PDM中产品BOM信息

物料清单是产品所需零部件的明细表及其结构,企业生产要采用计算机辅助管理,将企业所制造的产品构成和涉及的物料信息利用计算机进行管理,就需要把用图示表达的产品结构转化

1.1BOM的概述
    物料清单是产品所需零部件的明细表及其结构,企业生产要采用计算机辅助管理,将企业所制造的产品构成和涉及的物料信息利用计算机进行管理,就需要把用图示表达的产品结构转化成某种数据格式,即转化为描述产品结构的数据格式信息,即是BOM。BOM是PDM和ERP系统的重要组成部分,是制造型企业的核心数据,也是PDM和ERP两大信息平台的交汇点,在PDM系统中,BOM是最终结果,而在ERP系统中,BOM是数据源泉。
 
    BOM不仅仅是零件和物料的简单集合,同时还可以包含零部件所有有价值的属性信息,包括有CAD图纸、装配要求、技术规范、用户需求、质量标准、供应商数据、公差规范、定价数据、供应商报价、替换件、结构有效性、引用标识等文档的交叉引用。由于不同行业的产品结构和制造方式子差万别,不同的软件系统实施方案也不尽相同,要形成一个放之四海而皆准的通用标准,并非易事,只要是合适的就是最好的。本文将以船舶行业的产品为例研究和应用BOM的特性。
 
    BOM是从面向功能的产品结构树提炼而来的,以零部件明细表的形式存在。先进的PDM系统可以自动从与之集成的CAD中,按照零部件的装配关系自动形成产品结构树,同时自动提取相应的属性信息(如图号,质量/材料/表面积等)。这种产品树结构完全是按照设计者从功能的角度设计的装配关系。由于产品结构树是基于对象的,所以零部件的属性中可以添加任意的内容,关联任意的文档。
 
    要得到产品结构树必须有产品BOM信息的提炼,产品结构树的产生有以下三种渠道:
    1)船舶产品的全新开发:一切从头开始,由设计人员凭经验从上自下或从下自上构造产品对象。这种情况在船舶设计生产中并不多见,只是在高级、尖端的新型船舶的设计生产中比较常见。
 
    2)在原有产品结构基础之上,部分借用,部分修改,构造新的产品对象。这种情况在船舶设计中很多见,通过已有产品的变形得到新的产品。
 
    3)根据产品配置规则,产生新的产品结构树.不做任何设计工作,不产生任何新增零件。
 
1.2BOM的建立和管理
    企业在管理及组织生产时,需要精确的产品结构信息,BOM就是描述企业的产品结构信息的数据基础。它是联系企业技术部门、生产部门、采购部门和销售部门的重要纽带,是企业进行设计、生产和管理的核心。
 
    企业PDM是以产品为核心,实现对产品相关数据、过程和资源进行集成化管理的系统,这一系统具有表达并管理产品结构的模块,其功能的核心是获得产品的BOM信息并进行组织和管理。由CAD系统获取或手工录入的产品结构信息,被导入到PDM系统中,在PDM中进行汇总、分类,形成标准件、通用件、外购件,自制件等零部件汇总清单。汇总的BOM信息以一定的方式组织和存储,成为产品结构配鼍和管理的基础。
 
1.2.1常用的BOM结构模型
    通常的PDM系统中,产品结构中零部件是通过其本身在本产品中的层次来定位的,即产品组成的每一项在数据结构上都包括本项在本产品中所处的层次号和所属产品的代码,这种BOM定义方式以层次为重要字段,一般称之为层次式BOM。PDM系统中产品数据的组织和管理也是以这种层次式BOM来构架的,如表1.1。
 
 
    还有一种更加清晰的BOM定义方式,其产品组成的每一项是通过本身在产品中所处的层次及其所属父项来定义的,如表1.2。
 
 
    这两种层次式BOM的结构十分清晰、直观,可以方便的用来编制主生产计划和物料需求计划。但是用层次式结构来定义的BOM在组织管理数据时存在着明显的不足,主要表现在数据冗余大,数据更改编辑困难等几个方面。
 
    由于大量零部件是具有通用性的,也就是说可以在不同的产品中或者在同一产品的不同位置使用相同的零部件。若采用以上所讲的BOM结构就会使得本来相同的零部件在同一产品或不同产品中被重复定义,只是被加上了所属产品和层次这两个非零部件本身固有的属性。这些额外用来表达、确定零部件所属产品和在产品装配中的位鹭的附加属性,使得本来相同的东西被定义成为属于不同产品或处于不同位置的不同部件,这样表达零部件信息的数据大量冗余,而且在更改设计时不得不逐一更正各个自然属性相同但描述不同的各个相同零部件,难度和出错率会不可避免的增加。
 
2.2.2产品结构模型
    模型的层次由宏观到微观逐层细化,每个层次的每个节点都是某种产品数据的抽象,这样就可把不同产品数据按层次清楚有序的组织起来,从而也就自然将操纵数据的功能实现分配到不同的层次上了。产品的分类体系是对企业产品的一个大致分类。
 
    产品模型按功能的角度将产品的大致结构勾勒出来,在产品模型的每个节点的集合中选定一个实际零部件,就形成了一个配置,这个形成过程也就是所说的配置服务。设计过程是一个从宏观到微观的过程,在配置确定了一个产品的结构后,后继的设计就是对每一个具体零部件的设计。零部件的每一个具体设计都形成了配置中每个节点的一个版本。零部件结构也就是配置的局部。按零部件结构确定好每一个所用版本后.就形成了一个具体的可用于生产的产品结构和材料清单BOM。
 
    1)产品分类体系
    将企业产品分类管理,是正常档案管理中常用的方法。在PDM系统中采用的分类相当于一个文件目录的功能,只不过此“目录”的内容较为抽象,是下一级的分类或是产品。如图1.1所示是一个企业的产品分类状况。在分类的最底层是产品(Product)、如“巴拿马型散货船”、“好望角型散货船”。
 
图1.1企业产品图
 
    2)产品模型
    产品模型从功能的角度将产品分解为若干构件,,构件包括多个零部件组合,每个零部件组合都能满足构件的功能要求。由构件形成的产品模型事实上包括了所有可能的配置。如图1.2中的散货船
 
    3)零部件结构
    零部件结构描述了零部件的某个版本所选用的下一级零部件,零部件是PSM中的一个非常基础且含义丰富的对象。实际上配置中的每个节点都是一个零部件。它维持着部件的结构,以设计版本维护着设计过程中的历史记录,以各种属性的形式记录了与设计文档(图形、模型、说明书、计划、工艺文件等)的关联等等,都为产品结构服务提供了数据支持。
 
    4)材料清单
    材料清单确定了配置中的每个零部件的版本。材料清单中的每一个节点都是一个具体的零部件版本。它与配置和零部件结构一起给多视图的生成提供了数据支持。材料清单是面向实际制造的产品结构,其中必然有制造的有效性信息,从而使有效性服务成为可能。材料清单包含了产品某次制造时的信息全集,从这些信息可以生成满足其它制造方面的应用。如生成外购件清单、标准件清单等。材料清单可以以图形和表格两种形式体现。
 
图1.2散货船产品图
 
1.3BOM数据结构的设计
    对于制造企业来说,它的产品通常是由一系列的零件和部件构成,而部件又由一系列的层次更低的零件和部件组成,这样就自然形成了一个树状结构,此树型逻辑地描述了一个产品的组成关系。而BOM信息也就是表达这一系列组成关系的核心数据,PDM系统中通过合理的BOM定义来存储产品的逻辑组成关系并对其进行管理。
 
1.3.1指针式BOM结构模型
    为了提高产品和部件的通用性,将各个部件通过层次字段明确的定位到某产品的某个层次上,也就把产品或者其中的可重用部件固化为某一确定的产品或者产品中的某一部分。指针式BOM定义、组织产品结构信息可以克服数据冗余并可以强化企业产品的设计、更改的准确性和便捷性,当企业生产的多种产品之间存在相当大的关联,存在相当多的通用零部件时,指针式BOM就会充分体现它的优势。而且当产品或者某一通用部件发生变动时,只需要更改其中某一确定的零部件即可,由于产品构成是使用指针式代码来组织的模块式结构,产品会随零部件的改动而自动更新,不会发生版本交叉的错误。
 
    如图1.3所示,产品A的树型结构(图4.3左侧)用指针式BOM(图1.3右侧)来定义,其BOM模型是由最顶层的产品开始,每一级的父节点,如B、E节点,通过其含有的子节点代码直接指向子节点,子节点如果又由其他节点组成的,那么此节点指向其下一级的代码。这种又由子节点组成的节点可以称之为分子节点,否则就是不可再分的,如C、D、F、G,可以称之为原子节点。
 
图1.3产品树形结构及BOM结构对应模型
 
1.3.2CAD与PDM集成时BOM信息的转化
    当在与CAD(Solid Edge)系统集成时,产品结构数据源来自CAD设计,如图1.4所示某产品的BOM信息,是由Solid Edge系统得到的BOM信息,属于比较典型的层次式BOM。表中产品结构信息具有清晰的层次关系和隐含的父子关系。
 
图1.4对BOM信息的处理
 
    为了在PDM系统中以指针式BOM定义产品结构,需要对源数据进行分离重组,去掉层次这一字段,确立BOM各项的父子关系,其算法流程如图1.5。
 
图1.5BOM信息处理的算法流程
 
    1)首先以产品为最顶层的节点,其层次(Level)记为J=0,通过搜索可以得到Level0层和Level节点的父子关系,并保存Level1各子项到数组P();
    2)然后确定J+1,即Level1的各予项,可以得到Level1和Level2各项的父子关系。依次确定Pf)中各项与其子项的父子关系;
    3)找出Level1各项的与其子项的父子关系,再确定J+1,即Level2的各予项,首先记录Level2各项到P(),然后同上步依次确定P()中各项与其子项的父子关系:
    4)继续确定下一层(J+1=3)的逻辑关系,直至所有分子节点都被搜索完毕,最后一层均为原子节点,正个产品结构就确定完毕,BOM信息也就转化为了指针式存储。
 
1.4物料清单(BOM)
    BOM是由双亲件及子件所组成的关系树,BOM可以是自顶向下分解的形式或是以自底向上跟踪的形式提供信息。分解是从上层物料开始将其展开成下层零件,跟踪是从零件开始得到上层物料。
 
    为了便于计算机管理和处理的方使,BOM必须具有某种合理的组织形式,而且为了便于在不同的场合下使用BOM,BOM还应有多种组织形式和格式。产品结构的数据输入计算机后,就可对其进行查询,并能根据各用户的不同的格式显示出来。
 
    图1.6为产品(Product)结构。第0层为产品Product,Product是由Asm1、Part1、Asm2所组成;Asm1、Part1、Asm2组成了第一层:Asm1又是由Part2、Asm3所组成,Asm2是由Part3、Part4、Part5所组成;Part2、Asm3、Part3、Part4、Part5组成了第2层,Asm3又是由Part1、Part3所组成;Part1、Part3组成了第三层。图中括号中数字为装配所需数量。
 
图1.6产品结构
 
    对如图1.6Product这样的产品,其BOM的输出格式有以下四种不同的输出格式。
 
    1)单层展开。
    单层展开格式显示某一装配件所使用的下层零部件。采用多个单层展开就能完整地表示产品的多层结构。表1.3为所给的四层产品结构就得到四个单层展开的清单。
 
 
 
    2)缩行展开
    缩行展开格式是在每一上层物料下以缩行的形式列出它们的下属物料。同一层次的所有零件号都显示在同一列上。缩行展开的格式是以产品制造的方式来表示产品的,如表1.4所示。
 
 
    3)汇总展开
    汇总展开的格式列出了组成最终产品的所有物料的总数量。它反映的是一个最终产品所需的各种零件的总数。面不是每个上层物料所需的零件数。
 
    如某一零件用于多个装配件,汇总展开的清单就有助于确定合适的采购数量。这种格式并不表示产品生产的方式。但却有利于产品成本核算,采购和其他有关的活动。如表1.5所示。
 
 
1.5基于产品结构树的BOM处理
    可以通过产品结构树方便地获取各种BOM信息,在集成环境下的这种BOM处理,实现了各部门对产品信息的无缝连接。对于任意一个选定的产品来说,产品结构树保留了各装配件之间的关系和组成,通过产品的结构来访问产品属性,通过展开整个产品或选定装配件节点可获得指定产品或部件BOM信息。
 
    基于产品结构树的BOM处理予系统,可以获得多种形式的BOM报表,如图4.7描述了BOM处理系统的功能模块。其中每个模块描述如下:
 
    1)创建BOM
    通过产品结构树的搜索,可以自动获得产品BOM。假设Node为展开节点,它可以是产品结构树上的任何一个非叶节点,Number为该节点构件数量,List BOM为自动创建的BOM表。
 
    BOM的创建函数:Create Bom(Node,Number,List Bom)算法如下:
    a.Node节点搜索,生成该节点的子节点所在链表Listsub Node;
 
    b.断定Listsub Node是否为空,若是,则返回;

    c.对ListsubNode链表的每个成员(SubNode)进行d、e两步

    d.SubNode添加到List BOM中,SubNode的数量子(Num)乘以Number是List BOM中SubNodc的实际数量;

    e.递归调用Create Bom(SubNode,num X Number,List BOM)。
 
    通过产品结构树自动获取设计BOM的方法。可以使BOM信息自动跟随设计变而变化。
 
    2)查询BOM
    由于所有的BOM信息都是随着产品结构信息的输入存储在数据库中,因此可以获得任何有关组入信息的单项查询或组合查询结果。
 
    3)BOM的多视图浏览
    为了满足不同产品开发的需求,BOM的多视图浏览支持用户自定义BOM的内容,生成不同性质的BOM主要可以分成以下几种:
 
    a.指定节点方式:可以指定产品结构树的任意非叶节点,以该节点展开获取相应的BOM信息。当层次指定为产品结构树的根节点时,得到整个产品的BOM。
 
    b.控制BOM的内容:由于BOM的数据源来自于产品结构所依附的信息,各类BOM形式所对应的信息已经输入到对应产品中去,因此,在获取不同的BOM时只需设定输出开关来控制BOM表的生成内容,比如,可以获得只有零部件及数量输出的BOM,也可以获得只有零部件、材料和价格信息的BOM以及各种汇总方式的BOM等。
 
    c.控制BOM的输出格式,可以是单层展开,缩行展开或汇总展开。
 
1.6本章小结
    本文章主要就PDM系统中的重要模块一产品结构配置管理中的BOM设计和组织进行了分析,并对其实现方法进行了研究。论述了可以更加准确、严格的定义产品结构的BOM结构,同时对各种BOM结构及应用进行了研究。一种良好的BOM结构,可以避免产品结构零部件定义的重复,并可以降低产品设计更改时工作难度。
 
 
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