汽车柔性制造中模块化MBOM实现技术的研究

HEATS

引言

    在汽车设计制造中为满足客户要求，多产品的局面已经形成，如何把多产品的数据源管理起来，使它们得到准确、及时的加工、传递和拓延？信息集成环境成为信息时代制造系统的基本特征和重要基础。其中BOM成为整个集成环境的重要数据源和交叉点。本文从分析BOM的作用入手，指出制造装配工艺是BOM的基本特征。然后以此为出发点，提出基于工艺核心制造流程构建MBOM，和运用模块化技术构造多产品MBOM的具体运用方法。

    生产制造过程中的MBOM

    1.1 MBOM的产生
    从设计上，产品结构常规按功能总成来划分，其结构图如下所示

   工艺把设计上得出的物料清单（EBOM）按照生产工艺要求，对数据进行重组，得到MBOM。

    1.2 MRP中对MBOM的需求
    采购部门对MBOM的需求 物料需求规划（MaterialRequirementPlanning:MRP）计算是生产经营系统的核心。是计划管理、库存管理、成本管理等各项生产经营功能的基础，其基本原理如图2

   1.3 MBOM的重要性
    通过MRP的基本原理可以看出，MBOM（ManufacturingBOM:MBOM）在MRP计算中占有极其重要的地位，主要表现在3个方面：
    MBOM全面地列出了在产品生产过程中需要控制和管理的物料项，这里物料项的含义是指制造过程中出现的零部件的物体形态，并且这个物体形态对企业的生产经营活动来说是有意义的，是需要加以控制和管理的；
    MBOM清晰明确地表明了物料项之间的数量关系。数量关系是进行MRP计算的关键内容。物料项在MBOM中的数量关系有单装数据和单机数量。单装数据就是指父物料项和子物料项二者之间的数量比例关系。单机数量是指某个物料项与最终产品之间的数量比例关系。二者之间具有一定的关系，单机数量可以通过递归合并，在单装数量基础上得到；
    MBOM表达了这些物料项之间的制造装配核心顺序关系。这样，制造系统的MBOM计算回答了需要哪些物料项和需要的数量，而且还回答物料项在什么车间需要。如果要回答物料项在什么时候需要生产或准备好，则必须知道物料项加工或采购的绝对时间。

    基于工艺核心流程构造MBOM

    对汽车制造业来说，MBOM的关键是产品的物料间核心制造装配。因此，从工艺文件中找到这些物料的核心制造装配关系，就可以得到MBOM。这就是基于核心工艺流程构造MBOM的核心思想。其关键在于如何表示产品工艺关键流程。

    2.1 产品工艺核心流程结构树
    产品的工艺流程由一定的制造工艺流程单元节点组成，这些单元节点表达了生产的组织单位，也同时表达了产品的制造装配过程。如果从工艺流程的观点出发，产品的制造可发看作是由一系列的按照某种结构关系关联起来的工艺流程节点所构成的。传统的工艺流程完全由技术部门负责更改和维护，但对整车的装配工艺来说，由于工序的先后与车间的生产管理紧密相关，作为主要负责产品开发的技术部门来说，要完全控制整车的工艺流程，会影响生产运作的效率。因此部份企业把这些完整的工艺流程由车间技术组控制，而作为产品开发的技术部门，仅控制它的核心工艺流程就可以了（我公司对工艺流程的管理就是采取这种方式）。层次相邻的节点之间是组成的关系，同层次节点之间的关系可以是串行的，也可以是并行的。对于这种关系，我们可以用工艺核心流程结构树的形式来表达。树的节点代表工艺流程节点，树节点之间的父子关系即表达了不同层次之间的组成关系，又表达了同层次节点之间的串行关系。
    为准确表达核心工艺流程图，引入虚拟件的概念。虚拟件表达了在制造过程中核心工艺流中的零部件间的装配过程，在产品设计及生产制造过程中并不存在该物料。通过虚拟件把传统工艺物料关系串起来形成完整的工艺核心流程。
    下图为微型汽车产品装配过程的示例，

  2.2 基于工艺核心流程构造MBOM
    产品工艺流程节点对应着生产中的某个或某些物料项。这是因为工艺流程节点的本质是一个或一组工艺过程，这个工艺过程必然要输出物料项。而为了制造这个输出物料项，一定会有若干个输入物料项，这些输入物料项要么是上一个工艺流程节点的输出物料项，要么就是初始状态物料项。因此说一个工艺流程节点必然对应着一个物料项。既然工艺流程节点对应着物料项，那么就可以用相应的物料项去"替代"工艺流程结构树中的流程节点，实现根据工艺流程节点所对应的工艺数据，一般主要指工艺规程。工艺规程中的信息表明了该工艺流程所要加工或制造商的物料项，而且其编码是唯一的，可以作为MBOM的节点。如果是加工工艺规程，则指明了所需要的原材料或毛坏；如果是装配工艺规程，则列举了为装配该物料项所需要的其他全部物料项以及相应的数量。原辅材料、毛坏和子装配件都作为该物料项的子节点出现在MBOM中。通过父子节点关系定义子节点的来源属性和使用部门。这样，根据工艺流程，结合工艺流程节点的工艺信息，就可以构造出产品的MBOM，其核心算法如下图所示：
    应该看到，MBOM的构造是一个综合的过程，需要在全面考虑产品结构设计、工艺设计、生产经营的基础上，以产品的设计BOM、工艺BOM为基础，结合工艺流程、工艺规程、库存、财务等相关数据，才能得到具有实际价值的MBOM。以下是本公司实现MBOM的例子。

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   3．MBOM在五菱企业中的运用

    3.1模块化结构思想
    模块化结构是在深入掌握柔性化生产工艺制造思想和物料关系的基础上，对制造工艺数据的管理方法和产品的生成进行总结，结合适当的产品设计，研究柔性生产系列具体完整的产品所用的物料之间的关系，保证按柔性生产计划要求产生精确的物料，这是利用计算机技术将产品的结构设计、工艺设计与柔性生产设计密切结合起来的典型范例。
    面向柔性化生产的生产线，建立与应用以模块化物料工艺关系为核心的现代工艺定额系统，不仅能提高产品质量的制造能力，更重要的是能优化生产管理，保证物料信息的准确传达和同步更新，缩短制造周期。
    多产品工艺中，每一个安装图表达了它的零部件各自的工艺使用范围，如"发动机安装"就有单排货车用的462发动机安装，双排货车用的462发动机安装等等，在此我们把它叫做"发动机安装1""发动机安装2"。对电气总成，也存在一样的工艺条件范围，以此类推--把这些适用于同一类范围的工艺条件范围命名为模块，简化工艺结构树第一层的管理，实现快速搭建MBOM。

    3．2模块化MBOM的构造
    对一系列产品来说，产品之间的区别仅是部份工艺关系不一样产生的结果。物料的差异化也就是产品之间部份工艺关系不一样的产物，根据工艺关系，把物料分成一块块的，工艺定额也就是按这些物料所对应的工艺适用范围一块一块的搭建起来的，通过运用数据库把这些差异化的物料按工艺关系进行模块化管理和搭建，就可形成完整的唯一确定的MBOM。制造信息系统通过对MBOM核心工艺进行计算，即可得到生产需要的物料项和需要的数量，物料项的来源和去向。为实现"即时到位系统"①打下坚实的基础。
     模块化结合形成产品制造工艺结构树，简化工艺结构树的管理，根据模块间与整车的关系，利用参照树的关系可以新的制造产品结构树，实现精益物料与精益工艺的完美统一。如图5所示。    

    3．3多产品MBOM数据组织入库
    技术员按要求整理形成工艺核心流程树枝，保证信息的准确性。由于生产工艺已经形成，工艺技术员对所负责零部件的工艺构成关系和使用范围非常清楚（这是他们的本职工作），说到树的结构形式时，非常容易被技术人员所接受，并成为帮助他们整理多产品工艺文件的一种工具。
    专人指导和管理，保证数据信息顺利入库。由于这些工艺信息是分布在不同页的工艺文件中，不同的技术员对产品形成过程和发展方向理解的不同，对工艺范围的描述就不一样，因此需要专职的深刻理解系列产品形成过程和发展方向的技术员帮助指导准确描述工艺范围，用具有一定含义及可扩性的编码方法给模块取号。由于有专人指导和管理，方法得当，我们在一个月内完成当时公司生产的90个产品的MBOM，在这些基础上可以快速生成其它产品的MBOM（本公司共有300个产品），准确率达95%，经过1个月的验证，准确率达98%。解决多年来困扰企业的定额不准确和难以维护的问题。
    下图所示为多产品模块化MBOM构成图 

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  结束语

    随着中国加入世贸组织给汽车行业带来的冲击，如何实现汽车制造业信息化管理，减少很多无用的、非增值的各种工程环节，提高有效性、降低成本、缩短生产周期成为管理层首要考虑的问题。作为一名制造工程技术员，全程参加本企业制造信息系统的开发和运用，在PDM下负责MBOM的建立规划工作。领悟其中很多奥妙后，觉得信息化不可怕。如果能充分利用本企业的人员作为系统开发的主力，与买专业公司的软件相比，成本可降低10倍以上。关键是自己的业务流和数据流要合理，清晰。数据的组织者是数据结构设计者，负责数据库的组建和维护工作，保证信息的正确入库和输出，对数据的传递使用规划清晰，而这些是买软件也买不到的。