劉宗寧,楊同瑩,王春光

(1.西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，陜西西安 710072；2.中航工業(yè)新航豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453003)

基于Windchill的制造工藝數(shù)據(jù)管理研究與應(yīng)用

劉宗寧1,2,楊同瑩2,王春光2

(1.西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，陜西西安 710072；2.中航工業(yè)新航豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453003)

MBOM作為企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)、工藝、制造、物流、采購(gòu)等部門傳遞信息的重要載體，包含零組件分類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數(shù)等詳細(xì)信息，是制造工藝數(shù)據(jù)管理的核心。通過(guò)對(duì)EBOM到MBOM的重構(gòu)分析，圍繞以MBOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，給出基于Windchill系統(tǒng)的制造工藝數(shù)據(jù)管理模型，為制造型企業(yè)的工藝數(shù)據(jù)管理和信息化應(yīng)用水平提升提供了參考方案。

BOM；PLM；制造工藝數(shù)據(jù)；信息化

0 引言

隨著“中國(guó)制造2025”的提出，越來(lái)越多的企業(yè)開始將信息化、智能化作為自己的發(fā)展目標(biāo)。在制造類企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，需要比較準(zhǔn)確的零組件分類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數(shù)等信息，尤其是隨著工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，制造過(guò)程信息需要綜合設(shè)計(jì)、工藝、制造、物流、采購(gòu)等各部門信息。物料清單BOM(Bill of Material)是目前企業(yè)組織產(chǎn)品信息和制造信息的重要形式，是企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)、工藝、制造、物流、采購(gòu)等部門傳遞信息的重要載體。在企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)橹圃靾?zhí)行和成本核算的需要，要求BOM可顯示產(chǎn)品制造的不同層級(jí)、用料依據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等信息。因此，要實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的信息化，工藝數(shù)據(jù)管理的信息化就顯得尤為重要。文中主要探討基于Windchill的PLM(Product Lifecycle Management)系統(tǒng)中制造工藝數(shù)據(jù)管理的研究和應(yīng)用。

1 Windchill系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Windchill是一款世界主流的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，由美國(guó)PTC公司(Parametric Technology Corporation)推出，主要包括PDMLink、PartsLink、MPMLink、ProjectLink等應(yīng)用模塊。從整體上來(lái)說(shuō)，Windchill以Web為中心實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)管理，是一種B/S(Browser/Server)模式的3層體系結(jié)構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖1所示。

圖1 Windchill的3層體系結(jié)構(gòu)

客戶端主要包括 2個(gè): (1)Web瀏覽器，其作用主要為：提供用戶接口、展示HTML頁(yè)面及表格、執(zhí)行Windchill Applets小程序等；(2)Bootstrap client，其作用主要為：允許從當(dāng)?shù)匚募到y(tǒng)上下載類文件，是可選的客戶端組成元素。服務(wù)器層包含主要的商業(yè)邏輯，并且處理所有的商業(yè)數(shù)據(jù)，由HTTP Web服務(wù)器、HTTP網(wǎng)關(guān)、Method服務(wù)器、服務(wù)器管理器等組件組成，其作用主要有客戶端分布和交互、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、用戶權(quán)限管理和安全機(jī)制等。數(shù)據(jù)庫(kù)層的作用主要為保存元數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，它可以建立在Windchill服務(wù)器主機(jī)上，也可以是一個(gè)專門的服務(wù)器。

2 BOM的概念

從概念上講，BOM是指構(gòu)成產(chǎn)品的所有物料的技術(shù)性描述文件。這些物料包括產(chǎn)品的成品、組件、零件、工藝過(guò)程件、原材料、工裝、工具、夾具、輔料等。BOM中每一個(gè)物料都具有相應(yīng)的屬性，這些屬性包括產(chǎn)品或制造過(guò)程數(shù)據(jù)的全部?jī)?nèi)容，在產(chǎn)品生命周期的不同階段和不同制造工廠物料的屬性也會(huì)相應(yīng)地不同。BOM是組織產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、到工藝、再到制造等所有與產(chǎn)品相關(guān)活動(dòng)的依據(jù)，一般既可以按照從總成到組件再到部件的正向檢索和跟蹤方式獲取所需信息，也可以按照從部件到總成的逆向檢索和跟蹤方式獲取所需信息。根據(jù)需求的不同，BOM主要分為以下幾種：設(shè)計(jì)BOM(Engineering Bill of Material，EBOM)、工藝BOM(Planning Bill of Material，PBOM)、制造BOM(Manufacturing Bill of Material，MBOM)等。

(1)EBOM

EBOM即設(shè)計(jì)BOM，也稱工程BOM，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門用來(lái)組織和管理構(gòu)成某種產(chǎn)品所需的零部件物料清單，它主要反映產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和各物料的設(shè)計(jì)屬性，包括產(chǎn)品各零部件的原始幾何信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系信息，如零部件的名稱、圖號(hào)、材料、質(zhì)量、數(shù)量、零件間層級(jí)關(guān)系、版本信息等。

(2)PBOM

PBOM即工藝BOM，是產(chǎn)品在工藝策劃階段的BOM。在工藝策劃階段，工藝工程師根據(jù)工廠的加工能力，在EBOM基礎(chǔ)上進(jìn)行重新調(diào)整，并補(bǔ)充部分工藝過(guò)程件，如毛坯、半成品、中間過(guò)程件等，設(shè)計(jì)出來(lái)的適用于工藝執(zhí)行的PBOM。PBOM主要包括裝配工藝和零件機(jī)加工藝，用于描述零部件的裝配關(guān)系和工藝文件數(shù)據(jù)，即零部件的加工工序、工藝規(guī)程、加工設(shè)備、工時(shí)定額、部件裝配過(guò)程等。

(3)MBOM

MBOM是制造部門根據(jù)生產(chǎn)制造的需要，在PBOM的基礎(chǔ)上，增加可具體執(zhí)行的工藝分工、設(shè)備、工夾量檢具、刀具、過(guò)程輔料、工藝文檔、材料定額等信息，是詳細(xì)描述產(chǎn)品制造過(guò)程和制造數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。MBOM可用于工藝設(shè)計(jì)、工藝管理及工藝文件的跟蹤等，是生產(chǎn)的重要依據(jù)，其完整性和準(zhǔn)確性對(duì)于縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、協(xié)調(diào)各部門的工作具有重要作用。根據(jù)不同需要，產(chǎn)品PBOM和MBOM可以合二為一。

3 EBOM到MBOM的重構(gòu)

EBOM到MBOM的重構(gòu)如圖2所示，括號(hào)中D代表設(shè)計(jì)視圖，M代表制造視圖，P代表總成，A、B、C……代表組成總成的各個(gè)組件，Ah、Bh、Ch代表工藝合件，A1、A2……代表組成組件A的各部件，B1、B2……代表組成組件B的各部件，C1、C2……代表組成組件C的各部件，依次類推。

圖2 EBOM到MBOM的重構(gòu)模型

MBOM與EBOM的不同之處主要是對(duì)產(chǎn)品零部件之間的層級(jí)關(guān)系描述不一樣，且MBOM中各物料項(xiàng)具有不同的物料狀態(tài)屬性，主要有以下幾個(gè)方面：

(1)過(guò)程件。在EBOM中不存在，但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝或管理的需要，在BOM中增加一些中間部件，以滿足存儲(chǔ)或財(cái)務(wù)結(jié)算的需要，比如毛坯、粗加工及半精加工零件。過(guò)程件雖然不在EBOM中，也不會(huì)出現(xiàn)在最終的產(chǎn)品中，但卻的確存在。在MBOM中這類物料項(xiàng)的工藝狀態(tài)主要為委外加工的半成品、外購(gòu)的半成品、毛坯、自制件的中間過(guò)程件等。

(2)虛擬件。在實(shí)際生產(chǎn)中，EBOM中的部分部件是以組件的形式采購(gòu)、制造或存儲(chǔ)的，即在制造過(guò)程中這些部件并不以獨(dú)立部件的形式存在，稱之為虛擬件。虛擬件在MBOM中是不用考慮的，在與ERP集成時(shí)也不需要將虛擬件發(fā)送過(guò)去。圖2中的A和C就是虛擬件。

(3)整體外購(gòu)件。部件本身及其下屬的所有子件以整體形式外購(gòu)的部件稱為整體外購(gòu)件。這類部件在EBOM中完整地體現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)，但其所有子件都可以作為虛擬件來(lái)對(duì)待，即在MBOM中只需要把它當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的整體就可以了。圖2中Ah(A1，A2)和Bh(B1，B2)就是整體外購(gòu)的合件。

(4)物料的數(shù)量。EBOM中各個(gè)物料項(xiàng)的分布都是基于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)而定，其數(shù)量一般只顯示某物料在當(dāng)前部件中的數(shù)量，而MBOM則是基于生產(chǎn)工藝搭建起來(lái)的物料結(jié)構(gòu)，其物料數(shù)量是根據(jù)生產(chǎn)線工序的作業(yè)內(nèi)容而定的。因此，MBOM中物料的數(shù)量對(duì)EBOM中物料的數(shù)量進(jìn)行合并，也可以對(duì)EBOM物料的數(shù)量進(jìn)行必要的拆分。

(5)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。EBOM體現(xiàn)了產(chǎn)品部件間的組成結(jié)構(gòu)和數(shù)量關(guān)系，而MBOM與EBOM相比，增加了制造過(guò)程中的毛坯、半成品、工藝合件等，同時(shí)BOM結(jié)構(gòu)也可以做出調(diào)整，部分單獨(dú)外購(gòu)的部件可以根據(jù)裝配工藝的需要掛到其他組件或總成下面。圖2中B3即為單獨(dú)外購(gòu)件，在MBOM中掛到總成下面，表示該物料將直接在裝配線上料和裝配。

4 以MBOM為核心的制造工藝數(shù)據(jù)管理

由MBOM重構(gòu)過(guò)程可以看出：MBOM不但包含產(chǎn)品部件信息、詳細(xì)工藝屬性及面向制造的層級(jí)結(jié)構(gòu)，還包括與之建立映射關(guān)系的工藝計(jì)劃，是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容。

4.1 制造工藝數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

(1)產(chǎn)品零組件及工藝過(guò)程件

傳統(tǒng)管理模式一般是基于產(chǎn)品零組件、工藝過(guò)程件圖樣、圖號(hào)等信息的管理，而MBOM將傳統(tǒng)的管理模式轉(zhuǎn)換為基于所有產(chǎn)品部件編碼的管理模式，同時(shí)，通過(guò)與ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的集成，將工程技術(shù)狀態(tài)及構(gòu)型管理由事后整理轉(zhuǎn)變?yōu)榘淳幋a或批次實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢管理模式，保證實(shí)際工程狀態(tài)和產(chǎn)品構(gòu)型的準(zhǔn)確性和有效控制。由此看出，MBOM對(duì)EBOM所包含信息的有效集成和傳承是制造工藝數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)，所以，EBOM的正確性和規(guī)范性至關(guān)重要。

(2)制造資源

制造資源一般包含設(shè)備、工裝、刀具、工具、量檢具、過(guò)程輔料及人工技能等，數(shù)量和類型十分龐大，管理難度也很大。制造資源的管理是制造過(guò)程管理的一個(gè)重要內(nèi)容。Windchill系統(tǒng)為制造資源提供一種基于編碼的管理模式，編碼后的制造資源以資源的形式存儲(chǔ)在制造資源數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以有效地規(guī)范制造資源的管理。

(3)工藝文檔

與制造資源類似，在Windchill系統(tǒng)中，工藝文檔經(jīng)過(guò)審簽發(fā)布流程后，也是以一種資源的形式存儲(chǔ)在工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用時(shí)，可以對(duì)工藝文檔進(jìn)行引用或輸出。

4.2 制造工藝數(shù)據(jù)的管理

(1)工藝計(jì)劃管理

Windchill系統(tǒng)通過(guò)MBOM與工藝計(jì)劃建立映射關(guān)系來(lái)管理制造企業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)，而工藝計(jì)劃所反映的制造工藝數(shù)據(jù)同時(shí)包括結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)和工藝文件。結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的工藝文檔經(jīng)過(guò)映射關(guān)系存儲(chǔ)在工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中，它們直接的映射關(guān)系是制造工藝數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。

如圖3所示，通過(guò)與自制件關(guān)聯(lián)的工藝計(jì)劃，結(jié)合工藝計(jì)劃本身的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各部件制造過(guò)程中，各工序所使用的工藝過(guò)程件、半成品、毛坯、制造資源和工藝文檔等數(shù)據(jù)的管理。同時(shí)，系統(tǒng)支持工程更改和制造數(shù)據(jù)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)輸出。

圖3 工藝計(jì)劃的管理

(2)制造工藝數(shù)據(jù)管理模型

根據(jù)前面的描述，在Windchill中制造工藝數(shù)據(jù)的管理就是以MBOM為核心的動(dòng)態(tài)管理體系。該管理體系模型如圖4所示，底層是計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等基礎(chǔ)環(huán)境；第二層是基礎(chǔ)類存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括制造工藝相關(guān)的制造部件、制造資源、工藝文檔等；第三層是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)邏輯，即MBOM結(jié)構(gòu)及與之建立映射關(guān)系的工藝計(jì)劃，其中工藝計(jì)劃又與第二層的各存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建立各自映射關(guān)系；第四層則是企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，包括與PLM系統(tǒng)集成的ERP、MES、CAPP等應(yīng)用系統(tǒng)。它們可以一個(gè)或多個(gè)與MBOM建立起集成信息平臺(tái)，傳遞各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所需要的產(chǎn)品信息及制造數(shù)據(jù)信息?？梢钥闯?，第三層是制造工藝數(shù)據(jù)管理的核心部分。

圖4 制造工藝數(shù)據(jù)管理模型

5 結(jié)論

MBOM作為企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)、工藝、制造、物流、采購(gòu)等部門傳遞信息的重要載體，包含零組件分類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數(shù)等詳細(xì)信息，是制造工藝數(shù)據(jù)管理的核心。通過(guò)對(duì)MBOM的重構(gòu)及圍繞MBOM的制造工藝數(shù)據(jù)管理實(shí)踐，給出了基于Windchill系統(tǒng)的制造工藝數(shù)據(jù)管理模型，為制造企業(yè)的工藝數(shù)據(jù)管理提供了參考方案，同時(shí)為企業(yè)制造信息化應(yīng)用水平的提升，有效支持企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、工藝策劃、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)核算等信息的集成，優(yōu)化企業(yè)的制造資源配置，進(jìn)而降低企業(yè)制造工藝管理成本提供了思路。

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ResearchandApplicationofManufacturingProcessDataManagementBasedonWindchill

LIU Zongning1,2,YANG Tongying2,WANG Chunguang2

(1.School of Mechanical Engineering, Northwestern Poly-Technical University, Xi’an Shaanxi 710072, China;2.AVIC Xinhang Yubei Steering System Co.,Ltd.，Xinxiang Henan 453003, China)

As an important carrier of information transmission in design, process, manufacturing, logistics, purchasing and other departments during the production of a company，MBOM is the core of manufacturing process data management，it includes details of component classification，product structure，process flow，frock clamp，process parameter and so on. By restructuring analyzing from EMOB to MBOM, focusing on MBOM for manufacturing process data storage and management,a manufacturing process data management model was given based on Windchill. It provides references for process data management and promotion of information application for manufacturing enterprise.

Bill of material(BOM);Product lifecycle management(PLM);Manufacturing process planning data; Informatization

2017-03-21

劉宗寧(1982—)，男，工程碩士研究生，工程師，主要從事機(jī)械制造技術(shù)方面的研究。E-mail:liuzn666@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.005

TP391

B

1674-1986(2017)08-022-04