市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇、用戶(hù)需求的日益多樣化，使當(dāng)前制造業(yè)的焦點(diǎn)由大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向大規(guī)模定制。在接到從市場(chǎng)部傳遞的客戶(hù)訂單后，工程設(shè)計(jì)人員在準(zhǔn)確理解客戶(hù)特殊需求后，利用可配置的產(chǎn)品族模型準(zhǔn)確、快速的選配出滿(mǎn)足訂單需求的產(chǎn)品，這與傳統(tǒng)模式下新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程有很大區(qū)別，也給數(shù)據(jù)管理(PDM)提出了更高要求�；趩螌�BOM產(chǎn)品族配置管理可對(duì)制造企業(yè)中系列化產(chǎn)品的BOM配置進(jìn)行有效管理，對(duì)提高系列產(chǎn)品間零部件的重用、降低設(shè)計(jì)制造成本、快速滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求起到重要作用，并且能夠很好地解決過(guò)去多層BOM產(chǎn)品族管理中的數(shù)據(jù)庫(kù)冗余問(wèn)題。
1 產(chǎn)品族配置管理概述
產(chǎn)品族配置管理是根據(jù)用戶(hù)給出的配置需求，基于產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)選配出完全或部分滿(mǎn)足需要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。雖然前人作了大量的研究工作，采用各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品族BOM的配置管理，但在產(chǎn)品族BOM配置管理的計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)方法上仍存在以下不足：
(1)缺少基礎(chǔ)物料庫(kù)的底層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的支持，難以準(zhǔn)確描述構(gòu)成產(chǎn)品族的部件、零件的復(fù)雜隸屬關(guān)系和各自屬性特征；
(2)缺乏零部件間可替換規(guī)則的約束驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)品族BOM配置主要依賴(lài)有經(jīng)驗(yàn)的人工方式實(shí)現(xiàn)，由產(chǎn)品族BOM配置新產(chǎn)品的效率低、易出錯(cuò)；
(3)過(guò)去多采用多層BOM的配置實(shí)現(xiàn)算法，通過(guò)拷貝的形式形成新產(chǎn)品BOM，導(dǎo)致了大量冗余數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，難以實(shí)現(xiàn)系列產(chǎn)品間零部件關(guān)聯(lián)變更的追蹤。
2 基于單層BOM產(chǎn)品族配置管理的研究
2.1 單層BOM概念
物料清單BOM是用來(lái)表達(dá)企業(yè)產(chǎn)品的結(jié)果和產(chǎn)品中零部件的構(gòu)成關(guān)系，它不僅反映了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息，也反映了信息組成的框架。傳統(tǒng)BOM模型主要有多層BOM和單層BOM兩種。
所謂單層BOM，是采用“單父一單子”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)零部件之間的裝配與被裝配關(guān)系即父子關(guān)系來(lái)描述，每種層次結(jié)構(gòu)只需描述一次。在單層BOM中，需要定義產(chǎn)品與頂層部件之間的關(guān)系，頂層部件與下層零部件的關(guān)系則無(wú)需定義，可在基礎(chǔ)物料庫(kù)中獲取，如圖1、表1所示。
圖1 單層BOM的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄顯示
表1 單層BOM的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄顯示
由于單層BOM只記錄相鄰層次零部件的單層對(duì)應(yīng)關(guān)系，大大減少了數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的冗余，便于數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)，且有利于BOM中的零部件的變更和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)更新。
2.2 BOM產(chǎn)品族模型
產(chǎn)品族模型表達(dá)了與產(chǎn)品族描述、配置相關(guān)的所有信息。產(chǎn)品族模型是保證產(chǎn)品族數(shù)據(jù)管理高效、低冗余的關(guān)鍵，如圖2所示。
(1)基礎(chǔ)配置單元。在模型中存在一些基本的組合零部件，它們是該產(chǎn)品族中為完成產(chǎn)品核心功能所必需具有的零部件，配置時(shí)直接選定。
(2)變型配置單元。在產(chǎn)品配置過(guò)程中，需要根據(jù)客戶(hù)的不同需求來(lái)選用不同零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)變型設(shè)計(jì)的配置單元。
(3)配置虛節(jié)點(diǎn)。配置虛節(jié)點(diǎn)為相似變型配置單元的集合，僅在產(chǎn)品族可變型結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，BOM配置完成后，配置虛節(jié)點(diǎn)由變型配置單元代替。
圖2 基于單層BOM產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型
2.3 基于單層BOM產(chǎn)品族配置管理實(shí)現(xiàn)方法
2.3.1 基礎(chǔ)物料庫(kù)
產(chǎn)品BOM是由零件、部件和相關(guān)原輔材料的信息構(gòu)成的。把存放所有零部件及原輔材料信息的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)稱(chēng)為基礎(chǔ)物料庫(kù)�；A(chǔ)物料庫(kù)是詳細(xì)描述所有零件、部件、原輔材料的功能、性能、材料、成本等信息及零部件之間的單層父子關(guān)系的基本數(shù)據(jù)庫(kù)。在這個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中包含著零部件基本信息表和零部件關(guān)系表。
(1)建立零部件基本信息表。零部件基本信息表用來(lái)描述產(chǎn)品各組成零部件對(duì)象的全部信息，如：編號(hào)、版本、名稱(chēng)、材料、供應(yīng)商、變更記錄等。
(2)零部件關(guān)系表的建立�；趩螌覤OM原理，零部件關(guān)系表里只記錄父項(xiàng)/子項(xiàng)間的兩項(xiàng)隸屬關(guān)系及數(shù)量。
通過(guò)信息表和零部件關(guān)系表，就可以完整地將零部件的自身信息和相互關(guān)系很好地聯(lián)系在一起。
2.3.2 基于單層BOM的產(chǎn)品族配置管理實(shí)現(xiàn)方法
本文所研究的產(chǎn)品族配置是將產(chǎn)品族BOM結(jié)構(gòu)樹(shù)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的零部件從基礎(chǔ)物料庫(kù)中映射出來(lái)，形成由多個(gè)產(chǎn)品BOM組合而成的一個(gè)產(chǎn)品族BOM結(jié)構(gòu)。在此產(chǎn)品族BOM結(jié)構(gòu)中，部分節(jié)點(diǎn)處存在多于一個(gè)的可替換部件，表明在構(gòu)成不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)將選擇不同的替換部件。并采用參數(shù)變量的輸入方式，在產(chǎn)品族BOM的支持下利用篩選規(guī)則和產(chǎn)品配置規(guī)則的約束來(lái)從基礎(chǔ)物料庫(kù)中自動(dòng)選擇滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的零部件的選擇。
在基于單層BOM的產(chǎn)品族模型中，產(chǎn)品族BOM的形成來(lái)自與基礎(chǔ)物料庫(kù)中零部件的映射，而產(chǎn)品族BOM中變型配置單元的配置屬性是通過(guò)配置規(guī)則來(lái)從基礎(chǔ)物料庫(kù)中選出的。當(dāng)產(chǎn)品族BOM中的某個(gè)零部件的屬性具有多個(gè)可選項(xiàng)時(shí)，可以把它視為變量，按照該變量取不同的值來(lái)配置所需的客戶(hù)BOM。如圖3、表2所示，在節(jié)點(diǎn)C上存在兩個(gè)變量，選擇功能和性能都不同的兩個(gè)部件F或G,將會(huì)使配置出來(lái)的BOM存在差異，將F和G兩個(gè)成熟的部件記錄到基礎(chǔ)物料庫(kù)中，通過(guò)規(guī)則在基礎(chǔ)物料庫(kù)的零部件屬性表中查找適合的零部件，在單層產(chǎn)品族BOM內(nèi)只保留零部件的根節(jié)點(diǎn)，大大減少了數(shù)據(jù)的冗余度。
圖3 產(chǎn)品族BOM與基礎(chǔ)物料庫(kù)關(guān)系表的映射
表2 產(chǎn)品族BOM與基礎(chǔ)物料庫(kù)關(guān)系表的映射
假設(shè)A產(chǎn)品族共包括m個(gè)變型配置部件(第i個(gè)部件VhV需要Rvi 條數(shù)據(jù)記錄)和n個(gè)基礎(chǔ)配置部件(第j個(gè)部件Fj需要Rff條數(shù)據(jù)記錄)，其余不能保存為基礎(chǔ)部件的數(shù)據(jù)記錄總量為Rp ，則產(chǎn)品族數(shù)據(jù)記錄量為：
如果依據(jù)產(chǎn)品族派生出的w個(gè)產(chǎn)品(含有vi 存在 Svi個(gè))，采用多層BOM的記錄數(shù)量為：
式中：R1為引用零部件而增加的鏈接記錄
可以看到，當(dāng)產(chǎn)品族派生數(shù)量和變化數(shù)量愈多，利用單層BOM與基礎(chǔ)物料庫(kù)會(huì)大大減少系統(tǒng)記錄的數(shù)量，從而減少數(shù)據(jù)的冗余度。
3 基于單層BOM產(chǎn)品族配置管理實(shí)例說(shuō)明
通過(guò)某齒輪箱生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品族配置管理為例來(lái)說(shuō)明單層BOM的產(chǎn)品族配置管理實(shí)現(xiàn)方法。齒輪箱生產(chǎn)企業(yè)作為典型的制造型企業(yè)，如何合理和高效地利用BOM在大規(guī)模定制生產(chǎn)的過(guò)程中扮演著重要角色。該齒輪箱生產(chǎn)企業(yè)變型產(chǎn)品種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的多層BOM產(chǎn)品族配置管理將帶來(lái)大量數(shù)據(jù)冗余，利用單層BOM產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可達(dá)到大規(guī)模定制生產(chǎn)并有效減少數(shù)據(jù)庫(kù)冗余的目的。
齒輪箱設(shè)計(jì)和制造特點(diǎn)決定了引入單層BOM產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的模式將會(huì)有利于企業(yè)進(jìn)行其產(chǎn)品族數(shù)據(jù)管理。
(1)基于單層BOM的基礎(chǔ)物料庫(kù)的構(gòu)建
將企業(yè)所設(shè)計(jì)的所有成熟零部件按單層BOM方式構(gòu)建為基礎(chǔ)物料庫(kù)。建立零部件基本信息表(包括零件、部件和原輔材料的基本信息)和零部件隸屬關(guān)系表。
(2)產(chǎn)品族BOM中零部件的選擇配置規(guī)則
以某齒輪箱生產(chǎn)企業(yè)的JS系列齒輪箱產(chǎn)品為例，具有相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不同的是齒輪箱的速比、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、功率等產(chǎn)品性能參數(shù)以及齒輪箱的潤(rùn)滑方式和箱體組合形式。根據(jù)齒輪箱的裝配結(jié)構(gòu)、功能、零部件供應(yīng)商等需求為該產(chǎn)品族建立配置規(guī)則，如：通過(guò)速比來(lái)選擇幾級(jí)傳動(dòng)和輸入、輸出齒輪；通過(guò)軸來(lái)確定齒輪箱的外形；連軸器部件為可選關(guān)系，用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。通過(guò)以上規(guī)則約束，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行需求輸入，從基礎(chǔ)物料庫(kù)中選取相應(yīng)零部件，即可配置出滿(mǎn)足客戶(hù)需求的產(chǎn)品。
該生產(chǎn)企業(yè)的JS系列齒輪箱為中心傳動(dòng)磨機(jī)減速機(jī)，根據(jù)規(guī)格大致分為JS110，JS120，……、JS160等六種，每一種規(guī)格又可根據(jù)客戶(hù)的個(gè)性需求派生出多種BOM結(jié)構(gòu)，假定每種規(guī)格派生出20種滿(mǎn)足個(gè)性需求的BOM結(jié)構(gòu)，該系列產(chǎn)品族上的基礎(chǔ)配置部件有150個(gè)，每個(gè)部件平均有5條記錄，10個(gè)變型配置部件，每個(gè)部件平均有5條記錄，其它不能保存為基礎(chǔ)部件的記錄總量為50次。按照公式計(jì)算，若采用多層BOM管理方式，該系列齒輪箱零部件將被記錄6x20x(50 + 150x5+10x5)=102000次(忽略引用零部件而增加的鏈接記錄)，但如果運(yùn)用基于單層BOM產(chǎn)品族配置管理方式，只需要被記錄6x20x50+10x5+150x5=6800次(忽略引用零部件而增加的鏈接記錄)，減少了95200次。用單層BOM配置管理方式，在滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求配置時(shí)，只需通過(guò)規(guī)則從基礎(chǔ)物料庫(kù)中將符合條件的零部件映射出來(lái)，也就是說(shuō)無(wú)論該系列產(chǎn)品族派生出多少種BOM結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)物料庫(kù)中的零部件都只被記錄一次，這就大大減少了數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余。
4 小結(jié)
制造企業(yè)如何對(duì)系列化產(chǎn)品的BOM配置進(jìn)行有效管理，對(duì)提高系列產(chǎn)品間零部件的重用、降低設(shè)計(jì)制造成本至關(guān)重要�；趩螌覤OM產(chǎn)品族配置管理通過(guò)創(chuàng)建統(tǒng)一的物料庫(kù)，在已有產(chǎn)品族BOM的支持下利用篩選規(guī)則和產(chǎn)品配置規(guī)則的約束來(lái)從統(tǒng)一物料庫(kù)中自動(dòng)選擇滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的零部件，從而實(shí)現(xiàn)在已有產(chǎn)品族BOM的基礎(chǔ)上派生新產(chǎn)品配置。該方式采用基于單層BOM產(chǎn)品族配置方法減少數(shù)據(jù)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的重用，提高BOM信息的利用率，并實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足客戶(hù)需求的產(chǎn)品配置反應(yīng)速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)的市場(chǎng)需求，全面提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
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本文標(biāo)題：基于單層BOM的產(chǎn)品族配置管理研究
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