（机械工程专业论文）敏捷制造系统bom数据生成及管理研究.pdf

论文题目：敏捷制造系统b o m 数据生成及管理研究 学科专业：机械电子工程 研究生：蒋剑签名： 指导教师：李言教授签名： 摘要 b o m 作为制造系统的核心基础数据，为系统提供准确、完整、一致 的数据来源，对系统的可靠运行具有重要的影响，是实现敏捷生产模式 的重要保障。研究敏捷制造系统b o m 数据生成和管理方法对提高制造系 统敏捷性、稳定性、准确性有重要的意义。 针对b o m 多视图在生成过程中存在的重复操作而引发的数据不一致 问题，采用了一种基于单一数据源构建b o m 数据模型的思想。结合制造 系统中不同阶段对b o m 的不同需求，构建了单一数据源向其它b o m 视 图的转换模型和数据规范格式，为产品全生命周期中不同阶段所需的 b o m 形式提供了统一的数据基础。 针对c a d 系统接口不兼容的问题，采用支持大部分c a d 系统的s t e p 中性交换文件，生成一种统一的产品表达方法；通过对s t e p 结构及表述 方法的研究，归纳和分析了与b o m 数据提取相关的s t e p 实体，并对实 体的属性定义及关系进行了深入的研究。 采用数据提取技术，构造了针对s t e p 文件的产品b o m 数据词法分 析器；依据s t e p 中性交换文件中的实体属性，确定了b o m 数据提取的 核心算法。在对c a t l a 环境下s t e p 中性交换文件b o m 数据提取的基础 上，详细分析了不同c a d 系统对s t e p 中性交换文件实体数据属性的定 义差别，并设计出不同c a d 系统的b o m 数据提取模块，从而保证不同 c a d 系统定义下数据提取的准确、一致。通过实例验证了提取方法的有 效性。 采用j s p 技术和s q ls e r v e r 数据库技术完成了敏捷制造b o m 数 据生成和管理原型系统的设计与开发，系统测试结果证明所提方法正确 可行，系统运行稳定。 西安理工大学硕士学位论文 关键词：敏捷制造；s t e p 中性交换文件；b o m 生成与管理；数据提取 本文研究工作得到陕西省自然科学基金资助项目“敏捷制造系统控 制技术研究( 2 0 0 4 e 2 0 2 ) ”的资助 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ho nb o md a t ag e n e r a t l 0 na n dm a n a g e m e n t i na g l l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m m a j o r = m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g n a m e ：j i a nj i a n g s i g n a t u r e ：丝丝垒 s u p e r v i s o r - p r o f y a nl i a b s t r a c t s i g n a t u r e ： a st h ec o r ed a t ao fam a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，b o mp r o v i d e st h ea c c u r a t e ，i n t e g r a t e da n d a c c o r d a n td a t as o u r c et ot h es y s t e m ，w h i c hh a ss i g n i f i c a n te f f e c to nt h er e l i a b l eo p e r a t i o no ft h e s y s t e m i ti si m p o r t a n tt or e a l i z et h ea g i l em a n u f a c t u r i n gm o d e t h es t u d yo nt h em e t h o do f b o md a t ag e n e r a t i o na n dm a n a g e m e n ti na g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i nt h ep r o m o t i o no f t h em a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa g i l i t y ，s t a b i l i t ya n da c c u r a c y t h ei d e ao fb o md a t am o d e ld e s i g n i n gb a s e do ns i n g l ep r o d u c td a t as o u r c eh a sb e e n a d o p t e da i m i n ga tt h ep r o b l e mo fd a t ad i s a g r e e m e n tc a u s e db yr e p e a t i n go p e r a t i o n si nt h e p r o c e s so fb o m m u l t i v i e w sg e n e r a t i o n c o m b i n e dw i t ht h ed i f f e r e n tr e q u i r e m e n t sf o rb o m o l lt h ed i f f e r e n tp e r i o d si nm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，t h em o d e lo ft r a n s f o r m a t i o na n dd a t af o r m a t h a v eb e e nc o n s t r u c t e d t h eu n i o nd a t af o u n d a t i o nh a sb e e np r o v i d e df o rt h ed i f f e r e n tk i n d so f b o mw h i c hi sr e q u i r e di nt h ed i f f e r e n tp e r i o d so f t h ep r o d u c tl i f ec y c l e t h es t e pn e u t r a le x c h a n g ef i l ei sa d o p t e da i m i n ga tt h el a c ko fc o m p a t i b i l i t yi nd i f f e r e n t c a ds y s t e m s o nt h ea n a l y s i so ft h es t r u c t u r ea n de x p r e s s i o nm e t h o do fs t e p , t h es t e p e n t i t i e sr e l a t e dt ob o md a t ae x t r a c t i o nh a sb e e na n a l y z e d t h ea t t r i b u t e sa n dr e l a t i o n so ft h e s t e pe n t i t i e sh a v ea l s ob e e nr e s e a r c h e d t h eb o md a t al e x i c a la n a l y z e ra i m i n ga tt h es t e pf i l eh a sb e e nd e s i g n e db yu s i n gt h e t e c h n o l o g yo fd a t ae x t r a c t i o n a c c o r d i n gt o t h ea t t r i b u t e so fe n t i t i e si nt h es t e pn e u t r a l e x c h a n g ef i l e ，t h ea l g o r i t h mo fb o m d a t ae x t r a c t i o nh a sb e e nd e c i d e db a s e do nt h eb o md a t a e x t r a c t i o nf r o mt h es t e pn e u t r a le x c h a n g ef i l ei nc a t i a ，t h ed i f f e r e n c e so ft h es t e pn e u t r a l e x c h a n g ef i l e se n t i t ya t t r i b u t e sh a sb e e na n a l y z e di nd e t a i l t h eb o m d a t ae x t r a c t i o nm o d e l so f t h ed i f f e r e n tc a ds y s t e m sh a v eb e e nd e s i g n e dt oe n s u r et h ea c c u r a c ya n da c c o r d a n c eo fd a t a e x t r a c t i o ni nt h ed i f f e r e n tc a ds y s t e m s f i n a l l y , c a s es t u d yi st a k e nt op r o v et h ev a l i d n e s so f 西安理工大学硕士学位论文 t h ee x t r a c t i o nm e t h o d t h ep r o t o t y p es y s t e mo fb o md a t a g e n e r a t i o n a n dm a n a g e m e n ts y s t e mi n a g i l e m a n u f a c t u r i n gw a sd e v e l o p e dw i t hj s pa n ds q ls e r v e rd a t a b a s et e c h n o l o g y , i ti s d e m o n s t r a t e dt h a tt h em e t h o di sf e a s i b l ea n dv a l i da f t e rt h et e s to f t h es y s t e m k e yw o r d s ：a g i l em a n u f a c t u r i n g ；s t e pn e u t r a le x c h a n g ef i l e ；b o mg e n e r a t i o na n d m a n a g e m e n t ；d a t ae x t r a c t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ni ss u p p o r t e db ys h a a nx ip r o v i n c en a t u r es c i e n c ep r o g r a m “r e s e a r c ho n c o n t r o lt e c h n o l o g yo f a g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ( 2 0 0 4 e 2 0 2 ) ” 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：亟垒f口7 年3 月纡日 学位论文使用授权声明 本人蠢垒l 在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者虢盘扯导师签乒錾胁3 月凹日 1 绪论 1 绪论 1 1 引论 当今世界，制造业的发达程度已经成为一个国家经济强盛的标志。随着科学技术的进 步，电子、信息及自动化技术的广泛应用，使生产得到了巨大发展，市场竞争也变得愈来 愈激烈，竞争推动着整个社会飞速前进，同时给企业带来的是严酷的生存环境。市场的需 求在不断变化，对产品的结构和性能的要求越来越苛刻，从而使新产品的研制变得越来越 复杂。企业要想生存，就要力争在最短时间内消耗最少的资金生产出满足市场需求的产品。 因此，世界各国的企业都面临着严重挑战，如何缩短日趋复杂的产品开发周期以占有市场， 并降低成本；如何去适应快速变化的市场需求，对企业进行重组，不断以高质量、低成本、 快速开发新产品等手段，在竞争中求生存促发展，已成为企业共同追求的目标。为了达到 上述目标，企业不断寻求新的制造模式并采用新的制造技术。敏捷制造的概念正是在这种 背景下被提出的。 在敏捷制造系统中，各种计算机辅助技术的运用，大大缩短了产品的开发周期，但由 各种计算机辅助技术所产生的数据与信息的数量却在成倍增加，信息利用与管理在企业中 发挥愈来愈重要的作用，如何有效利用与管理各种各样的数据与信息就成为企业面临的新 问题和任务。制造企业将产品数据管理技术运用到敏捷制造系统中，有效地解决了数据的 管理问题。用p d m 构建一个统一的企业数据库，使产品开发阶段的设计重用性迅速提高， 企业内部的标准化程度更高，避免了每次都从头设计的传统设计模式。利用现代的信息技 术和敏捷制造的理念，大力提高生产技术、管理和人力资源水平，使企业在激烈变化的市 场中立于不败之地。 1 1 1 敏捷制造系统 2 0 世纪初，以美国为首的大规模生产方式得以迅速发展，生产模式以大量生产标准 产品从而取得规模经济效益为出发点，曾经使得美国的制造业一度辉煌。然而在2 0 世纪 7 0 8 0 年代，美国的制造业在与日本、德国和世界许多其它国家和地区的竞争中，逐渐丧 失优势，1 9 8 6 年的贸易逆差高达1 0 0 0 多亿美元。美国国会在这样的背景下，为了夺回制 造业的优势，提出了重振美国制造业雄风的目标，并要在未来全球市场竞争中取得优势地 位。1 9 9 1 年美国国防部、工业界和学术界联合，在研究了未来制造技术后，发表了( 2 1 世纪制造企业发展战略报告，该报告明确提出了敏捷制造【”】( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，简 称a m ) 的概念。敏捷制造的基本思想是通过把动态灵活的虚拟组织机构或动态联盟、先 进的柔性生产技术和高素质的人员进行全面集成，从而使企业能够从容应付快速变化和不 可预测的市场需求，获得企业的长期经济效益。它是一种提高企业群体竞争能力的全新制 西安理工大学硕士学位论文 造组织模式。敏捷制造概念一经提出，就在世界范围内引起了强烈反响。可以说，敏捷制 造代表着2 1 世纪制造业的发展方向。 a 敏捷制造的概念 敏捷制造着眼于小规模、模块化组合和企业间合作生产，发挥众多特长企业的优势来 适应变化多端的市场需求，把宏观的国际市场需求与具体的公司生产密切结合，充分发挥 人的因素，及时抓住机遇，快速响应市场，形成了敏捷制造生产模式。敏捷制造被认为是 下一代制造策略而得到美国、日本和欧洲共同体等国家和地区的普遍重视，并就敏捷制造 的具体实施方法和途径开展了广泛的研究和探索。 综合的讲：敏捷制造指的是制造企业能够把握市场机遇，及时动态地重组生产系统， 用最短时间向市场推出利润最大的、用户认可的、高质量的产品，其发展的最终结果是实 现大批量定制的生产模式【3 】。 其实，敏捷性并不是一个新概念，所有企业从来就是生存在一个变化的世界中，它们 始终不断地进行自我调整以适应市场变化的挑战，只是在市场变化比较缓慢时，企业较少 感到这种压力。这种自我调节的能力对企业来说是和利润同等重要的因素。一个企业的生 存必须满足两个基本的条件，一是它必须满足某种市场需求，以获得利润；二是它必须能 及时地进行自我调整，以适应市场需求的新变化。当这两个条件不能满足时，企业的生存 就有了危机。 b 敏捷制造的关键问题 通过对敏捷制造综合的分析，对敏捷制造中的关键问题主要归结如下： ( 1 ) 基本思想：通过对高素质的员工、动态灵活的虚拟组织机构或动态联盟、先进 的柔性生产技术进行全面集成，使企业在不可预测、持续变化的竞争环境中繁荣成长并能 对有客户需求的产品和服务驱动的市场做出迅速的反应，由此获得长期的效益。它强调人、 组织、管理、技术的高度集成，强调企业面向市场的敏捷性。 ( 2 ) 敏捷性及其评价指标：企业的敏捷性是指企业的可重构( r e c o n f i g u r a b l e ) 、可 重用( r e u s a b l e ) 、可扩充( s c a l a b l e ) 地响应市场变化的能力，即r r s 特性。对企业敏捷 性的综合度量，可用成本、时间、健壮性以及自适应范围这四个度量指标。这四个方面相 互关联、相互制约，衡量了企业由一个平衡点转变到另一个平衡点的耗费和结果，是一套 动态指标，而敏捷性就是要在这四个方面取得均衡。 ( 3 ) 敏捷制造的实现方式：动态联盟是实现全球化敏捷生产的主要方式。这是一种 既有合作又有竞争的动态组织形式，为了响应已经或即将出现的机遇，若干个优势互补的 企业临时快速组成一个联盟，进行企业间技术、人员、管理、资金、服务等的重组集合， 以低成本、小风险、短的设计和制造周期生产高质量产品以投放市场，并按一定的方式共 享利益、分担风险。当市场需求消失时，联盟又迅速解体。其特点是整个企业功能上的不 完整性、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能、地域、组织的虚拟化。 2 1 绪论 敏捷制造代表了集成制造系统发展的最新阶段。它主要通过敏捷化企业组织、并行工 程环境、全球计算机网络或国家信息基础设施，在全球范围内实现企业间的动态联盟和虚 拟制造，使全球化生产制造或企业群能迅速的开发出新产品，响应市场、赢得竞争4 卅。 1 1 2 产品数据管理 由于敏捷制造的特性，在对产品的工程图纸、技术文档以及c a d 文件进行应用和管 理时，必然产生数量庞大的产品数据，如何有效地管理这些数据，就成为整个系统效率高 低的基础和关键。基于这种需求，产品数据管理技术被引入到敏捷制造系统中。 a p d m 的概念 产品数据管理 7 - 1 0 j ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，简称p d m ) 是- - f - j 用来管理所有与产 品相关的信息( 包括零件信息、配置、文档、c a d 文件、结构、权限信息等) 和所有与产 品相关的过程( 包括过程定义和管理) 的技术。它继承并发展了设计资源管理、设计过程管 理、信息管理等多类系统的优点，应用了并行工程方法学、网络技术、数据库技术等先进 技术，有效地解决企业信息集成、过程优化管理等问题。 p d m 技术的目的是为了解决大量工程图纸、技术文档以及c a d 文件的计算机管理 问题，然后逐渐扩展到产品开发过程中的三个主要领域：设计图纸和电子文档的管理，材 料明细表的管理及与工程文档的集成，工程变更请求的跟踪与管理。由于早期软件功能比 较单一，各自解决问题的的侧重点也不完全相同，所以有的称为文档管理，有的称为工程 数据管理等，现在所知的p d m 技术源于美国的叫法，是对工程数据管理、文档管理、产 品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理等信息管理技术的一种概括与总称。 随着网络、数据库技术的发展，以及客户机服务器与面向对象技术的应用，最近几年p d m 技术产生了突飞猛进的发展，在美国、日本等发达国家的企业中得到越来越多的应用，在 国内企业中也受到广泛的关注。但是，由于p d m 技术与应用范围发展之快，人们对它还 没有一个统一的认识，给出的定义也不完全相同。主要致力于p d m 技术和计算机集成技 术研究与咨询的国际咨询公司c i m d a t a 给出的定义是：“p d m 技术是一门管理所有与产品 相关的信息和所有与产品相关的过程的技术”。而g a r t n e r g r o u p 公司给出的定义为：“p d m 是一个使能器，它用于在企业范围内构造一个从产品策划到产品实现的并行化协作环境 ( c o n c u r r e n t a r t - t o p r o d u c te n v i r o n m e n t ，简称c a p e ，由供应、工程设计、制造、采购、 市场与销售、客户等构成) 。一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流以及维护 产品设计意图的人员在整个产品生命周期中自由共享与产品相关的所有异构数据，如图纸 与数字化文档、c a d 文件和产品结构等”。从上面两个定义可以看出，p d m 可以是狭义 上的，也可以是广义上的。从狭义上讲，p d m 仅管理与工程设计相关的领域内的信息， 而从广义上讲，它可以覆盖到整个企业中从产品的市场需求分析、产品设计、制造、销售、 服务与维护等过程，即产品全生命周期中的信息【1 卜”】。 3 西安理工大学硕士学位论文 b p d m 的功能 p d m 系统包含许多基本功能【1 5 1 ，从概念的诞生到在各类型企业中的成功应用，p d m 的功能主要体现在： ( 1 ) 电子仓库与文档管理功能。传统制造企业的文档管理方式已无法适应新技术发 展的需要，要想对分布在不同地点、具有不同格式的数据和文档进行有效管理，必须解决 以下问题：1 ) 分布式、多类型的文件管理；2 ) 满足工程需要的不同查询方式；3 ) 数据 的版本管理；4 ) 数据的共享和安全性管理。p d m 系统提供的电子仓库和文档管理功能为 满足上述各项需求提供了很好的解决方案。 ( 2 ) 产品流程及设计过程管理。在产品开发过程中，工程设计活动主要包括创建、 发放及更改设计数据。p d m 系统的产品流程及设计过程管理功能通过对产品开发过程的 分析，抽取一些构成产品开发过程的基本任务单元，由这些基本任务单元可构造不同的产 品开发过程。 ( 3 ) 产品结构与配置管理。产品结构与配置管理可以实现对产品结构与配置信息和 物料清单的管理。在p d m 系统中，零部件按照它们之间的装配关系被组织起来，用户可 以将各种产品定义数据与零部件关联起来，最终形成对产品结构的完整描述，传统物料清 单也可以利用p d m 自动生成。本文的研究就与p d m 中产品结构与配置管理功能的内容 有着密切的联系。 ( 4 ) 产品生命周期管理。产品生命周期管理包括保留和跟踪产品从概念设计、产品 开发、生产制造直到停止生产的整个过程中的所有历史记录，以及定义产品从一个状态转 换到另一个状态时必须经过的处理步骤。p d m 的产品生命周期管理功能实现对产品数据 的动态定义过程进行管理。 ( 5 ) 分类及检索功能。p d m 的检索和零件库功能就是最大程度地支持现有设计的 重新利用，以便创建出新的产品，它包括零件数据库的接口、基于内容的而不是基于分类 的检索和构造电子仓库属性编码过滤器等的功能。 ( 6 ) 集成开发接口。任何一种p d m 系统不可能适应所有制造企业的情况，这就要 求p d m 系统必须有强大的客户化及二次开发能力。现在大多数p d m 产品都提供了二次 开发工具包，p d m 实施人员或用户可以利用这些工具包进行针对制造企业具体情况的定 制工作。 1 1 3b o m 概述 在产品整个生命周期中，p d m 以数据库为底层支持，以b o m ( b i l lo f m a t e r i a l s ) 为 其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织和管 理，诸如产品配制管理、图文档管理、工作流程管理、设计变更管理、权限管理、版本管 理、项目管理、维修记录以及日志管理等等。b o m 作为p d m 的数据基础，对p d m 有着 决定性的作用【1 6 】。b o m 是产品数据的主要来源，b o m 的准确性直接影响p d m 的实现结 4 1 绪论 果，b o m 的快速生成影响p d m 的高效性，b o m 的数据一致性决定p d m 系统的可靠性。 所以b o m 的研究对p d m 及敏捷制造系统都有着深远的影响。 a b o m 的概念 b o m ，即物料清单【1 7 删，又称为产品结构表，产生于产品的设计过程，主要表达了 企业产品的结构和产品中零部件的构成关系，以及产品零部件的属性信息，它是一个典型 的树状结构，详细记录一个项目所用到的所有材料及相关属性，亦即，父件与所有子件的 从属关系、单位用量及其他属性，在有些系统称为材料表或配方料表。 狭义的b o m 是指产品零件明细表和标题栏，是一种技术文件，偏重于产品信息的汇 总。而广义的产品b o m ，不仅包括产品零件明细表和标题栏，还包括产品装配结构与配 置信息。详细说来，产品的b o m 信息主要包括以下部分：零部件号、零部件名称、材料、 重量、设计修改审核号、物料生效日期等信息；部件内的各单一零件( 包括外协件、外购 件、通用件、标准件、借用件等) 的装配数量、部件图号等信息；总图( 由零部件装配而成) 信息，包括零部件清单、技术文件、产品说明书、保修单等。b o m 的产生是通过对产品 结构相关对象的属性提取后得到的，因此产品结构是b o m 数据的主要来源。b o m 信息 是销售、计划、设计、生产、供应、物料、工艺等部门都需要参考的重要文件，是实现数 据共享和信息集成的关键数据。本文中的b o m 是指广义的b o m 。 b b o m 的作用 b o m 是企业的信息纽带，企业的产品设计、工艺编制、产品生产、产品销售、成本 核算等都要用到b o m ，b o m 的具体作用主要体现在：是计算机识别物料的基础依据； 是编制计划的依据；是配套和领料的依据；根据它进行加工过程的跟踪；是 采购和外协的依据；根据它进行成本的计算；可以作为报价的参考；进行物料 追溯；使设计系列化，标准化，通用化【2 ”。 此外，b o m 也是企业进行计算机辅助加工工艺规程设计c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) ，实现计算机辅助制造c a m ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r e ) 的依据，在 现代集成制造系统c i m s ( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a e t u r i n gs y s t e m ) 中起着传递信 息的桥梁作用。b o m 信息管理贯穿于产品整个生命周期之中，它是产品数据管理p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) 的重要组成部分，同时，它也是物料需求计划m r p ( m a t e r i a l r e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) 系统中核心基础数据之一，m r p i i 系统中在进行物料需求计划展 开时要根据b o m 计算产品中对部件、零件和原材料的毛需求量。b o m 的重要性还在于 它是企业的信息纽带，企业在产品设计、工艺编制、产品生产、产品销售、成本核算等都 要用到b o m ，而一个企业，特别是多品种、小批量、离散型企业的b o m 数据是非常庞 大而复杂的，尤其在市场竞争日趋激烈的情况下，企业产品的技术状态会随着客户的要求 而不断变化，导致了b o m 数据的动态改变，从而使b o m 数据及其管理更加复杂化，所 以对b o m 信息的有效管理成为企业管理中非常重要的环节 2 3 - 2 5 1 。 西安理工大学硕士学位论文 c b o m 的形式 实际上b o m 是一个广泛的概念，在产品的全生命周期中的不同阶段，根据不同的用 途，需要不同内容的b o m 。根据在不同阶段应用侧重点不同，我们常常见到不同的b o m 的形式，具体的有：设计b o m 、工艺b o m 、制造b o m 、客户b o m 、销售b o m 、维修 b o m 、采购b o m 、成本b o m 等等 2 引。 b o m 按照用途分类的形式如图1 1 所示，可以按照生产企业中所需的用途分为设计 部门、调度部门、生产部门和售后部门等多个部门。下面将分析b o m 在产品全生命周期 中的不同阶段所表现的不同b o m 形式。 ( 1 ) 设计b o m - - e b o m ( e n g i n e e r i n gb o m ) 设计b o m ，又称工程b o m ( e n g i n e e r i n gb o m ) ，它一般由产品设计部门根据产品装 配关系图以及产品零部件明细表等产 生，用以描述产品设计结构。其中产品 装配系统图阐明组成产品的零部件之间 的设计装配关系，产品零部件明细表具 体说明零部件的种类，如通用件、标准件、 自制件、外购件和外协件等。e b o m 是 工艺、制造等其他应用系统所需产品数 据的基础，常见的文本表现形式包括产 品明细表、图样目录和材料定额明细表 等。 设计b o m 信息来源一般是设计部 门提供的成套设计图纸中标题栏和明细 栏信息。有时候也涉及工艺部门编制的 工艺卡片上部分信息。 图1 - 1b o m 按照用途的分类 f i g 1 1t h eb o ms o r ta c c o r d i n gt ot h eu s a g e 设计b o m 一般在设计结束时汇总产生，如果存在大量借用关系的设计情况可以在设计 阶段开始就基本将设计b o m 汇总出来，然后根据新产生的零部件安排设计任务。 ( 2 ) 工艺b o l 出_ p b o m ( p r o c e s sp l a n n i n gb o i v i ) 工艺设计部门在e b o m 的基础上，对产品结构进行工艺分解，建立装配件的装配工艺和 各零件的制造工艺，并确定加工制造过程中应使用的工装和模具。p b o m 是根据工厂的 加工水平和能力对e b o m 再设计后生成的，它用于工艺设计和生产制造管理，使用它可 以明确地了解零件之间的制造关系，跟踪零件是如何制造出来的，在哪里制造、由谁制造、 用什么制造等信息。其常见的文本表现形式为工艺规程和工艺卡片等。 ( 3 ) 带0 造b 0 h i - m b o m ( m a n u f a c t u r i n gb o m ) 6 1 绪论 生产部门在p b o m 基础上增加了物料项的工艺流程、工装资源、原材料和半成品等 信息，反映了零件、装配件和最终产品的制造方法和装配顺序，如制造、装配工序内容及 相应的加工设备、工装夹具、刀具辅具等。它详细描述了产品的制造过程，主要在e r p 系统中作为生产计划的基础数据出现。制造b o m 常见的文本表现形式为工艺路线表、关 键工序汇总表、重要件关键件明细表、自制件明细表、通用件明细表、通用专用工装明细 表和设备明细表等。 制造b o m 信息一般来源于工艺部门编制工艺卡片上内容，但是要以设计b o m 作为 基础数据内容。 ( 4 ) 客户b o m - - - - c b o m ( c u s t o m e rb o m ) 客户b o m 实际上有两个含义，一个指从所有产品机构中筛选出客户订购的产品目 录。一个指用户订购的具体规格产品的明细表。这个主要是对有些按照客户管理和组织产 品图纸的企业非常实用的一种表现形式。这种情况在p d m 系统中比较常见，到e r p 系统 中由于还考虑到不同的客户订购产品对生产计划的影响，情况更加复杂一些，可能还扩展 到计划b o m 的范畴。 ( 5 ) 销售b o h 卜一s b o m ( s a l e b o m ) 销售b o m 是按照用户要求配置的产品结构区分，对应常见文本格式表现形式包括基 本件明细表、通用件明细表、专用件明细表、选装件明细表、替换件明细表、特殊要求更 改通知单等等。在某些制造行业，对销售b o m 提出了更高的要求，要求每个b o m 可以 跟踪每批订单在全生命周期内的物料信息，而且每个客户订单都有一个唯一的或者是根据 订单产品种类多少确定的几个销售b o m 。这个时候往往将销售b o m 称为客户b o m 。 销售b o m 信息来源一般是一个系列产品各规格不同类型零部件明细信息的汇总。 对应的直观视图往往是产品配置树的形式，树上每个节点关联各类属性或图形信息。 主要在p d m 软件中作为产品配置管理的基础数据出现。 ( 6 ) 维修b o m s e b o m ( s e r v i c eb o m ) 维修服务部门的是按维修要求产生的，对应文本格式包括消耗件清单、备用件清单、 易损易耗件清单等等。 维修b o m 信息来源一般从设计b o m 对应记录属性中筛选获得消耗件、备用件、易 损易耗件明细。 一般在p d m 软件里完成汇总，同样可以在e r p 软件里作为基础数据运用。 ( 7 ) 采购b o m - b b o m ( b u y i n gb o m ) 是根据生产要求外购的原材料、标准件和成套部件等产生的，对应文本格式主要包括 外购件明细表、外协件明细表和材料明细汇总表。 采购b o m 信息来源一般来源于设计图纸和工艺卡片上信息汇总。由采购部门或生产 准备部门根据其安排采购计划和生产计划。 ( 8 ) 成本b o m c s b o m ( c o s t i n gb o m ) 7 西安理工大学硕士学位论文 是由m r pi i 系统产生出来的。当企业定义了零件的标准成本、建议成本、现行成本 的管理标准后，系统通过对p b o m 和加工中心的累加自动地生成成本b o m 。它用于制造 成本控制和成本差异分析。 d b o m 在敏捷制造系统中的地位 综上所述，敏捷制造是企业优化结构，提高效率的一种有效的生产方式，而p d m 是 对敏捷制造的又一次的技术提升。敏捷 制造和p d m 的结合必然使得现代企业 能立于不败之地。但是，在制造型企业 中，企业是以b o m 为主线组织新产品 开发与生产的，构建有效的p d m 系统 离不开b o m 的支持，b o m 贯穿于整 个产品生命周期，是产品数据在整个生 命周期中传递的载体。 图1 - 2 表示了b o m 在整个敏捷制 造系统中所处的地位。 图1 - 2b o m 管理在敏捷制造系统中的地位 f i g 1 - 2t h es t a t u so f b o mm a n a g e m e n ti nt h ea m s 所以b o m 技术是这整个系统中最 重要的一个环节，从而对b o m 的研究也就成为本课题的重点之所在。 1 2 问题的研究背景与意义 1 2 1 研究背景 敏捷制造系统可以有效地改善企业的运作效率，规范生产和管理中的不符合现代企业 制度的行为，节约企业生产开支，从而增强企业的竞争力。综合前面的研究，可以看出 b o m 作为整个系统中的关键技术，为系统提供安全、可靠、完整、准确、一致的数据基 础，所以在系统中占有极其重要的地位。 图1 - 3b o m 的作用 f i g 1 3t h ee f f e c to f b o m 1 绪论 如图1 3 所示，财务部门根据成本b o m 确定产品的成本；采购部门根据采购b o m 确定需要的外购的材料、半成品等，从而制定采购计划；制造部门根据制造b o m 确定产 品的工时，以便合理的安排生产的进度。可以看出，b o m 作为c a d 系统与敏捷制造系 统之间的桥梁，对敏捷制造系统有着巨大的影响，b o m 作为系统中最重要的一个环节， 提供整个系统最为关键的数据基础。这样，对于在产品全生命周期中，不同部门需要的不 同的b o m 数据就需要进行有效的管理，以保证系统整体的数据一致性，所以需要一种更 加合理的数据来源模型，提供统一的b o m 数据规范，为系统提供一种安全、可靠、准确、 快速、一致的数据基础，提高系统的可靠性，增强系统的敏捷性。 如何快速准确的生成b o m 成为整个系统的关键。但是b o m 的数据来源以及以b o m 作为数据源的管理的模型存在许多的类型，其中也存在着许多的问题。针对这些问题，具 体分析如下： 目前由c a d 系统生成b o m 的途径主要有两种，一种是依据c a d 系统作为数据来源 手工输入相应的数据生成b o m ，也就是系统中最重要的数据来源完全只能依靠手工完成， 这极大地影响了系统整体的自动化程度，影响整个系统的效率，使b o m 的数据成为c a d 系统与p d m 和敏捷制造系统之间的一道鸿沟，也使它成为制约整个系统的瓶颈。 ： 第二种是由c a d 系统自动生成b o m ，目前有许多从c a d 系统中自动提取b o m 数 据的方法，一种是从a u t o c a d 等二维产品c a d 系统中自动提取，这种基于二维产品 c a d 系统的数据提取技术已经相对比较成熟完善，所以这里就不再作出进一步的研究； 另一种是三维产品c a d 系统的b o m 数据自动提取技术，也是本文重点研究的内容。 下面就针对三维产品c a d 系统的b o m 数据自动提取技术的概况和方法进行深入的 介绍： - - i i i i i c l j ia i i id i l 系 i ：统 l i l i i - 图1 4 先提取后统一的c a d 系统数据提取模式 f i g 1 - 4t h ee x t r a c t i o nb e f o r eu n i f i c a t i o nm o d eo f d a t ae x t r a c t i o n 9 西安理工大学硕士学位论文 由于各种c a d 系统之间存在异构性，从不同系统提取的数据都具有不同的表达形式， 这样就需要对数据的表达形式进行统一，通常采用两种模式，一种是先从不同c a d 系统 中提取数据，再对数据进行统一的定义，使之成为一种统一的数据格式，即先提取后统一 的c a d 系统数据提取模式，如图1 4 所示。但是这样对系统的兼容性有很大的影响，会 使实现过程过于复杂，同时也会有许多重复的工作，从而降低了效率。 另一种模式是先对各种不同c a d 系统采取一种统一的产品数据表达格式，如s t e p 中性交换文件，通过这种统一的中性交换文件的兼容性，实现对多c a d 系统的兼容。然 后只需对这种统一的文件格式进行分析，通过语法表达及定义的特征，从中提取出所需的 b o m 数据，即先统一后提取的c a d 系统数据提取模式，如图1 5 所示。这种b o m 数据 的提取模式，保证了从不同c a d 系统中提取出的数据的一致性，同时还可以摆脱具体的 c a d 系统的束缚，达到对多c a d 平台的兼容，且系统实现相对容易。 图1 5 先统一后提取的c a d 系统数据提取模式 f i g 1 5t h eu n i f i c a t i o nb e f o r ee x t r a c t i o nm o d eo f d a t ae x t r a c t i o n 另外，在b o m 数据管理方面，同样也分为两种模式：一种是从s t e p 中性交换文件 格式中根据不同b o m 的形式通过专用的b o m 数据提取生成器分别提取生成各种b o m 所需的数据，进而生成一定形式的b o m ，即隔离式提取生成b o m 模式，如图1 - 6 所示。 但是由于不同形式的b o m 之间存在一定的关系，就使得一些相同的数据被重复提取，降 低了系统资源的利用率，影响全局的效率。另外，由于提取过程中各种b o m 提取生成模 块的差异和不确定因素的影响，也使数据产生不一致性，所以需要一种统一的数据源模型 为不同形式的b o m 提供一致的数据基础。 1 0 一 c a d 系 统 1 绪论 图1 6 隔离式提取生成b o m 模式 f i g 1 - 6i s o l a t i o nb o mb u i l dm o d e 另一种模式是由s t e p 中性交换文件格式提取所有b o m 数据，形成一种唯一的数据 源基础，在这种数据源基础上转换生成其它形式的b o m ，即统一式提取生成b o m 模式， 如图1 7 所示。这种数据源模型可以在早期就对b o m 数据进行规范的统一，保证不同 b o m 之间数据的一致性，便于数据的管理。 h s t e p 中性交换文件 唯一的 搏 数据基础 h 】 7 】 h 铲爿 1 2 2 研究意义 图l - 7 统一式提取生成b o m 模式 f i g i 一7u n i f i c a t i o nb o m b u i l dm o d e 由以上的分析可知，采用s t e p 标准作为对多c a d 系统的统一表述方法，从而从中 提取所需的b o m 数据，并在此基础上生成敏捷制造所需的各种b o m 的研究具有以下的 意义： ( 1 ) 解决信息孤岛问题 b o m 在c a d 与敏捷制造系统之间处在十分重要的位置，从图1 8 中可以看到b o m 西安理工大学硕士学位论文 是连接c