基于BOM的設(shè)計(jì)制造一體化研究與實(shí)踐

對(duì)于航空制造企業(yè)而言，其產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程由多領(lǐng)域人員協(xié)同工作完成，需要銜接產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程，防止產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目計(jì)劃、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)的脫節(jié)。因此，如何貫通產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到制造各環(huán)節(jié)之間的數(shù)據(jù)資源共享集成，成為航空制造企業(yè)急需解決的問(wèn)題。                  

隨著自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及與航空制造業(yè)的深入融合，航空企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不斷提升^[1] 。數(shù)字化、信息化能力已經(jīng)成為航空企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在航空企業(yè)發(fā)展規(guī)劃中占據(jù)重要地位。航空產(chǎn)品研制是一項(xiàng)涉及多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，隨著研制任務(wù)的不斷增加以及航空技術(shù)的快速發(fā)展，航空產(chǎn)品復(fù)雜程度越來(lái)越高、研制周期越來(lái)越短、質(zhì)量要求也越來(lái)越高^[2] 。面對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略布局以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，為快速響應(yīng)研制任務(wù)、縮短產(chǎn)品研制周期，企業(yè)需要借助數(shù)字化、信息化手段不斷增強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品研制過(guò)程的管控能力，并提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

對(duì)于航空制造企業(yè)而言，其產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程由多領(lǐng)域人員協(xié)同工作完成，需要銜接產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程，防止產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目計(jì)劃、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)的脫節(jié)。因此，如何貫通產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到制造各環(huán)節(jié)之間的數(shù)據(jù)資源共享集成，成為航空制造企業(yè)急需解決的問(wèn)題。

BOM作為各系統(tǒng)互聯(lián)的基礎(chǔ)信息，是企業(yè)最核心的軟實(shí)力所在。企業(yè)軟實(shí)力構(gòu)建的切入點(diǎn)，應(yīng)從BOM開(kāi)始。國(guó)外的一些大公司和科研院所已在BOM方面進(jìn)行了深入研究和應(yīng)用。

波音公司在飛機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，采用EBOM和MBOM的文本形式來(lái)描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，在基于PDM的集成環(huán)境中，工藝人員通過(guò)CAPP系統(tǒng)將設(shè)計(jì)成的EBOM轉(zhuǎn)換成MBOM制造，PDM中生成的BOM數(shù)據(jù)文檔再傳遞給MRPⅡ系統(tǒng)，用于產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程的工藝規(guī)劃。同時(shí)，波音公司提出了飛機(jī)構(gòu)型控制與定義制造資源管理計(jì)劃，該計(jì)劃主要有以下四個(gè)主要關(guān)鍵技術(shù)：產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源、簡(jiǎn)化配置管理、精簡(jiǎn)業(yè)務(wù)流和精簡(jiǎn)物料管理。在物料管理上，通過(guò)建立單一數(shù)據(jù)源，波音公司實(shí)現(xiàn)了BOM的統(tǒng)一管理，與此同時(shí)單一數(shù)據(jù)源具備支持按照不同需要提取不同BOM視圖的功能，從而達(dá)到并行工程，實(shí)現(xiàn)集成的目的。

面對(duì)制造成本急劇增多，生產(chǎn)周期不斷延長(zhǎng)，維修成本提高的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，洛克希德·馬丁公司通過(guò)統(tǒng)一管理設(shè)計(jì)BOM、制造BOM和維修BOM，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目降低成本、縮短周期、易于維修的目標(biāo)，最終按要求完成了空軍型、海軍型、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)型“一條生產(chǎn)線生產(chǎn)三種飛機(jī)”，其互換性達(dá)到80%，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)周期縮短35%，節(jié)省了上億美元資金。

近年來(lái)，航天、船舶等國(guó)內(nèi)部分企業(yè)在BOM技術(shù)方面進(jìn)行了一系列研究與應(yīng)用。隨著信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，企業(yè)的信息化水平得到了顯著提高，但是在信息化建設(shè)過(guò)程中仍存在很多問(wèn)題。

BOM在各個(gè)信息系統(tǒng)集成度不高，信息孤島情況嚴(yán)重，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用與集成、設(shè)計(jì)與制造的信息集成尚未形成，各信息系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的方式各不相同，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳遞與交換，亟待形成標(biāo)準(zhǔn)共享的信息化管理機(jī)制。同時(shí)，現(xiàn)有工具軟件開(kāi)放度和一體化程度不高，各階段數(shù)據(jù)的輸入和輸出仍然依靠人工手動(dòng)完成，數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性難以保證。此外，工程階段的變更管理不到位，難以實(shí)現(xiàn)高效的變更管理以及工程數(shù)據(jù)的同步，且很難跟蹤工程變更的真正起點(diǎn)，缺乏端到端的工程變更流程控制，尚未形成閉環(huán)的變更管理體系。

航空產(chǎn)品存在多型號(hào)、多品種、小批量、多批次、預(yù)研與批產(chǎn)并存的復(fù)雜情況，以及時(shí)間短、任務(wù)重、高質(zhì)量的新常態(tài)，這些問(wèn)題勢(shì)必影響航空制造型企業(yè)的發(fā)展與變革。

企業(yè)研發(fā)逐步實(shí)現(xiàn)了型號(hào)產(chǎn)品的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，基于PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，工藝卻停留在傳統(tǒng)的CAPP二維環(huán)境下的工藝卡片設(shè)計(jì)、工藝圖繪制階段，產(chǎn)品三維數(shù)模和工藝二維卡片的數(shù)據(jù)異構(gòu)，PDM與CAPP的系統(tǒng)異構(gòu)，產(chǎn)生了設(shè)計(jì)與工藝的信息孤島與業(yè)務(wù)隔閡，導(dǎo)致了型號(hào)產(chǎn)品研發(fā)長(zhǎng)期停留在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、人工傳遞、工藝準(zhǔn)備的串行、相互獨(dú)立的模式。工藝與生產(chǎn)制造分離，MES無(wú)法獲取正確MBOM信息，只能手動(dòng)搭建MBOM結(jié)構(gòu)，增加了大量的工作量，同時(shí)準(zhǔn)確性也無(wú)法保證……主要帶來(lái)的問(wèn)題如下:

⑴設(shè)計(jì)與工藝分離：設(shè)計(jì)與工藝串行的工作模式，工藝只能被動(dòng)等待設(shè)計(jì)輸入，無(wú)法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段有效介入，提前進(jìn)行產(chǎn)品工藝性審查、工藝方案前期策劃等工作，以達(dá)到縮短工藝準(zhǔn)備周期的目的；同樣，設(shè)計(jì)問(wèn)題也無(wú)法在方案設(shè)計(jì)或者工程設(shè)計(jì)階段提前暴露，導(dǎo)致大量設(shè)計(jì)問(wèn)題往往在工藝制造后期才發(fā)現(xiàn)，增加了更改的成本。

⑵工藝與制造分離：工藝、制造環(huán)節(jié)不能有效利用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的EBOM數(shù)據(jù)重構(gòu)生成MBOM，也難以基于設(shè)計(jì)產(chǎn)生的三維數(shù)模進(jìn)行直觀的制造過(guò)程規(guī)劃工作，往往造成數(shù)據(jù)不一致，信息正確性的維護(hù)成本較高。

⑶設(shè)計(jì)、工藝、制造流程不閉環(huán)：理論上型號(hào)產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)該是工作流程連續(xù)，信息實(shí)時(shí)交互的設(shè)計(jì)、工藝、制造有機(jī)融合，但實(shí)際上卻被一堵無(wú)形的高墻分割為設(shè)計(jì)、工藝制造獨(dú)立部分，導(dǎo)致了流程中斷、信息阻隔、環(huán)節(jié)脫節(jié)的設(shè)計(jì)、工藝、制造業(yè)務(wù)孤島，只能采用人工“拋磚過(guò)墻”這種高成本、低效率的信息傳遞方式，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)與工藝，工藝與制造之間信息交互困難與滯后，進(jìn)一步造成了業(yè)務(wù)間的隔閡，大量無(wú)效與重復(fù)工作產(chǎn)生。

⑷由于工藝編制仍采用基于二維卡片的傳統(tǒng)模式，缺乏與設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性及直觀的三維表現(xiàn)形式，影響了工藝設(shè)計(jì)效率、質(zhì)量，也降低了工藝的可操作、可指導(dǎo)性，導(dǎo)致下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用到的ERP、MES等系統(tǒng)需要的工序、工步、材料定額等信息仍要手工錄人，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以保證，也不能將制造過(guò)程規(guī)劃的結(jié)果數(shù)據(jù)方便有效地傳遞至這些系統(tǒng)。

解決問(wèn)題的關(guān)鍵是建立完整的設(shè)計(jì)工藝制造一體化架構(gòu)，通過(guò)產(chǎn)品數(shù)字化價(jià)值鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品實(shí)物價(jià)值鏈中物理對(duì)象的虛擬化，提升研發(fā)效率和降低制造成本。

在制造型企業(yè)中，企業(yè)是以 BOM 為主線組織新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的。BOM是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件，是產(chǎn)品數(shù)據(jù)在整個(gè)生命周期中傳遞的載體。BOM貫穿于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、樣機(jī)試制、加工制造、銷(xiāo)售維護(hù)直至產(chǎn)品消亡。BOM管理是產(chǎn)品生命周期管理的重要組成部分，能夠體現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)物料清單視圖中的各類(lèi)信息，使該類(lèi)信息能夠被共享，為加強(qiáng)生命周期管控提供重要理論依據(jù)^[4] 。BOM主要用于描述組成產(chǎn)品的零部件之間關(guān)系的信息，可以直接體現(xiàn)出物料結(jié)構(gòu)的關(guān)系，貫穿于制造業(yè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，是設(shè)計(jì)制造一體化產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的核心^[5-8] 。按照設(shè)計(jì)制造的不同階段，將BOM劃分為設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、制造BOM三種類(lèi)型。

其定義如下：

⑴設(shè)計(jì)BOM：Engineering BOM，簡(jiǎn)稱(chēng)EBOM，設(shè)計(jì)部門(mén)用于管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的產(chǎn)品物料結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員首先根據(jù)客戶(hù)需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)工作完成后，再?gòu)脑O(shè)計(jì)圖紙中提出相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)BOM中管理的數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品名稱(chēng)、結(jié)構(gòu)、零部件、版本、原材料等。

⑵工藝BOM：Processing BOM，簡(jiǎn)稱(chēng)PBOM，工藝部門(mén)用于管理零組件制造過(guò)程中的工藝文件。它是工藝人員在EBOM基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)工藝水平編制的。工藝BOM主要用于說(shuō)明產(chǎn)品中零組件和最終產(chǎn)品的制造方法，同時(shí)規(guī)定了制造過(guò)程中使用的設(shè)備等工藝信息。

⑶制造BOM：Manufacture BOM，簡(jiǎn)稱(chēng)MBOM，制造部門(mén)用于管理實(shí)際生產(chǎn)中某種產(chǎn)品所需的零部件信息。主要根據(jù)設(shè)計(jì)BOM和工藝BOM信息，調(diào)整工藝信息。MBOM最終用于指導(dǎo)零部件的生產(chǎn)。

在航空制造業(yè)產(chǎn)品研制過(guò)程中，BOM 管理貫穿于產(chǎn)品全生命周期各階段，為企業(yè)重大決策提供充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。BOM 是研發(fā)成果的記錄，是公司計(jì)劃、采購(gòu)、生產(chǎn)、商務(wù)、成本核算及技術(shù)管理的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，BOM 是否準(zhǔn)確直接影響到各相關(guān)業(yè)務(wù)的運(yùn)作，BOM 業(yè)務(wù)不容忽視，否則產(chǎn)品的物料計(jì)劃、采購(gòu)工作無(wú)法進(jìn)行，后期的生產(chǎn)加工、市場(chǎng)銷(xiāo)售訂單制作也會(huì)受影響，其在設(shè)計(jì)制造一體化過(guò)程中主要作用如下：

⑴BOM 在設(shè)計(jì)端的作用

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理：BOM從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始發(fā)揮作用，幫助設(shè)計(jì)師和工程師跟蹤和管理產(chǎn)品組件。它確保所有必要的組件都被考慮在內(nèi)，并且它們的規(guī)格和版本都是正確的。

變更控制：當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更時(shí)，BOM可以幫助識(shí)別這些變化對(duì)其他組件或整個(gè)產(chǎn)品的影響。PDM系統(tǒng)中的BOM可以幫助管理變更請(qǐng)求，確保所有相關(guān)方都了解變更，并且變更得到適當(dāng)?shù)呐鷾?zhǔn)和實(shí)施。

文檔管理：PDM系統(tǒng)中的BOM通常與相關(guān)的產(chǎn)品文檔（如工程圖紙、技術(shù)規(guī)范和操作手冊(cè)）鏈接。這確保了所有相關(guān)人員都能夠訪問(wèn)最新的產(chǎn)品信息和文檔。

產(chǎn)品配置：對(duì)于提供多種產(chǎn)品配置的制造商，BOM可以幫助管理不同配置之間的組件差異。PDM系統(tǒng)可以支持創(chuàng)建和管理這些配置變體。

成本估算：BOM提供了產(chǎn)品組件的詳細(xì)列表，有助于進(jìn)行成本估算和預(yù)算規(guī)劃。通過(guò)PDM系統(tǒng)，企業(yè)可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)產(chǎn)品成本，從而做出更明智的定價(jià)和利潤(rùn)決策。

⑵BOM 在生產(chǎn)制造端的作用

生產(chǎn)規(guī)劃：在生產(chǎn)階段，BOM是制定生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的基礎(chǔ)。它確保生產(chǎn)部門(mén)知道需要哪些組件以及它們的數(shù)量，從而有效地安排生產(chǎn)活動(dòng)和材料采購(gòu)。

生產(chǎn)調(diào)度：MES系統(tǒng)使用BOM來(lái)確定生產(chǎn)特定產(chǎn)品所需的原材料、組件和資源。有助于制定有效的生產(chǎn)計(jì)劃和時(shí)間表。

生產(chǎn)指令：MES系統(tǒng)根據(jù)BOM生成詳細(xì)的生產(chǎn)指令和作業(yè)指導(dǎo)，指導(dǎo)工人在生產(chǎn)線上進(jìn)行操作。有助于減少錯(cuò)誤和提高生產(chǎn)效率。

物料追蹤：在生產(chǎn)過(guò)程中，MES系統(tǒng)利用BOM來(lái)追蹤每個(gè)組件和原材料的流向。確保了正確的物料被用于生產(chǎn)，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控物料的使用情況。

實(shí)時(shí)監(jiān)控：BOM與MES系統(tǒng)的集成允許實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度和物料消耗。這有助于快速識(shí)別和解決生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題。

性能分析：MES系統(tǒng)可以使用BOM數(shù)據(jù)來(lái)分析生產(chǎn)性能，如生產(chǎn)周期時(shí)間、物料利用率和工作效率，為企業(yè)提供了改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的寶貴信息。

資源優(yōu)化配置：通過(guò)分析BOM，MES系統(tǒng)可以幫助企業(yè)優(yōu)化資源分配，如機(jī)器、工具和人力，從而提高生產(chǎn)效率和降低成本。

供應(yīng)鏈管理：BOM為供應(yīng)鏈管理提供了重要信息，包括需要采購(gòu)哪些原材料和外購(gòu)組件，以及它們的數(shù)量和交付時(shí)間表。有助于優(yōu)化庫(kù)存水平和供應(yīng)鏈效率。

售后服務(wù)：在產(chǎn)品生命周期結(jié)束時(shí)，BOM對(duì)于提供維修服務(wù)和備件管理至關(guān)重要。它提供了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，有助于快速識(shí)別和替換故障組件。

以某航空企業(yè)為例，該企業(yè)選用PTC公司的Windchill系統(tǒng)為底座，打造設(shè)計(jì)工藝一體化協(xié)同平臺(tái)，基于該平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于BOM的數(shù)據(jù)組織和管理，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)源頭；實(shí)現(xiàn)了EBOM-PBOM的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，通過(guò)與MES集成，實(shí)現(xiàn)了PBOM到MBOM的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了EBOM-PBOM-MBOM數(shù)據(jù)貫通；同時(shí)該系統(tǒng)基于CMII的閉環(huán)工程變更理論，引入了更改請(qǐng)求（ECR）、更改建議（ECP，類(lèi)似于ECN）及更改指令（ECO）三個(gè)變更對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有工程更改的閉環(huán)管理，包括對(duì)跨專(zhuān)業(yè)、與工藝BOM、與在制品的處理措施等的閉環(huán)，同時(shí)包括從問(wèn)題報(bào)告、變更請(qǐng)求、變更單到變更任務(wù)執(zhí)行的閉環(huán)。通過(guò)上述基于BOM的設(shè)計(jì)制造一體化研制模式應(yīng)用，企業(yè)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、系統(tǒng)的集成交互，實(shí)現(xiàn)了由紙質(zhì)藍(lán)圖的手工數(shù)據(jù)向電子結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的跨越，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造由模塊化孤立串行向并行一體化轉(zhuǎn)變，完成了以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的跨部門(mén)、跨場(chǎng)景、跨業(yè)務(wù)的數(shù)字化管理模式的轉(zhuǎn)變。具體實(shí)踐及效果如下：

為了協(xié)調(diào)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)貫通問(wèn)題，該企業(yè)統(tǒng)一了設(shè)計(jì)工藝平臺(tái)，以BOM為主線組織相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，銜接不同研制階段的業(yè)務(wù)流程，支撐不同層面的協(xié)同工作，規(guī)范統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立集設(shè)計(jì)、工藝、計(jì)劃、制造于一體的科研模式，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞鏈路的打通，減少重復(fù)冗余工作，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期，提高產(chǎn)品研制效率和企業(yè)生產(chǎn)能力。在產(chǎn)品研制過(guò)程中主要構(gòu)建了以下三種BOM類(lèi)型，如圖1所示。

其構(gòu)建過(guò)程如下：

⑴EBOM構(gòu)建：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段構(gòu)建EBOM，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)果，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表達(dá)。EBOM用于描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性與層次關(guān)系，明確產(chǎn)品及組件結(jié)構(gòu)關(guān)系，例如產(chǎn)品的節(jié)點(diǎn)屬性、三維模型、設(shè)計(jì)圖樣、數(shù)量等信息。EBOM是產(chǎn)品的數(shù)據(jù)源頭之一，企業(yè)的設(shè)計(jì)人員主要通過(guò)EBOM傳遞的方式，將信息及數(shù)據(jù)傳遞給工藝人員和生產(chǎn)人員。

⑵PBOM構(gòu)建：在產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)階段構(gòu)建PBOM，主要包含工藝頂層規(guī)劃、工藝路線、工序信息等內(nèi)容。企業(yè)在工藝環(huán)節(jié)無(wú)須憑空搭建PBOM，而是繼承EBOM數(shù)據(jù)屬性，基于EBOM根據(jù)工藝要求重新定義產(chǎn)品的裝配關(guān)系，增加工藝屬性例如承制單位、零組件類(lèi)型等，并根據(jù)企業(yè)工藝裝備、人員技能以及其他制造資源的分布特點(diǎn)，制定產(chǎn)品各組成的工藝分工路線，最終形成完整的PBOM。PBOM為生產(chǎn)工藝任務(wù)分工與工藝文件編制奠定基礎(chǔ)，不斷提升企業(yè)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)的質(zhì)量與效率。

⑶MBOM構(gòu)建：在產(chǎn)品生產(chǎn)制造階段構(gòu)建MBOM，依據(jù)生成的PBOM對(duì)工藝裝配步驟進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)后得到，主要描述裝配順序、工時(shí)定額以及相關(guān)的工裝、設(shè)備、刀具等信息，反映了零件、裝配件的裝配順序以及最終產(chǎn)品的制造方法。MBOM可以直觀地體現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與配置結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，其作為制造工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果，為制定物料需求計(jì)劃以及開(kāi)展成本核算提供依據(jù)。

圖1 設(shè)計(jì)、工藝、計(jì)劃、制造一體化BOM構(gòu)建圖

各類(lèi)BOM的傳遞從數(shù)學(xué)模型上來(lái)看，其實(shí)質(zhì)是對(duì)原有的父子層級(jí)關(guān)系進(jìn)行建立和重新分配的結(jié)果，下游BOM的產(chǎn)生與變更與上游BOM的數(shù)據(jù)信息有關(guān)，是對(duì)上游BOM添加一定的領(lǐng)域?qū)傩孕畔⒍鴣?lái)的。

在形成BOM傳遞方式的基礎(chǔ)上，構(gòu)建EBOM時(shí)即增加物資編碼屬性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造協(xié)同；在EBOM向PBOM傳遞時(shí)，將原設(shè)計(jì)零件的屬性和BOM屬性信息復(fù)制到新的工藝零件對(duì)象上，并自動(dòng)創(chuàng)建BOM之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，支持設(shè)計(jì)變更引起的工藝設(shè)計(jì)復(fù)用與快速調(diào)整；在PBOM向MBOM傳遞時(shí)，集成、關(guān)聯(lián)型號(hào)研制所需條件和能力，自動(dòng)推送工藝內(nèi)容、材料定額、制造資源等知識(shí)創(chuàng)建形成MBOM。根據(jù)不同BOM視圖對(duì)各種類(lèi)型的部（組）件進(jìn)行不同傳遞方式的處理，如增加、刪除、調(diào)整、分解等，可以由原BOM結(jié)構(gòu)得到新BOM結(jié)構(gòu)，如圖2。

圖2 基于 BOM 的一體化傳遞示意圖

圖3 典型的設(shè)計(jì)制造一體化研制流程圖

基于BOM的設(shè)計(jì)制造一體化研制模式，在產(chǎn)品研制過(guò)程中以BOM為核心貫穿產(chǎn)品生命周期的全過(guò)程，通過(guò)Web Services構(gòu)建跨平臺(tái)的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)PDM、MPM、ERP、MES等信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞和應(yīng)用，如圖3所示。圖3為典型的設(shè)計(jì)制造一體化研制流程圖。

其詳細(xì)過(guò)程如下：

⑴設(shè)計(jì)人員從客戶(hù)需求著手，從產(chǎn)品功能角度出發(fā)，充分考慮后續(xù)工藝、制造等方面的要求，利用數(shù)字化設(shè)計(jì)工具如CATIA等開(kāi)展產(chǎn)品建模工作，完成產(chǎn)品的三維模型設(shè)計(jì)，并在模型中添加屬性信息，包含了制造工藝、精度要求等。

⑵設(shè)計(jì)人員通過(guò)PDM集成環(huán)境上傳三維設(shè)計(jì)模型和二維圖紙，根據(jù)模型和圖紙中產(chǎn)品、組件、部件、零件的結(jié)構(gòu)關(guān)系自動(dòng)生成EBOM，并在PDM系統(tǒng)內(nèi)完成審簽，確保EBOM結(jié)構(gòu)的完整性和規(guī)范性。

⑶工藝人員在MPM系統(tǒng)接收到設(shè)計(jì)師下發(fā)的EBOM及設(shè)計(jì)圖文檔等信息后，利用工藝設(shè)計(jì)手段進(jìn)行EBOM向PBOM的重構(gòu)，對(duì)EBOM進(jìn)行結(jié)構(gòu)和層次的調(diào)整并補(bǔ)充工藝信息，如物料信息、配套屬性信息等。同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化工藝編制，建立工藝、工序內(nèi)容，上傳三維工藝動(dòng)畫(huà)文件，并與PBOM的工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行掛接，完成工藝設(shè)計(jì)過(guò)程。

⑷生產(chǎn)車(chē)間調(diào)度員在MES系統(tǒng)接收工藝上游推送的PBOM及工藝相關(guān)信息，并按照裝配工藝流程進(jìn)行重構(gòu)，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零組件、工藝信息、原材料、設(shè)備、工裝等，構(gòu)建產(chǎn)品MBOM。ERP系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)至MES系統(tǒng)后，計(jì)劃員根據(jù)獲取的工藝文件和工序信息進(jìn)行排產(chǎn)，編制車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃；庫(kù)房人員依據(jù)上游傳遞的信息獲得物料清單，進(jìn)行物料準(zhǔn)備并確認(rèn)物料的齊套狀態(tài)；生產(chǎn)人員在制造現(xiàn)場(chǎng)終端根據(jù)上游傳遞至此的生產(chǎn)指導(dǎo)文件，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙、三維工藝裝配動(dòng)畫(huà)、工序等進(jìn)行生產(chǎn)。

基于BOM的設(shè)計(jì)制造一體化變更主要控制更改實(shí)施的準(zhǔn)確、快速及完整，一體化工程變更的主要目標(biāo)：從變更問(wèn)題來(lái)源的數(shù)據(jù)，到變更實(shí)施、執(zhí)行、反饋，實(shí)現(xiàn)全方位的可控。因此，實(shí)現(xiàn)時(shí)將使用更改請(qǐng)求（ECR）、更改建議（ECP類(lèi)似與ECN）及更改指令（ECO）三個(gè)變更對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)更改信息記錄及管理模型，更改過(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)中簡(jiǎn)化更改的審核步驟，突出更改的過(guò)程控制及信息完整性。具體見(jiàn)圖4設(shè)計(jì)制造一體化變更流程，過(guò)程如下：

ECR：工程更改申請(qǐng)，用于提出問(wèn)題和分析問(wèn)題；

ECP：工程更改建議，用于分析驗(yàn)證問(wèn)題，并明確需要更改的數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；

ECO：工程更改指令，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更改和發(fā)放。

圖4 設(shè)計(jì)制造一體化變更流程

BOM是航空制造企業(yè)設(shè)計(jì)制造一體化建設(shè)中的重要數(shù)據(jù)。本文提出基于BOM的設(shè)計(jì)制造一體化技術(shù)，將設(shè)計(jì)上游作為數(shù)據(jù)源頭，實(shí)現(xiàn)以BOM為載體的數(shù)據(jù)傳遞模式，將各系統(tǒng)的資源與BOM相結(jié)合。該方法通過(guò)信息整合消除“信息孤島”帶來(lái)的數(shù)據(jù)冗余、交互煩瑣等問(wèn)題，使得產(chǎn)品研制過(guò)程的數(shù)據(jù)、流程得以規(guī)范和統(tǒng)一，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和流程的完整性。

該模式的應(yīng)用提升了企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，有效連通產(chǎn)品研制過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)過(guò)程中人員、物資的利用率，降低了企業(yè)成本，增加了企業(yè)效益。這對(duì)于企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。

參考資料

（來(lái)源數(shù)字化企業(yè)）