大中型裝備產(chǎn)品制造BOM設(shè)計(jì) - 全文

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　　隨著企業(yè)信息化建設(shè)水平不斷提高，ERP系統(tǒng)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求也越來越高。實(shí)踐證明，在一些裝備制造企業(yè)，特別是大中型裝備產(chǎn)品制造企業(yè)，能否設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的制造BOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，往往會(huì)成為ERP實(shí)施能否成功的關(guān)鍵。

　　一、ERP系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基本要求

　　對(duì)制造企業(yè)來講，各項(xiàng)核心業(yè)務(wù)都是圍繞產(chǎn)品來展開的。表述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形成過程的模型是“時(shí)間坐標(biāo)上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”，而物料清單(Bill of Material)是報(bào)表化的物料集成模型。制造BOM(MBOM)的設(shè)計(jì)過程是工藝工程師根據(jù)企業(yè)的加工水平和能力，基于工程BOM(EBOM)，按照零件在哪里制造、由誰制造、用什么制造的思路進(jìn)行再設(shè)計(jì)，然后用流程性語言描述從原材料到零件，再由零件到成品的整個(gè)過程，其本質(zhì)是以信息流(工序和制造結(jié)構(gòu)等信息)為綱，以物流(原材料和零件信息)為載體，規(guī)劃資金流(料費(fèi)、工費(fèi)和管理費(fèi)等)。因此，如果沒有正確完整的物料清單，等于不知道企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程，一切業(yè)務(wù)都將無法有效進(jìn)行。所以，ERP 系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求是在“時(shí)間坐標(biāo)”上對(duì)“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”的“完整”和“正確”描述。

　　二、大中型裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM與制造BOM

　　大中型裝備產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，技術(shù)含量比較高，生產(chǎn)流程復(fù)雜且長(zhǎng)，一般都屬于加工裝配型生產(chǎn)模式。在產(chǎn)品研發(fā)制造過程中，不同階段的BOM基于表述目標(biāo)的不同而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)迥異的BOM，其不同之處主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　(1)由于大中型裝備產(chǎn)品通常產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的工程BOM(EBOM)通常是按系統(tǒng)和功能塊描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)和零件與零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系。而在制造階段，這類產(chǎn)品的制造過程是按專業(yè)分工劃分，如鈑金加工、鋼結(jié)構(gòu)焊接、零件加工、裝配和試驗(yàn)等。因此在產(chǎn)品或零件加工裝配過程中，產(chǎn)品的“整體性”和“系統(tǒng)性”特征并不明顯。

　　(2)因工程BOM(EBOM)以描述產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)指標(biāo)以及零部件技術(shù)規(guī)范為目標(biāo)，簡(jiǎn)而言之，就是為了說明產(chǎn)品是什么，所以EBOM所描述的是圖樣或文件的結(jié)構(gòu)關(guān)系。其結(jié)構(gòu)中的每條記錄描述的是一個(gè)零部件的圖樣或技術(shù)規(guī)范，是一個(gè)虛擬的零件。制造BOM描述的是產(chǎn)品從最小零件制造開始，直至組裝完成整個(gè)產(chǎn)品的過程，重點(diǎn)是說明產(chǎn)品如何加工。其結(jié)構(gòu)中的每條記錄描述的是一個(gè)個(gè)“真實(shí)”的零部件。所謂“真實(shí)”就是每個(gè)記錄所涵蓋的內(nèi)容不但有技術(shù)內(nèi)容，也有工時(shí)、材料和費(fèi)用等管理信息。

　　(3)大中型裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)輸出文件一般有系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)圖、機(jī)械原理設(shè)計(jì)圖、電氣原理設(shè)計(jì)圖、機(jī)械接口(裝配)設(shè)計(jì)圖、電氣接口設(shè)計(jì)圖和部件規(guī)范設(shè)計(jì)等。工程BOM一般也是基于機(jī)械接口(裝配)設(shè)計(jì)圖和電氣接口設(shè)計(jì)圖進(jìn)行描述的。對(duì)某一零部件來講，其內(nèi)部組成可能涉及以上所有圖樣，因此，在制造過程中，須將所有圖樣中與其有關(guān)的內(nèi)容在一個(gè)工序中打包處理(如該零件既有機(jī)械裝配又有電氣裝配)。

　　所以對(duì)于大中型裝備產(chǎn)品，產(chǎn)品的制造BOM一般不能夠直接由工程BOM通過簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化，必須重新設(shè)計(jì)。

　　三、制造BOM的設(shè)計(jì)思路與方法

　　1.一般產(chǎn)品制造 BOM 的設(shè)計(jì)方法

　　產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)是以產(chǎn)品加工和組裝的制造過程為核心，充分考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工藝流程的相互依存關(guān)系，使兩者達(dá)到高度統(tǒng)一。一般產(chǎn)品的制造BOM設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，只需對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕微調(diào)整，甚至無需調(diào)整就可以形成制造BOM，調(diào)整的過程一般如圖1所示。

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　　如圖1所示，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)A由B1、B2、B3和B4組成，而制造結(jié)構(gòu)要考慮A的制造過程，如果在1工作中心將B1和B2先組裝，發(fā)往2工作中心再進(jìn)行后續(xù)組裝，則制造結(jié)構(gòu)增加了F'，代表1工作中心交付2工作中心的產(chǎn)品，這樣，制造結(jié)構(gòu)與實(shí)際的制造組成及工藝流程完全相符。圖中編碼加“'”表示圖號(hào)與物料號(hào)不相同。

　　2.大中型裝備產(chǎn)品制造 BOM 的設(shè)計(jì)思路

　　對(duì)于大中型裝備產(chǎn)品，又有不同于一般小型產(chǎn)品的特點(diǎn)，如：產(chǎn)品涉及的物料較多，一般在數(shù)萬項(xiàng)以上，產(chǎn)品周期內(nèi)更改的可能性大……最關(guān)鍵的是，大中型裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及出圖方式與實(shí)際制造組織差異較大，不能通過簡(jiǎn)單地增加零組件、刪除零組件、BOM結(jié)構(gòu)調(diào)整和BOM結(jié)構(gòu)細(xì)化分解等方式解決。

　　大中型裝備產(chǎn)品的制造BOM設(shè)計(jì)難度較大。但其基本上都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：在總組裝時(shí)，一般習(xí)慣以一個(gè)骨架或殼體為基礎(chǔ)，在不同時(shí)間段有不同的工序在這一骨架上進(jìn)行，或同一骨架需要在不同時(shí)間段被移到不同組裝臺(tái)位上作業(yè)。在同一臺(tái)位上也可能存在多工種(如電氣鉗工、機(jī)械鉗工或管道工等)交叉作業(yè)的情況。所以總組裝部分的制造BOM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度最大，需要分析整個(gè)組裝工藝過程、各工作中心的工作任務(wù)和在組裝臺(tái)位上的分布情況等。

　　制造BOM的設(shè)計(jì)工作流程一般遵從：產(chǎn)品圖樣分析 →工藝流程設(shè)計(jì)及優(yōu)化→制造工序劃分→物料分解→分工序制造BOM設(shè)計(jì)→總成制造BOM設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)順序。

　　(1)在產(chǎn)品圖樣分析階段，工藝人員要與設(shè)計(jì)人員一起分析，在充分了解設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合本單位的各類生產(chǎn)資源，以及制造技術(shù)特點(diǎn)制定出科學(xué)合理的工藝方案。一個(gè)制造企業(yè)的整體工藝技術(shù)水平會(huì)影響工藝方案的質(zhì)量，方案的質(zhì)量決定了工藝流程的合理程度或順暢程度。

　　(2)工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，既要以圖樣為基礎(chǔ)，又要“拋開”圖樣，即制造是實(shí)現(xiàn)圖樣的，但過于拘泥于圖樣也會(huì)使工藝師過于考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在制造過程的完整性，而影響工藝流程的順暢性，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)過程的組織帶來更大的困難。工藝流程設(shè)計(jì)是真正的“制造過程”的設(shè)計(jì)，需要考慮產(chǎn)品的制造流程主要工序(如主要工作臺(tái)位)。

　　(3)制造工序劃分，主要是按照計(jì)控單元對(duì)工藝流程做進(jìn)一步細(xì)化和具體。在這個(gè)階段要兼顧到零件制造的專業(yè)性和完整性，若過于強(qiáng)調(diào)專業(yè)性，會(huì)使工藝人員因?yàn)橹圃旖Y(jié)構(gòu)的過于分散而使整個(gè)設(shè)計(jì)工作復(fù)雜化。同一零部件的加工制造工序，應(yīng)盡量減少在不同計(jì)控單元之間的往復(fù)流轉(zhuǎn)。

　　(4)物料分解是以制造工序?yàn)閱卧?，?duì)工程BOM中的物料以及工藝物料(如毛胚或工藝用料等)進(jìn)行重新組合和劃分，以組成新的面向制造組織的“工序結(jié)構(gòu)”。

　　由于大中型裝備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件種類和數(shù)量較多，為簡(jiǎn)化制造BOM的設(shè)計(jì)難度和復(fù)雜度， 可將整個(gè)制造BOM按大部件(或主要流程)劃分為若干個(gè)子工序或分工序等獨(dú)立的制造單元，分別設(shè)計(jì)分工序制造BOM，最后將分工序制造BOM集成為完整的總成制造BOM。

　　四、大中型裝備產(chǎn)品制造 BOM 設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

　　現(xiàn)以 HXD2 系列大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車對(duì)制造BOM的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行解析。

　　HXD2系列大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車是當(dāng)今最先進(jìn)的新型模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)車之一，是典型的大型軌道運(yùn)輸裝備產(chǎn)品。該機(jī)車由車體、轉(zhuǎn)向架、主變壓器、主變流裝置、司機(jī)室設(shè)備、制動(dòng)系統(tǒng)和車頂設(shè)備等主要部件組成。制造工藝采用了以車體為基體，按各主要部件在車體上的裝配順序劃分為五個(gè)流水化裝配臺(tái)位。每個(gè)臺(tái)位所承擔(dān)的工作內(nèi)容是按優(yōu)化后的工藝流程確定的，每個(gè)臺(tái)位就是一個(gè)計(jì)控單元或班組，是物料組織和工作內(nèi)容相對(duì)單一(如單一的裝修、管路裝配或設(shè)備安裝等)的基礎(chǔ)組織單元。各裝配臺(tái)位按集成化工序單元設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車裝配工序內(nèi)獨(dú)立和完整，工序間銜接緊密，從而為實(shí)現(xiàn)物流按裝配工序打包、按不同工作臺(tái)位錯(cuò)時(shí)配送成為可能。這完全符合現(xiàn)代大中型裝備產(chǎn)品工業(yè)化制造的先進(jìn)工藝?yán)砟睢?/p>

　　從以上HXD2型電力機(jī)車裝配工藝流程的描述中可以看出，該機(jī)車的制造(流程)結(jié)構(gòu)的描述與產(chǎn)品技術(shù)(結(jié)構(gòu))描述差異巨大。產(chǎn)品技術(shù)的描述更側(cè)重于產(chǎn)品功能性、系統(tǒng)性和主要技術(shù)參數(shù);而裝配工藝流程(信息流)則具體反映了機(jī)車制造過程中實(shí)際的物流線路。所以以裝配工藝流程為基礎(chǔ)描述產(chǎn)品(制造)結(jié)構(gòu)的BOM，才能夠真正滿足ERP系統(tǒng)要求的“時(shí)間坐標(biāo)”上的“完整、正確”的產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　在HXD2機(jī)車制造BOM設(shè)計(jì)中，完全打亂了工程BOM的原有結(jié)構(gòu)，臺(tái)位1的工作內(nèi)容主要為整車高低壓布線，臺(tái)位2 的工作內(nèi)容主要為司機(jī)室裝修與裝配，臺(tái)位3的工作內(nèi)容主要為制動(dòng)設(shè)備的安裝與裝配等。這些變化是由產(chǎn)品主管工藝師在工藝流程的基礎(chǔ)上，識(shí)別圖樣上每個(gè)零件在制造過程中的哪個(gè)工序，將圖樣上的每個(gè)零件按制造或裝配工序重新組合，進(jìn)而形成新的制造BOM(MBOM)。其設(shè)計(jì)方法和過程如圖2所示。

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　　按以上方法設(shè)計(jì)的制造BOM模型雖然能夠滿足ERP系統(tǒng)要求，但是由于每個(gè)工作臺(tái)位之間是串行關(guān)系，就HXD2機(jī)車而言，最多時(shí)其結(jié)構(gòu)多達(dá)20余層。這樣會(huì)帶來幾個(gè)問題：一是不能表達(dá)同時(shí)作業(yè)，并會(huì)影響領(lǐng)料時(shí)間;二是會(huì)產(chǎn)生大量的中間過程件，加大了工單匯報(bào)工作量;三是使制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大大提高，增加MRP運(yùn)算量及出錯(cuò)幾率。

　　采用適當(dāng)技術(shù)處理，簡(jiǎn)化中間環(huán)節(jié)，就可以解決上面的問題。將各組裝臺(tái)位以“虛件”的形式在制造BOM結(jié)構(gòu)中視為獨(dú)立組裝，將串行結(jié)構(gòu)改為并列結(jié)構(gòu)，這樣既可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少M(fèi)RP運(yùn)算及工單匯報(bào)量，又可以保證各組裝臺(tái)位所在的工作中心同時(shí)領(lǐng)料、開工和作業(yè)，與實(shí)際情況完全相符。按簡(jiǎn)化制造BOM模型設(shè)計(jì)的機(jī)車制造BOM中，臺(tái)位之間區(qū)分間隔期，間隔期的長(zhǎng)短與各臺(tái)位實(shí)際的 組裝時(shí)間相同，這樣就可以達(dá)到臺(tái)位內(nèi)部同時(shí)領(lǐng)料，臺(tái)位之間區(qū)分領(lǐng)料先后次序的目的，在實(shí)際操作中，也可以形成按臺(tái)位(甚至按不同臺(tái)位的不同工序)分別配料的物料配送方法。

　　五、大中型裝備產(chǎn)品制造BOM數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)

　　對(duì)于小型產(chǎn)品，數(shù)據(jù)基本是由幾個(gè)人甚至一個(gè)人維護(hù)，管理難度較小，但對(duì)于大中型機(jī)電產(chǎn)品，制造BOM數(shù)據(jù)多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要由多人甚至幾個(gè)獨(dú)立工作單元來維護(hù)，各自負(fù)責(zé)不同的部分，這就使得數(shù)據(jù)管理難度加大，且集中表現(xiàn)在各部分之間的信息溝通上。

　　1.首次設(shè)計(jì)

　　在制造BOM初次設(shè)計(jì)時(shí)，各單元完成后，要確定最后集成的工作單元，其他單元要向其提供各部分的部件制造BOM及物料號(hào)，由其進(jìn)行制造BOM整體結(jié)構(gòu)的確定和連接，形成最終產(chǎn)品制造BOM(圖3)。

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　　2.后期維護(hù)

　　大中型裝備產(chǎn)品制造BOM維護(hù)階段，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造期的更改頻繁并且類型多樣。很多時(shí)候出現(xiàn)這樣的情況：生產(chǎn)計(jì)劃已經(jīng)下達(dá)很多臺(tái)，工單也已經(jīng)開始流轉(zhuǎn)，客戶又提出后續(xù)臺(tái)份的產(chǎn)品配置需要調(diào)整。按照正常情況，應(yīng)該設(shè)計(jì)兩個(gè)批次制造BOM，假設(shè)一個(gè)批次對(duì)應(yīng)前15臺(tái)，后一個(gè)批次則對(duì)部件的各級(jí)父件做變號(hào)處理，形成新的制造BOM。但在生產(chǎn)計(jì)劃已經(jīng)下達(dá)的條件下，新設(shè)計(jì)制造BOM會(huì)造成前15臺(tái)車的大部分的計(jì)劃作廢，重新下達(dá)，其操作難度和工作量不可想象，需要考慮新的應(yīng)對(duì)方案。

　　若采用“標(biāo)準(zhǔn)BOM+更改BOM”形成批次BOM甚至臺(tái)車BOM的修改模式，就可以很好地解決這一問題。

　　ERP系統(tǒng)管理的核心內(nèi)容是制造BOM中的物料，制造BOM的更改可以抽象為兩種類型：品種的增加和減少，數(shù)量的變更可以分解為兩種情況的組合。一般情況下，是將第一次設(shè)計(jì)的投入批量生產(chǎn)的制造BOM作為標(biāo)準(zhǔn)制造BOM。在第一批次投料生產(chǎn)過程中若有更改時(shí)，將需要更改的部件(或所須變更的零件的上一級(jí)父件)作為更改的主體。設(shè)計(jì)更改BOM，就是將這種增加或減少拿到標(biāo)準(zhǔn)制造BOM之外進(jìn)行，所有的更改都不影響標(biāo)準(zhǔn)制造BOM數(shù)據(jù)及相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃。更改BOM首先要確定物料的變更情況，其次要明確變更物料涉及的各個(gè)工作中心，最后為各工作中心單獨(dú)設(shè)計(jì)BOM。增加的物料在BOM數(shù)據(jù)中以正數(shù)出現(xiàn)，減少的物料以負(fù)數(shù)出現(xiàn)。特別要注意的是，更改BOM工序的首個(gè)工作中心為領(lǐng)料工作中心。更改的制造BOM可能有多個(gè)，這樣“標(biāo)準(zhǔn)BOM+更改BOM”就可以形成批次BOM。批次BOM還可以細(xì)化成臺(tái)車BOM，它不參與MRP運(yùn)算，但極大地方便了各種匯總、查詢及工單更改。

　　由于大中型裝備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造周期相對(duì)較長(zhǎng)，頻繁而細(xì)微的變更又在所難免，所以在設(shè)計(jì)“更改BOM”時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題。

　　(1)采用“標(biāo)準(zhǔn)BOM+更改BOM”形成批次BOM的模式，只適用于PDM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)通過“中間表”集成產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的方案。

　　(2)相對(duì)獨(dú)立的“變更BOM”在ERP系統(tǒng)中應(yīng)單獨(dú)實(shí)施計(jì)劃，影響范圍只涉及相關(guān)工作單元，通過人工干涉完成。

　　(3)每個(gè)批次BOM的生產(chǎn)數(shù)量不宜過大，否則若“變更BOM”數(shù)量過多，勢(shì)必影響生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理。每個(gè)批次BOM所包含的產(chǎn)品數(shù)量可隨產(chǎn)品制造的成熟程度逐步增加。

　　(4)在第一個(gè)批次BOM 計(jì)劃實(shí)施結(jié)束后，下一個(gè)新批次的BOM應(yīng)是將以前所有變更全部消化到產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)中的新制造BOM。

　　(5)使用PDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造BOM 時(shí)，每次的變更可與ERP系統(tǒng)分開執(zhí)行，在ERP系統(tǒng)采用“標(biāo)準(zhǔn)BOM+更改BOM”的形式。而在PDM系統(tǒng)中，制造BOM可直接更改在結(jié)構(gòu)中，使該系統(tǒng)中的制造BOM始終維持是最新、最正確和最完整的，以符合產(chǎn)品的配置管理要求。

　　六、小結(jié)

　　從本文提出的大中型裝備產(chǎn)品制造BOM的設(shè)計(jì)與維護(hù)的一般方法與實(shí)現(xiàn)過程不難看出，①產(chǎn)品工藝師不僅是產(chǎn)品制造BOM設(shè)計(jì)的主要承擔(dān)者，更是影響企業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)鍵人員。②制造企業(yè)的工藝技術(shù)及其管理水平?jīng)Q定了信息化的推廣應(yīng)用層次和深度。