市場競爭的加劇、用戶需求的日益多樣化,使當(dāng)前制造業(yè)的焦點由大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向大規(guī)模定制。在接到從市場部傳遞的客戶訂單后,工程設(shè)計人員在準(zhǔn)確理解客戶特殊需求后,利用可配置的產(chǎn)品族模型準(zhǔn)確、快速的選配出滿足訂單需求的產(chǎn)品,這與傳統(tǒng)模式下新產(chǎn)品的開發(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)品族配置管理可對制造企業(yè)中系列化產(chǎn)品的BOM配置進行有效管理,對提高系列產(chǎn)品間零部件的重用、降低設(shè)計制造成本、快速滿足客戶個性化需求起到重要作用,并且能夠很好地解決過去多層BOM產(chǎn)品族管理中的數(shù)據(jù)庫冗余問題。
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,采用各種方式來實現(xiàn)產(chǎn)品族BOM的配置管理,但在產(chǎn)品族BOM配置管理的計算機軟件實現(xiàn)方法上仍存在以下不足:
(1)缺少基礎(chǔ)物料庫的底層數(shù)據(jù)存儲結(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,導(dǎo)致產(chǎn)品族BOM配置主要依賴有經(jīng)驗的人工方式實現(xiàn),由產(chǎn)品族BOM配置新產(chǎn)品的效率低、易出錯;
(3)過去多采用多層BOM的配置實現(xiàn)算法,通過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),通過零部件之間的裝配與被裝配關(guān)系即父子關(guān)系來描述,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)系則無需定義,可在基礎(chǔ)物料庫中獲取,如圖1、表1所示。
圖1 單層BOM的數(shù)據(jù)庫記錄顯示
表1 單層BOM的數(shù)據(jù)庫記錄顯示
由于單層BOM只記錄相鄰層次零部件的單層對應(yīng)關(guān)系,大大減少了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的冗余,便于數(shù)據(jù)庫的維護,且有利于BOM中的零部件的變更和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的實時更新。
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,配置時直接選定。
(2)變型配置單元。在產(chǎn)品配置過程中,需要根據(jù)客戶的不同需求來選用不同零部件來實現(xiàn)變型設(shè)計的配置單元。
(3)配置虛節(jié)點。配置虛節(jié)點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)品族配置管理實現(xiàn)方法
2.3.1 基礎(chǔ)物料庫
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)庫稱為基礎(chǔ)物料庫;A(chǔ)物料庫是詳細(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。在這個關(guān)系數(shù)據(jù)庫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描述產(chǎn)品各組成零部件對象的全部信息,如:編號、版本、名稱、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/子項間的兩項隸屬關(guān)系及數(shù)量。
通過信息表和零部件關(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)樹上的每個節(jié)點所對應(yīng)的零部件從基礎(chǔ)物料庫中映射出來,形成由多個產(chǎn)品BOM組合而成的一個產(chǎn)品族BOM結(jié)構(gòu)。在此產(chǎn)品族BOM結(jié)構(gòu)中,部分節(jié)點處存在多于一個的可替換部件,表明在構(gòu)成不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時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)則的約束來從基礎(chǔ)物料庫中自動選擇滿足產(chǎn)品設(shè)計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的形成來自與基礎(chǔ)物料庫中零部件的映射,而產(chǎn)品族BOM中變型配置單元的配置屬性是通過配置規(guī)則來從基礎(chǔ)物料庫中選出的。當(dāng)產(chǎn)品族BOM中的某個零部件的屬性具有多個可選項時,可以把它視為變量,按照該變量取不同的值來配置所需的客戶BOM。如圖3、表2所示,在節(jié)點C上存在兩個變量,選擇功能和性能都不同的兩個部件F或G,將會使配置出來的BOM存在差異,將F和G兩個成熟的部件記錄到基礎(chǔ)物料庫中,通過規(guī)則在基礎(chǔ)物料庫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,大大減少了數(shù)據(jù)的冗余度。
圖3 產(chǎn)品族BOM與基礎(chǔ)物料庫關(guān)系表的映射
表2 產(chǎn)品族BOM與基礎(chǔ)物料庫關(guān)系表的映射
假設(shè)A產(chǎn)品族共包括m個變型配置部件(第i個部件VhV需要Rvi 條數(shù)據(jù)記錄)和n個基礎(chǔ)配置部件(第j個部件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個產(chǎn)品(含有vi 存在 Svi個),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)物料庫會大大減少系統(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)品族配置管理實例說明
通過某齒輪箱生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品族配置管理為例來說明單層BOM的產(chǎn)品族配置管理實現(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)品種類繁多,傳統(tǒng)的多層BOM產(chǎn)品族配置管理將帶來大量數(shù)據(jù)冗余,利用單層BOM產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行管理,可達(dá)到大規(guī)模定制生產(chǎn)并有效減少數(shù)據(jù)庫冗余的目的。
齒輪箱設(shè)計和制造特點決定了引入單層BOM產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的模式將會有利于企業(yè)進行其產(chǎn)品族數(shù)據(jù)管理。
(1)基于單層BOM的基礎(chǔ)物料庫的構(gòu)建
將企業(yè)所設(shè)計的所有成熟零部件按單層BOM方式構(gòu)建為基礎(chǔ)物料庫。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:通過速比來選擇幾級傳動和輸入、輸出齒輪;通過軸來確定齒輪箱的外形;連軸器部件為可選關(guān)系,用戶可根據(jù)需要進行選擇。通過以上規(guī)則約束,設(shè)計人員進行需求輸入,從基礎(chǔ)物料庫中選取相應(yīng)零部件,即可配置出滿足客戶需求的產(chǎn)品。
該生產(chǎn)企業(yè)的JS系列齒輪箱為中心傳動磨機減速機,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)客戶的個性需求派生出多種BOM結(jié)構(gòu),假定每種規(guī)格派生出20種滿足個性需求的BOM結(jié)構(gòu),該系列產(chǎn)品族上的基礎(chǔ)配置部件有150個,每個部件平均有5條記錄,10個變型配置部件,每個部件平均有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,在滿足客戶個性化需求配置時,只需通過規(guī)則從基礎(chǔ)物料庫中將符合條件的零部件映射出來,也就是說無論該系列產(chǎn)品族派生出多少種BOM結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)物料庫中的零部件都只被記錄一次,這就大大減少了數(shù)據(jù)庫的冗余。
4 小結(jié)
制造企業(yè)如何對系列化產(chǎn)品的BOM配置進行有效管理,對提高系列產(chǎn)品間零部件的重用、降低設(shè)計制造成本至關(guān)重要;趩螌覤OM產(chǎn)品族配置管理通過創(chuàng)建統(tǒng)一的物料庫,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)則的約束來從統(tǒng)一物料庫中自動選擇滿足產(chǎn)品設(shè)計要求的零部件,從而實現(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、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的重用,提高BOM信息的利用率,并實現(xiàn)了滿足客戶需求的產(chǎn)品配置反應(yīng)速度快、適應(yīng)能力強的市場需求,全面提高了企業(yè)的市場競爭力。
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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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