大中型裝備產品制造BOM設計

隨著企業信息化建設水平不斷提高，ERP系統對企業產品基礎數據的要求也越來越高。實踐證明，在一些裝備制造企業，特別是大中型裝備產品制造企業，能否設計出科學合理的制造BOM數據結構，往往會成為ERP實施能否成功的關鍵。

　　一、ERP系統對產品基礎數據的基本要求

　　對制造企業來講，各項核心業務都是圍繞產品來展開的。表述產品結構和形成過程的模型是“時間坐標上的產品結構”，而物料清單(Bill of Material)是報表化的物料集成模型。制造BOM(MBOM)的設計過程是工藝工程師根據企業的加工水平和能力，基于工程BOM(EBOM)，按照零件在哪里制造、由誰制造、用什么制造的思路進行再設計，然后用流程性語言描述從原材料到零件，再由零件到成品的整個過程，其本質是以信息流(工序和制造結構等信息)為綱，以物流(原材料和零件信息)為載體，規劃資金流(料費、工費和管理費等)。因此，如果沒有正確完整的物料清單，等于不知道企業產品生產流程，一切業務都將無法有效進行。所以，ERP 系統對產品基礎數據的要求是在“時間坐標”上對“產品結構”的“完整”和“正確”描述。

　　二、大中型裝備產品的設計BOM與制造BOM

　　大中型裝備產品的產品結構一般都比較復雜，技術含量比較高，生產流程復雜且長，一般都屬于加工裝配型生產模式。在產品研發制造過程中，不同階段的BOM基于表述目標的不同而產生結構迥異的BOM，其不同之處主要表現在以下幾個方面。

　　(1)由于大中型裝備產品通常產品結構都比較復雜，所以在產品設計階段產生的工程BOM(EBOM)通常是按系統和功能塊描述產品設計指標和零件與零件之間的設計關系。而在制造階段，這類產品的制造過程是按專業分工劃分，如鈑金加工、鋼結構焊接、零件加工、裝配和試驗等。因此在產品或零件加工裝配過程中，產品的“整體性”和“系統性”特征并不明顯。

　　(2)因工程BOM(EBOM)以描述產品功能結構、系統指標以及零部件技術規范為目標，簡而言之，就是為了說明產品是什么，所以EBOM所描述的是圖樣或文件的結構關系。其結構中的每條記錄描述的是一個零部件的圖樣或技術規范，是一個虛擬的零件。制造BOM描述的是產品從最小零件制造開始，直至組裝完成整個產品的過程，重點是說明產品如何加工。其結構中的每條記錄描述的是一個個“真實”的零部件。所謂“真實”就是每個記錄所涵蓋的內容不但有技術內容，也有工時、材料和費用等管理信息。

　　(3)大中型裝備產品的設計輸出文件一般有系統集成方案設計圖、機械原理設計圖、電氣原理設計圖、機械接口(裝配)設計圖、電氣接口設計圖和部件規范設計等。工程BOM一般也是基于機械接口(裝配)設計圖和電氣接口設計圖進行描述的。對某一零部件來講，其內部組成可能涉及以上所有圖樣，因此，在制造過程中，須將所有圖樣中與其有關的內容在一個工序中打包處理(如該零件既有機械裝配又有電氣裝配)。

　　所以對于大中型裝備產品，產品的制造BOM一般不能夠直接由工程BOM通過簡單的轉化，必須重新設計。

　　 三、制造BOM的設計思路與方法

　　1.一般產品制造 BOM 的設計方法

　　產品制造結構是以產品加工和組裝的制造過程為核心，充分考慮產品結構與工藝流程的相互依存關系，使兩者達到高度統一。一般產品的制造BOM設計較為簡單，只需對設計結構進行輕微調整，甚至無需調整就可以形成制造BOM，調整的過程一般如圖1所示。

　　如圖1所示，設計結構A由B1、B2、B3和B4組成，而制造結構要考慮A的制造過程，如果在1工作中心將B1和B2先組裝，發往2工作中心再進行后續組裝，則制造結構增加了F'，代表1工作中心交付2工作中心的產品，這樣，制造結構與實際的制造組成及工藝流程完全相符。圖中編碼加“'”表示圖號與物料號不相同。

　　2.大中型裝備產品制造 BOM 的設計思路

　　對于大中型裝備產品，又有不同于一般小型產品的特點，如：產品涉及的物料較多，一般在數萬項以上，產品周期內更改的可能性大……最關鍵的是，大中型裝備產品的設計結構及出圖方式與實際制造組織差異較大，不能通過簡單地增加零組件、刪除零組件、BOM結構調整和BOM結構細化分解等方式解決。

　　大中型裝備產品的制造BOM設計難度較大。但其基本上都有一個共同的特點：在總組裝時，一般習慣以一個骨架或殼體為基礎，在不同時間段有不同的工序在這一骨架上進行，或同一骨架需要在不同時間段被移到不同組裝臺位上作業。在同一臺位上也可能存在多工種(如電氣鉗工、機械鉗工或管道工等)交叉作業的情況。所以總組裝部分的制造BOM 結構設計難度最大，需要分析整個組裝工藝過程、各工作中心的工作任務和在組裝臺位上的分布情況等。

　　制造BOM的設計工作流程一般遵從：產品圖樣分析 →工藝流程設計及優化→制造工序劃分→物料分解→分工序制造BOM設計→總成制造BOM設計的設計順序。

　　(1)在產品圖樣分析階段，工藝人員要與設計人員一起分析，在充分了解設計意圖的基礎上，結合本單位的各類生產資源，以及制造技術特點制定出科學合理的工藝方案。一個制造企業的整體工藝技術水平會影響工藝方案的質量，方案的質量決定了工藝流程的合理程度或順暢程度。

　　(2)工藝流程設計時，既要以圖樣為基礎，又要“拋開”圖樣，即制造是實現圖樣的，但過于拘泥于圖樣也會使工藝師過于考慮產品結構在制造過程的完整性，而影響工藝流程的順暢性，進而對生產過程的組織帶來更大的困難。工藝流程設計是真正的“制造過程”的設計，需要考慮產品的制造流程主要工序(如主要工作臺位)。

　　(3)制造工序劃分，主要是按照計控單元對工藝流程做進一步細化和具體。在這個階段要兼顧到零件制造的專業性和完整性，若過于強調專業性，會使工藝人員因為制造結構的過于分散而使整個設計工作復雜化。同一零部件的加工制造工序，應盡量減少在不同計控單元之間的往復流轉。

　　(4)物料分解是以制造工序為單元，對工程BOM中的物料以及工藝物料(如毛胚或工藝用料等)進行重新組合和劃分，以組成新的面向制造組織的“工序結構”。

　　由于大中型裝備產品結構復雜，零部件種類和數量較多，為簡化制造BOM的設計難度和復雜度， 可將整個制造BOM按大部件(或主要流程)劃分為若干個子工序或分工序等獨立的制造單元，分別設計分工序制造BOM，最后將分工序制造BOM集成為完整的總成制造BOM。

　　四、大中型裝備產品制造 BOM 設計應用實例

　　現以 HXD2 系列大功率交流傳動電力機車對制造BOM的設計過程進行解析。

　　HXD2系列大功率交流傳動電力機車是當今最先進的新型模塊化設計的機車之一，是典型的大型軌道運輸裝備產品。該機車由車體、轉向架、主變壓器、主變流裝置、司機室設備、制動系統和車頂設備等主要部件組成。制造工藝采用了以車體為基體，按各主要部件在車體上的裝配順序劃分為五個流水化裝配臺位。每個臺位所承擔的工作內容是按優化后的工藝流程確定的，每個臺位就是一個計控單元或班組，是物料組織和工作內容相對單一(如單一的裝修、管路裝配或設備安裝等)的基礎組織單元。各裝配臺位按集成化工序單元設計，實現了機車裝配工序內獨立和完整，工序間銜接緊密，從而為實現物流按裝配工序打包、按不同工作臺位錯時配送成為可能。這完全符合現代大中型裝備產品工業化制造的先進工藝理念。

　　從以上HXD2型電力機車裝配工藝流程的描述中可以看出，該機車的制造(流程)結構的描述與產品技術(結構)描述差異巨大。產品技術的描述更側重于產品功能性、系統性和主要技術參數;而裝配工藝流程(信息流)則具體反映了機車制造過程中實際的物流線路。所以以裝配工藝流程為基礎描述產品(制造)結構的BOM，才能夠真正滿足ERP系統要求的“時間坐標”上的“完整、正確”的產品基礎數據。

　　在HXD2機車制造BOM設計中，完全打亂了工程BOM的原有結構，臺位1的工作內容主要為整車高低壓布線，臺位2 的工作內容主要為司機室裝修與裝配，臺位3的工作內容主要為制動設備的安裝與裝配等。這些變化是由產品主管工藝師在工藝流程的基礎上，識別圖樣上每個零件在制造過程中的哪個工序，將圖樣上的每個零件按制造或裝配工序重新組合，進而形成新的制造BOM(MBOM)。其設計方法和過程如圖2所示。

　　按以上方法設計的制造BOM模型雖然能夠滿足ERP系統要求，但是由于每個工作臺位之間是串行關系，就HXD2機車而言，最多時其結構多達20余層。這樣會帶來幾個問題：一是不能表達同時作業，并會影響領料時間;二是會產生大量的中間過程件，加大了工單匯報工作量;三是使制造結構復雜性大大提高，增加MRP運算量及出錯幾率。

　　采用適當技術處理，簡化中間環節，就可以解決上面的問題。將各組裝臺位以“虛件”的形式在制造BOM結構中視為獨立組裝，將串行結構改為并列結構，這樣既可以簡化結構，減少MRP運算及工單匯報量，又可以保證各組裝臺位所在的工作中心同時領料、開工和作業，與實際情況完全相符。按簡化制造BOM模型設計的機車制造BOM中，臺位之間區分間隔期，間隔期的長短與各臺位實際的 組裝時間相同，這樣就可以達到臺位內部同時領料，臺位之間區分領料先后次序的目的，在實際操作中，也可以形成按臺位(甚至按不同臺位的不同工序)分別配料的物料配送方法。