復(fù)雜產(chǎn)品是指客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過程復(fù)雜、項目管理復(fù)雜的一類產(chǎn)品，如飛機、船舶，航空器等。復(fù)雜產(chǎn)品的研制具有周期長、成本高、風(fēng)險大等特點，大都以“主制造商-供應(yīng)商”協(xié)同模式進行研制。由于各供應(yīng)商和主制造商組織機制、管理方式、地理位置的不同，導(dǎo)致主制造商對供應(yīng)商數(shù)據(jù)管理困難，尤其當工程更改發(fā)生時，難以保證受影響的數(shù)據(jù)都同步發(fā)生更改以保持工程數(shù)據(jù)源的一致性。以BOM(Bill of Material)為核心的數(shù)據(jù)模型作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)的一個重要方面，國內(nèi)外已有許多學(xué)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)的構(gòu)建方法，對SBOM(Supplier BOM，供應(yīng)商BOM)的研究很少；提出了采購BOM的概念，但是僅考慮了批產(chǎn)階段的采購，沒有考慮到研發(fā)階段更改頻繁的特點，沒有建立SBOM和供應(yīng)商相關(guān)文檔(如供應(yīng)商交付要求等)、工藝和資源等的聯(lián)系，容易造成更改的不同步。
因此，本文將針對復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的特點，以EBOM為源頭建立SBOM，并以SBOM為核心建立供應(yīng)商數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)主制造商對供應(yīng)商數(shù)據(jù)進行一致性管理，并基于PLM(Product Lifecycle Management，產(chǎn)品生命周期管理)軟件進行了系統(tǒng)開發(fā)。
1 EBOM-SBOM轉(zhuǎn)換基本原理
1.1 SBOM的基本定義
在產(chǎn)品生命周期中，根據(jù)產(chǎn)品類型、產(chǎn)品生命周期階段、適用領(lǐng)域或部門等不同，存在多種BOM視圖，如EBOM、PBOM(工藝BOM)、MBOM等。在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)過程中，主制造商還會根據(jù)不同供應(yīng)商對外協(xié)的部件建立SBOM。EBOM從產(chǎn)品的工程設(shè)計角度反映了產(chǎn)品零部件的裝配關(guān)系和數(shù)量，是由主制造商構(gòu)建的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭，其他BOM都是在EBOM基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化而來。
在根據(jù)EBOM構(gòu)建PBOM/MBOM的同時，需要對EBOM中頂層供應(yīng)商協(xié)作零部件（外協(xié)件）進行重新組合轉(zhuǎn)化形成SBOM。所謂頂層外協(xié)件是指：該結(jié)點是外協(xié)件；其父結(jié)點不是外協(xié)件。EBOM中的每一個頂層外協(xié)件都對應(yīng)一個或多個SBOM，即要求供應(yīng)商按照各自的SBOM及其他供應(yīng)商相關(guān)文檔的要求完成外協(xié)件的生產(chǎn)和交付。
1.2 供應(yīng)商協(xié)作零部件分類
由于受產(chǎn)品特點、供應(yīng)商策略、部件交付狀態(tài)等因素的影響，外協(xié)件可以分為不同的類型，不同類型的外協(xié)件的特點和構(gòu)建SBOM的過程各不相同。外協(xié)件分類如下：
(1)簡單外協(xié)件：是由供應(yīng)商負責(zé)設(shè)計、制造的外協(xié)件。特點是主制造商不在EBOM中對其結(jié)構(gòu)進行細化，因此主制造商不會對簡單外協(xié)件創(chuàng)建SBOM。如圖1中C為簡單外協(xié)件，無需構(gòu)建SBOM。
(2)普通外協(xié)件：是由主制造商設(shè)計、供應(yīng)商制造的，其EBOM的結(jié)構(gòu)層次、數(shù)量關(guān)系和對應(yīng)的SBOM的結(jié)構(gòu)層次、數(shù)量關(guān)系完全相同的外協(xié)件。如圖1中E為普通外協(xié)件，其對應(yīng)的SBOM為E，二者結(jié)構(gòu)層次和數(shù)量關(guān)系未發(fā)生變化。
(3)工藝外協(xié)件：是由主制造商設(shè)計、供應(yīng)商制造的，其EBOM的結(jié)構(gòu)層次、數(shù)量關(guān)系和對應(yīng)的SBOM的結(jié)構(gòu)層次、數(shù)量關(guān)系不同的外協(xié)件。圖1中D為工藝外協(xié)件，其對應(yīng)的供應(yīng)商BOM為D1，二者的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化拆分外協(xié)件：是由主制造商設(shè)計、供應(yīng)商制造，它與前面普通外協(xié)件和工藝外協(xié)件的區(qū)別是，拆分外協(xié)件被拆分成了多個SBOM，而普通外協(xié)件和工藝外協(xié)件只對應(yīng)一個SBOM。如圖1中F為拆分外協(xié)件，外協(xié)件F是由6個L和6個M組成的，被拆分成了兩個SBOM，它們分別為F1和F2，具體的數(shù)量關(guān)系見圖1。
圖1 工程BOM向供應(yīng)商BOM轉(zhuǎn)換示意圖
2 供應(yīng)商BOM模型構(gòu)建
2.1 BOM模型定義
BOM為樹狀結(jié)構(gòu)，包括零部件結(jié)點和結(jié)點之間的關(guān)系，BOM的表示模型定義如下。
定義一：n為任一BOM中的一個結(jié)點，X為BOM視圖的名稱，nX表示XBOM視圖下的任一結(jié)點，本文中XBOM表示EBOM、MBOM、SBOM……中的任意一個BOM，節(jié)點集合N為產(chǎn)品全生命周期模型中所有BOM視圖中的所有結(jié)點集合，NX表示XBOM視圖下結(jié)點的集合。表示為：
其中，X表示BOM名稱。
定義二：關(guān)系空間R為一個BOM中所有父子關(guān)系r的集合（RX表示XBOM中所有父子關(guān)系的集合），父子關(guān)系r用一個三元組來表示，np，nc分別表示父結(jié)點和子結(jié)點。表示為：
式中：np∈N，nc∈N，k為自然數(shù)。
2.2 BOM各階段視圖演化運算方法
在上面BOM模型定義的基礎(chǔ)上，提出以下BOM間演化運算方法：
(1)復(fù)制運算：將某BOM視圖中的一個結(jié)點本身及其所有子結(jié)點、結(jié)點關(guān)系三元組和結(jié)點屬性完全復(fù)制到另一個BOM視圖中新結(jié)點的操作。復(fù)制運算用符號“→”表示，其表示如下：
其中：
上式表示將XBOM視圖的n1及其屬性，關(guān)系三元組，及其所有后代結(jié)點的屬性、關(guān)系三元組復(fù)制到Y(jié)BOM視圖的n1。
(2)加減運算：當兩個父子裝配關(guān)系三元組中的第一個和第二個元素相同時，可以進行加減運算，否則視為集合元素的加減；關(guān)系空間R和父子裝配關(guān)系的加減運算視為集合元素的加減。加減運算的符號用“±”表示，其表示如下：
上面二式分別表示結(jié)點裝配關(guān)系的加減運算和集合元素的加減運算，第二個式中的RE表示EBOM試圖中的所有裝配關(guān)系元素。
(3)替換運算：用于將關(guān)系三元組中的父結(jié)點或子結(jié)點進行替換，其表示如下：
其中為np需要被替換的結(jié)點，nf為替換后的結(jié)點，替換運算可以通過關(guān)系三元組的加減運算實現(xiàn)。
2.3 供應(yīng)商BOM模型
從EBOM轉(zhuǎn)換構(gòu)建形成SBOM，實際上就是從EBOM中的外協(xié)件構(gòu)建供應(yīng)商BOM，下面針對不同的外協(xié)件類型，提出構(gòu)建的方法。
簡單外協(xié)件：主制造商只需定義接口控制文件，無需定義供應(yīng)商BOM。
普通外協(xié)件：由于供應(yīng)商BOM中的結(jié)構(gòu)層次和數(shù)量關(guān)系與工程BOM中的完全相同，直接采用復(fù)制運算即可。其數(shù)學(xué)描述為：
表示將某EBOM視圖中的n結(jié)點本身及其所有子結(jié)點、結(jié)點關(guān)系三元組和結(jié)點屬性完全復(fù)制到SBOM中。
(3)工藝外協(xié)件：由于供應(yīng)商BOM中的結(jié)構(gòu)層次和數(shù)量關(guān)系與工程BOM中的不完全相同。首先采用復(fù)制操作，然后根據(jù)實際情況采用加減或替換運算完成SBOM的構(gòu)建。下面以圖1中的工藝外協(xié)件D為例進行說明：
將工程BOM中的D結(jié)點復(fù)制到SBOM中的D，結(jié)點；
根據(jù)實際情況做加減運算，完成SBOM的構(gòu)建。
(4)拆分外協(xié)件：對于拆分外協(xié)件n，首先采用多次復(fù)制操作，復(fù)制的次數(shù)等于要拆分的SBOM的數(shù)目，然后根據(jù)每個SBOM的實際情況采用加減或替換運算。下面以圖1中的拆分外協(xié)件F為例進行說明：
復(fù)制得到第一個SBOM，設(shè)定該SBOM裝配空間為R1；
根據(jù)實際情況做加減運算，完成第一個SBOM的構(gòu)建。
復(fù)制得到第二個SBOM，設(shè)定該SBOM裝配空間為R2；
根據(jù)實際情況做加減運算，完成第二個SBOM的構(gòu)建。
在構(gòu)建SBOM時，需要首先判斷外協(xié)件的類型，然后針對不同類型的外協(xié)件采用不同的方法。對于工藝外協(xié)件和拆分外協(xié)件，需要根據(jù)實際情況進行加減或替換運算，因此需要人機交互。
3 以SBOM為核心的供應(yīng)商數(shù)據(jù)管理
復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的一個重要特點是工程更改頻繁，為了保證受影響的數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)的同步更改、維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性，建立了以BOM為核心的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型。
圖2建立的是零部件結(jié)點的BOM模型。產(chǎn)品生命周期中有多個BOM，每個BOM中的的一個零部件結(jié)點有多個版本。為了便于管理，將某結(jié)點在一個BOM中的多個版本抽象成一個概念一視圖(View)，將該結(jié)點的多個視圖抽象成一個概念-主零件（Master Part）。為了簡便，圖中僅列出了兩個視圖-工程視圖和供應(yīng)商視圖，每個視圖僅列出了兩個版本-A版和B版。一個視圖下的某個版本的零件經(jīng)過工程更改演變成該視圖下的另一個版本，經(jīng)過BOM轉(zhuǎn)化得到另一個視圖下的一個新的版本。因此采用這種方式，不僅可以很清楚地顯示不同BOM中不同版本的區(qū)別，還能夠建立并顯示它們的聯(lián)系。這樣，當發(fā)生工程更改時，可以根據(jù)BOM轉(zhuǎn)換時建立的聯(lián)系找到其他BOM視圖（本文主要是SBOM視圖）中關(guān)聯(lián)的結(jié)點，對其更改完畢還可以更新和維護更改后結(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
圖2 以SBOM為核心供應(yīng)商數(shù)據(jù)模型
當發(fā)生工程更改時，可以通過上面建立的聯(lián)系找到SBOM中與更改對象相關(guān)聯(lián)的零組件，但是仍然無法確定具體的更改對象，即確定更改的文件。為了解決這一問題，本文提出了以SBOM為核心的數(shù)據(jù)管理方法，建立了BOM的任一結(jié)點、與該結(jié)點有關(guān)的各類文檔、工藝和資源的關(guān)聯(lián)。圖3為建立的供應(yīng)商數(shù)據(jù)模型。
圖3 供應(yīng)商數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型
根據(jù)此數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型，對SBOM中的任一零組件可以查找到與此零組件相關(guān)的所有文檔、工藝、資源等。這樣，當EBOM中的某個文檔或零組件發(fā)生更改，通過BOM之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，找到SBOM中相關(guān)的部件，然后通過供應(yīng)商數(shù)據(jù)模型，查找到與供應(yīng)商BOM中零部件關(guān)聯(lián)的文檔、工藝、資源，并判斷其它們否需要更改，從而能夠保證更改的同步，維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性。
4 應(yīng)用
某飛機制造公司采用“主制造商-供應(yīng)商”模式。是某型號飛機研制的主制造商。公司的PDM平臺上存儲有大量的與供應(yīng)商相關(guān)的數(shù)據(jù)，但是它們與BOM之間沒有聯(lián)系；當更改發(fā)生時，無法自動提示更改的可能的影響對象，缺乏對供應(yīng)商數(shù)據(jù)的控制。本課題組在PLM軟件平臺Winchill的基礎(chǔ)上做了二次開發(fā)，利用本文提出的BOM演變建模方法，實現(xiàn)了工程BOM到供應(yīng)商BOM的轉(zhuǎn)化和管理，BOM轉(zhuǎn)化模塊中建立了EBOM視圖和供應(yīng)商BOM視圖，定義了EBOM中外協(xié)件的類型，對不同的類型的外協(xié)件完成從EBOM到SBOM的轉(zhuǎn)化，圖4為工程BOM到供應(yīng)商BOM的轉(zhuǎn)化頁面。
圖4 工程BOM到供應(yīng)商BOM的轉(zhuǎn)化
除BOM轉(zhuǎn)化模塊外，還建立了以SBOM為核心的數(shù)據(jù)組織模型，該模型與各階段BOM、工程/工藝/供應(yīng)商交付等相關(guān)文檔建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系，圖5表示了SBOM和工藝、資源等的聯(lián)系。在發(fā)生工程更改時，會根據(jù)建立的關(guān)聯(lián)提示可能受到影響的數(shù)據(jù)對象，以保證所有受影響的對象發(fā)生同步更改。
圖5 供應(yīng)商相關(guān)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)影響
5 結(jié)論
復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)過程中對供應(yīng)商數(shù)據(jù)的協(xié)同管理直接影響產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，本文以主制造商創(chuàng)建的EBOM為源頭，針對不同類型的外協(xié)件，提出了供應(yīng)商BOM的構(gòu)建方法，建立了以供應(yīng)商BOM為核心的數(shù)據(jù)模型，并基于PLM軟件進行了系統(tǒng)開發(fā)，解決了產(chǎn)品研制工程中更改頻繁，難以快速定位和管理受影響的供應(yīng)商產(chǎn)品數(shù)據(jù)對象等問題，對保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和一致性有重要作用。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某飛機制造公司對供應(yīng)商數(shù)據(jù)的管理，已取得良好的效果。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：面向復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的供應(yīng)商數(shù)據(jù)建模技術(shù)
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