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统一BOM模型驱动的产品全生命周期管理 |
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作者：吴云峰 邱华 |
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三一集团是集产品研发、生产和服务一体化的制造型企业，生产模式多样化，兼有按订单生产、按装配生产及按库存生产等多种生产方式。产品品种多样化，有混凝土泵车、桩工机械、煤机和起重机等多种跨行业的重工机械产品。产品批量小，生产的峰谷周期性强。另外，此类产品的客户需求变化快，产品更新换代快。在此模式下，既要提升产品研发、制造和服务的质量，又要做到合理控制成本，实现对产品全生命周期的管控是保证产品研发、生产和服务正常有序开展的必要条件。
基于Windchill PLM、SAP ERP以及自主开发的MES与ECC等信息系统，三一集团实现了由统一BOM模型驱动的产品全生命周期管控。该管控模式包括统一BOM模型、集成的多信息系统架构及产品全生命周期浏览器。
一、BOM模型的演变
BOM(Bill Of Materials，物料清单)是用来描述产品零部件组成和零部件之间相互关系的重要信息，体现的是具有一定结构关系的物料信息，包含节点及结构两个重要元素。其中，BOM节点在产品的不同阶段承载不同的属性信息，从而体现出不同的BOM视图，成为制造型企业产品开发与生产组织的主线。
1、BOM的本质
BOM在本质上是组成产品的各个物料及其属性信息的总和，可以是树形的产品结构树，也可以是清单文件。其内容根据应用场合的不同，节点可能出现增减，节点间的关联关系也会有增减，在保持节点不变的情况下，节点所负载的属性信息可能有所不同。如设计阶段的BOM体现产品功能组成，而不需要生产环节所需的辅料信息等。
2、传统的BOM管理
传统意义上的BOM管理是根据产品所属阶段对物料信息的关注点编制不同的BOM，如设计环节的EBOM(Engineering BOM)、工艺环节的PBOM(Processing BOM)、生产环节的OBOM(Order BOM)和售后服务需要的SBOM(Service BOM)等，各类BOM依赖于上一环节的BOM，互相参照，独立编制。该方式下的新产品发布或变更时，BOM均通过串行的方式实现，数据的一致性及BOM发布的效率很难得到保证。
3、统驭BOM(Master BOM)管理
(1) Master BOM的定义
Master BOM是产品从设计、制造到售后服务所依据的总体原则，具有以下特点：1)包含产品全生命周期中所有的节点信息；2)包含所有的结构信息；3)不包含任何属性信息。在Master BOM基础上补充的设计、制造和服务等属性信息、对结构关系的抽取是产品在不同阶段的具体体现，并以不同BOM视图予以展示，但在视图转换过程中始终保持产品主数据及结构的统一，并由研发新产品发布或变更统一触发不同视图的更改，更改以部件为单位，可以并行进行。
(2) 统一的主数据
Master BOM是包含产品框架信息的超级BOM，OBOM/MBOM/SBOM的主数据完全来源于Master BOM并保持与之同步变更，即BOM数据流在整个过程中保持主数据不变。
(3) 统一的结构
BOM的各类视图需要展示的信息有所不同，如OBOM是考虑配置与替代后展示的单机BOM，MBOM是含有制造过程信息的单机BOM，即产品结构在不同的阶段展示不同的形态，但产品的结构关系不会变化，即产品的结构关系在各类BOM视图中保持统一。
(4) 统一的事件驱动
分散于多个应用系统的BOM视图要保持主数据及结构的统一，更改必须由统一的源头触发。由于新产品发布及变更均由设计发起，因此Master BOM是变更的惟一源头，并行触发其他BOM视图的变更，以保持统一的事件驱动。
二、BOM管理的信息系统架构
1、传统的BOM管理系统架构
目前市场上没有供应商可提供集设计、制造和服务一体的产品数据管理整体解决方案，也缺少完全基于信息系统实现产品全生命周期管理的企业应用案例。较多的是将不同的BOM交付于完全独立的系统管理，如在PLM中管理EBOM、在ERP中管理PBOM、在CRM中管理SBOM等，各系统完全独立，数据的一致性靠人工维护，而且很少有企业将产品全生命周期中的各种BOM都纳入到信息系统中予以管控。
图1 传统的链式BOM管理示意图
2、理想状态下的BOM管理系统架构
理想状态下完整的产品全生命周期解决方案是在同一个平台中使用惟一的BOM，即产品全生命周期中只有一个BOM对象——Master BOM，并在此基础上维护各类属性，根据特定的参数定义输出不同场合所需的实例BOM，指导完成产品各阶段的生产与维护。
图2 理想的BOM管理示意图
3、三一集团的BOM管理系统架构
在缺少现成的解决方案及可借鉴的应用案例的前提下，三一集团在实现产品各阶段管理信息化的基础上，以BOM为载体，进行了多系统的集成开发，实现了由统一BOM驱动的产品全生命周期数据管理的完整解决方案。根据管理需要， 三一集团主要应用到的BOM 视图包括EBOM、PBOM、OBOM、MBOM和SBOM五种，其中EBOM和PBOM均纳入PLM系统管理，其他实例BOM均依托于某个信息系统进行管理，并通过系统间的集成实现由Master BOM统一驱动的产品信息管理。
图3 链式BOM管理的系统架构
(1) Master BOM的管理与发布
在三一集团的BOM 管理体系中，Master BOM以EBOM的形式体现并在PLM系统中进行管理，含有按功能模块划分的设计结构信息、生产组织所需的工艺信息及产品服务信息，随着PLM系统中的零部件签审流程完成BOM的签审与发布，结果同时通过系统集成发布到ERP，作为OBOM的来源。
(2) OBOM的管理与发布
基于PLM集成发布的PBOM，根据生产任务及配置替代信息生成实例订单BOM，OBOM体现物料在生产车间或工位间的合理流动，用于指导成本核算。
(3) MBOM的管理
MBOM是指实际交付产品的物料清单，由ERP发布到MES的OBOM增加制造过程信息组成。
(4) SBOM的管理
SBOM是用于指导售后服务的物料清单，发布给营销、服务及产品的最终用户使用。SBOM由Master BOM通过集成发布到ECC系统，并且将图样与BOM结构树上的对象一一对应，用户查找配件时可有一个直观的界面，如图4所示。
图4 ECC中的SBOM
三、基于simQ的产品全生命周期浏览器
在实现各环节数据信息化管理的基础上，通过与研发、制造和服务等系统的集成，实现跨平台信息共享，三一集团开发了“产品全生命周期查询系统”，即simQ（Schedule、Item、Man/Machine、Quality），从时间、物料、人员/设备和质量四个方面关注产品在研发、制造、交付和售后四个阶段的信息变化，提供浏览和报表两种查看方式。通过该系统实现了三一集团产品数据全生命周期的统一浏览与授权控制。
图5 simQ系统界面(MBOM视图显示)
四、总结
基于三一集团的业务及信息化应用水平提出了基于Master BOM的产品生命周期管理概念，为实现由统一BOM驱动产品数据管理的模式奠定了理论基础；
提出了统一主数据、统一结构、统一事件驱动的Master BOM管理原则：根据BOM的使用对象，准确定位BOM展示的信息，并形成规范，为各视图BOM的制作提供依据；
对EBOM、PBOM、OBOM、MBOM和SBOM在三一的应用进行了重点分析，其他如销售BOM、装运BOM和成本BOM等也是产品生命周期中不可或缺的BOM视图，但对产品数据的流转及数据一致性的影响很小，因此本文未对其做详细探讨；
在没有现成的全生命周期整体解决方案的情况下，三一集团进行系统间的集成开发，整合资源，实现各BOM视图的集成管理，极大地提升了产品数据流转过程中的一致性，为准确执行计划、生产和服务提供了可能；
基于各业务系统，集成开发了产品各环节信息统一浏览的产品全生命周期浏览器simQ，实现了分散数据集中浏览、访问权限受控和动态跟进制造进度等产品全生命周期信息查阅的平台；
逐步融合产品各环节信息，缩小不同环节人员的思维差别，如在设计环节即充分考虑工艺生产的因素、考虑售后服务的需要，从而很大程度上完善了Master BOM的定义：从源头上对产品全生命周期的信息进行定义，逐步将多种BOM视图融合为惟一的BOM，通过BOM打通产品全过程的管理；
作为小批量、多品种、生产模式多样化的制造型企业，三一集团的生产具有明显的峰谷周期性，因此产能调整的灵活性接受挑战，体现在数据管理上则是各环节的数据维护必须保持规范，但统一事件驱动的模式可能因紧张的生产任务而受到影响，导致数据的不一致。后续仍需基于Master BOM的管理模式，加强数据维护管理的规范性、优化系统流程，确保各项管理原则可有效执行。作为辅助手段，还必需开发BOM一致性分析的程序，定期抽查数据，及时整改，为生产、服务的有序进行提供保障。(end)
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(4/16/2010) |
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