基于PLM的產品超級BOM研究

鄭小杰 王建華 徐剛

摘? 要：為解決PLM產品生命周期管理中的BOM跨專業、跨業務協同管理問題（即BOM數據流的快速搭建、轉換與傳遞問題），提出一種基于超級BOM的產品設計、研發、工藝、生產模型。通過DBOM-EBOM-MBOM平臺級、模塊級和實例級的多視圖結構轉換，有效改善PLM實施和應用中的產品開發管理、工程設計管理、工藝管理數據孤島問題，同時也對物料、產品、設計、工藝的企業標準化管理提出了整體性的目標導向，加強了各業務環節的標準化工作，推動企業實現快速交付能力，降低研發成本的作用。

關鍵詞：PLM;機電軟;超級BOM;標準化

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0129-04

Research on Product Super BOM Based on PLM

ZHENG Xiaojie1， WANG Jianhua2， XU Gang1

（1.Dongfang Electronics Co.， Ltd.， Yantai? 264000， China; 2.School of Physics and Electronic Information， Yantai University， Yantai? 264005， China）

Abstract： In order to solve the problem of cross professional and cross business collaborative management of BOM in PLM product life cycle management （i.e. the problem of rapid construction， transformation and transmission of BOM data flow）， a product design， R&D， process and production model based on super BOM is proposed. Through the multi view structure transformation of DBOM-EBOM-MBOM platform level， module level and instance level， it can effectively improve the data island problems of product development management， engineering design management and process management in the implementation and application of PLM. At the same time， it also puts forward an overall goal orientation for the enterprise standardization management of materials， products， design and technology， strengthens the standardization of various business links， promotes the enterprise to achieve rapid delivery and reduce R&D costs.

Keywords： PLM; mechanical electrical and software; super BOM; standardization

0? 引? 言

物料清單（Bill of Material， BOM）是說明產品是由什么組成、各需要多少的一種技術文件，也稱為產品結構表或者產品用料表，是ERP、PLM、MES等信息化研發、采購、計劃、制造管理系統的基礎核心數據，描述了產品構成和所有要涉及的物料。在CAE設計過程中，必須把用圖示表達的產品結構轉化成某種數據格式，這種數據格式就是BOM。在實際研發和設計過程中，對于包含機械、電氣、軟件一體化的結構復雜、數據量大、研發生產周期長的產品，需要多專業、多環節的協同工作，BOM會不斷修改，由于不可避免的設計變更（如客戶需求更改、產品結構變化）和現場因素（如采購環節、工藝環節、制造資源等）引起變更等多類變化的影響，產品信息的修改會更加頻繁。這對企業整體的供應鏈、研發鏈形成了挑戰，為了增強業務間信息溝通，保證數據的及時更新，需要實現跨專業領域的設計數據變更管理，進而確保上下游BOM的數據一致性、完整性、可追溯性。

在BOM的傳遞過程中，由于企業按職能、按業務進行分工的管理模式，出現了設計BOM、工程BOM、工藝BOM等獨立BOM結構，這些BOM結構由各單元的工具或設計生產模式產生，導致同一個產品，在設計、工程、工藝環節存在不同的結構，物料也隨著遞增，往往需要人工手動的方式進行結構轉換，造成效率低下，容錯率低，對于快速交付造成了很大的壓力。

本文面向產品生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）系統，結合實際運用，研究BOM的版本狀態演變，探討DBOM-EBOM-MBOM的數據結構不一致問題，通過平臺化、模塊化、實例化的超級BOM配置管理，研究了機電軟產品的BOM多視圖的版本管理模型，設計了BOM多視圖分支的版本維護機制。最后實現了DBOM-EBOM-MBOM的快速結構轉換與傳遞，并應用于本公司的實際開發、設計、生產過程，很好地推動了設計、生產效率與質量。

1? 平臺產品的超級BOM結構（DBOM）

平臺產品是PLM的核心數據資產，支撐產品開發和工程設計，要求在平臺的設計過程就嚴格遵循組件化、模塊化、通用化設計思想，高內聚、低耦合的模塊能夠實現最大限度地技術復用，同時也對后續的采購成本、生產成本、維護成本起到關鍵的降低作用。這需要從產品的功能需求開始進行結構化分解，按通用功能、個性功能或者主要功能、次要功能進行分解，對通用或主要功能進行必需的模塊化、通用化設計，對個性功能或次要功能進行進一步的匯總分類，進行最小功能的組件化設計，便于后續的功能擴展與變更為基本思想。

平臺產品的BOM結構依從于外部的產品需求，以高效率、高質量交付為目標，同時標準化、通用化的實現方式，為采購、工程設計、計劃、生產、維護的降低成本、提高效率，提供決定性的支撐，所以，平臺產品的超級BOM結構必然是全業務環節的共同參與實現的，超級BOM結構要體現可繼承性、可維護性、可復用性，同時融合各業務環節的配套條件，如物料的變更、工藝文件的成套性、工程設計的選配等。平臺產品與其他業務關系如圖1所示。

這些關系有些可以通過標準化規范進行固定在其他系統和流程中，如物料、計劃、采購等;有些需要在平臺產品的配置方法表進行衍生，如平臺工藝路線和工藝文件、工程設計選型等。

在復雜的平臺產品建設后，平臺產品的超級BOM搭建思路就會相對明確，必須考慮上下環節的數據銜接，平臺產品的前端為產品功能需求，在產品功能需求經過評審確認后，識別可復用的通用功能，并與通用模塊匹配，識別定制功能并規劃出定制模塊，如圖2所示。

平臺產品是與平臺工藝對應的，同樣也包含平臺工藝路線、平臺工藝文件的對應關系，也會存在一對多或多對一的關系，甚至存在通用工藝路線升級或變更的處理方式，如圖3所示。

當平臺產品的輸入—平臺產品功能需求定義、平臺產品本身—通用和定制確定、平臺產品的輸出—通用工藝和定制工藝確定后，平臺產品的總體BOM和文件就得以完整確定，進而形成配置清單和配置字典，針對產品需求，制定配置方法，可以形成從平臺產品到產品的具體生成，如圖4所示。

這樣就完成了超級DBOM的建設，此時的DBOM，在業務整體建設平臺上，實現了貫通產品需求和后端工藝等環節的通用化、標準化設計。實現完整的超級BOM及其選配方法，也實現配套文檔的完整性和繼承性建設。

2? 工程設計超級BOM的結構（EBOM）

工程設計BOM的概念是承接訂單BOM，包含產品BOM和外購BOM，通常直接對接ERP，BOM結構復雜且變更頻繁，通常是CAE直接讀取原理圖生成，由于外購的存在，導致工程設計庫很龐大，在建設超級BOM時難以完全按選配方式實現，此時對整體的物料管理、采購管理和生產管理的配套要求比較高，通過上下游環節的緊密配合，對通用自制和外購的定義、規范、采購和生產齊套性標準化，才能更好地處理選型和變更。其與訂單BOM的對應關系如圖5所示。

工程設計超級BOM通常包含由平臺產品繼承而來的產品BOM，由MDM外購物料優選庫拉取出來的外購BOM，完整工程設計BOM，按設計階段、自制和外購、通用和臨時物料等分類方式，實現工程設計超級BOM的配置清單和選型方法，在訂單BOM與工程設計BOM的完整匹配機制下，銷售端和用戶端的選配方式也可以直觀實現;在制造BOM與工程設計BOM的完整匹配機制下，設計BOM和制造BOM的結構轉換，工藝路線的分類匹配都能快速地實現。工程設計超級BOM及訂單BOM和制造BOM關聯結構如圖6所示。

3? 工藝超級BOM的結構

工藝BOM整體上分為兩類：針對產品開發的研發工藝BOM;針對制造的生產工藝BOM。生產工藝BOM在上述已陳述。下面的重點在研發工藝BOM的內容。

研發方面的工藝是和研發過程緊密結合的，針對產品的可制造性設計，在制品過程中，規劃工藝路線，確定工序，也包括工裝測試等內容。研發工藝首先應該和平臺產品結合，針對平臺產品的通用性，設計通用的工藝路線和文藝文件，在具體產品的配置清單和配置方法上，也需要做工藝路線和配置與產品對應，固化工藝與產品的關系。實現供貨過程中，會存在大量的變更或產品定制，由于工藝BOM是在DBOM/EBOM之后產生，需要靈活快速的響應前端BOM的變更，同時也要響應采購、計劃的變更，導致工藝BOM的變更復雜度很高。同時，工藝BOM會比產品BOM增加相關輔料，對比產品BOM的組成結構，工藝BOM會按工序進行BOM的重新組合分配，形成特定的工藝路線，工序卡片等內容，綜合上面各種因素，工藝路線需要按工藝整體的規劃部署派生而來，所以工藝超級BOM的結構必然是和整體的工藝路線緊密結合，特別是在有MES系統的支持下，先確定大工藝路線，然后MES規劃詳細的工藝路線，安排工序和發料計劃。所以，工藝超級BOM結構的建立復雜度很高，衡量BOM結構質量不單是數據的流轉速度，更多的是變更執行效率。在快速交付的壓力下，制造BOM和工藝BOM的數據銜接尤為重要，兩個BOM的內部高耦合、結構獨立和接口明確設計也是必需的。工藝超級BOM結構如圖7所示。

4? 超級BOM的版本管理

BOM數據結構的建設時，完整性、一致性、可追溯性是基本原則。

完整性是指從訂單BOM到后端的制造BOM或者服務BOM，是沒有遺漏或多余的，完整性不能保證，會導致設計或物料的浪費變更頻繁，尤其是需要和用戶保持暢通、充分的溝通，用戶的需求變更是影響范圍最大的，越到后端產生的成本越高。

一致性是指前后BOM數據是一致的，版本是一致的，強調版本的變更控制，要求進行變更的影響分析，對BOM中的數據變更，要進行從用戶需求開始到服務的一致性驗證工作。BOM的一致性問題一般見的有以下幾類：

（1）物料層級關系循環：在BOM中，如果存在子件中含有父件的結點，則構成了父子關系循環，即循環引用。在進行編輯BOM中零部件時，或者從其他BOM導入數據到當前BOM時，都會造成循環引用。這兩種情況在本質上相同，也都可以避免，目前的PLM系統已經固化了層級關系循環驗證邏輯。

（2）物料在演變過程中丟失：設計人員物料添加失誤，或在設計BOM中存在非虛擬部件，導致BOM轉換之后，在工藝BOM或制造BOM中不存在對應的零部件，由CAE直接導出的BOM通常不存在，往往在定制或手動添加時容易發生。

（3）物料數量不一致：如在BOM從前端到后面的過程中，PLM往往通過流程的審核、計劃的確認進行驗證。

可追溯性是指BOM數據能夠從后端的服務追溯到中間的設計到前端的訂單。可追溯性應該包括BOM以及對應的圖紙、文檔，要體現連續性。

版本管理是PLM的基礎原則，也是BOM建設、超級BOM管理的基礎。BOM版本管理按配置管理模型，也有常見的三種模型：線性模型，樹狀模型和有向無環圖模型。

在機電軟復雜應用場景下，軟件通常作為獨立模塊開展工作，但其最終文檔與可行性程序應作為BOM的一部分，與硬件版本保持一致性，其變更控制也應遵循統一的BOM管理程序。

5? 結? 論

超級BOM的本質是所有BOM視圖的標準化體現，更深層的是單個業務的高成熟度標準化工作，以及所有業務環節的標準化整體規劃和實踐，單個業務環節的超級BOM建設并不能體現超級BOM的質量與效率的價值，需要整體上設計，前端要從產品需求端進行合理分解，進行產品研發設計，從用戶需求端進行合理的供貨明細簽訂，進行產品需求與用戶需求的匹配;后端在保持版本的完整性、一致性、可追溯性的基礎上，針對所有BOM視圖進行結構優化，一般要有平臺級和實例級兩個層級的對應轉換，平臺級是各業務框架級的設計，是針對主要業務的整體規劃鏈接，比如針對業務領域的主要工程、主要產品、主要組件進行數字化、自動化數據流的流轉，實例級是具體需求的體現，強調實例級的標準化工作，基本要求是平臺的選配派生。

本次基于PLM的產品超級BOM轉換研究是結合PLM項目的實施過程同步研究并推動的，所以研究的理論價值也轉換為實際應用，在落地的過程中也面臨了很大的阻礙和重構問題。實踐證明，超級BOM的應用一定是組織級的整體規劃推動，也是上下結合、從主到次的逐步落地的過程，隨著業務成熟度和標準化成熟度的提升，超級BOM的應用價值將會非常大的提升企業的研發、供貨能力，也會成為企業數字化轉型的核心驅動力。

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作者簡介：鄭小杰（1980—），男，漢族，山東煙臺人，電氣工程師，學士學位，研究方向：產品管理、配置管理、信息化等。