0 引言
在产品生命周期中,由于新产品的功能、性能、几何形态、质量、成本和零部件配置等结构和属性的形成,是一个从无到有、从粗到细的优化迭代过程。因此,表征产品结构的物料清单(Bill of Material,BOM) ,在生命周期的不同阶段也是一个逐步形成与演进的过程。面对激烈的市场竞争和顾客的个性化需求,许多制造企业对产品结构与配置信息仍采用落后的人工管理方式,造成产品生命周期中各阶段BOM 结构数据的表达不一致,导致设计、工艺、生产、销售过程中的产品、零部件和原材料在设计、供应、装配、销售和维修等各个环节上的差错,影响企业的市场竞争力。
为此,越来越多的制造企业正在努力寻求自己的产品发展战略和自主开发模式,希望通过先进的产品生命周期管理( Product Lifecycle Management,PLM) 来建立企业的新产品开发平台,有效管理产品生命周期中不同阶段的产品结构与配置信息。由此,国内外一些学者提出了产品数据管理( PDM) 中的BOM 面向对象模型及其应用方法,从产品设计、工艺、制造和客户服务等方面来构造BOM 的结构形式;另外,有些学者针对工艺设计和MRP Ⅱ的要求,建立了对应的PBOM( Planning Bill of Material) 和MBOM(Manufacturing Bill of Material)结构,解决产品在工艺和制造状态下的物料清单表示方法;国际对象管理组织(OMG) 对BOM 在产品生命周期各阶段的表示方法也提出了参考模型。这些研究成果从不同方面提出了解决方案,也取得了一些成果。然而,产品生命周期中每个阶段BOM所描述的结构与属性信息,都是该阶段产品特定形态的表征,它们彼此之间有着密切的内在联系,对这种贯穿整个产品生命周期的BOM 内在联系的建立与描述,国内还缺少研究。在此笔者提出一种面向产品生命周期的单/ 多层BOM 表达模型和BOM 多视图应用,解决了产品生命周期各阶段BOM 的表述与内在联系问题。
1 BOM的PL 模型和基本视图
按照产品生命周期的一般规律,产品的演进过程可分为顾客需求域(client requires domain) 、功能域(functional domain) 、结构域(physical domain) 、工艺域(process domain) 、制造域(manufacturing domain) 和销售与用户域(marketing & customer domain) 等六个域之间的映射,每一域中都有各自的元素,这些元素在数量、结构和位置上的相互关系,就构成了生命周期不同阶段BOM 多视图的内在联系与特征属性。图1 是产品生命周期BOM 的演进模型。BOM 作为描述产品结构与配置关系的表单,它主要由本体和从体两部分组成。其中,BOM 本体指零部件对象本身的结构关系, 而BOM 从体是指BOM 主体的属性集和与BOM 主体相关联的对象集两部分。
任何一个产品的BOM 视图,都是由特定功能的零部件按所隶属的层次结构关系配置而成。为了表达BOM 多视图的内在联系与特征属性,我们构造了一个单层BOM 来描述零部件结构的基本视图。它是零部件配置关系的基本描述,当零部件的功能、互换性不发生变化时,零部件的件号和属性就不会发生变化,但配置关系可以变化,以满足生命周期不同阶段的产品配置需求。
2 基本零部件配置的单层BOM表示
所谓单层BOM 视图就是BOM 表中相同的结构关系只记录一次,其数据结构如图2 所示。单层BOM 本体中只有单层BOM 表,并且该表只记录了产品结构的父子关系。在BOM 从体中,零部件属性表用来描述产品各组成零部件对象的属性,如变更记录、材料、技术状态、KD 件号、国标代号、质量状态、自制件或供应商(A、B、C、D 等) 及配额、供应商代码、配送方式、库存量、库存位置及条码记录等;关联对象表用来描述零部件之间的关联对象,用于控制零部件关联变更。当需要管理零部件的文档时,BOM 从体还可以关联零部件对应的文档信息。图3 是描述基本零部件层次结构及属性信息的单层BOM 表示结果,BOM 根节点的父项版本和父项件号均用根表示,这里,根实际上是一个新BOM 系列的顶层节点标识。
采用单层BOM 来描述基本零部件结构视图的优点如下: ①可方便更改BOM 的配置。一个零件或部件被更改,其他引用该零件或部件的地方也被更改了(因为单层BOM 中相同的零部件隶属关系只记录一次) ,且数据冗余少。②单层BOM 中的零部件,最顶层父项只能是部件,因此,单层是与产品无关的基本零部件结构配置。当某个零件或部件被某个产品引用时,单层BOM 中的零部件及所关联的属性信息才与具体的产品发生联系。基于单层BOM 的管理思想,可将企业所设计的成熟的所有零部件按单层BOM 方式构造成基本零部件库,作为产品配置设计的基础。由此可配置出基于共用件管理模式的产品配置,把过去以产品为对象的BOM人工管理方式提升为以零部件为核心的BOM 管理方式,配合零部件独立编码的使用,避免借用件在产品BOM 中出现,解决了长期以来产品BOM 人工管理中对借用件管理的混乱状况。
3 产品配置的多层BOM表示
单层BOM的描述零部件的配置关系时，只记录父项/子项间的两层隶属关系，若用它来描述一个完整产品的零部件配置关系，就需要根据零部件间的父项/子项两层隶属关系。自顶向下逐个关联所有的零部件，再生成产品的完整BOM结构，需花费较多时间。因此，为了记录和快速表示一个完整产品的BOM，我们构造了一种多层BOM的表示方法。其特征是详尽地记录了从产品到零部件的每个层次结构与零部件配置关系，即同一产品的相同零部件结构在该BOM的不同层次上可重复出现，以完整地记录一个产品的所有零部件配置关系，其数据结构如图4所示。
在多层BOM从体中，零部件属性表用来描述产品各组成零部件对象的属性，关联对象表用来描述零部件对象的关联关系，用于控制零部件关联变更。同样，BOM从体也可以关联零部件的文档信息。一个产品的零部件配置在多层BOM树和数据表中的描述如图5所示。在产品的结构配置描述中，采用多层BOM的优点是，能准确地描述产品各层次零部件配置关系，产品之间的结构互不影响，产品内部零部件结构也互不影响，一个产品完整BOM的生成速度快。其缺点是数据冗余大，但可通过增加硬件存储设备来弥补。
