离散制造业中分解BOM与组合BOM模型建立及应用

姜丽苹，史海波，刘 昶

（中国科学院沈阳自动化所 信息技术事业部，沈阳 110016）

0 引言

产品物料清单即BOM(Bills Of Material) 反映了产品结构中所有零部件的构成层次关系和数量关系。它定义了生产特定产品所需物料、数量及其相关属性，又被称为产品结构树。BOM作为制造业的核心数据，是生产计划、材料计划、成本核算等多个系统的基础，是联系企业各项业务的纽带。一个具有良好结构模型的BOM最重要的是能清晰表达企业产品的组装层次结构，并方便用户在各个系统中的应用、降低数据冗余量。

目前已经提出了很多适合不同企业应用的BOM模型。如郭钢等人提出适合于产品零部件数量繁多的企业应用的单层BOM模型和适合产品数量较少的企业应用的多层BOM模型[1]。贾淑红等人提出的层次编码BOM模型比较适合于零部件具有规则编码并且数量不多的企业应用[2～5]，这三种BOM模型在现实中应用较为广泛。上述BOM模型与已提出的矩阵BOM[2,5]、差异BOM[2]、模块化BOM[2]等模型主要是针对组装式BOM进行研究的。目前对分解式BOM和组合式BOM的研究较少，但实际中存在一些木制品、日用品等制造企业，在产品的生产过程中存在分解过程或者兼具分解与组装过程。本文在研究了离散制造业产品结构特点，并分析了现有BOM模型的基础上，提出了可应用于上述企业应用的分解BOM模型和组合BOM模型。

1 离散制造业产品结构特点与分类

离散制造业主要包括机械制造、电子电器、汽车制造等典型制造业和木制品、日常用品制造等一些特殊的制造行业。分析这些企业的产品结构可知，组成产品的基本结构元素（简称基元）包括正三角基元和倒三角基元。正三角基元表示一个部件或产品由多个物料组装生成的一种父子结构，如图1所示。图1表示A由2个B、1个C和2个D三种物料组成。倒三角基元表示多个产品或部件由一个物料分解生成的一种父子结构。本文约定将产品结构图中上层称为父层，下层称为子层。图2表示一个典型的倒三角基元结构，2个B、1 个C和2个D均是由同一个物料A分解生成的。

图1 正三角基元图

图2 倒三角基元图

离散企业的产品结构基本上都能够以正三角基元和倒三角基元组合方式表达。若一个产品BOM可以用若干个正三角基元组合方式表述，称为组装BOM，如图3所示。图3为一个由3个正三角基元组成的BOM。组装BOM是多个物料经过组装或加工，最终形成一个成品，并且产品生产中只存在组装过程。若产品BOM可以用若干个倒三角基元组合方式描述，称为分解BOM，如图4所示。图4为一个由两个倒三角基元组成的BOM。分解BOM是将物料分解为多个产品，并且产品生产中只存在分解过程。还有一种在产品结构中即存在正三角基元又存在倒三角基元，称之为组合BOM，如图5所示。组合BOM即存在分解过程，又存在组装过程。

2 现有主要BOM结构模型

现阶段对BOM的研究主要是针对组装BOM，对分解BOM和组合BOM的研究很少涉及。目前应用的BOM模型主要包括单层BOM、多层BOM、差异BOM、矩阵BOM和层次编码BOM模型。

2.1 单层BOM模型

所谓单层BOM是采用单层父子关系的数据结构来描述零部件之间的装配关系，相同的结构关系只记录一次[1]。采用单层BOM结构方便更改BOM配置，且数据冗余少。但其描述整个产品结构需要经过多次关联获得。

2.2 多层BOM模型

多层BOM详尽地记录了从产品到零部件的每个层次结构与零部件配置关系，即相同零部件结构可重复出现[1]。采用多层BOM能快速准确地描述产品各层次零部件配置关系，产品之间和内部零部件的结构也互不影响。其缺点是数据冗余大，修改维护繁琐。

2.3 差异BOM模型

差异BOM又被称为“比较式”或“异同式”BOM。它以标准产品为基准，规定增加或去掉哪些零件[2,5]。这种方法能有效地描述不同产品之间的差异，但不太适用于MRP等计算。

2.4 矩阵BOM模型

矩阵形B0M也称为标志位法BOM。它将零件作为行，产品作为列，中间数据为产品使用零件数量。它对具有大量通用零件、模块的产品系列特别适用，能够很快查出零件适用的产品，但没有规定产品制造方式和零件装配关系[2,5]。因此不能用于指导多层结构产品制造过程。

2.5 层次编码BOM模型

层次编码BOM首先要定义层次码编码规则，从每个零部件的层次码可以清楚其所在层次和底层结构[4]。它可清楚体现产品复杂的层次结构关系。其缺点为数据冗余量较大。

3 分解BOM模型

有效的BOM模型不仅要体现产品与物料之间的组装层次关系和数量关系，还要支持生产与物料管理等操作。本文提出的分解BOM模型根据分解产品结构特点，并考虑BOM的关联性采用单层反序方式，从低层物料层到上层产品层的逐层分解方式来描述产品结构的。

以分解BOM模型描述图4所示分解产品结构，如表1所示。

表1采用了由子件到父件的倒序关联结构，以单层BOM方式进行描述的。其中标识列若为P表示父件为最终产品；为D则表示父件为部件，需要再次分解。表1前三行表示物料A生成了2个产品B、2个产品D以及1个部件C。后两行表示C生成了1个产品E和2个产品F。表1描述的结构与图4所示的产品结构是完全吻合的。

表1 分解BOM模型描述表

分解BOM模型也可方便的应用于生产和物料管理。设计划生产b个产品B、d个产品D、e个产品E和f个产品F，计算需要备料信息。计算步骤如下：

1）建一张产品物料需求表PMT，用以存储每种产品对物料的需求量，如表2所示。

表2 产品物料需求表PMT

2）以深度搜索方式分别检索每种产品对物料的需求量（由分解BOM的分解特性可知，特定父件有且仅有一个子件）。下面以产品F为例，计算其物料的需求量。从表1数据可得F对子件C的需求量Cost(F,C)=ceil(f/2)，其中Cost(M,N)表示生成M需要消耗原材料N的数量、ceil(M)表示对数M进行向上取整运算；然后再以C为父件检索其对子件A的需求量为：Cost(C,A)=ceil(Cost(F,C)/1)；再次检索发现A为物料，则F对最终物料A需求量计算完成，Cost(F,A)= Cost(C,A)= ceil(Cost(F,C)/1)= ceil((ceil(f/2))/1)，存入表PMT中。产品B、D、E对物料的需求量计算同理可得。最终可获得产品对物料需求量如表2所示。

3）将表PMT中数据以物料进行分组，对每组取最大值，即为满足生产对每种物料需求量。表2中只存在A物料，设X表示对物料A的需求量。则

X=Max(Cost(B,A),Cost(D,A),cost(E,A),cost(F,A))

分解BOM模型不仅清晰的表达了产品的构成层次结构，也很方便生产和物料管理等业务。同时它集成了单层BOM模型的数据冗余量少，更改维护方便等优点。

4 组合 BOM 模型

组合BOM兼具组装与分解两种特性。本文结合组装BOM的单层表示法和分解BOM的单层反序表示法提出了组合式BOM模型。它同时采用了由父件到子件的正序关联结构和由子件到父件的倒序关联结构来表述复杂的产品结构。

下面以一个文件夹生产企业为例进行描述。生产一个文件夹首先需要用一张纸板A切割成三张规则纸板，2个B（外皮）和一个C（隔板）；然后它们和2个D（PVC膜）一起组装为一个文件夹E，其产品结构如图5所示。

以组合式BOM模型描述图5所示的组合产品结构，如表3所示。表中若个数列为负数，表示为倒三角基元，采用子件到父件的倒序关联结构；若为正数，表示为正三角基元，采用父件到子件的正序关联结构。子标识列表示子件属性：M表示子件为物料，不可再分解；D表示子件为另一个倒三角基元中的父件；L表示子件为另一倒三角基元中的子件；Z表示子件为另一个正三角基元中的父件；S表示子件为另一个正三角基元中的子件。父标识列表示父件属性：P表示父件为产品；D、L、Z、S的含义与子件相同。组合式BOM模型用个数的正负确定属于哪种基元（组装过程或分解过程），通过子标识列和父标识列的值确定了上下层关联关系。它有效的表示了具有复杂结构的组合BOM。

表3 组合BOM模型描述表

表3前两行表示一个倒三角基元，以A为物料生成2个B和1个C。后三行表示一个正三角基元，产品E由2个D、2个B和1个C组成。通过组合BOM模型描述的产品结构与图5所示的产品结构吻合。为说明组合BOM模型在生产与物料管理方面应用，设计划生产e个产品E，计算需要备料信息。计算步骤如下：

1）建立一张产品物料PMT表，用以存储每种产品对物料的需求量，如表4所示。

2）以广度搜索方式检索每种产品对各种物料的需求量。设装配每个E需要子件P的个数为N，若以产品E为父件的结构为正三角基元，则对子件P的需求量为y=e*N；若以E为父件的结构为倒三角基元，则y=ceil(e/N)。由此可获得E对每个子件的需求量，并存入结构同表4相同的临时表TempTable中。然后以每个子件为父件再次循环检索计算，用结果数据更新临时表TempTable，直到所有路径检索完成，将最终物料需求信息记录到表PMT中。最后获得每个产品对物料的最终需求量如表4所示。

表4 产品物料需求表PMT

3）将表PMT中数据按物料进行分组，获得对每种物料需求的最大值，即为满足生产对每种物料的实际需求量。

组合式BOM模型可清晰表达产品组装结构、满足生产和物料管理的计算，同时兼备单层BOM优点。

5 应用实例与结束语

图6 组合BOM模型管理

图6是一个为某文件夹制造企业建立的组合BOM模型实例界面。在该模型中增加了装配工艺、产品族、供应商等参数信息，并将该模型成功用于生产计划下达和物料核算等业务。本文基于现阶段对组装产品BOM研究较多，对具有分解过程的产品结构研究较少的现状，利用单层反序表示方法，提出了分解BOM模型。并在此基础上，结合分解BOM模型和用于组装结构的单层

BOM模型，对兼具分解和组装过程的组合式产品结构提出了组合BOM模型。并给出了分解BOM与组合BOM模型应用于生产与物料管理等业务的算法，

最后在将组合BOM模型成功应用于某文件夹制造企业。在实际应用中，企业需要针对自身不同产品结构类型，选择不同的BOM模型进行应用。

[1] 郭钢,等.产品生命周期中的单/多层 BOM 表示与应用[M].计算机集成制造系统,2004,(1):59-64.

[2] 周健,等.可配置BOM表构造研究及应用[A].计算机工程,2004,(30):530-532.

[3] 贾淑红,刘万军.物料清单(BOM)在PDM系统中的设计与实现[J].计算机与信息技术,2003,20(2):103-105.

[4] 石双元,等.层次码BOM与指针码BOM转换模型及算法[J].华中理工大学学报,2000,28(11):67-6.

[5] 约瑟夫.萧塔纳.祁国宁,译.制造企业的产品数据管理[M].北京:机械工业出版社,2000.