BOM驱动的工程变更管理

史建成，杜小东，李剑勇，刘艳辉

（西南电子设备研究所，四川 成都 610036）

工程变更是电子装备研发制造过程中的重要活动。在电子装备研制过程中，由于产品复杂、多品种、小批量且研制周期短，工程变更在产品的整个生命周期中是不可避免的工作，因此必须对工程变更进行有效管理，在保证工程变更影响充分评估验证的同时，充分考虑变更数据管理的一致性和变更信息传递的有效性，以实现产品在研制过程中迅速响应用户需求、更快地改进产品和缩短研制周期的目的。

工程变更涉及到设计、工艺、采购、生产、物流、售后等产品全生命周期的多个环节，一般需要研发、制造、物资、质量、财务等多个专业协作来完成。工程变更的难点在于保持变更过程中产品数据的一致性、变更影响分析和评估的充分性、变更信息传播的完整性等3个方面。在产品数据一致性的方面，需要对产品数据对应的批次、版本、时效、关联关系进行管控。王晓翠[1]对变更数据进行了深入研究，实现了变更数据与CAD、企业资源规划系统的集成，可确保整个生命周期内数据的一致性。在变更影响分析评估方面，需要对变更及其涉及的产品进行技术、财务、质量、交付周期等多维度的分析，确定企业可接受的变更方案。唐敦兵等[2]基于设计结构矩阵，建立了工程变更影响分析模型，提出对工程变更的直接与间接影响进行分析的具体方法，并结合相关的变更影响计算方法实现了分析工程变更影响程度的预测手段。陶芳等[3]研究了变更元素多级递阶结构图，清晰地表示了变更元素之间的影响范围，同时，结合模糊层次分析法对变更任务之间相互影响的程度进行了评估。在变更信息的传播方面，重点对变更数据分发和推送的范围和有效性进行控制。韩健美[4]通过工程变更管理流程来保证与工程变更相关的产品数据进行正确及时传输到下游采购、运输及线上使用跟踪与管理，实现数据上下游传递的单一性。方泳泽[5]等提出了基于有向图的工程变更传播分析方法。由于工程变更活动的复杂性，目前仍然没有一种企业通用的工程变更流程和方法。在企业的实际应用中，工程变更造成的产品数据的前后不一致、变更影响评估不足造成的产品不兼容、变更传播不全造成的漏更改等问题频繁发生，给快速响应顾客要求和产品质量带来隐患。

本文针对上述存在的问题，提出BOM驱动的工程变更管理方法，基于工程变更的总体模型，构建工程变更的BOM驱动控制机制，并在Windchill系统中进行实施验证。

1 工程变更流程建模

1.1 工程变更总体模型

工程变更流程可分为4个阶段，分别是变更申请、变更评估、变更执行和变更实施，如图1所示。

图1 工程变更流程总体模型

变更申请是指针对产品生命周期的各个阶段内外部产生的变更需求，分析问题的原因，展开相应的技术验证，制定变更方案。根据变更影响的大小，将变更申请按照变更影响从大到小分为一、二、三类。变更评估是从技术、物料、质量、成本、计划等多个维度对变更方案进行评估，依据评估结果确定变更的批次范围。对于影响较小的三类更改（一般不涉及实物更改），在通过变更分类审核之后，可跳过变更评估阶段，直接到变更执行，以缩短变更周期。变更执行是在变更方案被批准之后，依据变更方案的要求和范围对图纸、模型、工艺等技术文件进行更改、审核和会签，会签结束后进行技术文件的归档和升版。变更实施是依据变更方案和变更后的技术文件，对涉及到的产品批次进行处置。变更实施彻底与否的关键在于变更信息是否精确传递，避免因信息滥发和漏发而造成实物批次处置的不彻底。

1.2 变更申请

变更申请首先需要明确变更需求，主要包括产品上级总体或产品用户提出更改需求、设计工艺人员或发现现场问题的人员所提出的更改需求、生产改进需求提出的更改需求3种。对变更需求进行问题识别、分析、验证后，发起变更申请。在变更申请中，一般需要对下述内容进行描述：变更涉及的项目、变更涉及的模型号/图号、变更原因、变更的关联性、变更前后的内容对比、变更的技术验证结果、变更导致的BOM变化、变更的实物处置建议等。

1.3 变更评估

变更评估借助信息系统，自动查询变更方案所涉及的产品及其装入的上级产品、涉及批次及制造阶段、涉及采购物料及库存和供应链的情况、涉及到可能的成本增加和研制周期延长，从而为多维度评估提供支撑。由于变更评估工作量大且专业性强，可设置变更评估团队进行。对于影响较大的变更申请，应触发线上或线下的变更评审会进行评估和决策，如图2所示。

图2 变更评估环节

设置变更评审的触发条件如下：

（1）涉及对2个及以上派生产品的更改；

（2）更改造成的成本损失大于等于一定金额；

（3）涉及已交付顾客的产品更改；

（4）预计延迟超过一定天数；

（5）涉及正在生产的产品超过一定批量的更改。

变更评审人应包含但不限于变更申请人、产品负责人代表，客户代表、设计代表、计划代表、质量代表，工艺代表、制造代表、财务代表、物资代表、服务保障代表。通过变更评审会的方式，对影响较大的变更申请进行评估和控制，以避免给企业造成大的损失。其他影响较小的变更申请则由变更管理团队内部进行评估，以降低流程成本。

1.4 变更执行

变更申请通常涉及到多份相关的技术文件的更改，变更申请由同一个流程发起，在变更申请被批准后，变更方案范围内的多个技术文件同步进行更改，变更执行完成后，统一归口进行变更实施策划，如图3所示。需要多份技术文件同时更改的情况主要包括：（1）电性能指标变更涉及的多个模块组件的同步更改；（2）电子产品电讯模块的更改影响到机械结构的散热等要求，导致机械结构必须同步更改；（3）结构件更改引起干涉，尤其随着三维模型逐渐取代二维图纸，相关的三维模型没有同步更改，有可能导致因模型之间相互干涉而导致无法归档。变更实施需要在所有变更执行任务完成之后再进行总体策划和实施任务的分解，以保证批次技术状态的一致性，同时将产品中相似的变更问题来一起处置，可提高实物处置的效率。

图3 变更任务传递

1.5 变更实施

（1）变更实施人员组织。变更实施是根据变更方案和技术文件进行实物处置的过程，直接决定了技术文件变更是否能精确地落实到产品上。为了提高变更实施的效率和有效性，建立变更实施团队进行实施策划、任务分发和执行。变更实施团队由变更管理团队、各生产车间变更员、生产班组构成。其中变更管理团队同变更评估阶段，在变更实施阶段负责实施任务的总体策划和任务分发，并且对变更实施的反馈结果进行审核；各生产车间变更员负责该车间变更业务的协调、排程、监督实施；实物处置人依据变更方案和技术文件对在生产和已入库的半成品、成品进行处置，具体根据更改的情况，可对实物进行返工、偏离或报废，实物处置的结果需要在信息系统中进行反馈，以进行任务闭环。通过上述3个层级的变更实施人员结构，分别实现企业级、车间级、产品级的变更实施管理，避免变更实施任务的遗漏。

（2）变更实施信息系统。工程变更主线流程以PDM系统为平台，在设计系统、CAPP、ERP、MES等的支撑下完成工程变更的全过程，如图4所示。在PDM系统上发起变更申请，同时发出相关的任务冻结指令给ERP系统，在ERP上暂定相关的采购活动、冻结相应订单，并通过MES执行冻结活动。在变更评估阶段，主要依据ERP对变更范围、变更成本、变更对计划进度的影响进行评估。在变更执行阶段，在设计系统和CAPP上更改技术文件，并在PDM上归档。在变更实施阶段，变更有可能导致新下生产订单、撤销生产订单、外协要求变化、采购要求变化、现有产品的返工等任务，上述任务在ERP中进行管理，并在MES上执行订单。

图4 变更实施信息系统架构

2 BOM变更驱动控制

工程变更需要在变更过程中记录技术状态的变更，并监控和驱动变更执行和实施情况，从而实现对产品研发制造过程由变更引起的一系列连锁反应的记录和追踪。BOM作为系统集成的数据纽带，同时也是变更信息记录、传播和追踪的有效载体。通过BOM中定义变更申请，依据BOM结构树支撑变更评估、执行和实施。

工程变更一般从工程BOM发起，变更业务涉及到的BOM视图主要包括工程BOM、工艺BOM、制造BOM和实做BOM。工程BOM根据产品的设计要求划分而成的结构组成关系，工艺BOM在工程BOM的基础上，以产品的工艺流程为主线可进行重构，增加制造所需的工艺信息，如工装夹具、辅料、工艺路线等，表达各工序的逻辑关系及其工序的物料要求。制造BOM是在工艺BOM的基础上增加产品的制造任务书、批次、数量等制造任务信息，并针对具体批次、项目要求进行配置，用于指导产品制造的全要素和全过程。实做BOM记录产品的制造过程和实际的装配关系，以产品序列号或批次号构成结构树，是半成品、成品的数字映射。变更信息从工程BOM开始进行连锁式传播，通过工艺BOM更改、制造BOM更改，最终落实到实做BOM上。

2.1 基于BOM的变更申请

在变更申请阶段主要在工程BOM上定义变更需求，包括BOM的增加节点、减少节点、替换节点、结构调整等。

2.2 基于BOM的变更评估

在变更评估阶段，BOM对变更评估的支撑作用主要体现在两个方面：其一，通过工程BOM结构树及PDM的BOM数据库，支撑变更节点在其他BOM上的共用情况来确认，如果存在共用件，需要组织用到该产品的所有产品团队进行评估；其二，基于BOM结构树及其信息在工程BOM、工艺BOM、制造BOM和实做BOM上的传递关系，识别变更影响到正在生产的批次、产品，和追溯到已装配了变更产品的交付产品，以支撑对变更范围的评估。涉及到交付产品变更的，根据变更的影响程度确定是否召回。

2.3 基于BOM的变更执行与实施

变更执行和变更实施在实质上是变更数据在工程BOM、工艺BOM、制造BOM、实做BOM数字线上传播的过程，上游EBOM变更有可能产生连锁反应，导致下游工艺BOM、制造BOM随之变更。为了保证工程变更的顺利执行，必须将变更信息传递至制造部门使用的制造BOM中。变更信息在BOM中的传递主要通过以下方法来实现。

（1）变更量的提取。为了快速准确地获得工程变更的变更量，采用BOM比对算法，提高了变更量获取的效率与准确性。采用BOM比对法对新版和旧版的BOM结构进行比对，从而获取产品的变更信息。产品EBOM变更主要包含物料数量的改变、物料的替换、物料的增加和物料的删除，而PBOM变更内容主要是改变工艺。通过对新旧EBOM的物料对比，根据两者的差异可以得出以下3种结果：

①物料数量的变更：指某个相同的物料在单个产品中的数量即相对数量，在2个版本的BOM中不一样，从而说明该物料的数量发生变更。

②物料增加：指在新版BOM结构中存在某个物料，而在旧版BOM结构中不存在，说明可能是增加了该物料或替换了旧版中的某个物料。

③物料删除：指在旧版BOM结构中存在某个物料，但在新版BOM结构中不存在，说明该物料在变更过程中被删除。

④结构变化：指虽然新版与旧版的BOM相比，其物料种类、数量相同，但是树结构发生了变更。

PBOM变更主要是工艺方法的改变，即工艺版本号的修改。工艺方法改变是指在2个版本的PBOM结构中，某个相同物料的工艺版本号不一样，说明该物料的工艺方法发生变更。MBOM变更除了继承EBOM、PBOM变更量之外，还有工艺属性等发生变更，也可归为工艺变更量。

应用BOM比对算法后输出物料数量变更的集合WN，工艺变更的集合WP，增加物料的集合WI，删除物料的集合WD，这样4个集合之和即为产品变更量的总集合，为后续工程的变更信息的传递提供数据源。

（2）特殊节点处理。变更信息在BOM多视图间的传递过程中，变更量集合中的各种类型的特殊节点有不同的处理方法，传递过程须对这些特殊节点进行相应的处理。系统自动处理变更量时，如果没有对特殊节点进行识别和处置方法定义，则将导致系统卡死或者处置错误。

对于BOM视图中的特殊节点识别如下：

①外协件：需定义外协属性，生成外协任务及相应处置；

②外购件：需定义外购件属性，生成采购任务及相应处置；

③工艺合件：识别合件下的节点是否已有生产任务；

④工装：对工装类型进行识别，不同类型分别处置；

⑤成套件：查询各件所对应的项目及需求量，再相应处置。

（3）变更信息传递。工程变更信息BOM多视图传递实现变更信息在制造企业的顺利流通，如图5所示。

图5 变更信息在BOM上的传递途径

变更信息的传递流程如下：

①首先从EBOM中提取变更量，启动传递程序，调用EBOM到PBOM的变更信息传递算法，生成PBOM的变更量，PBOM的更改要经过相关审核发布；部分变更类型信息可以不经由EBOM直接传递到PBOM，如工艺变更等。

②启动传递程序，调用PBOM到MBOM的变更信息传递算法，生成MBOM的变更量，MBOM的更改要经过相关审核发布；部分变更类型信息可以不经由PBOM直接传递到MBOM，如零部件的数量变更等。

③启动传递程序，将MBOM数据传递到ERP，通过变更量处置算法，对变更进行处置，形成计划变更量，并经过计划调度，进入生产执行。查询到实做BOM对应产品或批次，对实物进行变更之后，实做BOM要相应的进行升版。

3 应用验证

本文提出的模型和方法在西南电子设备研究所的PDM系统中进行实施，并与CAPP、ERP、MES等信息系统集成，实现了BOM驱动的工程变更管理。实施后的流程时间与2017年全年的数据统计时间对比，可知提出变更单后至到达现场的时间缩短46%，得到明显加快。在流程实施后，基于BOM实现了变更数据的有效传递，实现了批次级和序列号级变更状态的管理，有效减少了变更失控的情况。

4 结语

工程变更管理是企业进行技术状态管理的重要手段，BOM作为连接工程数据和生产经营的桥梁，是进行工程变更管理的主要抓手。本文研究了BOM驱动的工程变更管理方法，在工程变更总体模型的基础上，构建了变更信息在BOM上的传递方法。工程变更的实施与企业产品的研发生产模式有着紧密的联系，随着近年来制造成熟度在企业的逐步应用，制造成熟度作为产品研发制造模式评定的依据也逐步被认可，针对不同制造成熟度的产品来制定相适应的工程变更管理方法，将是企业实施工程变更的重要关注点。