涂明光，王 傳

（華中科技大學(xué)CAD中心，湖北 武漢 430074）

0 引言

在產(chǎn)品全生命周期中，工藝數(shù)據(jù)一般是指在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，作為制造企業(yè)中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和采購(gòu)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)間的紐帶，是指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的依據(jù)和提高企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。目前，企業(yè)主要通過(guò)CAPP系統(tǒng)輔助工藝人員進(jìn)行工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)。然而，CAPP系統(tǒng)雖然提高了工藝設(shè)計(jì)效率和工藝的規(guī)范程度，但其工藝數(shù)據(jù)主要封裝在工藝文件中，使得工藝數(shù)據(jù)相對(duì)孤立，不利于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的使用。因此，如何將工藝數(shù)據(jù)有效組織和管理起來(lái)，有利于生產(chǎn)部門(mén)、采購(gòu)部門(mén)、財(cái)務(wù)部門(mén)等生產(chǎn)使用，是目前急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

本文針對(duì)企業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程中的工藝數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，提出了一個(gè)數(shù)字化集成平臺(tái)，集成PDM、MPM、ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完整的覆蓋產(chǎn)品全生命周期的工藝數(shù)據(jù)管理，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)間的一致性，注重對(duì)工藝數(shù)據(jù)的組織和管理，有利于生產(chǎn)部門(mén)、采購(gòu)部門(mén)、財(cái)務(wù)部門(mén)等生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的使用。

1 面向產(chǎn)品全生命周期的xBOM

通常情況下，一個(gè)產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購(gòu)、銷(xiāo)售等諸多過(guò)程才能完成，其對(duì)應(yīng)的BOM分別是：設(shè)計(jì) BOM（Engineering BOM，EBOM），工藝BOM（Process planning BOM，PPBOM），制造 BOM（Manufacturing BOM，MBOM），質(zhì)量 BOM（Quality BOM，QBOM），成本BOM（Cost BOM，CBOM），采購(gòu)BOM（Buying BOM，BBOM），銷(xiāo) 售 BOM （Order BOM，OBOM）。這些BOM統(tǒng)稱(chēng)為xBOM，它們的產(chǎn)生和使用分別對(duì)應(yīng)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)階段，每種BOM在產(chǎn)品類(lèi)型、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品的生命周期方面各不相同，各種BOM是由這三個(gè)方面確定的三維空間上的一種視圖關(guān)系，如圖1 所示［1］。由圖1 可知，制造BOM是根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM和工藝BOM制定的；其他各種BOM，如質(zhì)量BOM、成本BOM、采購(gòu)BOM、銷(xiāo)售BOM等都是根據(jù)制造BOM制定的。

傳統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)管理一般以工藝BOM為紐帶，實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)間的集成，但這種方式不能有效管理產(chǎn)品的制造過(guò)程，也沒(méi)有顧及到產(chǎn)品生產(chǎn)中的質(zhì)量管理、財(cái)務(wù)管理、采購(gòu)管理、銷(xiāo)售管理等各種經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。而MBOM是在工藝BOM的基礎(chǔ)上，增加詳細(xì)的工藝、材料、制造資源（工裝、刀具、量具、設(shè)備等）、工時(shí)定額、材料定額信息，確定了產(chǎn)品、零部件的制造過(guò)程及所需的制造資源，是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造的橋梁，而且也為ERP系統(tǒng)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，在制造企業(yè)中，需要建立以MBOM為核心的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以制造工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的工藝與制造過(guò)程管理。

2 基于MBOM的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)集成框架

本文提出一個(gè)框架，集成PDM、MPM、ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完整的以MBOM為核心的工藝數(shù)據(jù)管理和制造過(guò)程管理。PDM中的BOM通常被稱(chēng)為EBOM，由于EBOM不考慮制造或采購(gòu)，它不能被直接發(fā)送到ERP中被使用。因此，EBOM需要被轉(zhuǎn)換為反映采購(gòu)和制造工作細(xì)節(jié)的BOM，即 MBOM，然后發(fā)送到ERP中，以使它能夠成為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并能實(shí)際上被使用［2］。這樣，PDM系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理EBOM，并將其發(fā)送到MPM中，MPM系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)制造資源、工廠及工藝布局、材料等信息確定產(chǎn)品的MBOM，最后將符合企業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程實(shí)際的MBOM輸入ERP系統(tǒng)中，進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和制造成本控制。同時(shí)，將ERP系統(tǒng)中反映企業(yè)實(shí)際制造情況的生產(chǎn)設(shè)備、制造資源等信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋給MPM系統(tǒng)?；贛BOM的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)集成框架如圖2 所示。

圖1 產(chǎn)品全生命周期中xBOM之間的相互關(guān)系和轉(zhuǎn)換過(guò)程

圖2 基于MBOM的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)集成框架

MPM 采 用 PPPR（Product，Process，Plant，Resource）模型建立產(chǎn)品的工藝過(guò)程模型。PPPR模型指的是：產(chǎn)品模型（BOM結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)信息），工藝模型（操作方法，如加工／裝配工藝、工序、工步等），工廠模型（工廠及車(chē)間布局），資源模型（人員、設(shè)備等工藝資源）。MPM具有以下功能：①M(fèi)BOM管理：創(chuàng)建與當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息相對(duì)應(yīng)的MBOM，確保制造過(guò)程計(jì)劃始終反映產(chǎn)品的最新設(shè)計(jì)；②工藝計(jì)劃管理：為需要在車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)、檢查、修復(fù)或維護(hù)的部件或裝配體編制詳細(xì)的任務(wù)，并形成計(jì)劃，包括要執(zhí)行的操作、操作的執(zhí)行順序、所需的資源和技能、作業(yè)指導(dǎo)、時(shí)間及成本要求；③制造資源和制造標(biāo)準(zhǔn)管理：制造資源是執(zhí)行生產(chǎn)活動(dòng)所用到的資源，如生產(chǎn)設(shè)備、刀具、工裝、夾具和人力資源等；制造標(biāo)準(zhǔn)是在產(chǎn)品制造過(guò)程中所用到的標(biāo)準(zhǔn)工藝和典型工藝；④時(shí)間和成本估計(jì)：對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)和制造過(guò)程進(jìn)行時(shí)間和成本的預(yù)估。

圖3 為制造工藝規(guī)劃過(guò)程中MBOM的形成過(guò)程。產(chǎn)品A的EBOM中，零件d和d′互為替代件，零件e由于裝配順序不同，所以分別組織。當(dāng)產(chǎn)品A計(jì)劃在兩個(gè)不同的工廠中制造時(shí)，即產(chǎn)品A有兩條工藝路線時(shí)，必須構(gòu)建適合于每個(gè)工廠特性的MBOM。對(duì)于零部件b的制造方法，在工廠X中為自制，在工廠Y中為采購(gòu)。同樣，在實(shí)際的制造執(zhí)行過(guò)程中，根據(jù)各制造工廠的制造特征和實(shí)際情況，零部件a′和a分別在工廠X和工廠Y中制造。在隸屬于全球制造公司的工廠之間或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的企業(yè)之間，這樣的情況經(jīng)常發(fā)生。而且，從經(jīng)營(yíng)效率的角度來(lái)看，由于工廠設(shè)備或技術(shù)能力的不同，一個(gè)工廠生產(chǎn)的零部件，在產(chǎn)品制造過(guò)程中通常被共享使用。在工藝設(shè)計(jì)階段工程審查中用到的MBOM（設(shè)計(jì)）和ERP系統(tǒng)用到的MBOM（計(jì)劃）二者之間有所不同，前者需要使用零部件的安裝位置來(lái)確定其裝配路徑和序列，后者通常因?yàn)椴少?gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃和會(huì)計(jì)的原因在ERP系統(tǒng)中被使用，因而沒(méi)有必要考慮位置信息，所以對(duì)于零部件e僅需要說(shuō)明其裝配數(shù)量，此處是2。這有助于簡(jiǎn)化所管理BOM的結(jié)構(gòu)，并提高使用數(shù)據(jù)庫(kù)等IT資源的效率。

圖4 為MPM基于PPPR模型確定產(chǎn)品工藝計(jì)劃的過(guò)程。零件d的工藝版本為B，其制造工藝包含5個(gè)操作。操作Op 20在工廠Y的車(chē)間2制造，被指派了一個(gè)刀具和一個(gè)夾具。刀具和夾具存儲(chǔ)在制造資源庫(kù)的庫(kù)B中。操作Op 30由同一車(chē)間中的車(chē)床2執(zhí)行。

MPM是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃到資源和庫(kù)存安排的橋梁。它需要從PDM中接收工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，再根據(jù)企業(yè)制造工藝和資源等確定產(chǎn)品的MBOM和工藝計(jì)劃，最后將這些工藝數(shù)據(jù)發(fā)送到ERP中。本文所描述的通過(guò)集成PDM／MPM／ERP系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)以MBOM為核心的覆蓋產(chǎn)品全生命周期的工藝數(shù)據(jù)管理，其系統(tǒng)運(yùn)行的組織結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖3 MBOM形成過(guò)程

圖4 產(chǎn)品工藝形成過(guò)程

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)PDM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理，建立MPM系統(tǒng)進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)和制造過(guò)程的管理，通過(guò)ERP系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和成本管理，將三者集成起來(lái)實(shí)現(xiàn)以MBOM為核心的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它將提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，支持企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、制造信息等方面的集成，有利于企業(yè)資源的優(yōu)化配置，降低企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行成本。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行的組織結(jié)構(gòu)

［1］劉曉冰，黃學(xué)文，馬躍，等.面向產(chǎn)品全生命周期的xBOM研究［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2002，8（12）：983-987.

［2］Changho Lee，ChoonSeong Leem，Inhyuck Hwang.PDM and ERP integration methodology using digital manufacturing to support global manufacturing［J］.Int J Adv Manuf Technol，2011，53：399-409.