1.前言
在产品数据管理(PDM)系统中，产品结构管理以产品物料清单为组织核心，把所定义的最终产品的所有工程数据和文档联系起来，在一定的目标或规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图描述。每一个BOM视图描述一种产品开发过程不同阶段的产品结构数据，由不同的部门所使用，其形式和内容根据部门职能而不同于其它阶段的BOM视图。通过BOM多视图，从产品开发的上游到下游传递了产品结构关系。随着用户需求、设计、工艺的更改、生产条件的改变，各种相关BOM视图都将发生变化。因此，PDM系统对BOM传递产品结构信息提出了正确性、一致性及数据集成性等要求。
本文针对产品开发过程中的三种主要BOM视图：工程BOM、工艺BOM和制造BOM，在阐明各视图间关系的基础上提出了不同BOM视图间的转换方法，并将其应用于产品结构管理中，解决产品开发过程中BOM视图自动生成及数据集成等问题，保证BOM数据的正确性和一致性。
2 产品开发阶段的几种主要BOM
产品开发过程按照实现功能划分，包括工程设计、工艺设计、样机试制等重要阶段。在PDM系统应用中，根据不同阶段产品结构管理的要求，将产生多种类型的BOM，从不同侧面表示产品的组成形式以及相关属性项的值，实现对产品数据的管理和使用。
2.1 BOM的类型
一般地把在产品的形成过程中出现的物体形态的实体统称为物料项，BOM则是一种对物料项之间的结构关系(包括装配关系、加工关系、基准依赖关系和互换关系等)的形式化的表示方法。在产品开发的不同阶段，各部门为不同目的而设计、使用和维护各自相关的BOM，并从其中获取特定数据。设计BOM、工艺BOM和制造BOM是三种在产品开发中产生并主要使用的BOM。
设计BOM又称为工程BOM(Engineering BOM，EBOM)：一般由产品设计部门根据产品装配系统图以及产品零部件明细表等产生，用以描述产品设计结构。其中产品装配系统图提供组成产品的零部件之间的设计装配关系，产品零部件明细表具体说明零部件的种类，如通用件、标准件、自制件、外购件和外协件等。EBOM是工艺、制造等其它应用系统所需产品数据的基础，常见的文本表现形式包括产品明细表、图样目录、材料定额明细表等。
工艺BOM(Process Planning BOM，PPBOM)：由工艺设计部门在EBOM的基础上，对产品结构进行工艺分解，建立装配件的装配工艺和各零件的制造工艺，并确定加工制造过程中应使用的工装、模具等后生成。PPBOM是根据工厂的加工水平和能力对EBOM再设计出来的，使用它可以明确地了解零件之间的制造关系，跟踪零件在何处制造、由谁制造、用什么制造等信息，其常见的文本表现形式为产品工艺分单位目录等。
制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)：制造工程部门在PPBOM基础上增加了物料项的工艺流程(制造和装配工艺)、工装资源、原材料、半成品等信息形成的，反映了零件、装配件和最终产品的制造方法和装配顺序，如制造、装配工序内容及相应的加工设备、工装夹具、刀具辅具等。它详细描述了产品制造过程，是ERP运算的输入信息，该BOM常见的文本表现形式包括工艺路线表、关键工序汇总表、重要件关键件明细表、自制件明细表、通用件明细表、通用专用工装明细表、设备明细表等。
2.2 设计BOM与工艺BOM的关系
设计BOM和工艺BOM中的产品结构信息分别从CAD和CAPP系统中获得，属于上游初始BOM，其输入信息来自产品设计人员和工艺设计人员对产品功能结构及产品的形成的定义，而其它各种BOM，如制造BOM、采购BOM等，是在设计BOM 和工艺BOM的基础上，结合其应用领域的管理信息转换而来。
在对设计BOM进行工艺分解生成工艺BOM的过程中，需要注意保持两者间的一致性，即工艺BOM中零部件号及零部件的个数要与原设计BOM中相同，但在BOM结构中所处位置可以不同。造成两种BOM异构的主要原因来自对以下几方面制造中的因素的考虑：
(1)设计BOM结构主要按产品设计分离面进行划分，而工艺BOM结构加入了工艺分离面的考虑。即在形成PPBOM的工艺流程设计过程中，要考虑工装夹具的设计和选择问题而对设计BOM结构中划分过粗的部分进行细化，对其中周期比较长的关键件进行再分解至工序，并在结构中加入中间状态的节点。
(2)在工艺BOM形成过程中，考虑到定位和工装夹具制造等因素，设计BOM中的某些装配关系会根据需要提前或推后进行，甚至把某些零组件移动到其它的装配工作中进行，这就使得工艺BOM中的结构顺序要在原有设计BOM基础上进行调整。
(3)工艺分解过程中，工艺设计人员出于缩短生产周期的考虑，可对原来的串行进行的工作进行调整变为并行工作;出于对使用有限资源的考虑，也可把原来的并行进行的工作调整为串行工作。这样工艺BOM的结构就要适当改变以表示调整后的装配工作情况。
(4)其它因素，如对现有设备的先进程度、工人的劳动技能和制造过程的管理体制等的考虑，也可能会影响到工艺BOM的结构变化上。
所以，工艺BOM结构的生成是工艺设计人员参考大量工艺设计知识，综合考虑产品制造各方面的影响因素的创造性的体现。因而工艺BOM与设计BOM一并成为其它BOM类型信息的来源。
2.3 设计BOM、工艺BOM与制造BOM的演绎关系
制造BOM是制造部门用来详细描述零件、装配件和产品的制造方法和装配顺序的，它所表达的产品制造结构可以根据设计BOM和工艺BOM所提供的原始信息转换而来。从设计BOM和工艺BOM转换到制造BOM是产品生命周期的BOM转换中最实用的部分。
不同BOM间的演绎存在一定的转换关系，但其转换过程没有绝对的标准。下面两方面问题是BOM演绎中需要考虑的：
(1)调整BOM结构：由于设计BOM是按照功能对零部件关系进行划分的，而工艺BOM和制造BOM需要按照工作和装配顺序进行划分，因此从设计BOM到工艺BOM再到制造BOM的转换需要按工艺过程进行调整，重点注意对虚设件、工艺件和外协件等特殊部件的处理。调整结果可能会使得设计BOM中的零部件父子关系与制造BOM中的父子关系产生差异，即设计BOM中的父子关系可能变成制造BOM中的兄弟关系，也可能将设计BOM中相关的属于兄弟关系的零部件调整到一起，在制造BOM中形成父子关系。
(2)引用已有BOM组件模块：一个产品包含了大量的组件、通用件等，而此类对象在原有的系列产品中已有模块化的工艺、装配关系，可以直接从PDM系统中引用此类对象的工艺BOM和制造BOM结构。这样可以简化大量的重复工作，缩短产品开发周期。同时，应不断保存新建立的组件BOM结构，提供以后系列产品使用。
3 不同BOM视图间的转换
下游BOM的产生与上游BOM数据有关，是经过上游BOM施加一定的领域属性转换而来的。BOM的转换本质上也就是其视图的转换，是同一产品对象在不同阶段、对不同使用人员的视图关系。BOM视图可由BOM结构关系与BOM属性两部分组成，BOM视图的转换也就是结构和属性两方面转换作用的结果，以下进行具体分析和描述。
3.1 视图结构转换
在形成不同类型的BOM视图时，并非从零开始构造，而是可以从已有的BOM视图转换而来。在PDM系统中，BOM视图结构转换的重点在于从设计BOM到工艺BOM进而到制造BOM的转换上。转换过程中，不同的BOM视图对各种类型的特殊部件有不同的处理方法，因此BOM视图结构转换工作主要集中在对特殊部件的处理上。对比各种BOM视图结构，造成设计BOM和工艺BOM异构的特殊部件主要有关键件和外协件，造成工艺BOM和制造BOM之间异构的特殊部件主要有虚设件和工艺件。上述各种特殊部件定义如下：
关键件考虑工艺分离面等原因，在工艺分解过程中需要对设计BOM中划分过粗的零件进行细化而生成的部件。
外协件本身及其所属的所有零部件都需外协加工的部件。其所属零部件不会出现在工艺BOM中。
虚设件在设计BOM中出现，在工艺BOM中有定义，但在实际生产中并不制造，也不存储的部件，在制造BOM中会删除虚设件。通过处理虚设件，可以使制造工作并行化，从而在资源充足的情况下有效利用资源。
工艺件在设计BOM中不出现，而在实际生产中因为工艺要求，既要制造又要存储的部件。在制造BOM中会添加工艺件，同时工艺BOM中某些零部件会降级成为工艺件的下级子件，这些零部件在工艺BOM中称为工艺子件。通过处理工艺子件，可以使制造工作串行化，从而在资源有限的情况下节约利用资源。
在转换过程中，将设计BOM、工艺BOM、制造BOM作为产品结构在产品开发不同阶段的三个版本，BOM结构转换就是根据已有BOM视图版本生成新版本的过程。相应地在图2所示的转换流程中，产品结构树中的节点N也分别有NE、NP、NM 三种版本，下标E、P、M分别代表节点的设计、工艺、制造版本。整个流程中，各种特殊部件需要设计、工艺以及制造部门人员进行定义，在对关键件进行处理时需要与工艺人员进行交互以获得关键件的细分信息。
3.2 视图属性映射
从面向对象技术的角度来看，BOM视图的数据子集构成了一个BOM的不同属性，当进行BOM转换时，在BOM属性间存在一定的映射关系[4]。一个BOM属性项由节点标识和节点属性两部分组成，节点标识描述了BOM视图中一条物料信息在产品结构树中所处的位置，是公共属性;节点属性用于定义在不同部门任务要求的驱动下，该物料所体现的具体属性值。通过对各BOM 视图属性间的映射关系进行研究，可以将属性的映射方式总结为以下四种形式：
泛化映射指两个BOM视图属性在逻辑上构成超类与类、父与子的关系，子视图从父视图继承BOM视图属性。公共属性，如节点号、物料代号、物料版本、有效性类型、生效日期、失效日期等，基本属于泛化映射。
关联映射指映射后的BOM视图物料项属性数据是在原BOM物料项属性数据基础上，在一定的约束条件下，通过物料之
间的关联，派生出新的数据。
聚合映射指映射后的BOM视图物料项属性数据，是由多个其它的BOM视图经过协同数据处理而获得。
导出映射指映射后的BOM视图物料项属性是由其它BOM视图物料项属性进行推导而获得。
在实际应用中，BOM多视图属性映射是以上四种映射形式的合成映射，如图3所示，工艺BOM视图属性向制造BOM视图属性的映射过程中，其节点属性：物料ID、版本和名称均不改变，属于泛化映射;节点制造数量属性是根据工艺的每台加工数量属性和生产纲领而计算得到的，属于聚合映射;节点工艺属性生产类型为自制件的，针对机械加工企业来说，就决定了该节点的制造车间属性应为机加车间，属于导出映射;节点工艺属性主要参数，如材料、重量等都与该节点的制造资源有关，属于关联映射。
在BOM视图属性映射中，既包括属性项的映射也包括属性值的映射，映射过程体现了产品开发过程的数据集成性要求。
4 应用实现
现行的产品数据管理系统大多具备图形化的BOM视图编辑工具，提供BOM视图的创建、编辑、浏览等功能，可以在此基础上，通过客户化开发，实现不同BOM视图间的转换。
TeamCenter Engineering(TCEng)是UGS公司的商品化PDM软件，通过其中的产品结构管理模块PSE(Product Structure Editor)，不仅可以对系列产品的配置进行管理，还能方便的对产品结构视图，即产品BOM进行处理。
4.1 在TCEng中定制BOM视图
在TCEng中，产品结构管理模块PSE使用基于配置管理的产品结构管理模式，通过BOM浏览功能进行修改和控制产品的结构。TCEng使用BOMView Revision存放产品结构，在TCEng的管理模块中添加本文所讨论的三种重要的BOM视图类型，EBOMView、PPBOMView和MBOMView。在产品开发过程中，设计阶段产品版本使用EBOMView，工艺阶段使用PPBOMView，制造阶段使用MBOMView，以保存产品结构。
在PSE模块中，BOMView采用树型结构表示产品的装配结构，装配树的节点表示物料项，可根据应用要求定制物料项的属性。表1~3给出了各类BOMView主要属性定义示例。
表1 设计BOM视图主要属性定义
属性定义
设计数量物料项设计时的参考数量
物料类型物料项的生产类型，属于一般件、外协件、关键件中的一种
设计单位物料项的设计部门
材料信息包括材料名称、材料牌号、材料规格、技术条件、材料硬度与强度等
表2 工艺BOM视图主要属性定义
属性定义
装配数量工艺设计中的零部件装配数量关系
工艺类型物料项的工艺类型，属于一般件、外协件、虚设件、工艺子件中的一种
工艺设计单位物料项的工艺设计部门
分工计划单号工艺分解的任务单号
分工计划内容工艺分解的任务内容
表3 制造BOM视图主要属性定义
属性定义
装配数量制造中的零部件装配数量关系
制造类型物料项的制造类型，属于外协、机械加工、铸造、热处理、装配中的一种
工艺规程针对产品或装配件，指装配工艺规程，对于零件表示机加工艺规程
车间工位物料项的制造车间和工段信息
制造资源主要包括刀具、夹具、量具、工作中心、辅料等信息
4.2 BOM视图转换的实现
产品数据管理系统对BOM视图中的部件/零件间的联系的描述是通过父子层次关系表达的，即每一个零件都隶属于某一部件，属于该部件的子件，BOM视图的转换从数学模型上，就是对原有的父子层次关系进行重新分配和建立的结果。
由于TCEng与CAD系统UG实现无缝集成，UG装配图中的产品装配结构可直接导入TCEng作为设计BOM视图结构，形成EBOMView。在此基础上，根据图2所示BOM视图结构转换流程，由设计部门定义物料类型，并由工艺部门细分关键件后，系统通过对外协件和关键件的处理，自动完成从EBOMView到PPBOMView产品结构的转换。过对外协件和关键件的处理，自动完成从EBOMView到PPBOMView产品结构的转换。
在产品PPBOMView基础上，由工艺部门定义工艺类型，系统通过对虚设件和工艺件的处理，自动完成从PPBOMView到MBOMView产品结构的转换。
各BOM视图的属性之间存在映射关系：由设计BOM到工艺BOM进而到制造BOM，物料项的代号及名称均不会由于结构的变化而改变，属于泛化映射，而且外协件的物料类型、工艺类型及制造类型均保持一致以传递零部件信息，也是泛化映射的一种形式;由设计数量到工艺装配数量到制造装配数量，由于不同阶段产品结构发生变化所引起的物料项数量属性之间存在计算关系，属于聚合映射及关联映射;由工艺BOM中的工艺件类型到制造BOM中的制造类型为装配的属性映射属于导出映射。
5 结论
BOM作为贯穿整个产品生命周期的一种产品信息载体，在产品生命周期的不同阶段有不同的视图表示，各种BOM视图本质上都是产品结构的表现，可以通过一定的映像方式进行转换。本文从BOM视图属性映射和BOM视图结构转换两方面，主要讨论了产品开发阶段三种重要BOM视图间的演绎关系，总结了BOM视图演绎的规律和方法，为进一步推广到产品生命周期其它阶段的BOM演绎提供参考，以解决产品生命周期各阶段的BOM视图自动生成及数据集成等问题。文中所给出的由设计BOM 到工艺BOM进而到制造BOM转换技术在商品化PDM系统TCEng中的应用实现，为PDM系统中的产品结构管理功能在企业中的应用提供了可供参考的方法和步骤。
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