(guān)鍵。 (6)工程更改數(shù)據(jù) 工程更改控制是工藝系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)有效性的一個瓶頸。沒有有效的工程更改控制體系,就無法保證MBOM和技術(shù)狀態(tài)控制的正確性。以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理應(yīng)對工程更改進行有效的控制,包括工程更改生成控制、工程更改發(fā)放、工程更改執(zhí)行,以保證產(chǎn)品數(shù)
12、據(jù)在產(chǎn)品全生命周期過程中的協(xié)調(diào)一致。 (7)制造數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總 在以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理中,有大量的統(tǒng)計匯總和報表輸出工作,它實際是對制造工藝數(shù)據(jù)應(yīng)用的直接體現(xiàn),不同的部門基于MBOM根據(jù)各自的要求獲取相關(guān)的數(shù)據(jù),并輸出報表,用于生產(chǎn)過程。 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理體系如圖2所示。 圖2 以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理 3 以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理 對于制造企業(yè),其數(shù)據(jù)管理包括產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)管理、制造數(shù)據(jù)管理和生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)管理等,其中制造數(shù)據(jù)管理是最復(fù)雜的內(nèi)容。制造數(shù)據(jù)管理包括制造工藝數(shù)據(jù)與管理、制造資源數(shù)據(jù)管理與優(yōu)化配置、生
13、產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、制造過程數(shù)據(jù)(包括技術(shù)文件等)管理、業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)管理等,它需要滿足企業(yè)對工藝設(shè)計、制造數(shù)據(jù)管理和集成共享的要求,其中制造工藝數(shù)據(jù)是制造數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。 由于制造BOM確定了產(chǎn)品、零組件的制造過程及所需的制造資源,是連接產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造的橋梁,而且也為ERP系統(tǒng)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實際上,很多企業(yè)在實施ERP系統(tǒng)時,由于對工藝數(shù)據(jù)的重要性缺少認識,根本沒有考慮實施CAPP系統(tǒng),因此也就無法快速有效地獲取工藝數(shù)據(jù)。目前,對制造工藝數(shù)據(jù)的組織及其與生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、制造過程數(shù)據(jù)等的集成管理研究仍落后于企業(yè)的需求,是制約企業(yè)信息化的“瓶頸”之一。 在制造企業(yè)中,需要建立以制造BOM為
14、核心的CAPP系統(tǒng)應(yīng)用,實現(xiàn)以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理。并以工藝數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),基于BOM的管理,進行各專業(yè)工藝的設(shè)計(機加、裝配、鈑金沖壓、焊接等),并逐步形成產(chǎn)品的制造BOM,保證工藝數(shù)據(jù)的完整性和一致性,實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,為ERP系統(tǒng)提供完整的工藝數(shù)據(jù),主要包括制造資源的使用與生產(chǎn)技術(shù)準備數(shù)據(jù),制造資源包括設(shè)備、工裝、工作中心等生產(chǎn)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);生產(chǎn)技術(shù)準備包括由CAPP向ERP系統(tǒng)提供的包含工藝路線、材料定額、工時定額等信息的制造BOM。 基于以上的分析,面向產(chǎn)品生命周期管理,制造企業(yè)需要建立以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)管理,即面向數(shù)字化的產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)管理(Digit
15、al Product Manufacturing Data Management,DPMDM)。 DPMDM是以制造工藝數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ),它構(gòu)成產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的五維空間模型。DPMDM描述和定義產(chǎn)品生命周期(設(shè)計、分析、工藝、制造、裝配、服務(wù))的數(shù)字化過程,包含制造數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系,使其成為計算機中可實現(xiàn)、可管理和可使用的信息。圖3為DPMDM的數(shù)據(jù)空間模型,其中,每一個維描述產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的不同階段、不同層次、不同數(shù)據(jù)類型、不同版本和不同位置的信息及其關(guān)系。 圖3 DPMDM的數(shù)據(jù)空間模型 (1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次維:以制造BOM為基礎(chǔ),以層次化的方法描述DPMDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。零件
16、層上建立每個零件的總體信息、管理特征、材料特征、表面要求、特征信息、尺寸位置公差模型。根據(jù)制造BOM結(jié)構(gòu)關(guān)系,逐步形成組件層、部件層、產(chǎn)品層數(shù)據(jù),建立完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。 (2)生命周期維:基于制造BOM,用于描述和定義產(chǎn)品生命周期(設(shè)計、分析、工藝、制造、裝配、服務(wù)等)不同階段的產(chǎn)品制造數(shù)字化定義所包含的制造信息以及信息之間的相互關(guān)系。 (3)數(shù)據(jù)類型維:描述DPMDM的數(shù)據(jù)類型。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指可以以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的表示和存儲的數(shù)據(jù)類型,通常以字段方式存儲在數(shù)據(jù)庫中。如工藝中的工序號、名稱、設(shè)備、工裝等信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指數(shù)據(jù)具有整體性和關(guān)聯(lián)性,以特定的文件格式存儲。如工序圖、工藝
17、文件。DPMDM以MBOM為核心組織數(shù)據(jù),應(yīng)以合適的數(shù)據(jù)粒度,將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象相關(guān)聯(lián)。 (4)版本維:描述和定義產(chǎn)品生命周期內(nèi)各種類型的制造數(shù)據(jù)的版本及版本演變歷程,反映的是整個制造過程,可追溯制造過程的的多方案比較及優(yōu)化。 (5)應(yīng)用系統(tǒng)維:通過不同類型的制造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用,產(chǎn)品的制造數(shù)據(jù)可能分布在多個系統(tǒng)上。 4 結(jié)論 制造BOM是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容,它包含產(chǎn)品設(shè)計信息和工藝信息等,是聯(lián)系設(shè)計、工藝、生產(chǎn)等部門的重要紐帶。制造企業(yè)應(yīng)建立以制造BOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),這是制造企業(yè)制造數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ),它可為制造企業(yè)的信息化應(yīng)用提供重要的工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。制造企業(yè)通過以制造BOM管理為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用,將提高企業(yè)信息化應(yīng)用的集成水平,有效支持企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)制造信息的集成,并優(yōu)化企業(yè)的資源配置,為降低企業(yè)生產(chǎn)和運行成本提供有效支持。
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