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飞机制造业的BOM研究 |
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作者： |
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根据应用范围的不同，可以将制造业中的信息技术分为单项、部门级、企业级以及企业间级四个层次。单项信息技术所涉及的范围较小，一般只是用来解决某个技术问题，如CAX技术、MRP ( Material Reguirement Planning)计算等。部门级的信息技术是指以某个领域或部门为应用对象，集中解决该部门中的信息问题，例如MRPⅡ(Manufacturing Resource Planning)系统、部门级PDM(Product Data Management)等。企业级信息技术以整个企业为对象，其目的是为了实现企业全面的信息化。企业间级信息技术则从不同企业之间的合作关系、供应链关系出发，实现企业外部环境的信息化。与此相对应，BOM在企业的应用范围也存在着四个层次：面向单项信息技术的BOM技术、面向部门级信息技术的BOM技术、面向企业级信息技术的BOM技术和面向企业间级信息技术的BOM技术。随着虚拟企业、动态联盟技术的发展，如今面向企业间的BOM应用己经成为研究的重点。BOM是研究产品数字化数据的产生、加工、拓延、控制和管理的重要组成部分。在产品全生命周期的不同阶段，由于产品结构关系的不同，存在着各种不同BOM，如工程BOM(Engineering BOM；EBOM )、工艺BOM(Process Planning BOM；PPBOM)和制造BOM(Manufacturing BOM；MBOM)等。BOM在飞机制造企业的信息集成系统中，不仅起着联系工程设计部门和工艺设计部门的作用，而且起着连接工艺设计部门和经营管理部门的重要作用。BOM不仅是PDM，ERP(Enterprise Resource Planning)系统中重要的输人数据，而且是财务部门核算成本，制造部门组织生产等的重要依据，是CAD，CAPP等子系统的重要接口，是各个系统集成的关键之处，此外BOM信息还被用于ERP计算、成本计算和库存管理等。本文重点分析BOM信息在工艺信息系统中的应用，并采用美国著名软件公司PTC(Parametric Technology Corporation)的PLM(Prnduct Lifecycle Management)产品Windchill，对飞机制造业的BOM业务流程及构造进行研究。
1 Windchill平台
Windchill是一种B/S(Browser/Server)模式的三层体系结构：客户端/服务器/数据库。
客户端层主要包括三个：1) Web Browser，起着用户接口、执行Windchill Applets小程序、展示HTML页面和表格作用；2) Pro/E是PTC公司的3D绘图设计软件；3) Workgroup Managers是Windchill集成其他第三方软件的中间件。服务器层(应用层)包含了主要的商业逻辑，并且承担着处理所有商业数据的作用。它由以下几个组件组成：Web Server，Serviet Engine，Java SDK，LDAP(轻量级目录访问协议)与Windchill服务器组成。这些组件组成在一起可起到数据库访问、客户端分布和交互、用户权限和安全机制的作用。数据库层保存元数据和大量的非结构数据，数据库可以是一个专门的服务器或建立在Windchill服务器主机上。
采用这种体系结构与传统的二层结构相比优点如下。
1)传统的C/S结构中，在客户端需要多层软件，如操作系统、网络协议、客户机软件、开发工具及应用程序等，而Windchill系统的B!S结构则简化了客户端，只需配置操作系统、网络协议和浏览器。
2)在C/S结构中，服务器端只是单纯的数据库，而B/S结构中服务器端集中了所有应用系统的维护与开发信息。
3)B/S结构中将用户业务逻辑集中到中间层，这样使整个系统独立性更强，提高了系统的可扩展性，使用户界面更简单，并能支持各种网络结构和异构平台等。
2 飞机制造业BOM信息系统构建
BOM是计算机可以识别的产品结构数据文件，是产品结构的数据格式。BOM通常是一种树状的数据结构，反映零/组件的父子关系，支持任意层次的查询、展开与汇总，BOM是产品信息的基础和制造企业中最重要的信息之一。BOM信息在飞机制造企业中表现比较突出的两种形式就是工程BOM(EMOB)和制造BOM(MBOM)。
在飞机制造企业工艺信息系统中，进行工艺数据管理和工艺工作过程控制的最终目的，都是为了形成产品的完整MBOM,MBOM是企业工艺工作的核心，它同样在企业其他部门中有着广泛的用途，如将MBOM相关信息传递到各个部门，再从各个部门获取有用的信息充实其中，一与劳资部门、财会部门、采购部门、档案部门、制造部门和检验部门关系密切，其数据流和实物流如图所示。
MBOM与各职能部门的关系图
飞机制造企业的EBOM信息是描述产品结构的技术性文件，它定义了产品组件、子件、零件直到原材料之间的结构关系，是一种树型结构，称为产品结构树，主要反映的是整个产品的设计装配结构，以此来对整个产品全生命周期中的数据进行组织、任务安排和文件管理等，是设计部门传递的工程信息，EBOM是所有其他BOM的源头;而MBOM是工艺设计人员根据工厂的加工水平和能力，对EBOM再设计出来的，因此BOM系统基础数据的获得，就是通过对EBOM的相关信息分析、设计而架构成MBOM的基础信息。EBOM信息一般都是从相关的飞机设计研究所或者自己的设计部门获得，与本企业的PDM系统密切相关。EBOM数据的获得，通常根据企业实际情况来决定，如果企业的PDM系统实施得比较完善，就可以根据通用软件接口实现BOM系统和PDM的集成；如果实施不是特别完善，有的必须通过手工进行输入，更多的是通过专门定做的接口来实现数据信息的引人。而EBOM和MBOM之间的一致性一直是飞机制造信息管理中的难题。
飞机制造企业通常都有机加工、装配、钣金和非金属等工艺编制，有转包生产的企业通常是装配工序(Assembly Order，AO)和制造工序(Fabrication Order，FO)的编制，分别对应于装配和制造工艺的编制，其工艺数据的来源都是BOM系统所提供。从工艺信息的角度看，飞机EBOM信息一般反映飞机的零/部件从设计角度上的严格的父子装配关系，包括零/部件名称、结构、明细表和汇总表等信息。EBOM的相关信息通过数据接口引入到BOM系统后，还必须经过工艺化的构建才能形成MBOM信息，而MBOM反映的是零件与零件之间的制造关系，因此要根据制造的要求，对产品结构树添加虚拟件(通常是根据装配或者制造需要，将某几个组件或零件放在一起虚拟组成的组件，目的是使各个部分关系更加紧密、清晰)或中间件来调整装配关系，从制造的角度对产品树进行重构，常用方法是在EBOM的基础上，工艺设计人员利用工艺信息系统建立起来的装配工艺、产品装配指令(工序)间的树状层次关系及装配指令(工序)，与零/部件之间的相互依赖关系(即一道工序将涉及哪些零/部件)来构建。此外，MBOM的信息也将为系统AO/FO的编写提供数据来源，并将二者产生的制造数据添加到MBOM库中。由EBOM到MBOM的处理原则，是将产品结构树作为产品制造流程的直接数据，以后流程中的数据都要与它保持数量和逻辑上的一致，EBOM产品结构树是按设计分离面产生的，可能不会完全符合工艺部门的装配流程，但大体结构是一样的，在其基础上进行修改和添加信息。调整的依据是工艺因素，调整后的数据要能表示出零/组件的直接装配关系和装配次序，调整后就形成了装配树。这些调整在EBOM的基础上进行，主要表现为节点的移动、增加和删除。由于工艺本身的特点，决定了不能实现产品结构树到装配树的自动转化，必须采用人一机交互方式，智能地提示明显错误而不是完全帮助其自动实现。
3 基于Windchill的EBOM到MBOM构建
以某飞机制造厂为例，通过对Windchill平台进行客制化，实现了EBOM结构树到MBOM结构树的业务流程自动重构。
制工部工艺主管收到相关工程数据后，因为工程零件的编号完全标识了该零件所属的结构，会根据工程零件编号将数据分发到各站位的工艺员。每个站位需要完成一个或多个零/组件的制造与组装，工艺员首先确定站位下有多少份装配大纲(AO)，然后开始按AO从EBOM表重构MBOM表，一般情况是一个工艺员负责一个或几个站位。各站位的MBOM表重构完成后，将按工位合并审核，经过审核后作为文档保存到CPC平台上共享。其重构流程如图所示。
EBOM到MBOM重构流程
工艺员在进行MBOM重构时，从协同产品商务(CPC)平台上下载EBOM表，按该厂的装配过程和工艺，将EBOM表中的工程零件重构到MBOM表中。工艺员在收到MBOM重构任务后，登陆PDM系统打开MBOM重构管理器。
在将EBOM产品结构重构为MBOM产品结构时，首先需要将EBOM产品结构中零/组件对象(即Part对象)选取至左边的栏位，作为重构MBOM产品结构的基础。将EBOM产品结构中零/组件对象，选取到MBOM重构管理器窗口中左边栏位以后，还需要在右侧栏位中选择重构MBOM产品结构中的顶层组件。在右侧栏位构建MBOM产品结构树结构以后，树结构中任意节点所包括的子组件及零件(Part对象)，可以从EBOM产品结构树中拖放零/组件建立。在重构MBOM产品结构的过程中，工艺人员可以在MBOM产品结构中，选择一个零件对象，单击右键，在出现的菜单中选择相应的操作，对MBOM进行编辑工作，例如可以更改零/组件的单装数量、可以删除MBOM中已添加的零/组件对象和添加新的工艺组件对象等。
4 结语
本文研究了飞机制造业的BOM结构关系，并通过美国软件公司PTC的PLM产品Windchill对BOM业务流程进行管理，并在此平台上开发MBOM重构管理器，将原有的EBOM与MBOM以EXCEL表格形式存到PDM系统中，以产品结构树的形式存在。经过在上海飞机制造厂的实施验证，利用MBOM重构管理器，从EBOM结构树直接重构MBOM结构树，较之以前手工编辑完成EXCEL表格形式，可以大大提高产品的生产效率，缩短飞机制造业的产品生产周期。(end)
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(7/24/2009) |
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