0 引言
物料清单(Bill of Material，BOM)主要是表达企业产品的结构和产品中零部件的构成关系。它是企业信息系统（如PDM，ERP等）中核心基础数据之一，是企业的信息纽带。产品设计、工艺编制、产品制造、产品销售、成本核算等都要用到BOM。电柜生产企业是一种典型的多品种、少批量、离散型企业，BOM数据非常庞大、复杂。在市场竞争日趋激烈的情况下，企业产品的技术状态不得不随着客户的要求而不断变化，导致了BOM数据的动态改变，从而使BOM数据及其管理更加复杂化，所以对BOM的有效管理成为电柜生产企业管理中至关重要的环节。目前，对于电柜生产企业的BOM研究相对较少。研究主要集中在通用型BOM和大型航天产品BOM的研究。对于BOM结构，常用的存储方法是利用关系型数据库，采用规划性或者基于与或关系存储，维护起来比较困难。本文提出了基于双主键的存储方式，明显减低了数据的冗余，使得BOM的维护变得简单。
1 电柜生产企业的BOM体系研究
电柜生产过程包括材料的选择、供应商的确定、工艺的设计、计划制定以及质量控制等诸多相关环节，涉及的数据信息十分复杂，包括：材料信息、库存信息、供应商信息、工艺信息、计划信息及质量等。这些信息产生于不同的业务过程，又为不同的业务部门使用。由于缺乏全过程的电柜生产信息模型，使得信息被分割在相互独立的应用系统中，割裂了数据间的关联性，成为信息孤岛。这使得各部门、各过程间，数据无法及时共享，降低了电柜企业生产效率和管理水平，延长了产品的生产周期，减缓了资金的周转速度。在当前金融危机形势下，资金周转速度的快慢对企业生存是致命的。本文以BOM为切入点，建立了面向全过程的电柜BOM转换过程模型。
电柜生产企业以BOM作为信息管理的主要手段，在不同阶段应用不同的BOM。电柜设计定型后发放设计BOM。设计BOM的产品结构表达了电柜按设计划分而生成的结构和零部件组成关系，并不表示生产中的真正装配过程。出于对工艺方面和生产过程的考虑，工艺设计时需对设计BOM的产品结构关系进行一定程度的调整和修改（如增加、修改工艺构型结点等），形成可制造的装配工艺树，在此基础上进行装配工艺设计、加工工艺设计及工装制造工艺设计，并加入相应的工艺信息。生产部门安排作业计划、组织生产，形成制造BOM。采购部门利用制造BOM生成采购BOM，以制定供应计划和采购计划；财务和物资部门则基于整个过程的消耗，生成成本BOM，进行成本核算、价格控制等。这些BOM数据之间具有相互关联、转化、衍生的关系，如图1所示。BOM间的相互转化关系也反映了各部门之间互相沟通、相互协作的过程。
图1 电柜生产企业BOM体系结构
从上面的分析，可以得出：在电柜生产的过程中，涉及到设计BOM、参数BOM、制造BOM、采购BOM和成本BOM。这些组成了电柜BOM体系结构。
1)电柜设计BOM
电柜设计BOM信息来源一般是设计部门提供的成套设计图纸中标题栏和明细栏信息。它在设计结束时汇总产生，结构往往是产品结构树的形式，树上每个节点关联各类属性或图形信息。它可以由四元组来表示，设计BOM={产品明细表、材料明细表、图样目录、产品材料结构表}。设计BOM面临的一个约束条件就是材料参数BOM。
2)电柜材料参数BOM
材料参数BOM是由材料各个主要性能和材料间的相互约束关系构成。如图2就是一个典型的参数BOM。
图2 互感器主要性能参数以及和刀开关、电流表的约束关系
互感器与刀开关、电流表产生了约束关系。材料参数BOM主要用于产品设计过程中，选择材料的时候，缩小选择范围，方便操作。材料参数BOM={材料名称，性能参数，约束材料名称集}
3)电柜制造BOM
电柜生产部门的制造BOM是在设计BOM的基础上，根据电柜的工艺特点和装配要求设计出来的，包括加工零部件和按工艺要求的毛胚、模具、卡具等。制造BOM={工艺路线表、关键工序汇总表、重要件关键件明细表、自制件明细表、通用件明细表、通用专用工装明细表、设备明细表、车间作业计划}。
4)电柜采购BOM
电柜采购BOM是根据制造BOM要求外购的原材料、标准件和成套部件等产生的。一般来源于设计图纸和工艺卡片上信息汇总。由采购部门或生产准备部门根据其安排采购计划。采购BOM={外购件明细表、供应商信息、供应商提供的材料信息}。
5)电柜成本BOM
电柜成本BOM是根据企业从接收到订单开始至订单处理完，整个过程的消耗。一般由财务部门根据企业定义的零件标准成本、建议成本、现行成本，进行处理。
2 电柜生产企业BOM树数学模型及BOM树操作
2.1 BOM的本质
BOM的本质是一棵带有权重的树，即一个连通且无回路的无向图。
图3 BOM的权重树表示
图3就是一个典型的BOM树。这棵“树”的特殊之处在于它有二个根结点。这并不影响到对问题的讨论。处于顶层的a节点和b节点是树的根结点。用v表示BOM图中节点的个数，e表示BOM图中弧的数目。如果二个节点间直接通过弧链接，显然它们之间存在父子关系。BOM树满足如下的性质：
1)BOM树是无回路的连通图：
2)BOM树是无回路的，而且满足e=v-1；
3)BOM树是连通的，而且满足e=v-1；
4)BOM是无回路的，若在其中任意二个节点之间新增加一条弧，则必得且仅得一个回路；
5)BOM是连通的，如在其中任意删去一条弧，则BOM树一定不连通；
6)BOM中任何一对节点之间有且仅有一条通路。
2.2 BOM树表示及其向关系型数据库的转化
对于BOM树的表示是BOM设计中最重要的一个环节。这里，提出节点向上表示方法：通过三元组：Node={α，β，n}。三元组中第一个元素Q表示节点本身，第二个元素B表示该节点的父节点，第三个元素n表示该子节点装配父节点时的数量关系。如：图3中的d={d，a，4}。这种方法对于根结点的表示就比较特殊，如a节点，a={a，a，1}。
节点向上表示方法，可以采用基于数据库的双主键进行存储，与通常的规划性或者与或技术来实现树状结构存储有不少的优点：减少了数据的冗余；可以实现级数无限：子节点的复制和删除很简单，为便于讨论，建立如表1的一个关系型数据库表格。它省略了与讨论无关的字段。
表1 BOM表字段信息
对于树结构而言，通常的操作有：深度遍历，搜索一个节点的所有左节点，然后再搜索右边的节点；广度遍历，生成每一个节点的层次号，将根节点看作是第一层节点，然后把根节点的下一级节点作为子节点；查找子节点，通过已知节点，查询该节点的所有子节点；查找父节点：通过已知节点，查询该节点的所有父节点；节点删除；节点复制；节点修改；校验。下面，重点讨论查询子节点和校验二种算法。其他的类似。
基于BOM建立的系统，采用存储过程比较科学，可以减少网络通信量，执行的速度快，提高系统的响应速度；较强的适应性和安全性。所以，这里的算法也是基于存储过程实现的。
2.3 基于存储过程的子节点查询算法
遍历子节点，通常有三种算法：前序遍历、中序遍历、后序遍历。所谓前序遍历是第一次经过节点的时候，进行访问；中序遍历（或后序遍历）是第二次（或第三次）经过节点的时候，进行访问。它们的时间复杂度都为0(n)。这里，采用了一个种近似中序遍历算法。算法分三部分：第一部分是建立临时的表空间：第二部分是通过关联关系，对BOM表进行关联循环操作；第三部分是读取需要的子节点信息。算法的输入参数是待求节点编号，算法主要代码如下：
2.4 编码校验算法
电柜生产企业BOM树存储了大量的数据信息，经常进行导人数据、增加、修改、删除等操作。在这个过程中，由于人为的或者程序本身的原因，很容易破坏BOM的结构，所以对BOM的编码进行校验是必要的。对于BOM编号的校验，重点是考察二个方面的内容：
1)是否形成了循环节点。如B是A的子节点，C是B的子节点，A又是C的子节点。这就形成了一个循环，显然违背了实际情况。
2)是否存在无父节点的情况。如果存在没有父节点的节点，同时它又不是根节点，显然它也不是合法的节点。
进行编号校验，常用的方法是递归和游标跟踪。对于数据库而言，游标是一种十分昂贵的资源，打开和关闭游标会消耗系统很多的资源，所以，这里，我们放弃使用这二种方式，采用循环操作。算法分为三个部分：第一部分是设置相关变量；第二部分是通过关联关系，对BOM表进行关联循环操作，并将读取的结果放入到临时的一个变量中；第三部分是显示结果信息。主要代码如下：
3 电柜生产企业BOM管理应用案例
基于前面的理论方法，结合具体企业的实际需求，开发了电柜生产企业BOM管理系统，BOM配置界面如图4所示。
图4 BOM配置界面
系统整体上采用B/S结构，体系结构如图5所不。
图5 BOM管理系统结构
1)用户界面层为用户提供了与系统交互的接口。通过该层，用户可以提交请求。
2)业务逻辑封装层是系统的核心，它负责处理来自用户页面层传递过来的客户请求，同时将处理结果以SqlDataReader或者DataTable的形式返回给用户。SqIDataReader返回的是单个处理数据，而DataTable则表现为数据集。这二个类是C#数据库操作常用的类。
3)公共访问层封装了业务逻辑层各种对数据库的可能操作，保证了系统与数据库连接的唯一性，提高了安全性。同时在该层使用连接池技术，提高数据库的访问速度。
4)数据存储层存储了企业大量的信息数据，如：企业人员信息、设计BOM信息、材料参数BOM、制造BOM信息、采购BOM信息、成本BOM信息等。它为业务逻辑层提供各种相关数据。
4 结束语
BOM管理是电柜生产企业的核心问题之一。文章重点讨论了电柜生产企业的BOM模型体系结构，给出了五种BOM形式。通过数学模型，对BOM树进行了表示，并在关系型数据库进行存储和定义。基于该模型的BOM管理系统已经在某电柜生产企业应用，并且取得了不错的经济效益。
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本文标题：电柜生产企业BOM体系结构研究与应用
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