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一、综述 BOM(Bill of Material)物料清单在离散型制造型企业中，最初的定义是指所有零部件、原材料的表列，是描述产品结构的技术文件。如今，BOM的简称已经不能准确的表达企业所需要的产品信息数据结构了，相应对BOM的定义，也已经从早期的仅仅描述产品结构的物料组成的狭义BOM扩展到了可以描述产品结构的物料组成、零部件工艺过程及相关工艺资源的广义BOM的表达上。 传统的PDM对于静态的BOM数据管理不再有意义，真正有业务价值的系统应该做到让和产品信息相关的参与者和数据都与业务流程紧密结合，使得利益相关者对于产品的构成、产品的状态、产品如何设计、产品如何制造、所依据的技术或者业务理由等具有充足便捷的获知渠道，真正的在共识之下开展各自的工作，企业级BOM的概念应运而生。 目前，各大主流PLM厂商均提供了企业级BOM这一解决方案，也有部分企业如东风汽车应用了自主研发的企业级BOM管理系统等。本报道将带您详细了解企业级BOM的解决方案。 二、企业级BOM的管理要点 激烈的市场竞争环境促使市场的细分和产品的多样化越来越明显，对新产品的上市周期也提出了更高要求，企业常见的关于BOM的痛点，比如制造BOM出错，根据BOM备料却常常由于BOM的变动而造成呆滞库存等，表面上看是静态BOM清单出错，根因还是当企业面临越来越大的时间、成本和质量压力的时候，跨职能、跨学科的团队之间关于产品的构成、状态和过程，要想高效率的协同形成共识并在共识之下开展各自的工作变得更难了。
图1 企业级BOM三个管理要点 为了提高市场竞争力，越来越多的企业开始利用PLM系统进行BOM管理， 企业级BOM主要解决了制造企业管理的三大难点： 1)产品配置管理 在企业中，有些不同的产品之间往往只存在少数特殊部件的差别，大部分零部件为通用件或共用件，这些情况下若每一个产品BOM单独进行管理会产生大量的冗余数据，且对数据间的调用、借用产生了人为的屏障。也有很多企业对产品进行了配置管理，但缺乏自动化的配置工具，对产品进行手工选配，需要经验非常丰富的设计人员才能够完成，而且效率低。 企业级BOM解决方案支持对产品系列或产品平台进行管理，管理的不是单个产品的BOM，而是完整的、可变化的“产品全BOM结构”，且能根据具体的产品需求进行选配，生成不同的产品，系统提供的自动化的产品配置管理工具，保证其效率和准确度。 2)多类型BOM管理 在企业中，对于同一个产品，不同部门关注的重点并不相同，设计人员是从功能、外形、接口层面考虑BOM；工艺部门则关注零部件的加工方式及工艺路线；制造部门则是从制造可行性方面考虑BOM……这样，不同部门产出的BOM结构及信息是不同的，但又有一定的关联。 企业级BOM系统中通过不同类型BOM数据之间的关联关系，自动或者手工进行数据的传递及转换。 3)BOM一致性管理 在传统的BOM管理方式中，不同类型的BOM数据相对独立，一种BOM数据发生更改时，需要人为地判断和传达对其他BOM的影响，进行相应的更改，效率低且极容易出错。 在PLM系统中，BOM的管理是基于单一数据源的管理，不同类型的BOM是基于源数据的映射，他们之间存在一致性的关联关系，因此，当其中一种BOM的数据发生更改时，其他类型BOM中的数据会相应进行更改，不同类型BOM的一致性不再是问题。 (一)产品配置管理 制造企业正面临着大规模生产和提供个性化产品之间的矛盾，用户的需求是千差万别的，因此不同用户对于产品的要求存在很大差异，但是，绝大多数用户的需求存在一些共同之处，如果能够找到这些共性，然后将它们做成一个个模块，让用户像搭积木一样，选择不同的模块，通过各种部件模块的组合，可以快速得到个性化的产品。 实现产品配置管理的关键是模块化技术，早在20世纪初，将建筑物按照功能分成可自由组合的单元的方法就已经存在，这是早期的模块化。模块化理念被引入制造业后，人们将其与产品功能联系，把产品分成几个模块，每个模块具有独立功能，具有一致的几何连接接口和一致的输入、输出单元．相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。通过模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的个性化需求。 模块化技术也是当下国内制造企业面临的一个难点，除了技术的积累和提炼之外，还需要先进的设计理念及管理模式的引导。笔者在走访国内企业时了解到，东风股份希望借助构建基于模块化设计的BOM系统，通过BOM的升级改造来推动企业产品设计乃至零部件生产采购模式的转变。比如零部件的编号规则，目前国内外汽车零部件的编号有两种类型：一种是含有车型信息，一种是不含车型信息：日本和我国整车企业零部件编号多采用前一种类型，欧美整车企业则多采用后一种类型。研究表明，这两种类型的本质区别在于前者是以整车为主导的零部件设计，后者则是以零部件为主导的整车设计。结果是欧美整车企业的零件通用化率远高于我国整车企业。所以，东风股份希望改变现在的以整车为主导的零部件设计模式，通过模块化设计减少零件的品种，降低整车的生产成本。 在系统上实施配置管理，有以下几个步骤： 1)需要设计部门或者产品企划部门在产品设计之初就考虑产品各种可能的配置，将产品按照模块化设计思想拆分与组合，建立全功能模块的“超级BOM”，即一个系列产品所有可能的功能模块组成的BOM。 2)为这个产品定义选项，选项相当于某个功能模块可能的变化集合定义，例如：发动机、电控系统、作业装置、液压系统等。再为每个选项定义选项值，选项值将确定具体选择的内容，一般是多个值，例如：发动机选项定义了大功率发动机、小功率发动机等选项值。这些定义完成后，将需要变化的零部件与相应的选项值建立关系式，这些关系式称为变量条件。根据用户的配置要求，经变量条件关系式计算后，来决定相关零部件的选用或排除，这样产生最终某一型号的产品精确BOM，即可供下游信息化系统使用的BOM。 3)为保证配置结果的正确性，还需定义一些选项约束，即不同功能模块之间的依赖关系或者互斥关系，例如：选择大功率发动机必须选择相应的配套电气系统，选择小功率低端发动机不必要选择高端座椅，如果用户的配置结果违背了这些选项约束，系统将提示用户，以保证配置结果的正确性。
图2 产品配置管理模型 市面上的主流PLM厂商基本都提供了平台管理功能，产品逻辑结构管理，以及通过客户订单驱动产品BOM生成的能力。如在开目PLM系统中产品配置管理的实现主要分为以下几个步骤： 第一步：利用在开目PLM系统中的可变产品结构或者产品族建立产品系列或者平台。该结构或者产品族包括产品所有可能出现的变量或选项，比如零件A有A1、A2、A3三种选择，由订单决定其选择； 第二步：开目PLM系统中提供规则定义工具，可以在建立好的可变产品结构或者产品族上定义产品配置规则，比如订单上客户的某一组参数选择决定零件A的选择或者零件C的数量等，而零件A又决定零件B的选择；
图3 规则定义 第三步：开目PLM系统能够根据输入的参数，基于预先定义的规则自动运行，完成产品选配以获得一个满足输入需求的产品BOM。
图4 规则应用 通过在开目PLM系统中上述三个步骤的实现，可以帮助企业建立系统性的产品配置管理机制，解决产品配置的难题。 但配置管理这一过程的实现有赖于： ●成熟的模块化 ●充分的的产品规划，准确的市场预测， ●规范的产品管理流程。 因此，企业若想实现这一过程，需要在业务上下一番功夫。 (二)多类型BOM管理 对于飞机、汽车等大型制造与装配行业，其BOM结构十分复杂，转化与调整较为频繁，因此能否明确定义和划分不同种类的BOM、实现不同BOM之间正确的转化、对BOM进行合理而系统的管理是实现飞机、汽车等行业PLM的关键所在。 产品的形成要经过工程设计、工艺设计、生产制造与管理3个主要阶段，在PLM环境下这3个过程中分别产生了名称相似但却差异较大的三个主要的BOM概念：EBOM、PBOM和MBOM。这三种BOM在PLM系统中具有不同的表现形式和作用。 图5 产品复合数据结构 ●EBOM：Engineering BOM，工程BOM，工程设计部门应用CAD系统产生的设计数据，生成产品名称、产品结构、明细表等信息。它通常精确地描述了产品的设计指标、零部件之间的逻辑装配关系、零部件总体信息（名称、代号、类型、数量、材料)、零部件形状信息（尺寸信息）、零部件制造信息（表面粗糙度、尺寸公差、精度等级、材料特性）、零部件关联信息（位置关系尺寸与公差）等。 ●PBOM：Plan BOM，计划BOM或工艺BOM，工艺设计部门以EBOM中的数据为依据，依据工艺路线分工计划、实际制造中的加工与装配过程以及装配部门对装配件和加工件的交付状态的要求，通过调整EBOM中的零部件的装配关系、设置零部件的不同状态，形成工艺设计过程中的虚拟件和变态件，对EBOM再设计出来的用于指导工艺工作的产品数据清单。它用于工艺设计和生产制造管理，使用它可以明确地了解零件与零件之间的制造与装配关系，跟踪零件制造方法、地点、人员、物料和过程等信息。 ●MBOM：Manufacturing BOM，制造BOM，生产制造管理部门根据工艺部门生成的PBOM，参考工艺设计中的零件的加工步骤与装配件的装配步骤，更改零部件的装配顺序，增加工艺资源、工时、材料、物料等信息，以工艺过程中的工序为单位扩充PBOM，最后形成MBOM。用于作为调配工艺资源、编制生产计划等管理工作的参考依据。 BOM的转变过程实际上就是EBOM中节点的重组、再造以及扩展。因此如何基于EBOM，快速、正确的生成其他BOM已成为PLM系统集成中提高系统效率、保证数据正确、确保对企业基础数据进行统一管理的瓶颈所在。笔者通过查阅资料，提供一种执行性比较强的方法： 对比各种BOM视图结构，造成设计BOM和工艺BOM异构的特殊部件主要有关键件和外协件，造成工艺BOM和制造BOM之间异构的特殊部件主要有虚设件和工艺件。上述各种特殊部件定义如下： ●关键件 考虑工艺分离面等原因，在工艺分解过程中需要对设计BOM中划分过粗的零件进行细化而生成的部件。 ●外协件 本身及其所属的所有零部件都需外协加工的部件。其所属零部件不会出现在工艺BOM中。 ●虚设件 在设计BOM中出现，在工艺BOM中有定义，但在实际生产中并不制造，也不存储的部件，在制造BOM中会删除虚设件。通过处理虚设件，可以使制造工作并行化，从而在资源充足的情况下有效利用资源。 ●工艺件 在设计BOM中不出现，而在实际生产中因为工艺要求，既要制造又要存储的部件。在制造BOM中会添加工艺件，同时工艺BOM中某些零部件会降级成为工艺件的下级子件，这些零部件在工艺BOM中称为工艺子件。通过处理工艺子件，可以使制造工作串行化，从而在资源有限的情况下节约利用资源。 PLM系统中，BOM的转换以处理特殊部件为主要工作，如图所示： 图6 PLM系统中的BOM视图结构转换 例如，在Teamcenter系统中，由于Teamcenter与CAD系统NX实现无缝集成，NX装配图中的产品装配结构可直接导入Teamcenter作为设计BOM视图结构，形成EBOMView。在此基础上，根据系统所定义的BOM视图结构转换流程，由设计部门定义物料类型，并由工艺部门细分关键件后，系统通过对外协件和关键件的处理，自动完成从EBOMView到PBOMView产品结构的转换，如图所示。 图7 从EBOMView到PBOMView的转换 在产品PBOMView基础上，由工艺部门定义工艺类型，系统通过对虚设件和工艺件的处理，自动完成从PBOMView到MBOMView产品结构的转换，如图所示。 图8 从PBOMView到MBOMView的转换 当然，这种BOM自动转化的方式是基于企业的业务模式高度成熟与固定的情况下，而国内处于发展期间的企业特别是集团型大企业经常进行组织结构、业务模式等的调整，实现自动化的BOM转化方式显然不实际，在这种情况下，也可以选择手工重构的方式对BOM进行转换。 (三)BOM一致性管理 一种类型的BOM数据需要更改时，其他类型的BOM数据需要以其保持一致。即产生了多种BOM数据一致性的问题。 从关联方式上来讲，企业级BOM的变更管理是基于单一数据源的管理，不管是哪一种类型的BOM发生更改，都是在统一的BOM数据源上进行的更改，那么其他类型的BOM自然也会同步更改。PLM系统具有根据他们之间的一致性关系自动将对一种BOM的修改传递到其它BOM中的能力，并可以提供技术手段能够随时提醒、或者在产品数据上随时的体现出源头/上游BOM是不是发生了改动。一旦基础视图比如设计视图发生变化的时候，系统可以自动提醒制造部门、测试部门、售后部门，他们的BOM视图有哪些条目已经和基础视图不同步，使得这些部门可以及时的知晓并决定如何处理这些差异，是刷新、还是不需要和上游同步等。这样，使得各个职能部门对于BOM保持共识变得便利，时间变短，工作量变小，而且变更及时。
图9 EBOM的变化可向其它BOM映射 从流程上讲，不同BOM之间数据的同步通过规范的变更流程来管控。当一种类型的BOM数据需要进行更改时，更改部门需考虑到该变更的影响，在进行变更申请时通知受影响的部门参与评审。受影响的部门知晓并同意了该变更之后将相应的BOM数据也变更过来。 因此，BOM数据变更的一致性在软件功能上是系统自动实现的，但更需要人为的干预，数据的最终更改是业务上的问题，必须结合规范的变更流程实现BOM数据的同步更改。 三、实施企业级BOM对企业的挑战及要求 实施企业级BOM解决方案对企业有诸多好处，但是在实施的过程中，许多企业的基础准备工作不足，如：数据没有标准化、流程不规范、管理思想不统一等，容易造成信息化系统的实施遇阻，实施效果不理想。因此，企业在实施企业级BOM系统前应从以下几方面着手并准备： 1、认知方面 企业对BOM管理价值的认知，决定了企业级BOM实施的难度。一个企业以前没有企业级的BOM管理系统，可能用手工管理、EXCEL文档管理、ERP系统管理、甚至用PDM管理的方式，可能也能满足日常工作的需要。为什么需要用企业级BOM，其价值在哪里，这需要企业从上层领导到普通员工都有一个清晰的认识，明白实施企业级BOM的意义所在。 2、业务影响方面 实施企业级BOM将对企业BOM管理的整体思路提出新要求，需要对BOM流程进行规范化和标准化的梳理，这往往会对企业的业务流程造成改变，要想真正的改变企业的业务流程、工作习惯和方法、甚至组织结构是比较困难的， 以上两点都需要企业一把手的牵头，管理思路的转变是从上而下的，企业的高层应该有愿望进行变革，跟各个部门进行协调和沟通，才能把各个部门的工作带动起来，使大家没有抵触的情绪。 3、业务规范方面 如果企业原有的管理规范或者技术规范不达标，上系统之前需要对管理规范进行大量的梳理，这也是一个长期的系统性的工作，不能一蹴而就。 企业需要建立标准化的管理体系，例如基础数据规范、BOM编制规范、物料定义规范、编码规范等等以及BOM管理制度；并对企业现有BOM数据进行梳理，形成准确的规范的BOM，作为企业级BOM建立的基础；对BOM的转换规则进行整理和提炼，实现模块化设计，为产品配置的实现提供数据基础…… 如果企业设置一个专门的团队作为企业级BOM的管理团队，他们站在企业的角度去思考技术规范、流程、数据模型、管理系统……这将对系统的实施有很大的帮助。 |
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