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基于Windchill的EBOM到MBOM重构 |
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作者：王焕春 王琛 蔡红霞 |
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引言
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技术、部门级、企业级以及企业间级四个层次。单项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系统、部门级PDM等。企业级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，存在着各种不同的BOM。如设计BOM(Engineering BOM，EBOM)、工艺BOM(ProcessPlanning BOM，PPBOM)和制造BOM(ManufacturingBOM，MBOM)等。目前对这些BOM之间的联系与变化，及其与其他产品数据和过程的联系，尚缺乏深入的研究。同时，制造BOM(MBOM)是生产经营管理系统中的关键数据，其建立方法一直采用以手工为主的方式，割裂了制造BOM与其他BOM以及产品数据和设计过程之间的联系，迫切需要解决集成环境下的制造BOM构造问题。本文以上海飞机制造厂(简称SAMF)PDM实施为例，研究在PDM平台上实现EBOM结构树到MBOM结构树的重构过程。上海飞机制造厂的PDM平台采用了美国著名软件公司PTC(Parametric Technology Corporation)公司的产品Windchill，它是第一个以Web为中心的企业级的PDM系统，它将Web的优势带入产品数据管理。大大的加快了上飞新产品开发和缩短产品的上市时间。
1 Windchill平台概述
从整体上来说，Windchill是一种B/S(Browser/Server，B/S)模式的3层体系结构：客户端／服务器／数据库。图1所示为基于Windchill的某企业PDM系统的体系结构。
图1 Windchill的3层体系结构
客户端主要包括2个：①Web浏览器，起着用户接口、执行Windchill Applets小程序、展示HTML页面和表格作用；②Bootstrap client，这是可选的客户端组成元素，有了它可以允许从当地文件系统上下载类文件。服务器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：HTTP Web服务器、HTTP网关、Method服务器、服务器管理器。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。数据库层是保存元数据和大量的非结构数据的地方。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2层结构相比好处如下：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。③B/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 物料清单(BOM)
物料清单(BOM)是产品结构的技术性描述文件。它表明了产品组件、子件、零件直到原材料之间的结构关系，以及每个组装件所需要的各下属部件的数量。物料清单是一种树型结构，称为产品结构树。一般在MRPⅡ和ERP系统中，BOM是指物料之间的关系树，BOM可以从顶至底的跟踪和检索信息，也可以自底至顶的跟踪检索信息。利用这些数据之间的层次关系可以作为很多功能模块的设计基础。
2.1 设计BOM(EBOM)
EBOM又称工程BOM是企业产品设计部门用来组织和管理构成某种产品所需的零部件物料清单。产品设计人员根据客户需求或者设计要求进行产品设计，在产品设计工程师完成产品设计工作后，设计BOM从设计图纸提取相关数据，这些数据包括：产品名称、产品结构、零部件的版本和有效性、物料明细表、物料汇总表、产品使用说明书等。
2.2 工艺BOM
工艺BOM是工艺工程师根据工厂的加工能力，在EBOM基础上再设计出来的BOM。PBOM主要完成零部件的装配工艺与自制件的加工工艺。当零部件的工艺路线变更时，工艺BOM所影响的制造部门，生产调度部门和采购供应部门的相应的BOM数据也会改变。
2.3 制造BOM
制造部门根据EBOM和PBOM，决定装配件、自制件和最终产品的制造方法。制造BOM信息主要以EBOM作为基础数据内容，另外还有工艺部门编制的工艺卡片内容。在有些制造单位MBOM与PBOM是合而为一的。
2.4 BOM一致性
各种BOM之间的一致性，特别是EBOM和1VIBOM之间的一致性一直是飞机制造信息管理中的难颗。麦道飞机公司每天都要用很多台工作站完成对各种BOM的多次对比，以检查BOM之间的一致性。但是由于各种BOM的生成过程不同，包含的数据也不完全相同，例如在EBOM的基础上生成MBOM时需要调整装配次序并且添加构型结点和标准件等，因此仍需要对EBOM和MBOM进行对比。找出两者的不同之处。
BOM数据包括物料项和物料项关系，因此BOM一致性维护就是物料项和物料项关系的一致性维护。其中，BOM中的物料项为各种应用提供基础数据，物料项包括各种属性，而这些属性的创建者和使用者一般是不同的。因此对BOM物料项的一致性维护只要控制物料项的每个属性的权限即可。对于物料项关系异构，由于BOM结构关系的不同是必然出现的，因此对EBOM和MBOM进行对比。EBOM和MBOM的对比过程分以下几个步骤。
1)首先分别读出EBOM和MBOM；
2)分别计算两个BOM中的每一个物料项的单机数量；
3)对EBOM中的每个物料项查找是否在MBOM中存在；
4)如果存在，则检查EBOM中的零部件单机数量与MBOM中的单机数量是否一致；
5)对MBOM中的每个物料项查找是否在MBOM中存在，如果不存在，判断其物料类型是否属于工艺中间件。
3 EBOM到MBOM的转化模型
描述BOM的总的目标可以概括为：①零部件的自然属性，包括产品的名称，规格型号、计量单位、物料类型等等有关产品的相关数据。②零部件之间的装配关系和装配数量。设计BOM和制造BOM的不同之处主要的是对产品的零部件之间的装配关系的描述不统一。制造BOM是制造部门所需要的BOM，它可以由设计BOM转化生成。它是所有的BOM转化中最重要、最关键的。一般而言，制造BOM和设计BOM是不相同的。它们的不同之处主要有以下几个方面：(1)虚拟部件，虚拟部件指的是设计BOM中有纪录，但是在实际的生产中，并不制造和存储的部件，制造BOM中是没有虚拟部件的，设计BOM中可能存在一些现实中并不存在的虚拟件，他们的存在完全是辅助设计，图2中的B就是虚拟部件。
(2)中间部件，中间部件在设计BOM中是不存在的，但是在实际的生产过程中，由于工艺的问题，存在着一些既需要存储也需要制造的部件。比如：粗加工部件，它们不会出现在设计BOM中，也不会出现在最终的产品中，但它的确存在，所以在制造BOM中要体现它，它的生产类型为自制件。图2中的a就是中间部件。
(3)外协部件，外协部件指的是部件本身及部件的下属所有的零部件都需要外协的部件。设计BOM中完整体现了它的BOM，而制造BOM中只需要把它当做一个独立的模块体就可以了，对它的具体详细信息没有要求。图2中的C就是外协部件。
(4)部件的数量，设计BOM中的零件的数量信息虽然都有，但都是分散的。制造BOM中零件的数量比较集中，这样利于组织生产和采购。
(5)产品结构，设计BOM中产品的结构层次比较多，体现的结构信息也比较多而且详细，而一般的制造BOM中产品的结构层次比较少，只有2—3层。设计BOM到制造BOM的转化如图2所示，括号中的代表数量。
图2 EBOM到MBOM转化模型图
设计BOM到制造BOM的转化如图2所示，括号中的代表数量。
其中：
4 EBoM到MBOM重构的实现
以上海飞机制造厂PDM实施为例，在Windchill平台上实现了EBOM结构树到MBOM结构树的重构。从CPC平台上的数据到上飞EBOM结构树的重构过程，将由系统自动处理。
4.1 SAMF工艺过程模型
工艺过程及信息管理是上飞的核心业务流程，分析工程数据在上飞的逻辑处理过程，可以将PDM系统中的工程数据处理过程分为如下三个阶段，如下图3所示。
图3 SAMF工程数据处理过程图
(1)EBOM复制：根据CPC(SAMF另一个数据管理平台)平台上接收到的模型数据包重构EBOM产品结构树；
(2)EBOM到MBOM的重构：根据EBOM产品结构树重构MBOM产品结构树；
(3)创建工艺文件：重构MBOM结构树后，对结构树中的相关节点创建相关联的工艺文件。
4.2 重构业务流程
工艺主管收到相关工程数据后，根据站位将数据分发到各工艺员，工艺员首先确定站位下有多少份装配大纲(简称AO，一种doc格式文档)，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，按工位合并审核，经过审核流程通过后作为文档放到CPC平台上共享。其业务流程如图4所示。
图4 EBOM到MBOM重构流程图
4. 3 重构过程描述
工艺员在进行MBOM重构时，从CPC平台上下载EBOM表，按上飞的装配过程和工艺，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重构管理器如下图5所示。
图5 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，作为重构为MBOM的产品结构的基础。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。在右侧栏位构建了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，如图6所示。
图6 零组件对象托放界面示意图
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、添加新的工艺组件对象等。如图7所示。
图7 对MBOM进行编辑界面示意图
5 结论
研究基于Windchill的EBOM到MBOM重构技术，实现了利用系统提供的工具从EBOM直接重构MBOM。其在SAMF的PDM系统中得到了应用。SAMF原有EBOM与MBOM以EXCEL表格形式存在、在CPC平台上以文档方式保存，到在PDM系统中都是以产品结构树的形式存在。EBOM到MBOM的重构也从手工编辑EXCEL表格完成形式到利用PDM系统工具，从EBOM结构树直接重构MBOM结构树。大大提高了产品的生产效率，缩短了SAMF的产品生产周期。(end)
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(6/5/2010) |
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