中央空调可配置BOM的智能化自动生成研究

潘可峰，徐克林

（同济大学 机械工程学院，上海 201400）

0 引言

BOM即产品物料清单（Bill of Material），在许多现代制造型企业中，企业是以BOM为主线组织新产品开发与生产的，中央空调产品结构的复杂性决定了其BOM特点。在大规模定制生产环境下，顾客的个性化需求必然造成产品的多样化，从而引起产品本身规格的多变和复杂性，例如，若C公司能向客户提供10种不同规格的冷水盘管，8种不同规格的过滤器，4种风机类型，3种不同的颜色，4种框架类型满足客户的定制需求，这样就能组合出10×8×4×3×4=3840种最基本款的中央空调，如果按照标准BOM的方式建立物料清单，就必须建立3840个基本款BOM，事实上，对于中央空调而言，可选的配置有很多种，由此而产生的可能的最终产品数量是一个天文数字，如图1所示。

1 基于智能提取的BOM自动生成方法

图1 简化中央空调产品族的BOM结构模型

在大规模定制的生产环境下，产品系列的BOM模块化方法可以快速地解决BOM生成问题，但对设计人员的经验依赖度较大，需要设计人员做出一定的判断选择，否则容易导致错误的BOM配置，最终影响产品的正确生产。

智能提取就是通过对客户订单中各种信息的集成，使用多种计算模型与线性计算方法，得出符合订单要求的产品配置数据，使设计人员可以做出快速正确的决策与选择。

构建一种基于智能提取的物料清单生成方法，可为企业提高客户需求响应提供一种可行的解决方案。智能提取的BOM生成方法从物料需求计划系统中提出按产品族组织的模块化物料清单，通过输入用户定制需求信息，经过多元回归分析，得到满足客户需求的配置信息，显著提高了企业对客户需求的响应能力和物料清单的准确性。实现了对客户需求的快速响应，并极大地改善了BOM的生成速度与正确性。

1.1 基于智能提取的BOM生成流程设计

在获得客户的订单需求数据并分类相应的产品族BOM模块后，智能提取的BOM生成流程为：首先，从ERP系统的数据库中提取原有的订单数据以及BOM数据，再通过转换与上传，储存回公司的ERP系统数据库，运用查询与分析软件，对新输入的客户订单信息进行分析，得到客户需求和机组部件的BOM模块所匹配的代码，提取出模块化BOM，为设计师提供可靠的设计决策支持，流程如图2所示。

图2 客户信息到产品BOM的智能提取处理过程

从C公司现有ERP系统中提取数据，通过转换和上传，使客户订单需求的原始数据转化为有效数据，再经过计算与分析，就可以得到符合客户订单需求的空调机组配置清单，如图3所示。

图3 C中央空调公司客户订单需求和空调配置清单

从图3中可以看出，客户订单信息，空调机组配置信息和其他信息间关系的构建，达成了智能提取BOM流程的基础：首先空调机组的使用需求由客户提出，然后生产企业根据客户需求，配合空调机组各个部件模块组的数据，计算并分析后，提出符合客户要求的空调机组各部件兼容方案，最后提取各个BOM模块组装整体机组。

1.2 BOM模块的智能提取模型

以C公司某型中央空调机组BOM模块的智能提取为例进行分析，假设，n个客户的订单需求信息与机组某个部件的BOM模块满足线性关系，可构建得到下列线性模型：

其中：代表机组配置部件模块的是y1，y2，...，yn，(假设为盘管迎风面积)；代表客户需求数据的是x1，x2，...，xn， (假设为最大冷量)；随机变量为e1，e2，...，en，表示预设期望值为0，但可能随机变化的变量。

得到：Y = Xβ + e

求解最小二乘估计β，便可完成对客户订单需求的准确定位，并将BOM中相关需求零部件的函数关系最终确定下来。运用线性回归分析可知：有且只有一个β=(x'x)-1x'y ，使其满足 Q(β)= y'(1-(x'x)-1x')y 足够小，（拟合残差的平方和用Q表示，代表分析数据与回归线的相似度）。

同时也应当建立非线性回归模型，对于BOM中部分不满足线性关系的零部件数据进行分析。

1.3 数据分析

提取C企业ERP数据库中，某型机组已存在的众多客户订单信息及机组BOM配置信息，得到机组BOM中的对应数据为：“盘管迎风面积(y)”，“最大冷量(x1)” 和“盘管管数(x2)”、“翅片数量(x3)”、“冷水阻力系数(x4) ”如表1所示。

表1 某中央空调型号最大冷量与客户需求要素对应数据

利用C公司计算分析软件，所得结果如表2所示。从表2可计算得出，盘管迎风面积与最大冷量的相关系数是0.972，与盘管管数的相关系数是0.916，与翅片数量的相关系数是0.952，与冷水阻力的相关系数为0.398。以上数据表明，盘管迎风面积与最大冷量、盘管管数及翅片数量存在明显的相关关系，与冷水阻力不存在明显的相关关系。

表2 相关系数矩阵

从空调知识可知，实际应用中最大冷量受盘管迎风面积、盘管管数和翅片数量的影响远大于冷水阻力系数，两者不存在明显的相关关系。

表3 中央空调选型软件得出的回归系数

通过选型计算软件得到表3的非标准化回归系数，可得BOM模块的智能提取模型分别为：

模型Ⅰ：y(盘管迎风面积)=186.645+2.86x2(最大冷量)；

模型Ⅱ：y(盘管迎风面积)=165.899+1.925x2(盘管管数) + 0.92x3(翅片数量)。

通过选型计算软件得到表3的标准化回归系数，可得BOM模块的智能提取模型分别为：

模型Ⅰ：y(盘管迎风面积)=0.982x2(最大冷量)；

模型Ⅱ：y(盘管迎风面积)=0.689x2(盘管管数)+ 0.398x3(翅片数量)。

根据以上模型，可以对选择符合用户需求的盘管模块BOM提供很好的辅助决策作用。

2 模块化配置在中央空调产品BOM自动化生成中的应用

模块化配置通常用于有众多选配及组合的可定制产品，以装配最终产品为目标，建立大量低层次的部件模块，通过装配组合形成最终产品。

对于中央空调制造这种大规模定制生产的制造行业来讲，如果在上文所述的智能化模块提取过程之后，通过部件模块的配置，能够自动生成完整的机组BOM，将大大提高企业的设计效率。

以C公司中央空调制造业务为例，如图1所示，中央空调系列平台有：39G，39CBF，39XT等，而39G系列又可以有不同的组合配置，有基本类型组合配置和选装零件组合配置。比如过滤器为基本可选配置，冷水盘管为基本可选配置，有些机型可选配控制器，其控制模块功能可选，风量为2千风量～10万风量可选，颜色有白色、蓝色、镀锌等。

2.1 模块化构造可配置BOM

根据机组配置组合构造BOM，可以利用模块化方法，准确地反映客户需求。以39G机组为例，如表4所示。

表4 39G系列中央空调配置BOM示例

其中39LU2、G3、28CU1800各自为框架、过滤器和冷水盘管的功能模块代码，在所建立的基本件和选配件模块的基础上，中央空调可配置BOM能够很容易地表示出来，可以根据客户需求，灵活地设置中央空调的配置。

2.2 标志位法构造零件级矩阵形BOM模块

中央空调零件成千上万，为了组合BOM模块，如对所有零件进行分配，工作量将十分巨大，但是，如果利用标志位进行标示，建立起矩阵形BOM，就可详细地表达出每个零件与模块的关系。如表5所示。

表5中，通过多种逻辑运算符的运用，零件与模块的关系被准确的标示了出来。

逻辑代码“+”表示 “与”，逻辑代码“-”表示“否”，逻辑代码“%”表示“或”。例如：

12345A，该零件用于39LU2或39LU3或39LU5框架部，同时用于34CU3600模块(表示该零件为34CU3600冷水盘管部模块与各种可选配的框架部连接安装时所用)。

12345B，该零件用于39LU2框架部，且用于G3F5过滤器部模块(表示该零件是一个安装G3F5过滤器部模块到39LU2框架部上需要用到的零件)。

12345C，该零件用于39LU2框架部(表示该零件是39LU2框架部上用的零件)。

表5 针对模块的零件级矩阵形BOM示例

12345D，该零件用于39LU2框架部，且不用于CF5模块(表示该零件是一个当39LU2框架部上不安装G3F5过滤器部模块时，作为替代品将被使用的零件，因为无G3F5过滤器时，应该需要安装一块挡风板)。

……

通过逻辑运算符的运用，使零件的矩阵表示获得了计算属性，并丰富了零件与中央空调BOM模块关系的表示方法。

3 结束语

本文根据中央空调企业大规模定制化的生产特点，以应用于C中央空调公司的BOM结构为例，通过对典型中央空调产品的BOM结构进行分析，构建了一种可配置BOM的智能化自动生成方法，解决了中央空调企业产品因大量可选配置而导致的BOM数据量大，设计与维护困难的问题，能够有效减少中央空调可配置产品的BOM设计与维护成本。有力地支持了应对客户需求变化的快速工程变更，并能够为企业管理层提供有效的服务和决策支持。

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