航空发动机制造企业BOM构建研究

邵立桢 李昕悦 高蓉 刘颖琨 张澜禹

中国航发西安航空发动机有限公司 陕西 西安 710000

引言

航空发动机制造被誉为现代工业的“皇冠上的明珠”，其技术和管理的高标准对企业的信息化水平也提出了新要求，随着企业同步建设了产品数据管理PDM（Product Data Management）与企业资源计划ERP（Enterprise Resource Planning）系统，BOM作为企业运行所需的基础数据，成为PDM和ERP系统集成的核心部分，得到日益重视。

1 BOM的定义和内容

1.1 BOM的定义

BOM，即物料清单（Bill of Material），通常称为产品结构表或产品结构树，产生于产品的设计阶段，是指产品所需物料明细表及其结构，体现了产品组件、零件等物料之间的结构关系及数量关系，是一个典型的树状结构[1]。

1.2 BOM的内容

随着PDM和ERP的推进，对BOM的定义和内容也不断扩展，在不同企业，依据管理机构和要求的不同，BOM管理的物料类型和层次也不同，BOM的内容主要有结构和属性两部分。

1.2.1 BOM的结构内容。BOM的结构是对物料之间的父子关系的描述，广义物料包含产品加工过程涉及的组件、零件、原材料、刀具、工装、量具等。父物料是由多种子物料按照一定的数量组成的，这种组成在零组件之间是以装配关系逻辑构成，在零件和其加工所用的原材料、刀具、工装等物料之间是以功能关系逻辑构成。

1.2.2 BOM的属性内容。BOM的属性包括物料属性和装配属性。物料属性是随着产品生命周期的不同阶段而不同，包括设计属性、工艺属性、制造属性、成本属性、计划属性。装配属性是父物料所需要的子物料的数量、装配工具等[2]。

2 BOM的分类

在产品生命周期中，BOM 所包含数据贯穿了设计、工艺、制造、计划、采购、销售、财务等几乎所有职能部门，根据BOM在不同部门的结构和属性特征，形成不同的业务功能BOM。主要分为设计BOM即EBOM（Engineering BOM）、工艺BOM即PBOM （Process Planning BOM，）、制造BOM即MBOM（Manufacturing BOM、采购BOM即BBOM（Buying BOM）、质量BOM即QBOM（Quality BOM）、成本BOM即CBOM（Cost BOM）、销售BOM即SBOM（Sale BOM）等。

3 航空发动机制造企业BOM应用的特点

航空发动机零组件数量多，产品工艺复杂，装配关系复杂，造成BOM涉及的物料种类多、数量多，BOM层级多，不同BOM包含的物料数据和属性数据复杂。

在产品设计端，多设计院所承接不同功能部件的设计任务，形成整机EBOM，共同设计发动机产品；在制造端，多制造厂实施专业化研发和生产，根据厂际分工，完成承制的产品任务，各自构建本企业的BOM，共同制造发动机产品。

由于航空发动机制造的精密设备应用和信息化程度高、对质量管控的高要求以及定期维护和修理的特殊要求等因素，需要对产品制造过程中的数据进行快速.准确的提取、传递及统计分析，以保证制造和修理过程可验证、可追溯，对BOM的管控难度大。

在航空发动机的研制阶段，为不断优化设计，开展试验，会对同型产品的每台产品进行独立的BOM管理，造成BOM基本相似，但也存在差异，需要继承共用数据的同时，区别差异数据。

4 航空发动机制造企业BOM构建

作为技术密集型的制造企业，EBOM和PBOM是企业管理的重点，也是其他BOM数据的源头，本文主要探讨在航空发动机制造企业中进行EBOM和PBOM的构建和应用。

4.1 EBOM的构建

由于发动机产品的多制造企业专业化协同制造特性，造成设计院所完成整机EBOM发给制造厂后，制造企业要根据承担的厂际分工对EBOM进行重置。设计院所传递的EBOM不仅是一个物料结构树，而是基于EBOM结构形成的产品设计属性数据集，包括以下内容：

4.1.1 产品的设计结构，包括整机、部件、组件、零件之间的层层装配关系、和每个装配层级的装配数量。

4.1.2 产品设计属性信息，包括ID编码、零组件号、零组件名称、版本、材料牌号、材料标准、毛坯类型、毛坯类别、毛坯标准、单件重量、关键件或重要件特性、热处理状态、表面处理状态等基本属性。

4.1.3 产品相关的数据对象：包括三维模型、二维图样、相关技术标准、说明书、目录和更改单。

4.1.4 产品配置信息：型号、阶段、批次有效性等信息。制造企业的设计部门首先搭建虚拟EBOM顶层，用于管理该产品，根据厂际分工承接的任务情况，将需要整体交付的产品（一般是整个部件），以及跨装配层级单独交付的零散产品，与EBOM顶层建立父子关系，保证本厂分工制造的零组件号数量完整，然后对EBOM中属性和关联的数据进行核对，生成本公司的EBOM。可根据需要生成承制件目录、关重件目录、备件目录等文件。

4.2 PBOM的构建

PBOM搭建过程以EBOM结构为基础，工艺部门接到公司的EBOM后，划分工艺分工，确定主要材料消耗定额，增加底层零件加工所需的锻件、铸件、板、棒、丝、带、粉等原材料，根据实际零组件装配顺序和关系，调整局部装配结构，增加工艺件（也称中间制造件），确定虚拟件。用新定义的PBOM装配结构关系代替原有的设计组件及结构关系，EBOM和PBOM的结构重构示意图见图1，制定零组件制造方案，确定 工艺路线，形成PBOM。

图1 EBOM和PBOM的结构重构

对于工艺增加的件号，称为工艺件，是指在EBOM中不出现，但在PBOM出现的件号。它在生产制造中真实存在且具有管理意义（如需要储存），包含工艺拆分件、工艺合并件等情况，并补充其必要属性。对于工艺取消的件号，称为虚拟件，是指在EBOM中出现，但在PBOM并不出现的件号。它可以作为功能部件在设计时存在，然而在生产制造中并不存在，或者暂时存在但不储存。

航空发动机企业由于制造工艺复杂、专业化程度高，工艺部门采用分层管理PBOM，工艺管理部门负责总体工艺设计：包括划分生产单位间的工艺分工、组织制定主要材料消耗定额、审签中间制造号和虚拟件，整体管理PBOM等业务，总体工艺设计的PBOM管理流程图见图2。

图2 总体工艺设计的PBOM管理流程

生产单位的工艺人员依据本单位的工艺分工，负责进行详细工艺设计，按照设计图和设计文件，制定加工工艺路线、编制工艺规程、毛坯图、制定主要材料、辅助材料等加工材料消耗、确定加工的工装、刀具、设备等。EBOM转换成PBOM的关键在于获取装配顺序和制造属性，而装配顺序和工艺属性是工艺设计的重要内容，隐含在工艺规程的复杂语境当中，获取困难，随着计算机辅助加工工艺规程设计CAPP（Computer Aided Process Planning）与PDM的集成，可以从经过结构优化的工艺规程中提取BOM所需的装配关系、工艺路线、物料信息、工装、刀具、设备等制造属性。并按照管理需要，生成关键工序目录、通用工装目录、专用工装目录、特殊过程目录等文件，工艺规程清单、工艺规程更改单统计表、设备统计表。