基于Windchill的制造工艺数据管理研究与应用

刘宗宁,杨同莹,王春光

(1.西北工业大学机电学院，陕西西安 710072；2.中航工业新航豫北转向系统股份有限公司，河南新乡 453003)

基于Windchill的制造工艺数据管理研究与应用

刘宗宁1,2,杨同莹2,王春光2

(1.西北工业大学机电学院，陕西西安 710072；2.中航工业新航豫北转向系统股份有限公司，河南新乡 453003)

MBOM作为企业生产过程中设计、工艺、制造、物流、采购等部门传递信息的重要载体，包含零组件分类、产品结构、材料定额、工艺流程、工装夹具、加工参数等详细信息，是制造工艺数据管理的核心。通过对EBOM到MBOM的重构分析，围绕以MBOM为核心的制造工艺数据存储与管理，给出基于Windchill系统的制造工艺数据管理模型，为制造型企业的工艺数据管理和信息化应用水平提升提供了参考方案。

BOM；PLM；制造工艺数据；信息化

0 引言

随着“中国制造2025”的提出，越来越多的企业开始将信息化、智能化作为自己的发展目标。在制造类企业的产品生产过程中，需要比较准确的零组件分类、产品结构、材料定额、工艺流程、工装夹具、加工参数等信息，尤其是随着工业企业的发展，制造过程信息需要综合设计、工艺、制造、物流、采购等各部门信息。物料清单BOM(Bill of Material)是目前企业组织产品信息和制造信息的重要形式，是企业生产过程中设计、工艺、制造、物流、采购等部门传递信息的重要载体。在企业的生产过程中，因为制造执行和成本核算的需要，要求BOM可显示产品制造的不同层级、用料依据、工艺数据等信息。因此，要实现制造企业的信息化，工艺数据管理的信息化就显得尤为重要。文中主要探讨基于Windchill的PLM(Product Lifecycle Management)系统中制造工艺数据管理的研究和应用。

1 Windchill系统简介

Windchill是一款世界主流的产品全生命周期数据管理系统，由美国PTC公司(Parametric Technology Corporation)推出，主要包括PDMLink、PartsLink、MPMLink、ProjectLink等应用模块。从整体上来说，Windchill以Web为中心实现企业级数据管理，是一种B/S(Browser/Server)模式的3层体系结构，即客户端/服务器/数据库，如图1所示。

图1 Windchill的3层体系结构

客户端主要包括 2个: (1)Web浏览器，其作用主要为：提供用户接口、展示HTML页面及表格、执行Windchill Applets小程序等；(2)Bootstrap client，其作用主要为：允许从当地文件系统上下载类文件，是可选的客户端组成元素。服务器层包含主要的商业逻辑，并且处理所有的商业数据，由HTTP Web服务器、HTTP网关、Method服务器、服务器管理器等组件组成，其作用主要有客户端分布和交互、数据库访问、用户权限管理和安全机制等。数据库层的作用主要为保存元数据和非结构数据，它可以建立在Windchill服务器主机上，也可以是一个专门的服务器。

2 BOM的概念

从概念上讲，BOM是指构成产品的所有物料的技术性描述文件。这些物料包括产品的成品、组件、零件、工艺过程件、原材料、工装、工具、夹具、辅料等。BOM中每一个物料都具有相应的属性，这些属性包括产品或制造过程数据的全部内容，在产品生命周期的不同阶段和不同制造工厂物料的属性也会相应地不同。BOM是组织产品从设计、到工艺、再到制造等所有与产品相关活动的依据，一般既可以按照从总成到组件再到部件的正向检索和跟踪方式获取所需信息，也可以按照从部件到总成的逆向检索和跟踪方式获取所需信息。根据需求的不同，BOM主要分为以下几种：设计BOM(Engineering Bill of Material，EBOM)、工艺BOM(Planning Bill of Material，PBOM)、制造BOM(Manufacturing Bill of Material，MBOM)等。

(1)EBOM

EBOM即设计BOM，也称工程BOM，是产品设计部门用来组织和管理构成某种产品所需的零部件物料清单，它主要反映产品的设计结构和各物料的设计属性，包括产品各零部件的原始几何信息和结构关系信息，如零部件的名称、图号、材料、质量、数量、零件间层级关系、版本信息等。

(2)PBOM

PBOM即工艺BOM，是产品在工艺策划阶段的BOM。在工艺策划阶段，工艺工程师根据工厂的加工能力，在EBOM基础上进行重新调整，并补充部分工艺过程件，如毛坯、半成品、中间过程件等，设计出来的适用于工艺执行的PBOM。PBOM主要包括装配工艺和零件机加工艺，用于描述零部件的装配关系和工艺文件数据，即零部件的加工工序、工艺规程、加工设备、工时定额、部件装配过程等。

(3)MBOM

MBOM是制造部门根据生产制造的需要，在PBOM的基础上，增加可具体执行的工艺分工、设备、工夹量检具、刀具、过程辅料、工艺文档、材料定额等信息，是详细描述产品制造过程和制造数据的基础性数据。MBOM可用于工艺设计、工艺管理及工艺文件的跟踪等，是生产的重要依据，其完整性和准确性对于缩短产品的生产准备周期、协调各部门的工作具有重要作用。根据不同需要，产品PBOM和MBOM可以合二为一。

3 EBOM到MBOM的重构

EBOM到MBOM的重构如图2所示，括号中D代表设计视图，M代表制造视图，P代表总成，A、B、C……代表组成总成的各个组件，Ah、Bh、Ch代表工艺合件，A1、A2……代表组成组件A的各部件，B1、B2……代表组成组件B的各部件，C1、C2……代表组成组件C的各部件，依次类推。

图2 EBOM到MBOM的重构模型

MBOM与EBOM的不同之处主要是对产品零部件之间的层级关系描述不一样，且MBOM中各物料项具有不同的物料状态属性，主要有以下几个方面：

(1)过程件。在EBOM中不存在，但在实际的生产过程中，由于工艺或管理的需要，在BOM中增加一些中间部件，以满足存储或财务结算的需要，比如毛坯、粗加工及半精加工零件。过程件虽然不在EBOM中，也不会出现在最终的产品中，但却的确存在。在MBOM中这类物料项的工艺状态主要为委外加工的半成品、外购的半成品、毛坯、自制件的中间过程件等。

(2)虚拟件。在实际生产中，EBOM中的部分部件是以组件的形式采购、制造或存储的，即在制造过程中这些部件并不以独立部件的形式存在，称之为虚拟件。虚拟件在MBOM中是不用考虑的，在与ERP集成时也不需要将虚拟件发送过去。图2中的A和C就是虚拟件。

(3)整体外购件。部件本身及其下属的所有子件以整体形式外购的部件称为整体外购件。这类部件在EBOM中完整地体现它的结构，但其所有子件都可以作为虚拟件来对待，即在MBOM中只需要把它当作一个独立的整体就可以了。图2中Ah(A1，A2)和Bh(B1，B2)就是整体外购的合件。

(4)物料的数量。EBOM中各个物料项的分布都是基于产品的结构而定，其数量一般只显示某物料在当前部件中的数量，而MBOM则是基于生产工艺搭建起来的物料结构，其物料数量是根据生产线工序的作业内容而定的。因此，MBOM中物料的数量对EBOM中物料的数量进行合并，也可以对EBOM物料的数量进行必要的拆分。

(5)产品结构。EBOM体现了产品部件间的组成结构和数量关系，而MBOM与EBOM相比，增加了制造过程中的毛坯、半成品、工艺合件等，同时BOM结构也可以做出调整，部分单独外购的部件可以根据装配工艺的需要挂到其他组件或总成下面。图2中B3即为单独外购件，在MBOM中挂到总成下面，表示该物料将直接在装配线上料和装配。

4 以MBOM为核心的制造工艺数据管理

由MBOM重构过程可以看出：MBOM不但包含产品部件信息、详细工艺属性及面向制造的层级结构，还包括与之建立映射关系的工艺计划，是制造数据管理的核心内容。

4.1 制造工艺数据的存储

(1)产品零组件及工艺过程件

传统管理模式一般是基于产品零组件、工艺过程件图样、图号等信息的管理，而MBOM将传统的管理模式转换为基于所有产品部件编码的管理模式，同时，通过与ERP、MES等应用系统的集成，将工程技术状态及构型管理由事后整理转变为按编码或批次实现的实时动态查询管理模式，保证实际工程状态和产品构型的准确性和有效控制。由此看出，MBOM对EBOM所包含信息的有效集成和传承是制造工艺数据管理的基础，所以，EBOM的正确性和规范性至关重要。

(2)制造资源

制造资源一般包含设备、工装、刀具、工具、量检具、过程辅料及人工技能等，数量和类型十分庞大，管理难度也很大。制造资源的管理是制造过程管理的一个重要内容。Windchill系统为制造资源提供一种基于编码的管理模式，编码后的制造资源以资源的形式存储在制造资源数据库中，可以有效地规范制造资源的管理。

(3)工艺文档

与制造资源类似，在Windchill系统中，工艺文档经过审签发布流程后，也是以一种资源的形式存储在工艺数据库中，使用时，可以对工艺文档进行引用或输出。

4.2 制造工艺数据的管理

(1)工艺计划管理

Windchill系统通过MBOM与工艺计划建立映射关系来管理制造企业内部的结构化工艺数据，而工艺计划所反映的制造工艺数据同时包括结构化工艺数据和工艺文件。结构化工艺数据与对应的工艺文档经过映射关系存储在工艺数据库中，它们直接的映射关系是制造工艺数据管理的基础。

如图3所示，通过与自制件关联的工艺计划，结合工艺计划本身的结构，实现各部件制造过程中，各工序所使用的工艺过程件、半成品、毛坯、制造资源和工艺文档等数据的管理。同时，系统支持工程更改和制造数据报表的统计输出。

图3 工艺计划的管理

(2)制造工艺数据管理模型

根据前面的描述，在Windchill中制造工艺数据的管理就是以MBOM为核心的动态管理体系。该管理体系模型如图4所示，底层是计算机的操作系统、网络环境、数据库系统等基础环境；第二层是基础类存储数据库，包括制造工艺相关的制造部件、制造资源、工艺文档等；第三层是产品的结构逻辑，即MBOM结构及与之建立映射关系的工艺计划，其中工艺计划又与第二层的各存储数据库建立各自映射关系；第四层则是企业应用系统，包括与PLM系统集成的ERP、MES、CAPP等应用系统。它们可以一个或多个与MBOM建立起集成信息平台，传递各个应用系统所需要的产品信息及制造数据信息。可以看出，第三层是制造工艺数据管理的核心部分。

图4 制造工艺数据管理模型

5 结论

MBOM作为企业生产过程中设计、工艺、制造、物流、采购等部门传递信息的重要载体，包含零组件分类、产品结构、材料定额、工艺流程、工装夹具、加工参数等详细信息，是制造工艺数据管理的核心。通过对MBOM的重构及围绕MBOM的制造工艺数据管理实践，给出了基于Windchill系统的制造工艺数据管理模型，为制造企业的工艺数据管理提供了参考方案，同时为企业制造信息化应用水平的提升，有效支持企业产品研发、工艺策划、生产制造、经营核算等信息的集成，优化企业的制造资源配置，进而降低企业制造工艺管理成本提供了思路。

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ResearchandApplicationofManufacturingProcessDataManagementBasedonWindchill

LIU Zongning1,2,YANG Tongying2,WANG Chunguang2

(1.School of Mechanical Engineering, Northwestern Poly-Technical University, Xi’an Shaanxi 710072, China;2.AVIC Xinhang Yubei Steering System Co.,Ltd.，Xinxiang Henan 453003, China)

As an important carrier of information transmission in design, process, manufacturing, logistics, purchasing and other departments during the production of a company，MBOM is the core of manufacturing process data management，it includes details of component classification，product structure，process flow，frock clamp，process parameter and so on. By restructuring analyzing from EMOB to MBOM, focusing on MBOM for manufacturing process data storage and management,a manufacturing process data management model was given based on Windchill. It provides references for process data management and promotion of information application for manufacturing enterprise.

Bill of material(BOM);Product lifecycle management(PLM);Manufacturing process planning data; Informatization

2017-03-21

刘宗宁(1982—)，男，工程硕士研究生，工程师，主要从事机械制造技术方面的研究。E-mail:liuzn666@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.005

TP391

B

1674-1986(2017)08-022-04