ebom到mbom转换分析与实现

PDM系统与ERP系统集成的关键问题就是解决PDM中的EBOM到ERP系统中的MBOM的转换。本章研究了设计BOM,制造BOM之间的转换问题,分析了BOM转化过程中存在的问题,并结合实际的例子给出了B

    PDM系统与ERP系统集成的关键问题就是解决PDM中的EBOM到ERP系统中的MBOM的转换。本章研究了设计BOM,制造BOM之间的转换问题,分析了BOM转化过程中存在的问题,并结合实际的例子给出了BOM转换的模型,并结合该模型给出了算法,并在实践中验证了方法的正确性和有效性。
 

1.1 BOM基本理论
1.1.1 BOM基本概念
    物料清单BOM是英文“Bill of Material”的缩写。物料清单BOM是定义产品结构的技术文件,它表达了产品的零部件关系结构,是指产品所需要零部件明细表及其结构,因此,它又称为产品结构表或产品结构树。在某些工业领域,可能被称为“配方”、“要素表”或者其它名称。
 
    在制造业的产品设计和制造过程中,产品的物料清单是一种描述装配件的结构化零件表,其中包括所有装配件、零件、原材料的清单,以及制造一个装配件所需要的物料数量。BOM中的项目是指物料清单中的一个组成项目,项目除了可以表示物料之外,还可以包含工装工具或者水、电等无库存余额项目,以及产品的包装物、说明书、零部件相关文档等。
 
    物料是所有产品、半成品、在制品、原材料、配套件、协作件、工具、易耗品等与生产相关的物料的统称。BOM是由双亲件及其子件所组成的关系树,它可以是自顶向下分解的形式或自底向上最终的形式,BOM中将上属件称为父件,下属件称为子件。BOM可以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,将最终产品的需求或主生产计划中的项目分解成零件需求是ERP建立所有零件计划的关键一步。
 
    BOM树上每个节点都代表了一个物料对象,具有属性和方法。物料项的属性包括了产品数据的全部内容。同时物料项属性的个性十分强,依赖于产品生命周期不同的阶段和不同的企业信息系统环境。物料项之间关系的含义十分丰富,如零件和数字模型以及图纸的描述关系、零件和原材料之间的加工关系、子物料项和父物料项之间的装配关系、功能相同的物料项之间的互换关系等,一个产品生命周期过程就是这些物料项依据不同的语义关系相互作用的过程。
 
    同时,在集成环境下,物料项还要具有提供描述一个物体形态转变的能力,一般来说,一个BOM的构成包括以下几个部分:
    1、主物料项:它是BOM将要描叙的物料项。对于装配关系来说就是父件。
    2、子物料项:它是指在形成主物料项所表达的物体形态之前的前驱物体形态。对装配关系来说就是子件。
 
1.1.2 BOM的数据结构
    从数据结构的角度出发,BOM的描述方法总体上可以分为矩阵型、邻接表型、层次型、父子型以及二叉树型。各种方法各有自己的优点和缺点,如:矩阵型、邻接表型和层次型设计这三种描述方法在保证BOM数据的一致性、重用性方面存在很多问题,但搜索性能较好。父子型和二叉树型设计BOM制造BOM描述方法在保证BOM数据的一致性、重用性方面表现良好,但搜索性能一般。无论采用什么形式的数据结构,描述BOM的目标总可以概括为:

    ①BOM的结构,即零部件之间的装配关系和装配数量,描述产品和零部件的加工装配关系以及相应零部件之间的装配数量。

    ②BOM结点的属性,即零部件自然属性,描述产品和零部件的自然属性,包括产品尺寸、材料、重量、生产类型、成品率以及生产提前期等关于产品自然属性的相关数据。
 
    由于产品及零部件的自然属性数据,无论其属于那种产品,是否借用,都是相对稳定的,因此,描述设计BOM制造BOM的关键和重点内容是产品和零部件之间的装配关系描述。




 
1.2BOM应用存在的问题
    以下的几个问题是BOM应用中急需解决的几个问题:
    1、BOM是企业信息化过程中最为关键和重要的数据,在不同的应用领域中,关于BOM的基本概念、理论以及应用方法都没有统一。因此BOM的研究工作分散在BOM应用的各个不同的领域,诸如机械加工、企业管理、产品装配等多个不同的学科中。这种将BOM技术分散到各个不同的学科中的局面,给BOM技术的发展带来了很大的阻力。
 
    2、制造BOM中的工艺信息是联系产品设计和产品制造的桥梁,是产品设计的基本依据。现在企业已经认识到了制造BOM对产品设计的重要性,但是如何发挥制造BOM的作用,构造集成化的制造工艺系统还缺乏研究。对于如何利用制造BOM指导设计BOM也是一个盲点,缺乏深入的研究。
 
    3、单一的数据源(Single Sourceof Product Data)是产品数据集成的发展趋势,但是SSPD相关的研究还是很少。如何有效的构建单一数据源方面的研究比较落后,导致了利用单一数据源对BOM进行统一的集成和管理的研究和发展工作滞后,如何有效的构建单一数据源已经成为发展SSPD理论和发挥BOM作用的一个瓶颈。
 
    4、在BOM的实际应用中,还有许多问题有待解决,诸如BOM的实时性、兼容性(可使用原来的资源)、竞争性、灵活性(可增减和修改)、完整性、可生产性、一致性和无冗余性。虽然这个方面做了一定的研究,但是在实际的工作应用中还是有一定的难度。
 
    5、BOM包含有产品全生命周期的所有的数据,但是在实际的应用中,由于应用部门的不同,产品的结构关系也就不同,如设计BOM,制造BOM以及采购BOM。目前对这个方面还缺乏深入的研究。
 
    上述的问题并不是一朝一夕可以完全解决的。我们不仅需要从产品全生命周期的角度来考虑问题,而且需要对BOM技术的更加深入的研究,也需要相关技术的发展,特别是计算机技术中的数据库技术的发展和进步。最后通过实践来检验相关的理论和技术。




 
1.3 EBOM与MBOM联系与区别
1.3.1 PDM中的BOM
    在产品整个生命周期,PDM以数据仓库为底层支持,以BOM为其组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织和管理,诸如产品配制管理、图文档管理、工作流程管理、设计变更管理、权限(角色)管理、版本管理、项目管理、维修记录以及日志管理等等。PDM系统根据各自的功能特点与可解决工程问题的不同,分为三大类:

    1、以文档、数据管理为重点的;
    2、以设计过程及产品结构管理为主面向CAD的;
    3、面向硬、软件异构系统集成平台的。
 
    BOM与产品结构两个概念的差别在PDM技术中正逐渐消失。传统的PDM理论认为BOM只是根据产品结构生成的一种报表形式,而产品结构才是PDM中最重要的基础数据。但实际上,BOM中所包含的信息要比产品结构所包含的信息多。例如,物料的概念可以包括零件的毛坯、原材料等,而产品结构一般只分解到零件,所以BOM中物料项的范围要比传统PDM产品结构中的零部件广泛:BOM中物料的属性可以涵盖企业在产品设计开发和生产经营中的各个方面,而产品结构中的零部件属性只是以设计为核心的。
 
    同时,由于BOM的数据基础是产品结构,而产品结构在PDM中是处于配置状态,是动态变化的,所以BOM的管理必然以PDM的产品结构和配置管理为基础,通过PDM中的多视图功能来实现。
 
    从这个意义上讲,PDM的产品结构和配置管理实际上是以BOM多视图管理为核心的。这样,借助于PDM的配置管理功能,以BOM作为数据核心,便能够将与产品有关的所有工程数据和文档统一进行管理,从而通过建立企业的单一产品数据源,集成产品的所有数据,实现产品数据在企业各项业务和应用中的一致性、完整性、最新性、可靠性和无冗余。PDM系统中可以实现对产品结构与配置信息及BOM的有序、优化及共享管理。
 
1.3.2 ERP中的BOM
    除了PDM系统外,生产部门、产品成本核算部门、物料需求计划系统、销售部门也与BOM有很大关系。生产部门使用BOM来决定零件或最终产品的制造方法,决定领取的物料清单:产品成本核算部门利用BOM中每个自制件或外购件的当前成本来确定最终产品的成本和对产品成本维护,有利于公司业务的报价与成本分析;物料需求计划系统中BOM是MRP的主要输入信息之一,它利用BOM决定主生产计划项目时,动态确定物料净需求量,知道需要哪些自制件和外购件、需要多少、何时需要、标准用料与实际用料的差异分析,销售部门通过Internt访问数据源,可以方便地报价,提供准确的零件设计信息与追踪制造流程等自助服务,客户还可以自己下定单购买产品备件。
 
    通过BOM的信息,可以方便地考核各部门的相关业绩和抽取信息进行统计与分析;如果有了新的BOM资料需求,还可以利用原来的BOM资料构造新的BOM资料,简化近似BOM资料的编制工作;如果对BOM信息深入研究,还可以用不同的产品BOM资料来研究其他产品BOM资料的错误检查,以免计算机输入或修改带来的错误,将错误率降到最低。总之,BOM是ERP系统中最重要的基础数据库,它几乎与企业中的所有职能部门都有关系,ERP系统中BOM构造的好坏,直接影响到系统的处理性能和使用效果。
 
1.3.3 EBOM与MBOM的联系与区别
    设计BOM(Engineering BOM:EBOM)又称工程BOM,是企业产品设计部门用来组织和管理构成某种产品所需的零部件物料清单。设计部门既是BOM的设计者,又是BOM的使用者。由设计人员在图纸明细表上给出设计BOM的雏形(单级BOM)和产品每个零件的属性特征,通过提取每张图纸中的明细表,汇总形成完整的设计BOM,它表明了产品的组成和各个零部件的特性,但是不指明零部件的加工和装配方式以及毛坯和原材料。
 
    单一零件一般附带诸如图号、物料名称、重量、体积、物料生效日期等各种信息;部件还包括外协件、外购件、通用件、标准件、借用件、装配数量、部件图号等信息;总图(由零件、部件等装配而成)还包括包装、装件清单、技术文件、产品说明书、保修单等信息,以上都是设计BOM信息的组成部分。
 
    制造BOM(Manuarcturing BOM:MBOM)是企业生产制造部用来组织和管理在实际的制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件物料清单。MBOM在MRPII和ERP中起着相当重要的作用。MBOM是运行ERP系统不可缺少的管理文件,它被称之为“时间坐标上的产构”的报表形式,或者说是将制造业的三项主要核心业务一一销售、生产、供应的集成到一起的数据模型的报表形式。
 
    MBOM对物料清单上的每一件物料的处理是和物料的业务联系起来的,主要用于满足销售计划而编制加工和采购计划,它看成是计划的对象、库存的对象和成本的对象。因此,不仅所有的相关物料都必须包在内,而且必须按照实际的加工装配流程来描述。而EBOM通常仅限于图纸零部件细表中出现的物料,用以说明图纸的层次和属性关系,作好技术文档的管理,虽然也指导采购和估价的功能,但主要是为了管理图纸。从制造过程到设计过程传递的主要是各种约束信息,而在制造过程中产生的信息是设计BOM的派生信息。虽然EBOM和MBOM都包含着产品结构信息,但也存在差异:
 
    1)组成不尽相同。MBOM是设计和工艺的综合,除常规的产品构成物料外,还与产品相关的消耗品(如毛坯、工艺用品、用剂)和加工工具(如夹具、刀具、量),而在设计物料清单上出现的物料,如虚设部件,有的在制造物料清单中不会出现。
 
    2)EBOM和MBOM反映内容的侧重点不同。EBOM和MBOM虽然都反映产品的结构,但是EBOM重点反映产品的组成,内容通常限于图纸上表达的零件,MBOM包含的信息更多,比如产品结构、工艺路线、工时定额、材料定额以及机床、刀具、模具和量具等工装方面的信息。MBOM则除了反映产品的组成外,重点反映产品的制造层次和制造过程。MBOM中的零件,部件的层次关系一般反映了实际的装配过程,而EBOM则不一定。
 
    3)作用不同。MBOM是管理文件,是生产、销售计划的基础,它与工艺、设计、生产能力、库存等都有联系。而EBOM纯粹是技术文件只是设计输出结果之一,不能用于生产计划。




 
1.4 EBOM到MBOM转换模型以及转换算法
1.4.1 设计BOM到制造BOM转换时涉及的问题
    设计BOM和制造BOM是为了适应两个不同部门的需求而产生的不同的BOM,它们之间存在着一定的差异,从设计BOM到制造BOM的转化主要涉及以下几个方面的问题:
 
    1、部分同样的物料在设计BOM上多个不同的结构中存在,但是在制造BOM中,它们没有差异,它们应该合并为一体,所以存在物料合并的情况。
 
    2、同一产品的物料的数量在不同的BOM中应该是一致的,但是设计BOM中的物料的数量信息分散,制造BOM中的物料数量信息集中。
 
    3、设计BOM中的零件只包含有设计相关的信息,不包含加工的相关信息。然同一物料对应的相关信息是一致的,但是制造BOM中物料还需要有加工来等信息,要具体到车间或者是其他的生产制造部门。
 
    4、设计BOM和制造BOM中的装配关系可能不同。设计BOM和制造BOM包含的信息不完全一样,这些信息之间的关系也不一样,所以他们的装配关系一样。比如:同一产品中,编号不同的两个物料本来没有任何的装配关系,但在制造BOM中,它们都是产品的一个零件,因此它们在的制造BOM中的关变成了兄弟关系。
 
    5、部分信息在设计BOM中很重要但是对于制造BOM来说则是没有意义,它的这部分信息应该给予屏蔽。比如:外协件加工的零部件,它的结构信息设计BOM中完全保存,但是制造BOM中则没有这些信息。它所需要的仅仅只是知道这个零部件是外协的就可以了。
 
    6、设计BOM和制造BOM的零部件不能够完全对应,一些客观上并不是真实存在的部件可能存在于设计BOM中,它们的作用就是模块化产品结构,使得产品的结构层次更加的清晰,便于管理。因为它本身不存在,所以制造BOM中不会出现它们。例如,箱体由箱底和箱盖两个部分组成,但是实际中并不存在箱体这样一个物料。一些客观存在的物料有可能并不在设计BOM中,因为他们是加工制造的过程中产生的,但是又不是最终的产品,例如毛坯件。但是它是客观的存在于制造BOM中的。
 
1.4.2 设计BOM到制造BOM转换模型
    设计BOM和制造BOM的不同之处主要的是对产品的零部件之间的装配关系的描述不统一。制造BOM是制造部门所需要的BOM,它可以由设计BOM转化生成,它是所有的BOM转化中最重要、最关键的。
 
    一般而言,制造BOM和设计BOM的不同之处主要有:在实际的装配过程中,在组装成EBOM中的某个大部件之前,有时要先装配出下层的几个子件,再装配成该部件。这些子部件在EBOM中不出现,但是在MBOM中则必须出现,称之为中间部件。有时MBOM又不会按照设计图纸上的组合进行装配,则EBOM中出现的某些组合件在MBOM中可能不会出现,这称之为虚拟件。
 
    1、虚拟部件,虚拟部件指的是设计BOM中有纪录,但是在实际的生产中,并不制造和存储的部件,制造BOM中是没有虚拟部件的,设计BOM中可能存在一些现实中并不存在的虚拟件,他们的存在完全是辅助设计。
 
    2、中间部件,中间部件在设计BOM中是不存在的,但是在实际的生产过程中,由于工艺的问题,存在着一些即需要存储也需要制造的部件,比如:粗加工部件,它们不会出现在设计BOM中,也不会出现在最终的产品中,但它的确存在,所以在制造BOM中要体现它,它的生产类型为自制件。可以有两种建立中间件的方法。第一种就是直接实例化原来的部件类来得到中间件,这种方法产生的中间件和一般件没有区别,可以根据实际需要加一个属性进行区分。第二种办法是新建一个中间件,可以根据需要添加ERP系统需要的属性。
 
    3、外协部件,外协部件指的是部件本身及部件的下属所有的零部件都需要外协的部件。设计BOM中完整体现了它的功能,而制造BOM中只需要把它当做一个独立的模块体就可以了,对它的具体详细信息没有要求。外协部件在工艺BOM中描述为生产类型为外协加工(通常在企业中有一些零部件的部分工序外协加工,此类零部件的生产类型不能定义为外协加工,只在相应的工序上定义为外协加工),企业对外协部件可能编制工艺文件,也可能不编制工艺文件,因此,部件是否为外协部件完全通过生产类型来确定。
 
图1-1EBOM向MBOM转换模型
 
1.4.3 设计BOM到制造BOM转换算法
    设计BOM向制造BOM的转换算法的原则是依次对所有子物料按照深度优先和广度优先两种方式并用的搜索方式,根据某个物料的子物料的不同属性(普通物料、虚拟部件、中间部件、外协部件)对其分别进行相应的处理,直到所以物料遍历完毕。某一种物料相对应的工艺路线和工艺信息是一个物料在制造BOM中需要体现的信息,该信息可以从BOM转换的过程中一并进行,它所对应的都是产品的物料编号。在设计BOM到制造BOM的转换过程中并没有涉及到物料编码的改变,都是直接沿用以前的编码,改变的只是物料之间的关系。
 
    其过程如下:首先采用广度优先和深度优先并用的方式遍历设计BOM的各个节点,对原始设计BOM的所有子物料判断其物料类型。对于外协部件,不做任何修改。对虚拟部件,按“虚设部件映射关系”处理,即对选定的物料的子物料与原BOM的子物料再次进行对比判断,如果是相等关系,则进行数量的加减变换,如果是祖孙关系,则进行乘法替换运算,如果没有对应的物料,则进行置换。如果是外协部件,则与原BOM物料进行比较,如果相同就进行置换运算。
 
    以此方式直到遍历完所有的子物料。这样就获得了去掉了“虚设部件”的过渡制造BOM。然后查找在设计BOM中有描述且在过渡制造BOM中没有描述的部件,按“中间部件映射关系”处理,即将得到的这些部件与原BOM的所有子物料进行对比,如果在原BOM中有相对应的子物料,就更新数据信息,如果没有对应的子物料,则继续查找下一个中间部件物料。
 
    知道所有的中间部件物料遍历完成。此时获得的是去掉了“虚设部件”和添加了“中间部件”信息的制造BOM。最后对此BOM的数据通过ERP的接口程序进行验证,由此最终获得具有完整性、正确性和一致性并符合生产管理和生产控制要求的制造BOM。如下为物料802K62370实际生产中的转化图。
 
图1-3物料802K62370的EBOM图
 
 
图1-4物料802K62370的MBOM的报表展开形式图
 
    图1-5展示的是物料802K62370通过调用ERP系统中的并发请求,从而进一步调用ERP数据库中的转换程序,实现该物料从EBOM到MBOM的变换后的MBOM展开形式图。实现转换程序的主要思路是在ERP数据库中存储数据转换程序和接口表,在ERP系统中调用并发程序实现从接口数据库中读取已经验证过的PDM系统的数据,并调用转化程序将其转换成ERP系统的可用数据并插入接口表中,最终对这些接口表中数据进行验证后插入到ERP系统相关标准表中。这种方式保持了灵活性高,维护方便,效率高的优点,对于转换程序的开发,形式上可以灵活多样,可以针对不同的转换数据编写不同的转化程序,并在ERP系统中按需求调用转化程序。可以把EBOM到MBOM的转换实现细节完全封装在转换程序包中。




 
1.5本章小结
    针对EBOM和MBOM之间的区别提出了从EBOM向MBOM转换的模型和算法,介绍了EBOM的生成与转换的实现方法.值得强调的一点是,BOM在企业中的灵活性比较高。在实际的生产过程中,BOM转换的灵活性也比较高,必须根据实际中企业的需要来实现BOM转换的流程。



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