复杂产品是指客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂的一类产品，如飞机、船舶，航空器等。复杂产品的研制具有周期长、成本高、风险大等特点，大都以“主制造商-供应商”协同模式进行研制。由于各供应商和主制造商组织机制、管理方式、地理位置的不同，导致主制造商对供应商数据管理困难，尤其当工程更改发生时，难以保证受影响的数据都同步发生更改以保持工程数据源的一致性。以BOM(Bill of Material)为核心的数据模型作为产品数据管理技术的一个重要方面，国内外已有许多学者做了大量的研究，但主要是研究EBOM(Engineering BOM，工程EBOM)和MBOM(Manufacturing BOM，制造BOM)的构建方法，对SBOM(Supplier BOM，供应商BOM)的研究很少；提出了采购BOM的概念，但是仅考虑了批产阶段的采购，没有考虑到研发阶段更改频繁的特点，没有建立SBOM和供应商相关文档(如供应商交付要求等)、工艺和资源等的联系，容易造成更改的不同步。
因此，本文将针对复杂产品协同开发的特点，以EBOM为源头建立SBOM，并以SBOM为核心建立供应商数据模型，以实现主制造商对供应商数据进行一致性管理，并基于PLM(Product Lifecycle Management，产品生命周期管理)软件进行了系统开发。
1 EBOM-SBOM转换基本原理
1.1 SBOM的基本定义
在产品生命周期中，根据产品类型、产品生命周期阶段、适用领域或部门等不同，存在多种BOM视图，如EBOM、PBOM(工艺BOM)、MBOM等。在复杂产品协同开发过程中，主制造商还会根据不同供应商对外协的部件建立SBOM。EBOM从产品的工程设计角度反映了产品零部件的装配关系和数量，是由主制造商构建的产品数据的源头，其他BOM都是在EBOM基础上转化而来。
在根据EBOM构建PBOM/MBOM的同时，需要对EBOM中顶层供应商协作零部件（外协件）进行重新组合转化形成SBOM。所谓顶层外协件是指：该结点是外协件；其父结点不是外协件。EBOM中的每一个顶层外协件都对应一个或多个SBOM，即要求供应商按照各自的SBOM及其他供应商相关文档的要求完成外协件的生产和交付。
1.2 供应商协作零部件分类
由于受产品特点、供应商策略、部件交付状态等因素的影响，外协件可以分为不同的类型，不同类型的外协件的特点和构建SBOM的过程各不相同。外协件分类如下：
(1)简单外协件：是由供应商负责设计、制造的外协件。特点是主制造商不在EBOM中对其结构进行细化，因此主制造商不会对简单外协件创建SBOM。如图1中C为简单外协件，无需构建SBOM。
(2)普通外协件：是由主制造商设计、供应商制造的，其EBOM的结构层次、数量关系和对应的SBOM的结构层次、数量关系完全相同的外协件。如图1中E为普通外协件，其对应的SBOM为E，二者结构层次和数量关系未发生变化。
(3)工艺外协件：是由主制造商设计、供应商制造的，其EBOM的结构层次、数量关系和对应的SBOM的结构层次、数量关系不同的外协件。图1中D为工艺外协件，其对应的供应商BOM为D1，二者的结构发生了变化拆分外协件：是由主制造商设计、供应商制造，它与前面普通外协件和工艺外协件的区别是，拆分外协件被拆分成了多个SBOM，而普通外协件和工艺外协件只对应一个SBOM。如图1中F为拆分外协件，外协件F是由6个L和6个M组成的，被拆分成了两个SBOM，它们分别为F1和F2，具体的数量关系见图1。
图1 工程BOM向供应商BOM转换示意图
2 供应商BOM模型构建
2.1 BOM模型定义
BOM为树状结构，包括零部件结点和结点之间的关系，BOM的表示模型定义如下。
定义一：n为任一BOM中的一个结点，X为BOM视图的名称，nX表示XBOM视图下的任一结点，本文中XBOM表示EBOM、MBOM、SBOM……中的任意一个BOM，节点集合N为产品全生命周期模型中所有BOM视图中的所有结点集合，NX表示XBOM视图下结点的集合。表示为：
其中，X表示BOM名称。
定义二：关系空间R为一个BOM中所有父子关系r的集合（RX表示XBOM中所有父子关系的集合），父子关系r用一个三元组来表示，np，nc分别表示父结点和子结点。表示为：
式中：np∈N，nc∈N，k为自然数。
2.2 BOM各阶段视图演化运算方法
在上面BOM模型定义的基础上，提出以下BOM间演化运算方法：
(1)复制运算：将某BOM视图中的一个结点本身及其所有子结点、结点关系三元组和结点属性完全复制到另一个BOM视图中新结点的操作。复制运算用符号“→”表示，其表示如下：
其中：
上式表示将XBOM视图的n1及其属性，关系三元组，及其所有后代结点的属性、关系三元组复制到YBOM视图的n1。
(2)加减运算：当两个父子装配关系三元组中的第一个和第二个元素相同时，可以进行加减运算，否则视为集合元素的加减；关系空间R和父子装配关系的加减运算视为集合元素的加减。加减运算的符号用“±”表示，其表示如下：
上面二式分别表示结点装配关系的加减运算和集合元素的加减运算，第二个式中的RE表示EBOM试图中的所有装配关系元素。
(3)替换运算：用于将关系三元组中的父结点或子结点进行替换，其表示如下：
其中为np需要被替换的结点，nf为替换后的结点，替换运算可以通过关系三元组的加减运算实现。
2.3 供应商BOM模型
从EBOM转换构建形成SBOM，实际上就是从EBOM中的外协件构建供应商BOM，下面针对不同的外协件类型，提出构建的方法。
简单外协件：主制造商只需定义接口控制文件，无需定义供应商BOM。
普通外协件：由于供应商BOM中的结构层次和数量关系与工程BOM中的完全相同，直接采用复制运算即可。其数学描述为：
表示将某EBOM视图中的n结点本身及其所有子结点、结点关系三元组和结点属性完全复制到SBOM中。
(3)工艺外协件：由于供应商BOM中的结构层次和数量关系与工程BOM中的不完全相同。首先采用复制操作，然后根据实际情况采用加减或替换运算完成SBOM的构建。下面以图1中的工艺外协件D为例进行说明：
将工程BOM中的D结点复制到SBOM中的D，结点；
根据实际情况做加减运算，完成SBOM的构建。
(4)拆分外协件：对于拆分外协件n，首先采用多次复制操作，复制的次数等于要拆分的SBOM的数目，然后根据每个SBOM的实际情况采用加减或替换运算。下面以图1中的拆分外协件F为例进行说明：
复制得到第一个SBOM，设定该SBOM装配空间为R1；
根据实际情况做加减运算，完成第一个SBOM的构建。
复制得到第二个SBOM，设定该SBOM装配空间为R2；
根据实际情况做加减运算，完成第二个SBOM的构建。
在构建SBOM时，需要首先判断外协件的类型，然后针对不同类型的外协件采用不同的方法。对于工艺外协件和拆分外协件，需要根据实际情况进行加减或替换运算，因此需要人机交互。
3 以SBOM为核心的供应商数据管理
复杂产品协同开发的一个重要特点是工程更改频繁，为了保证受影响的数据与工程数据的同步更改、维护产品数据的一致性，建立了以BOM为核心的数据关联模型。
图2建立的是零部件结点的BOM模型。产品生命周期中有多个BOM，每个BOM中的的一个零部件结点有多个版本。为了便于管理，将某结点在一个BOM中的多个版本抽象成一个概念一视图(View)，将该结点的多个视图抽象成一个概念-主零件（Master Part）。为了简便，图中仅列出了两个视图-工程视图和供应商视图，每个视图仅列出了两个版本-A版和B版。一个视图下的某个版本的零件经过工程更改演变成该视图下的另一个版本，经过BOM转化得到另一个视图下的一个新的版本。因此采用这种方式，不仅可以很清楚地显示不同BOM中不同版本的区别，还能够建立并显示它们的联系。这样，当发生工程更改时，可以根据BOM转换时建立的联系找到其他BOM视图（本文主要是SBOM视图）中关联的结点，对其更改完毕还可以更新和维护更改后结点的关联关系。
图2 以SBOM为核心供应商数据模型
当发生工程更改时，可以通过上面建立的联系找到SBOM中与更改对象相关联的零组件，但是仍然无法确定具体的更改对象，即确定更改的文件。为了解决这一问题，本文提出了以SBOM为核心的数据管理方法，建立了BOM的任一结点、与该结点有关的各类文档、工艺和资源的关联。图3为建立的供应商数据模型。
图3 供应商数据关联模型
根据此数据关联模型，对SBOM中的任一零组件可以查找到与此零组件相关的所有文档、工艺、资源等。这样，当EBOM中的某个文档或零组件发生更改，通过BOM之间的关联关系，找到SBOM中相关的部件，然后通过供应商数据模型，查找到与供应商BOM中零部件关联的文档、工艺、资源，并判断其它们否需要更改，从而能够保证更改的同步，维护产品数据的一致性。
4 应用
某飞机制造公司采用“主制造商-供应商”模式。是某型号飞机研制的主制造商。公司的PDM平台上存储有大量的与供应商相关的数据，但是它们与BOM之间没有联系；当更改发生时，无法自动提示更改的可能的影响对象，缺乏对供应商数据的控制。本课题组在PLM软件平台Winchill的基础上做了二次开发，利用本文提出的BOM演变建模方法，实现了工程BOM到供应商BOM的转化和管理，BOM转化模块中建立了EBOM视图和供应商BOM视图，定义了EBOM中外协件的类型，对不同的类型的外协件完成从EBOM到SBOM的转化，图4为工程BOM到供应商BOM的转化页面。
图4 工程BOM到供应商BOM的转化
除BOM转化模块外，还建立了以SBOM为核心的数据组织模型，该模型与各阶段BOM、工程/工艺/供应商交付等相关文档建立了关联关系，图5表示了SBOM和工艺、资源等的联系。在发生工程更改时，会根据建立的关联提示可能受到影响的数据对象，以保证所有受影响的对象发生同步更改。
图5 供应商相关数据之间的关联影响
5 结论
复杂产品开发过程中对供应商数据的协同管理直接影响产品开发的效率和质量，本文以主制造商创建的EBOM为源头，针对不同类型的外协件，提出了供应商BOM的构建方法，建立了以供应商BOM为核心的数据模型，并基于PLM软件进行了系统开发，解决了产品研制工程中更改频繁，难以快速定位和管理受影响的供应商产品数据对象等问题，对保证产品数据的完整性和一致性有重要作用。目前该系统已经应用于某飞机制造公司对供应商数据的管理，已取得良好的效果。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：面向复杂产品协同开发的供应商数据建模技术
相关文章
