基于MBOM 的工艺数据管理及集成技术研究❋

涂明光，王 传

（华中科技大学CAD中心，湖北 武汉 430074）

0 引言

在产品全生命周期中，工艺数据一般是指在工艺设计过程中使用和产生的数据，作为制造企业中设计数据、生产数据和采购数据等数据间的纽带，是指导企业生产经营活动的依据和提高企业生产效率的关键。目前，企业主要通过CAPP系统辅助工艺人员进行工艺规程的设计。然而，CAPP系统虽然提高了工艺设计效率和工艺的规范程度，但其工艺数据主要封装在工艺文件中，使得工艺数据相对孤立，不利于生产经营活动的使用。因此，如何将工艺数据有效组织和管理起来，有利于生产部门、采购部门、财务部门等生产使用，是目前急需解决的一个问题。

本文针对企业产品制造过程中的工艺数据管理问题，提出了一个数字化集成平台，集成PDM、MPM、ERP系统，实现完整的覆盖产品全生命周期的工艺数据管理，保证产品设计数据、工艺数据、生产数据等数据间的一致性，注重对工艺数据的组织和管理，有利于生产部门、采购部门、财务部门等生产经营活动的使用。

1 面向产品全生命周期的xBOM

通常情况下，一个产品要经过设计、工艺、制造、采购、销售等诸多过程才能完成，其对应的BOM分别是：设计 BOM（Engineering BOM，EBOM），工艺BOM（Process planning BOM，PPBOM），制造 BOM（Manufacturing BOM，MBOM），质量 BOM（Quality BOM，QBOM），成本BOM（Cost BOM，CBOM），采购BOM（Buying BOM，BBOM），销 售 BOM （Order BOM，OBOM）。这些BOM统称为xBOM，它们的产生和使用分别对应于产品开发过程的各个阶段，每种BOM在产品类型、应用领域和产品的生命周期方面各不相同，各种BOM是由这三个方面确定的三维空间上的一种视图关系，如图1 所示［1］。由图1 可知，制造BOM是根据产品的设计BOM和工艺BOM制定的；其他各种BOM，如质量BOM、成本BOM、采购BOM、销售BOM等都是根据制造BOM制定的。

传统的工艺数据管理一般以工艺BOM为纽带，实现工艺数据与设计数据、生产数据等数据间的集成，但这种方式不能有效管理产品的制造过程，也没有顾及到产品生产中的质量管理、财务管理、采购管理、销售管理等各种经营活动。而MBOM是在工艺BOM的基础上，增加详细的工艺、材料、制造资源（工装、刀具、量具、设备等）、工时定额、材料定额信息，确定了产品、零部件的制造过程及所需的制造资源，是连接产品设计与产品制造的桥梁，而且也为ERP系统提供重要的基础数据。因此，在制造企业中，需要建立以MBOM为核心的工艺数据管理系统，实现以制造工艺数据为基础的工艺与制造过程管理。

2 基于MBOM的工艺数据管理系统集成框架

本文提出一个框架，集成PDM、MPM、ERP系统，实现完整的以MBOM为核心的工艺数据管理和制造过程管理。PDM中的BOM通常被称为EBOM，由于EBOM不考虑制造或采购，它不能被直接发送到ERP中被使用。因此，EBOM需要被转换为反映采购和制造工作细节的BOM，即 MBOM，然后发送到ERP中，以使它能够成为标准数据，并能实际上被使用［2］。这样，PDM系统负责管理EBOM，并将其发送到MPM中，MPM系统根据企业制造资源、工厂及工艺布局、材料等信息确定产品的MBOM，最后将符合企业产品制造过程实际的MBOM输入ERP系统中，进行生产计划和制造成本控制。同时，将ERP系统中反映企业实际制造情况的生产设备、制造资源等信息实时动态反馈给MPM系统。基于MBOM的工艺数据管理系统集成框架如图2 所示。

图1 产品全生命周期中xBOM之间的相互关系和转换过程

图2 基于MBOM的工艺数据管理系统集成框架

MPM 采 用 PPPR（Product，Process，Plant，Resource）模型建立产品的工艺过程模型。PPPR模型指的是：产品模型（BOM结构和设计信息），工艺模型（操作方法，如加工／装配工艺、工序、工步等），工厂模型（工厂及车间布局），资源模型（人员、设备等工艺资源）。MPM具有以下功能：①MBOM管理：创建与当前产品设计信息相对应的MBOM，确保制造过程计划始终反映产品的最新设计；②工艺计划管理：为需要在车间进行生产、检查、修复或维护的部件或装配体编制详细的任务，并形成计划，包括要执行的操作、操作的执行顺序、所需的资源和技能、作业指导、时间及成本要求；③制造资源和制造标准管理：制造资源是执行生产活动所用到的资源，如生产设备、刀具、工装、夹具和人力资源等；制造标准是在产品制造过程中所用到的标准工艺和典型工艺；④时间和成本估计：对实际的生产和制造过程进行时间和成本的预估。

图3 为制造工艺规划过程中MBOM的形成过程。产品A的EBOM中，零件d和d′互为替代件，零件e由于装配顺序不同，所以分别组织。当产品A计划在两个不同的工厂中制造时，即产品A有两条工艺路线时，必须构建适合于每个工厂特性的MBOM。对于零部件b的制造方法，在工厂X中为自制，在工厂Y中为采购。同样，在实际的制造执行过程中，根据各制造工厂的制造特征和实际情况，零部件a′和a分别在工厂X和工厂Y中制造。在隶属于全球制造公司的工厂之间或动态联盟的企业之间，这样的情况经常发生。而且，从经营效率的角度来看，由于工厂设备或技术能力的不同，一个工厂生产的零部件，在产品制造过程中通常被共享使用。在工艺设计阶段工程审查中用到的MBOM（设计）和ERP系统用到的MBOM（计划）二者之间有所不同，前者需要使用零部件的安装位置来确定其装配路径和序列，后者通常因为采购、生产计划和会计的原因在ERP系统中被使用，因而没有必要考虑位置信息，所以对于零部件e仅需要说明其装配数量，此处是2。这有助于简化所管理BOM的结构，并提高使用数据库等IT资源的效率。

图4 为MPM基于PPPR模型确定产品工艺计划的过程。零件d的工艺版本为B，其制造工艺包含5个操作。操作Op 20在工厂Y的车间2制造，被指派了一个刀具和一个夹具。刀具和夹具存储在制造资源库的库B中。操作Op 30由同一车间中的车床2执行。

MPM是连接产品设计、生产计划到资源和库存安排的桥梁。它需要从PDM中接收工程设计数据，再根据企业制造工艺和资源等确定产品的MBOM和工艺计划，最后将这些工艺数据发送到ERP中。本文所描述的通过集成PDM／MPM／ERP系统来实现以MBOM为核心的覆盖产品全生命周期的工艺数据管理，其系统运行的组织结构如图5 所示。

图3 MBOM形成过程

图4 产品工艺形成过程

3 结束语

通过PDM系统进行产品设计数据的管理，建立MPM系统进行工艺数据和制造过程的管理，通过ERP系统进行生产计划和成本管理，将三者集成起来实现以MBOM为核心的工艺数据管理系统，它将提高企业的生产效率，支持企业在产品设计、工艺设计与生产经营、制造信息等方面的集成，有利于企业资源的优化配置，降低企业的生产和运行成本。

图5 系统运行的组织结构

［1］刘晓冰，黄学文，马跃，等.面向产品全生命周期的xBOM研究［J］.计算机集成制造系统，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.