基于Windchill的多物料清单管理技术研究 - 文章

基于Windchill的多物料清单管理技术研究

作者：白书清陈继忠

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引言

在制造型企业中，物料清单(Bill of Material，BOM)是企业产品数据管理的核心，它贯穿于概念设计、计算分析、详细设计、工艺规划、样机试制、加工制造、销售维护，直至产品消亡的各个阶段，是产品数据在整个生命周期中传递和共享的载体，也是各应用系统之间进行信息集成的桥梁和纽带。

产品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)作为一个贯穿产品全生命周期的、开放的、互操作的、完整的解决方案，强调对产品全生命周期内的数据和相关过程进行有效地管理和控制，其系统的构建离不开BOM的支持[1-2]。本文通过分析国内一些生产单位的BOM管理现状和企业集成工艺设计环境建设对BOM单一数据源管理的需求，基于windchill进行了方案设计，然后结合某航天生产单位的实际产品数据管理(Product Data Management，PDM)项目，对多BOM管理技术方案的实现和应用情况进行了阐述。

1 物料清单管理的业务现状分析

通过对国内几家生产单位BOM管理现状的业务调研，进行如下总结分析：

(1)设计BOM是上游设计单位从产品功能设计的角度形成的产品零部件结构树，是生产单位的产品数据源头。生产单位接收到设计单位下发的设计BOM(一般为纸质设计图纸)后，不能进行修改，如果要修改，需要向上游设计单位提出变更申请，由设计单位决定是否实施更改。决定实施更改的，由设计单位下发变更通知(技术协调单或更改通知单)或者重新下发新版图纸。

(2)工艺BOM由生产单位工艺人员在计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)中，从加工的角度对设计BOM进行调整和补充装配信息而成，它是进行工艺任务分工和工艺文件编制等工艺准备工作的基础。如果设计单位下发的是纸质图纸，则由工艺人员根据这些设计图纸直接搭建工艺BOM。

(3)装配BOM由生产单位装配人员从制造装配的角度对工艺BOM进行调整得到。根据装配BOM可以创建配套明细表，直接用于指导生产。目前，大部分生产单位没有将制造BOM在信息系统中进行结构化管理，配套明细表也基本都是手工编辑创建的纸质文档。

(4)作为企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)的数据源，制造BOM是物料资源计划(Material Resoure Planning，MRP)计算和成本核算的基础和依据。但是，由于制造BOM没有进行结构化管理，使得多数企业ERP系统中的制造BOM只能通过手动进行创建。

(5)按照批次进行加工生产制造的企业，需要搭建所有批次的BOM，并对每一批次的BOM及其相关数据进行有效追溯。由于多数企业对BOM没有结构化管理，其批次相关数据的管理主要是对加注了批次信息的纸质文档进行管理。

2 BOM管理的需求分析

针对以上BOM管理现状的分析，提出了如下的BOM管理核心需求，用以定义企业进行BOM信息化管理的实施目标：

(1)多BOM数据的结构化管理提供BOM多视图管理功能，实现以各视图BOM结构树为核心的产品数据管理。

(2)多BOM初始视图的自动转换多BOM视图之间存在一定的演变过程和内在联系。其中，设计BOM是工艺BOM组织和管理的基础，工艺BOM则是制造BOM组织和管理的基础。通过初始视图自动转换，一方面可以减少多次搭建BOM带来的重复劳动和人为错误，另一方面可以保持视图之间的内在联系，方便数据向上游的追溯。

(3)BOM的批次管理实现BOM视图中的批次配置管理，通过对批次BOM数据的技术状态固化，可以随时查看某一视图、某一批次的产品数据。

(4)BOM数据的流程控制 BOM数据包括零部件信息、零部件结构信息，以及零部件的关联文档数据，因此，其流程控制也包括了产品结构审核和文档签审。通过流程控制，一方面可以保证BOM数据的正确性和有效性；另一方面通过记录签审信息，便于签审过程的追溯和签审历史信息的参考重用。

(5)BOM的变更控制对BOM变更过程进行严格有效地管理，确保更改过程可控、更改结果可信，从而保证了数据的完整性、准确性和一致性。

(6)与CAPP系统集成共享BOM数据通过与CAPP系统的集成，在多BOM管理平台(PDM系统)中管理工艺BOM，CAPP系统只作为工艺文件的编辑和浏览工具。

(7)与ERP系统集成提供所需BOM数据通过与ERP的集成，可以将制造BOM数据发送给ERP系统，用以MRP计算和成本核算。发送的BOM数据包括物料信息、物料结构信息和工艺路线信息等。

3 基于Windchill的多物料清单管理方案

3.1 Windchill简介

Windchill提供了较强的PDM、工作流管理、生命周期管理、配置管理、产品可视化协同和企业信息集成工具，使企业能快速地访问庞大的产品资料库，实现产品和过程信息的共享与可视化。此外，Windchill采用完全基于Web的体系结构，使产品生命周期中的不同用户可以基于Web浏览器来访问、查看和标记各种产品模型，获取准确及时的产品信息。

Windchill PDMLink是PTC PLM解决方案的核心产品，通过提供单一、完整的数字化产品定义手段，支持产品生命周期范围内的PDM、配置管理，以及产品开发过程和变更过程的集中控制和管理。其核心功能包括产品内容管理、工作流定制、配置管理、基于国际配置管理标准(第二版)CMII的变更管理、可视化协作、与其他系统的集成等。

3.2 体系结构

综合以上对业务现状和需求的分析，本文提出了基于Windchill的多BOM管理方案，其体系结构如图1所示。该方案基于Windchill PDM“nk系统进行构建，通过一定的客户化定制和二次开发来满足上述多BOM管理的业务需求。该方案的详细描述如下：

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图1. 基于Windchill的多BOB管理方案体系结构

(1)系统应用层

该层以满足企业BOM管理的实际业务需求为出发点，基于Windchill PDMLink的标准功能进行定制和开发，主要提供对多BOM视图管理的功能支持，使用户可以直接利用web客户端访问系统并开展日常业务工作。

1)工程设计BOM管理主要功能包括工程设计BOM(Engineering BOM，EBOM)建立与维护、EB0M审核、EBOM批次产品配置、EBOM变更管理。其中，EBOM建立由用户根据上游设计单位下发的设计图纸手工搭建或接收上级单位的BOM清单进行批量导入，系统通过版本管理功能对EBOM维护进行版本控制；EBOM审核功能可以对EBOM审核过程进行控制，确保EBOM数据的有效性和正确性；EBOM批次产品配置可以对批次相关的产品BOM数据的技术状态进行固化，以便于数据的追溯；EBOM变更管理则对EBOM变更过程进行有效地控管，确保更改结果准确可信，更改原因可追溯。

2)工艺规划BOM管理主要功能包括工艺规划BOM(planning BOM，PBOM)建立与维护、PBOM审核、工艺文档管理、工艺文档更改管理、PBOM批次产品配置、PBOM变更管理。其中，初始PBOM建立可以由EBOM转换而来，也可以手工搭建；工艺文档管理支持基于PBOM的工艺文档创建、修改和签审，工艺文档管理过程涉及到与CAPP的集成互操作；工艺文档变更管理功能则支持对工艺文档更改过程进行管理，保证更改过程可控和更改结果可信。其他功能与EBOM中的相应功能类似。

3)生产制造BOM管理主要功能包括生产制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)建立与维护、MBOM审核、工艺文档管理、工艺文档更改管理、MBOM批次产品配置、MBOM变更管理。其中，初始MBOM建立可以由PBOM转换而来，也可以手工搭建或批量导入，其他功能与PBOM中的相应功能类似。此外，MBOM视图和PBOM视图都支持工艺文档管理，可以根据企业实际业务情况制订管理规范，明确工艺文档在哪个视图上创建和管理。

(2)公共业务服务

该层主要提供文档管理、版本控制、工作流管理、生命周期管理、组织管理、访问控制、变更管理等共约150个公共业务服务，为构建windchill一体化解决方案提供基础支撑。该层同时支持用户定制化相应的服务，以对具体的应用需求提供模块化支撑。

(3)公共业务对象和工作流模型

该层包括实际物理对象和工作流管理所需的基础模型数据。其中，实际物理对象包括BOM相关的产品结构数据、二维／三维文档、工艺文档等。

(4)与其他系统的集成

Windchill提供了灵活、可靠的集成引擎和标准适配器，支持Java消息服务(Java Message Service，JMS)/J2C连接器体系结构(J2C Connector Architecture，JCA)，Web Service等集成技术，可以方便地与其他应用系统(如CAPP，ERP等)集成，实现产品数据的无缝共享。例如，与CAPP集成，可以实现BOM数据共享给CAPP，并将CAPP中创建的工艺文档在PDM系统中进行集中存储、版本管理、签审管理和更改管理；与ERP的集成，则可以将BOM数据发送给ERP系统，供其进行生产计划安排、工时成本核算等。

3.3 关键技术

3.3.1 BOM多视图的实现

不同的产品BOM所组成的信息数据共同构成产品全生命周期内完整的产品信息描述，不同的BOM实际上是这个完整信息在不同职能面的投影，这就是BOM的多视图[3-5]。设计、工艺、制造是产品生命周期中的三个主要阶段，本文重点阐述与这三个阶段对应的EBOM，PBOM和MBOM的构建与映射转换。

(1)BOM多视图的搭建

不同的产品BOM是产品全生命周期内产品信息的全局描述，某一BOM视图则可以看作是这种单一产品定义信息在某一配置规范下的配置结果。Windchill PDMLink产品提供了强大的配置管理功能，支持多个产品结构视图的创建与管理[6]。本文利用该功能实现对BOM多视图的管理。

BOM管理的对象包括零部件、产品结构，以及零部件相关的各类文档，其中的产品结构是零部件及其相关文档进行关联、组织和管理的核心。通过建立不同视图的零部件，并在产品结构展开时应用不同视图的配置规范，可以实现对BOM多视图的管理，如图2所示。

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图2. 基于产品结构视图配置的多BOM视图管理

图2中的产品生命周期信息模型包括两部分内容：①BOM中零部件的属性，它是汇总不同生产阶段形成的属性全集，在构建不同视图时，填写各视图对应的属性；②BOM视图中的零部件集合，其内容随着生产过程不断演变、不断补充，并最终形成一个全局的完整BOM，不同视图的BOM(EBOM/PBOM/MBOM)是全局BOM在某视图配置规范(Design/Process/Manufacturing)下的产品信息的快像。

EBOM是设计单位从产品功能设计的角度形成的产品零部件结构树，是生产厂的产品数据的源头；PBOM是由主任工艺师根据工厂实际制造水平和能力、在EBOM基础上增加工装件或工艺拆分件后形成的，工艺部门(如机加、钣焊等)基于PBOM进行工艺设计等工作；MBOM是总装人员从齐套、发料和装配的角度调整PBOM结构、并增加相应的虚拟件而形成的，MBOM直接用于指导生产制造，并作为ERP的数据源。

在实际业务中，一般首先创建EBOM视图的产品零部件，并搭建产品结构；EBOM审核通过并发放后，可以将EBOM转换为初始的PBOM，然后增加工装件或工艺拆分件，形成最终的PBOM；PBOM审核通过并发放后，可以转换为初始的MBOM，然后调整BOM结构并增加相应的虚拟件，从而形成最终的MBOM。

(2)BOM多视图之间的映射

BOM多视图反映了单一产品数据源在不同产品生命周期阶段下的演变过程，将不同BOM中数据对象的关联关系有效地管理起来，是保证产品生命周期内不同阶段数据之间可追溯的关键。本文利用Windchill的版本管理功能，对BOM视图问零部件的版本演变关系进行记录和管理[6]。文档对象本身与BOM视图无关，它通过与视图相关的零部件关联而间接地与视图相关。此外，各个BOM视图的文档对象都有其内容和作用界定，因此在零部件视图转换中，原则上不将源视图零部件关联的文档自动关联到目标视图的零部件对象上。

对于通过视图转换得到的新视图零部件，在其版本标识中注明源视图零部件的大版本号，从而记录视图问零部件对象的映射关系。目标视图零部件的版本标识规则为：目标视图零部件版本标识=源视图零部件的大版本号+“.”+目标视图零部件的大版本号+“.”+目标视图零部件小版本号。图3和图4以EBOM和PBOM为例，描述不同BOM视图零部件之间的映射关系。

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图3. BOM视图之间的映射关系1

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图4. BOM视图之间的映射关系2

如图3所示，EBOM视图中部件001及其零件002在审核通过并发放后，转换为初始的PBOM，版本演变为A.A.1。PBOM视图中部件001的版本为A.A.1，表示从EBOM视图中部件001的A版本的最新小版本转换而来。PBOM中的部件001修订升版后，版本演变为A.B.1。图4中所示的部件001的版本为B.1，则转换为PBOM后，其版本演变为B.A.1。在PBOM中进行修订并调整结构后，其版本演变为B.B.1。

对于EBOM视图的所有零部件，以及PBOM和MBOM中的新增零部件，其版本演变按照正常的版本演变序列进行，如图3中EBOM视图的部件001，其当前最新版本为A.2，修订后升级为B.1；PBOM中的新增零件003(该零件在EBOM视图中不存在)，其当前版本为A.1，如版本修订一次将升级为B.1。

3.3.2 批次BOM管理

对于产品复杂的制造型企业，管理好产品批次BOM至关重要，一方面可以实现面向订单的批次BOM维护和追溯，另一方面可以为ERP生产计划提供正确有效的产品制造数据。

本文采用Windchill的成品配置功能实现批次BOM管理，产品BOM是产品信息的全局完整描述，批次BOM则是产品BOM在产品某一技术状态下的产品配置结果。如图5所示，可以基于相应状态下的产品BOM创建产品配置，对某批次对应的设计技术状态进行固化。批次BOM由具体的零部件版本组合而成，相应的零部件都必须通过审核并处于发放状态。

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图5 批次BOM管理

3.3.3 BOM的变更管理

对产品数据的变更过程进行严格有效的管理，可以保障产品数据的正确性、完整性和一致性。在变更中，同样会涉及到BOM的变更。BOM的变更一般来源于产品设计部门的更改和加工尹场反馈导致的变更。EBOM的变更可能会造成PBOM、MBOM、批次BOM的变更。

本文以Windchill的工程变更管理功能为基础，建立有效的变更业务控制手段，实现对变更信息和变更过程的有效控管[6]。BOM更改包括EBOM、PBOM和MBOM的更改，下面以EBOM为例说明BOM更改的方案。

(1)当设计单位下发正式设计更改单时，生产单位可以基于相应的EBOM进行设计更改。EBOM的更改过程通过创建更改通告(电子更改单)的方式进行管理。创建更改通告前，可以对更改影响进行分析，更改影响分析的规则为：EBOM中零部件的更改是否引起EBOM中父件的更改，由设计单位进行影响分析并完成必要的更改，生产单位接收设计单位的更改结果，直接对EBOM实施更改，不再进行影响分析；对EBOM中待更改零部件对应的PBOM零部件和MBOM零部件及其多级父件给出分析结果，列出被影响件的编号、名称、版本、签署状态和可选操作，并在EBOM更改实施后，将该影响分析结果通知PBOM和MBOM管理员。

(2)EBOM的更改可能是对某一个或几个零部件进行更改，更改时需要对这些零部件进行单独审核。

(3)需要根据更改的实施范围对该EBOM对应的批次BOM进行更新。

(4)EBOM更改完成后，系统通知相应的PBOM和MBOM管理员，由其决定是否进行相应BOM视图的更改。

4 应用实例

航天产品的生产和制造是一项复杂工程，在研制和生产过程的每个阶段会产生大量种类繁多的产品数据及设计图文档，技术状态复杂，原有的基于人工和纸介质蓝图的产品数据管理方式已不能适应现有的设计和生产过程。为此，航天某单位希望通过PDM系统的建设和实施，建立一个以产品多BOM视图为核心的型号PDM平台，记录和管理型号产品从设计到工艺规划、再到生产制造过程中不同BOM视图的演变过程及其所有关联数据，提高设计、工艺、试验、生产过程中数据的准确性和一致性，从而提高企业生产运行的效率和核心竞争力。

根据上述的多BOM管理方案和其单位的实际业务现状，基于Windchill的PDMLink产品进行了客户化定制和二次开发，实现了对EBOM，PBOM和MBOM三个视图的管理，提供了BOM视图转换、批次BOM管理、BOM变更管理、BOM审核、基于PBOM和MBOM的工艺文件管理、工艺文件变更管理、与CAPP和ERP的集成等功能。

实施PDM系统后的总体业务流程如图6所示，图中灰色部分为系统外的业务活动。档案资料室资料员接收到设计单位的设计图纸后下发给EBOM数据管理员、主任工艺师和各车间工艺负责人。EBOM数据管理员根据设计图纸搭建EBOM结构并提交审核，审核通过后建立批次对应的BOM，对批次设计技术状态进行固化。EBOM审核通过后，系统自动转化为初始PBOM。型号主任工艺师在此基础上进行调整并提交审核，审核通过后型号主任工艺师基于PBOM进行一级工艺准备，创建管理性工艺文件和工艺汇总文件并提交审核。PBOM审核通过后，系统自动转换为初始的MBOM。车间装配人员从齐套、发料和装配的角度对初始的MBOM进行调整。各车间工艺人员基于MBOM进行二级工艺准备，创建各车间工艺文件并提交审核。工艺文件审核通过后，到档案资料室归档，由资料员打印并下发各生产车间。各车间根据最终的工艺文件和MBOM配套表进行生产和装配，并在产品测试通过后进行交付。

在工艺准备和产品生产过程中发生设计变更时，由设计单位下发相应的更改通知单和技术通知单给制造单位档案资料室。资料室资料员接收并下发给EBOM数据管理员，由其对EBOM执行更改，然后将更改通知PBOM和MBOM负责人，由其决定是否执行相应视图的BOM更改或工艺文档更改。

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图6. 实施PDM系统后的企业业务流程

5 结束语

本文根据BUM管理的业务需求，提出了基于Windchill的多BOM管理方案，解决了BOM多视图的实现、批次BOM管理和BUM变更管理等关键技术，并以某生产单位的PDM项目为背景进行了系统实现，最后对该单位实施PDM系统后的业务流程进行了阐述。

参考文献
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[6] PTC. Windchill (brochure)[EB/OL]. (2007-06-22)[2007-10-23]. http://www. ptc. com/WCMS/files/56909/zh-cn/2757_Windchill_bro_cn.pdf.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/24/2009)


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