0 引言
物料清單(Bill of Material，BOM)主要是表達企業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品中零部件的構(gòu)成關(guān)系。它是企業(yè)信息系統(tǒng)（如PDM，ERP等）中核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，是企業(yè)的信息紐帶。產(chǎn)品設(shè)計、工藝編制、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售、成本核算等都要用到BOM。電柜生產(chǎn)企業(yè)是一種典型的多品種、少批量、離散型企業(yè)，BOM數(shù)據(jù)非常龐大、復(fù)雜。在市場競爭日趨激烈的情況下，企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)不得不隨著客戶的要求而不斷變化，導(dǎo)致了BOM數(shù)據(jù)的動態(tài)改變，從而使BOM數(shù)據(jù)及其管理更加復(fù)雜化，所以對BOM的有效管理成為電柜生產(chǎn)企業(yè)管理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。目前，對于電柜生產(chǎn)企業(yè)的BOM研究相對較少。研究主要集中在通用型BOM和大型航天產(chǎn)品BOM的研究。對于BOM結(jié)構(gòu)，常用的存儲方法是利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，采用規(guī)劃性或者基于與或關(guān)系存儲，維護起來比較困難。本文提出了基于雙主鍵的存儲方式，明顯減低了數(shù)據(jù)的冗余，使得BOM的維護變得簡單。
1 電柜生產(chǎn)企業(yè)的BOM體系研究
電柜生產(chǎn)過程包括材料的選擇、供應(yīng)商的確定、工藝的設(shè)計、計劃制定以及質(zhì)量控制等諸多相關(guān)環(huán)節(jié)，涉及的數(shù)據(jù)信息十分復(fù)雜，包括：材料信息、庫存信息、供應(yīng)商信息、工藝信息、計劃信息及質(zhì)量等。這些信息產(chǎn)生于不同的業(yè)務(wù)過程，又為不同的業(yè)務(wù)部門使用。由于缺乏全過程的電柜生產(chǎn)信息模型，使得信息被分割在相互獨立的應(yīng)用系統(tǒng)中，割裂了數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，成為信息孤島。這使得各部門、各過程間，數(shù)據(jù)無法及時共享，降低了電柜企業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平，延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，減緩了資金的周轉(zhuǎn)速度。在當(dāng)前金融危機形勢下，資金周轉(zhuǎn)速度的快慢對企業(yè)生存是致命的。本文以BOM為切入點，建立了面向全過程的電柜BOM轉(zhuǎn)換過程模型。
電柜生產(chǎn)企業(yè)以BOM作為信息管理的主要手段，在不同階段應(yīng)用不同的BOM。電柜設(shè)計定型后發(fā)放設(shè)計BOM。設(shè)計BOM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表達了電柜按設(shè)計劃分而生成的結(jié)構(gòu)和零部件組成關(guān)系，并不表示生產(chǎn)中的真正裝配過程。出于對工藝方面和生產(chǎn)過程的考慮，工藝設(shè)計時需對設(shè)計BOM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系進行一定程度的調(diào)整和修改（如增加、修改工藝構(gòu)型結(jié)點等），形成可制造的裝配工藝樹，在此基礎(chǔ)上進行裝配工藝設(shè)計、加工工藝設(shè)計及工裝制造工藝設(shè)計，并加入相應(yīng)的工藝信息。生產(chǎn)部門安排作業(yè)計劃、組織生產(chǎn)，形成制造BOM。采購部門利用制造BOM生成采購BOM，以制定供應(yīng)計劃和采購計劃；財務(wù)和物資部門則基于整個過程的消耗，生成成本BOM，進行成本核算、價格控制等。這些BOM數(shù)據(jù)之間具有相互關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)化、衍生的關(guān)系，如圖1所示。BOM間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系也反映了各部門之間互相溝通、相互協(xié)作的過程。
圖1 電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM體系結(jié)構(gòu)
從上面的分析，可以得出：在電柜生產(chǎn)的過程中，涉及到設(shè)計BOM、參數(shù)BOM、制造BOM、采購BOM和成本BOM。這些組成了電柜BOM體系結(jié)構(gòu)。
1)電柜設(shè)計BOM
電柜設(shè)計BOM信息來源一般是設(shè)計部門提供的成套設(shè)計圖紙中標(biāo)題欄和明細(xì)欄信息。它在設(shè)計結(jié)束時匯總產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)往往是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的形式，樹上每個節(jié)點關(guān)聯(lián)各類屬性或圖形信息。它可以由四元組來表示，設(shè)計BOM={產(chǎn)品明細(xì)表、材料明細(xì)表、圖樣目錄、產(chǎn)品材料結(jié)構(gòu)表}。設(shè)計BOM面臨的一個約束條件就是材料參數(shù)BOM。
2)電柜材料參數(shù)BOM
材料參數(shù)BOM是由材料各個主要性能和材料間的相互約束關(guān)系構(gòu)成。如圖2就是一個典型的參數(shù)BOM。
圖2 互感器主要性能參數(shù)以及和刀開關(guān)、電流表的約束關(guān)系
互感器與刀開關(guān)、電流表產(chǎn)生了約束關(guān)系。材料參數(shù)BOM主要用于產(chǎn)品設(shè)計過程中，選擇材料的時候，縮小選擇范圍，方便操作。材料參數(shù)BOM={材料名稱，性能參數(shù)，約束材料名稱集}
3)電柜制造BOM
電柜生產(chǎn)部門的制造BOM是在設(shè)計BOM的基礎(chǔ)上，根據(jù)電柜的工藝特點和裝配要求設(shè)計出來的，包括加工零部件和按工藝要求的毛胚、模具、卡具等。制造BOM={工藝路線表、關(guān)鍵工序匯總表、重要件關(guān)鍵件明細(xì)表、自制件明細(xì)表、通用件明細(xì)表、通用專用工裝明細(xì)表、設(shè)備明細(xì)表、車間作業(yè)計劃}。
4)電柜采購BOM
電柜采購BOM是根據(jù)制造BOM要求外購的原材料、標(biāo)準(zhǔn)件和成套部件等產(chǎn)生的。一般來源于設(shè)計圖紙和工藝卡片上信息匯總。由采購部門或生產(chǎn)準(zhǔn)備部門根據(jù)其安排采購計劃。采購BOM={外購件明細(xì)表、供應(yīng)商信息、供應(yīng)商提供的材料信息}。
5)電柜成本BOM
電柜成本BOM是根據(jù)企業(yè)從接收到訂單開始至訂單處理完，整個過程的消耗。一般由財務(wù)部門根據(jù)企業(yè)定義的零件標(biāo)準(zhǔn)成本、建議成本、現(xiàn)行成本，進行處理。
2 電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM樹數(shù)學(xué)模型及BOM樹操作
2.1 BOM的本質(zhì)
BOM的本質(zhì)是一棵帶有權(quán)重的樹，即一個連通且無回路的無向圖。
圖3 BOM的權(quán)重樹表示
圖3就是一個典型的BOM樹。這棵“樹”的特殊之處在于它有二個根結(jié)點。這并不影響到對問題的討論。處于頂層的a節(jié)點和b節(jié)點是樹的根結(jié)點。用v表示BOM圖中節(jié)點的個數(shù)，e表示BOM圖中弧的數(shù)目。如果二個節(jié)點間直接通過弧鏈接，顯然它們之間存在父子關(guān)系。BOM樹滿足如下的性質(zhì)：
1)BOM樹是無回路的連通圖：
2)BOM樹是無回路的，而且滿足e=v-1；
3)BOM樹是連通的，而且滿足e=v-1；
4)BOM是無回路的，若在其中任意二個節(jié)點之間新增加一條弧，則必得且僅得一個回路；
5)BOM是連通的，如在其中任意刪去一條弧，則BOM樹一定不連通；
6)BOM中任何一對節(jié)點之間有且僅有一條通路。
2.2 BOM樹表示及其向關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)化
對于BOM樹的表示是BOM設(shè)計中最重要的一個環(huán)節(jié)。這里，提出節(jié)點向上表示方法：通過三元組：Node={α，β，n}。三元組中第一個元素Q表示節(jié)點本身，第二個元素B表示該節(jié)點的父節(jié)點，第三個元素n表示該子節(jié)點裝配父節(jié)點時的數(shù)量關(guān)系。如：圖3中的d={d，a，4}。這種方法對于根結(jié)點的表示就比較特殊，如a節(jié)點，a={a，a，1}。
節(jié)點向上表示方法，可以采用基于數(shù)據(jù)庫的雙主鍵進行存儲，與通常的規(guī)劃性或者與或技術(shù)來實現(xiàn)樹狀結(jié)構(gòu)存儲有不少的優(yōu)點：減少了數(shù)據(jù)的冗余；可以實現(xiàn)級數(shù)無限：子節(jié)點的復(fù)制和刪除很簡單，為便于討論，建立如表1的一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表格。它省略了與討論無關(guān)的字段。
表1 BOM表字段信息
對于樹結(jié)構(gòu)而言，通常的操作有：深度遍歷，搜索一個節(jié)點的所有左節(jié)點，然后再搜索右邊的節(jié)點；廣度遍歷，生成每一個節(jié)點的層次號，將根節(jié)點看作是第一層節(jié)點，然后把根節(jié)點的下一級節(jié)點作為子節(jié)點；查找子節(jié)點，通過已知節(jié)點，查詢該節(jié)點的所有子節(jié)點；查找父節(jié)點：通過已知節(jié)點，查詢該節(jié)點的所有父節(jié)點；節(jié)點刪除；節(jié)點復(fù)制；節(jié)點修改；校驗。下面，重點討論查詢子節(jié)點和校驗二種算法。其他的類似。
基于BOM建立的系統(tǒng)，采用存儲過程比較科學(xué)，可以減少網(wǎng)絡(luò)通信量，執(zhí)行的速度快，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；較強的適應(yīng)性和安全性。所以，這里的算法也是基于存儲過程實現(xiàn)的。
2.3 基于存儲過程的子節(jié)點查詢算法
遍歷子節(jié)點，通常有三種算法：前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷。所謂前序遍歷是第一次經(jīng)過節(jié)點的時候，進行訪問；中序遍歷（或后序遍歷）是第二次（或第三次）經(jīng)過節(jié)點的時候，進行訪問。它們的時間復(fù)雜度都為0(n)。這里，采用了一個種近似中序遍歷算法。算法分三部分：第一部分是建立臨時的表空間：第二部分是通過關(guān)聯(lián)關(guān)系，對BOM表進行關(guān)聯(lián)循環(huán)操作；第三部分是讀取需要的子節(jié)點信息。算法的輸入?yún)?shù)是待求節(jié)點編號，算法主要代碼如下：
2.4 編碼校驗算法
電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM樹存儲了大量的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)常進行導(dǎo)人數(shù)據(jù)、增加、修改、刪除等操作。在這個過程中，由于人為的或者程序本身的原因，很容易破壞BOM的結(jié)構(gòu)，所以對BOM的編碼進行校驗是必要的。對于BOM編號的校驗，重點是考察二個方面的內(nèi)容：
1)是否形成了循環(huán)節(jié)點。如B是A的子節(jié)點，C是B的子節(jié)點，A又是C的子節(jié)點。這就形成了一個循環(huán)，顯然違背了實際情況。
2)是否存在無父節(jié)點的情況。如果存在沒有父節(jié)點的節(jié)點，同時它又不是根節(jié)點，顯然它也不是合法的節(jié)點。
進行編號校驗，常用的方法是遞歸和游標(biāo)跟蹤。對于數(shù)據(jù)庫而言，游標(biāo)是一種十分昂貴的資源，打開和關(guān)閉游標(biāo)會消耗系統(tǒng)很多的資源，所以，這里，我們放棄使用這二種方式，采用循環(huán)操作。算法分為三個部分：第一部分是設(shè)置相關(guān)變量；第二部分是通過關(guān)聯(lián)關(guān)系，對BOM表進行關(guān)聯(lián)循環(huán)操作，并將讀取的結(jié)果放入到臨時的一個變量中；第三部分是顯示結(jié)果信息。主要代碼如下：
3 電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM管理應(yīng)用案例
基于前面的理論方法，結(jié)合具體企業(yè)的實際需求，開發(fā)了電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM管理系統(tǒng)，BOM配置界面如圖4所示。
圖4 BOM配置界面
系統(tǒng)整體上采用B/S結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)如圖5所不。
圖5 BOM管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1)用戶界面層為用戶提供了與系統(tǒng)交互的接口。通過該層，用戶可以提交請求。
2)業(yè)務(wù)邏輯封裝層是系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)處理來自用戶頁面層傳遞過來的客戶請求，同時將處理結(jié)果以SqlDataReader或者DataTable的形式返回給用戶。SqIDataReader返回的是單個處理數(shù)據(jù)，而DataTable則表現(xiàn)為數(shù)據(jù)集。這二個類是C#數(shù)據(jù)庫操作常用的類。
3)公共訪問層封裝了業(yè)務(wù)邏輯層各種對數(shù)據(jù)庫的可能操作，保證了系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫連接的唯一性，提高了安全性。同時在該層使用連接池技術(shù)，提高數(shù)據(jù)庫的訪問速度。
4)數(shù)據(jù)存儲層存儲了企業(yè)大量的信息數(shù)據(jù)，如：企業(yè)人員信息、設(shè)計BOM信息、材料參數(shù)BOM、制造BOM信息、采購BOM信息、成本BOM信息等。它為業(yè)務(wù)邏輯層提供各種相關(guān)數(shù)據(jù)。
4 結(jié)束語
BOM管理是電柜生產(chǎn)企業(yè)的核心問題之一。文章重點討論了電柜生產(chǎn)企業(yè)的BOM模型體系結(jié)構(gòu)，給出了五種BOM形式。通過數(shù)學(xué)模型，對BOM樹進行了表示，并在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行存儲和定義。基于該模型的BOM管理系統(tǒng)已經(jīng)在某電柜生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用，并且取得了不錯的經(jīng)濟效益。
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本文標(biāo)題：電柜生產(chǎn)企業(yè)BOM體系結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用
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