面向产品生命周期的BOM管理关键技术研究

耿育科 郑 炜 李 辉

（中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089）

1 BOM 及BOM 管理的含义

自主创新是推动我国制造业发展的关键。国家及有关部门在制造业自主创新尝试活动中发挥了重要的领导作用，使制造业的大规模创新改革获得充足动力。为了进一步提高制造业的生产效果和经济效益，企业在信息化建设过程中采用了先进的产品生命周期管理理念，利用信息与计算机技术，消除产品设计、全生命周期制造过程中的不良因素[1]。BOM 管理是产品生命周期系统内的重要组成部分，能够体现生命周期内物料清单视图中的各类信息，使该类信息能够被共享，为加强对生命周期的管控提供重要理论依据。

1.1 BOM 概念

BOM 又被称为物料清单系统，主要用于描述组成产品的零部件之间关系的信息，可以直观地体现出物料结构的关系，贯穿于制造业产品生命周期的各个阶段，是制造业的核心数据。

1.2 BOM 管理的含义

BOM 管理是产品数据组织与管理的1 种形式，以结构化的BOM 数据为核心，将产品工程数据和文档联系起来，以清单列表或树状图的形式展现，为用户或其他应用系统提供产品结构不同视图的描述。在制造业产品生产经营过程中，BOM 管理内容可为重大决策事项提供充足的理论依据，贯穿于产品生命周期各阶段，例如客户订单确认、产品设计任务分配、设计内容变更、成本核算与原材料采购等。

21 世纪初，产品数据管理理念被广泛应用在国内制造行业，主要目标为管控产品设计、制造、配置、维护及服务各阶段。产品数据管理系统软件应当能够存储、更新和处理生产过程中的各类产品信息[2]。在将BOM 管理技术应用在产品数据管理过程中时，需要做好产品架构配置、模块化平台化产品设计、BOM 数据自动采集、跨部门数据统一发布管理、数据变更与执行管理等工作。

1.3 BOM 数据结构特征

BOM 数据主要用于描述目标产品中的加工装配结构、产品及零部件层次关系、产品配置数量以及零部件主要参数等方面。BOM 数据结构特征主要体现在以下4 个方面：1） 层次性特征。BOM 产品零部件之间具有装配与被装配的关系，可体现出鲜明的产品结构参数。2） 复杂性特征。在产品制造期间，产品BOM 数据内部包含数以千计的子零部件信息，使表达出的数据对象能够更加完善。3）多联性特质。产品通常由父零件及多个子零件组成，而子零件也会存在于多个父零件的装配系统内，其内部结构的关联性十分密切。4） 动态性特征。BOM 数据处于长期动态变化中，会在生产时间与空间不断变化的情况下发生明显改变。时间变化或工程变更会导致产品BOM 结构出现不同版本；空间变化会导致BOM 数据结构出现不同视图。

2 基于产品研制过程的BOM 划分及BOM 视图转换

2.1 BOM 划分

基于产品研制过程的BOM 划分主要包括设计制造并行协同模式下的EBOM 管理、PBOM 管理、MBOM 管理、BBOM 管理和SBOM 管理等。

EBOM（工程物料清单，Engineering BOM）：表征产品设计的结果，产品设计数据的结构化表达。在设计阶段形成，反映产品组成的物料清单（包括硬件、软件或其集合体），是工程数据架构之一，需直观展现出产品设计的意图以及任务，明确产品及组件结构关系、数量等信息。PBOM（工艺物料清单，Process BOM）：表征工艺设计的结果，产品工艺设计数据的结构化表达。

在EBOM 基础上添加零组件分工路线，是MBOM 创建的依据。

MBOM（制造物料清单，Manufacturing BOM）：表征制造工艺设计的结果，产品制造数据的结构化表达。反映产品制造物料清单，是生产拉动计划、物料需求计划以及成本核算的依据，反映了零件制造、装配制造之间的关系。

BBOM（建造物料清单，Building BOM）：表征产品生产制造的状态，对产品实物及设备的序列号信息、制造资料、超差偏离信息以及检验记录等进行记录，反映了对产品实物状态的持续追踪与管控。

SBOM（服务物料清单，Service BOM）：表征产品外场状态信息，以EB0M 及BBOM 为基础，为服务构型管理的开展提供唯一数据源，用于产品在使用阶段和维修维护阶段状态的完整纪实。

2.2 设计制造各阶段BOM 视图的属性定义及转换

在BOM 视图转换过程中，需要首先明确BOM 视图与视图之间的关系，如图1 所示。在产品全生命周期中，由于不同BOM 信息数据需要构建完整的产品信息描述方式，因此BOM 管理完成了产品信息不同阶段。产品BOM 视图主要由设计视图、工艺视图、制造视图、装机视图和服务视图等构成。

EBOM 视图：可直观展现出工程设计组织产品的结构关系，包括设计意向与任务。EBOM 用于描述设计属性与装配式层次关系，例如产品的节点属性、三维模型、二维图样及资料。系统内部层级由种类层、型号层和专业层构成。现阶段设计部门主要将EBOM 作为向工艺部门、生产部门和采购部门传达信息及数据的重要方式，是产品数据源头之一。

PBOM 视图：用于产品工艺规划阶段，通过在PBOM 视图上增添工艺组合件、分工路线等内容，对非结构化设计文档进行全面汇总。PBOM 视图是生产工艺任务分工与工艺文件编制的重要基础，可切实提升组织工艺设计、生产设计、采购设计环节的质量与效率。

MBOM 视图：在制造阶段对EBOM 进行重构，并基于规划的节点进行工艺详细设计，最终基于MBOM 组织制造所需的数据集。该视图主要由产品装配结构、零部件制造内容组成，可以直观地体现产品生产工艺与配置结构之间的关系，编制出与配套来源相关的物料清单。在PBOM 视图实际应用期间，应当借助工艺规划流程，增加资源内部信息量，构建起与生产模式一致的装配关系，使产品零部件、标准件、成品以及材料组成单元的信息更加全面精准。表征制造工艺设计结果，是生产拉动计划、物料需求计划以及成本核算的依据。

BBOM 视图：以产品实物为对象，对产品零组件及设备的序列号信息、制造资料、超差偏离信息、各类检验记录以及质量证明单等进行记录，实现对产品生产流程的全方位管控，使产品生产全过程能够被直观展现出来。

SBOM 视图：表征产品外场状态信息，以EB0M 及BBOM为基础，为服务构型管理的开展提供唯一数据源，是保证正在使用中产品服务构型数据的一致性及完整性的基础，用于产品在使用阶段的状态完整纪实。建立与产品资源工程特点相同的产品结构树，保证以结构树为核心的各类数据能够更好应用于变更工程，从根本上提升工程设计可行性。

图1 设计制造各阶段BOM 视图的转换

3 面向产品全生命周期的BOM 管理

3.1 单一数据源管理方法

在面向产品生命周期开展BOM 管理工作期间，主要借助BOM 数据以及内部重要的产品信息，使产品全生命周期中的设计、制造、维护及管理等环节得到全程监管，保证精益思想准备应用在企业各职能领域，控制产品生产期间的业务流程时间与物资利用率。面向产品生命周期的BOM 管理工作主要应用以设计BOM 为基础的单一数据源管理手段，掌握唯一可控的产品数据版本。

单一产品数据源的概念表述了1 种数据的组织方式，并不代表在进行数据管理时使用1 个集中式的数据库。单一产品数据源是企业内部底层数据，也是与产业结构相关的共同数据访问源。在社区管理工作中，应当借助数据管理系统、资源管理系统以及产品定义系统为工具，设置产品结构数据访问目标。在从单一产品数据库和虚拟数据库内读取相应内容后，经过系统专项处理，生成单一产品数据源模拟数据内容，满足其他系统数据应用要求。a） 产品全生命周期内部零部件需要在逻辑上组成单一产品数据源，增强数据结构一致性。模块内部数据应该包括产品全生命周期数据内容，使数据结构更加完整。b） BOM 是产品数据组织和管理的框架，以BOM 为主线进行组织、关联，产品数据按照关联关系和物料项紧密联系起来。实现工艺系统与生产管控系统、制造执行系统、工程更改、物资采购系统、物料定额消耗系统等之间的信息交换。c） 产品全生命周期管理工作中，相关设计人员应当针对客户多元化需求及市场发展特征、国家颁布的设计技术文件及标准，生成精准的EBOM 视图；由EBOM 视图经过专项工艺设计与加工生成PBOM 视图；最后对PBOM 视图内部细节、生产工艺和材料制造等内容进行细化，适度调整零部件装配结构顺序，生成MBOM 视图。视图转换期间的数据结构经过了系统的调整和配置，从根本上加强了BOM 变更环节管控力度，保证了数据的准确性、完整性和一致性，使制造过程符合标准要求，有利于实现产品构型（技术状态）管理。d）对产品研制不同阶段产生的数据进行分析、组织和整理，形成面向制造的完整的结构化单一产品数据源。将BOM 作为构建单一产品数据源的基础，并在该基础上细化数据内容，例如增加保留单、偏离单、拒收单、重量超差单、代料单、标准件定额数据以及材料定额数据等。

3.2 面向全生命周期的BOM 数据一致性管理

在全生命周期BOM 数据管理工作中，需要建立起业务一体化管理平台，将产品研制过程从传统的串行模式提升为设计、制造和服务的并行工作模式。以EBOM 为基础，明确产品数据源，对产品制造、交付及服务等阶段数据进行统一管理，形成以BOM 为主线、MBOM 为核心、覆盖全生命周期的BOM 数据管理体系。

3.2.1 EBOM 数据结构化、完整化

EBOM 数据主要包括产品结构，将综合保障、成品库、软件、标准件库、材料库、设计文件、设计制造统一资源等纳入管理，从而构建完整的、结构化的EBOM。在设计文件中，将数据结构化，并且将技术文件与设计结构树中的相应模块关联，就可以从文件中提取结构化数据。设计过程要按设计规范要求填写，书写格式统一、规范。

遵循产品数据管理中数据源唯一性和完整性的原则。在设计EBOM期间，对产品定义数据集进行细化处理，增强产品结构设计与工艺设计的协同性。要求在工程设计过程中提高数据利用率，获得更加专业精准的工艺设计成果。落实设计数据共享目标，使产品结构定义环节的数据能够全面展现给各参与部门，从根本上提高产品设计水平。

3.2.2 产品结构化PBOM

基于设计EBOM 数据构建完整的结构化PBOM。在EBOM 的基础上添加非结构化数据、例如技术单新增零件、设计二维EBOM 补充的非结构化数据、工艺组合件、工艺构型件以及拒收单特制件等。PBOM 数据继承EBOM 数据属性，EBOM 以外的新添加数据在零件类型信息栏添加零件类型属性信息，与EBOM 表达方式一致。在EBOM 的基础上添加所需数据，形成完整的结构化PBOM。

3.2.3 以消耗式工艺设计构建MBOM

以设计EBOM 为数据源头构建完整的PBOM，基于完整的结构化PBOM，将零组件、成品、标准件以及材料等通过件号、版次、有效性以及安装数量等条件自动匹配，采用自顶而下的消耗式方法开展产品设计工作，使产品工艺指令能够被落实到各环节。由系统自动提取形成结构化MBOM，在该过程中只进行数据调取和应用，不进行数据转化和重构，杜绝数据的二次转接，实现产品MBOM 与设计EBOM 和PBOM 的一致性。

3.2.4 面向全生命周期的BOM 数据转换

在面向全生命周期的BOM 数据管理中，以设计EBOM为源头，构建产品结构化PBOM；以结构化PBOM 为基础，以消耗式方法构建结构化MBOM；以结构化MBOM 为依据，以产品实物为对象，持续追踪与管控产品实物状态；以设计EBOM 和BBOM 为基础，开展服务构型管理，保证正在使用中的产品的服务构型数据的一致性。

3.3 BOM 数据全局变更管理方法

变更管理主要包括订单变更和工程变更2 类。订单变更和工程变更都会引起BOM 数据的更改。对于订单变更和工程变更导致的多版本BOM 数据，选用BOM 的产品配置管理方法。

产品配置主要用于描述技术方案或产品在使用过程中的产品功能以及物理特性，将客户个性化需求用适当的配置方式进行实例化转变。在BOM 管理过程中，产品配置是面向产品生命周期的重要功能，需要满足产品特定范围内的各类需求，高效利用零部件库以及零部件数据，构建起产品配置模型，实现产品数据高效组织与管理目标。

在产品生产业务规则发生明显变化的情况下，借助面向产品全生生命周期的BOM 数据只转变原装配转换规则组就可实现相应功能[3]。同时，采用可配置转换规则下的BOM 转换方式，能够更好适应生产企业发展变化需求，使BOM 数据全局变更管理工作中的积极作用能够被充分发挥出来，对实现企业高效稳定发展目标意义重大。

4 结语

BOM 是产品全生命周期管理系统中重要数据，对提升产品生产质量与生产效率具有重要意义。为了从根本上发挥出BOM 管理积极作用，需要相关部门加大BOM 关键技术研究力度，做好严格的BOM 设计管理工作，保障BOM管理内容规范可行。