知识经济环境下,伴随数字化技术在制造业中应用的不断深入,制造企业数字化已经成为提高其产品竞争力的核心要素。集成环境中制造业的数字化包括以单项使用为主的CAx技术,以及面向部门级或企业级的产品数据管理( Product Data Management - PDM) 、企业资源计划( Enterprise Resource Planning - ERP) 、协同产品商务等应用,是企业以信息和知识的双维桥梁不断提高决策、经营、管理、计划、生产、销售的效益及水平,确立竞争优势的关键行动环节。

    制造业中典型的产品形成过程一般要经过:市场及用户需求分析→产品开发→工艺设计→零件制造→装配→成品的过程。产品的形成过程是通过一定的物料流、工作流的协同来体现的,而联系产品形成过程每一环节和活动的物料流及工作流的重要纽带是多视图形态的物料清单(Bill of Materials -BOM) 。物料清单在企业数字化的集成平台系统中,贯穿于产品的全生命周期,且状态处于不断的动态变化当中,不同阶段对应不同的BOM 视图。同多视图物料清单相关的主要过程有产品开发(设计) 过程、工艺规划过程和生产计划过程等。在企业数字化工程中,BOM 多视图形态的组织策略就是对BOM 的处于多态视图当中的信息的组织、集成、动态流动和一致性等问题的过程控制和组织应用。通过对作为数据最终物质表现的产品来建立以BOM 为基础的产品数据流,是实现数字化企业的保证。下面就企业数字化集成框架中多视图BOM 的组织策略进行论述。

    1 　物料清单(BOM) 的本质、特性

    1. 1 　物料清单的本质

    物料清单是广泛使用在制造系统中的用于表达产品结构和相关信息的一种方式。物料清单的产生是通过对产品结构相关对象的属性提取后得到的,因此产品结构是BOM 数据的主要来源。BOM 信息是预测、销售、计划、设计、生产、采购、物料、工艺等部门都需要参考的重要文件,是实现数据共享和信息集成的关键数据组成要素。

    根据BOM 的组织结构可以体现出BOM 的本质如下:BOM 是对物体形态转变语义的结构化表达。

    物料清单是根据物料项来进行产品数据组织,是PDM、现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System) 等数字化应用的企业系统中的核心数据,是进行制造资源计划(Manufacturing Resource Planning - MRPII) 运算的基础数据。物料项描述了一个物体形态,而BOM 则描述了这个物体形态的转变,包括转变的前驱物体形态、转变的条件、转变的控制。BOM 是对物料项之间的语义关系的一种表达。BOM将物料项之间的语义关系:描述关系、加工关系、基准依赖关系、装配关系、互换关系等以结构化的方法表示。

    一般来说,一个BOM 的构成包括主物料项、子物料项和BOM 属性几个部分。主物料项是BOM 将要描述的物料项。对于装配关系来说就是父件。子物料项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。BOM 属性包括所描述的物体形态转变中的转变条件和控制。对装配关系来说就是装配的数量关系和工装夹具。

    1. 2 　物料清单的特性

    BOM 是一种描述所制造产品的条目、成分或物料组成的“清单”文件,相当于明细一览表。如结构物料清单和数量一览清单等。其产品生命周期和特性如图1 所示。

    1. 2. 1 　多态性

    制造企业内部,不同部门有不同的BOM 视图。企业都希望各个业务部门能依据统一的物料清单来组织数据并进行工作,这样可以最好地保证数据的一致性和共享。但实际中,由于不同阶段的人员对产品有不同的视角,使得物料清单必须符合特定阶段的要求。不同部门视角的差异必然导致不同的产品视图,如面向设计视图的工程物料清单( Engineering Bill Of Material - EBOM) ,面向装配视图的工艺物料清单(Process Bill Of Material - PBOM) ,面向制造视图的制造物料清单(Manufacturing Bill Of Material - MBOM) ,面向客户视图的客户物料清单(Customer Bill Of Material - CBOM) ,以及面向定单、面向计划、面向服务、面向运输等视图。

    1. 2. 2 　递归性

    BOM 表达的是一个物体形态的转变,即其前驱物体状态根据什么条件在何种控制的作用下完成何种转变。若考虑其前驱物体形态的转变,并将其连接起来,就构成了一个产品的所有的物体形态转变的结构视图。这个视图反映了产品的形成过程,也就是产品结构。

    1. 2. 3 　广义性

    在产品全生命周期的并行设计环境下,物料清单应尽可能包含各个阶段、不同部门、人员所需的信息。BOM 应是在传统的组成基础上增加了所有与产品相关的数据,以完整表现产品的组成结构和设计内容。

    1. 2. 4 　动态性

    在产品的全生命周期中,产品结构是联系各部门、各工作阶段的主要数据流。不同部门视角的差异必然导致不同的产品结构视图,由此决定了产品结构的动态性。而作为产品结构动态性的一种反映快照———物料清单,也必然是处于一种动态变化之中。

    1. 2. 5 　一致性

    多部门、不同视角差异产生的不同视图虽然处于动态变化当中,但是每一个后续视图与其前驱视图存在着必然的联系,前驱视图的变迁是后续视图产生变化的基础。如何保证这些不同BOM 视图之间的数据一致性至关重要,但也说明了BOM多视图间数据关系的一致性。通过工程更改可以及时维护BOM 数据的一致性。

    1. 2. 6 　传递性

    BOM 视图的多态性,体现了产品全生命周期中数据流的变化过程。但各个视图之间的数据流动表现出了视图数据的有向传递。

    1. 2. 7 　完整性

    处于不同工作时期的不同视图,各自体现出了不同工作时期视图本身数据的完整、无冗余。

    2 　物料清单的组织结构、多视图形态

    产品的数字化建模,模型映射,设计数据向工艺、制造过程进行数据传递、拓展和加工处理的过程实质上是产品设计制造过程在动态BOM 的多视图形态当中的不同体现。

    BOM 的组织结构根据适用于不同的制造环境有以下几种形式: 比例BOM ( Percentage BOM) ; 模块BOM ( Modular BOM) ;变量BOM(Variant BOM) ;广义BOM( Generic BOM) ;基于图的BOM 结构等。

    比例BOM 一般由表示产品族的虚拟物料项和构成产品族的各个具体产品构成,二者之间的数量关系表示具体产品在整个产品系列中所占的百分比;模块BOM 表示了部件之间所有可能的组合,当产品的样式繁多,则经常用特征与选项来表示特定样式的产品结构,模块代表了能够实现选项的产品结构;变量BOM 通过先构造源BOM ,再生成结果BOM ,结果BOM就是源BOM 中每个变量都根据决策表确定各自的唯一取值后所形成的BOM; 广义BOM 的基本结构是广义产品和广义BOM 关系,广义BOM 关系表示两个广义产品之间存在BOM关系;基于图的BOM 结构是指在企业中为提高零部件的可重用性,同一个零部件可以用在其它多个部件或产品上,因此零部件之间的装配关系是一个多对多的关系,即产品结构是一个图或者说呈现网状结构。

    多视图BOM在产品的生命周期过程中所经历的过程一般包括订单BOM、设计BOM、工艺BOM、计划BOM、制造BOM、客户BOM、运输BOM、服务BOM 等几个阶段。其中设计BOM →工艺BOM →制造BOM →客户BOM 的过程是整个过程中的关键。BOM 作为产品结构动态性的一种反映,在多视域的BOM 视图空间中的主要视图形态如图2 所示,包括:BOM 的设计视图EBOM ,工艺视图PBOM ,制造视图MBOM和客户视图CBOM 等。