引言
产品数据管理(PDM)用于监管与产品相关的信息及相关过程，是企业在产品策划及产品后续周期内构建并行化协作环境的重要技术。在逻辑上集成各个CAx信息化孤岛，充分利用计算机系统控制整个产品的研发过程，逐步建立虚拟产品模型，最终形成完整的产品描述、生产流程描述及生产过程控制数据。PDM技术在制造业各个领域的作用正在不断扩大，为企业实现信息化构筑了基本的支撑平台。
产品结构和配置管理是PDM系统的重要功能之一。在系统工程思想的指导下利用此功能，可以实现对产品结构与配置信息及物料清单(BOM)的有序、优化及共享管理。物料清单在基于PDM的集成平台系统中，贯穿于产品的全生命周期，不同阶段对应不同的BOM视图，其作用重大。
本文结合实际，应用面向对象的分析和设计思想，以单一产品数据源作为底层支持，物料清单为组织核心，基于单一产品数据源(Single Source of Product Data，SSPD)的过滤功能，构建BOM对象模型，并应用于系列化塑盒体包装机的产品结构与配置管理中。
1 单一产品数据源
单一产品数据源(SSPD)概念最早由波音公司在其DCAC/MRM系统中提出来，并将其作为整个系统的底层数据核心和所有相关产品数据的共同访问源。SSPD概念表达了一种数据组织的方式，并不代表在进行数据管理时使用一个集中式的数据库。SSPD的思想是将原来物理上分布于多个数据库中的产品数据，经过精心地组织形成一个逻辑上单一的数据库，在分布于不同数据库中的产品数据之间建立严格的约束，以便保证产品数据的一致、最新、完整、无冗余和可靠性。SSPD可保证分布式数据库数据的一致性，形成了建立在分布式系统基础上的集中式数据管理，与此相对应的便是基于SSPD的PDM技术。
SSPD的特点：①把企业中与产品生命周期相关的所有数据用一定的方式组合起来进行统一管理；
②保证并行工程中数据共享的实时性和一致性。SSPD中的数据内容很丰富，它包括产品全生命周期的所有数据，能满足企业从客户选型直至产品交付和服务支持等方面的需要，如图1所示。
图1 单一产品数据源数据库的各种应用图
从图1可以看出，SSPD中存放有产品几何数据、工艺计划数据、工艺装备数据、服务支持数据、质量数据和物料清单等。这些数据都是以产品设计及制造过程中定义的各种类型的产品结构为核心进行组织的，因此，产品结构是SSPD数据组织的主线，而产品结构存在于各种类型的BOM中，因而对物料清单的支持是单一产品数据源的主要内容。
2 BOM的面向对象模型
BOM是企业生产经营活动中的关键技术文档，它贯穿于企业各种经营活动中，如客户订单确定、产品零部件累计提前期的计算、主生产计划编制、采购实施、确定可选装配件、追踪生产加工信息的流动、追溯任务来源、成本核算、竞标和产品创新等，是各种生产活动的重要参照文件。
一个产品要经过工程设计、工装设计制造、生产制造等诸多工程才能完成，而这几个过程只是产品生命周期的有机组成部分。
面向对象是将是将对象中的数据结构和行为进行紧密结合的系统组织策略。图2是应用面向对象思想构建的BOM的对象模型。
图2 BOM的对象模型
MBOM是在工艺部门制定的工艺计划和流程的基础上，添加详细工艺、工装、材料和虚拟件等信息，生成制造物料清单。主要包括工艺路线、工时、材料定额、零部件装配工艺、刀夹具、模具、量具和机床等工装方面的信息。
CB0M是反映满足客户订单功能需求的最终产品结构的BOM。它不但反映最终产品结构，还包括零部件的备品、备件、专用工具等各方面信息。 人类认识问题有两种方法，一种是从一般到特殊的演绎方法，也是一种分类方法，面向对象符合这演绎方法。另一种是从特殊到一般的归纳方法。面向对象系统是将诸多相似或相同对象归类的过程，也是一个归纳过程。
因此，根据上述面向对象的方法，包装机可分类表征，其中包括行业类，每行业类内部对应各种包装机。另外，可归纳出塑盒体包装机类。例如，可根据主要参数不同而形成的系列化分解。应用面向对象技术，以SSPD作为底层构件，采用模块化、组件思想构建出的BOM管理器，如图3所示。根据信息流动需求和用户请求，B0M使能器进行设计视图、工艺视图、制造视图和装配视图之间的数据传递，对数据流的流向进行控制。它作为各BOM视图的数据传递接口，将用户所需版本的B0M视图发送到相应的B0M管理器。在并行设计时，当用户需要数据时立刻得到这些数据。减少用户信息检索时间，保证各BOM视图的数据准确性和完整性。单一产品数据源内BOM的建立应用模块化、树型构造方法，定义包装机产品由基础组件、特征组件、新设计组件等模块构成。基础组件对应包装机的机型，特征组件对应包装机某机型下的系列及其用备件，新设计组件对应满足客户特殊需求而新设计的零部件，这三部分的结合就是客户选择的包装机产品方案。将产品零件、部件等映射为对象组件，每个对象组件有其相应的图号和名称，并且由一个或多个版本构成。用文件集对象组织和存放包装机系列中某产品项目相关的所有资料。通过以上约定，建立基础组件、特征组件、新设计组件等模块本身及相互之间的关联。对象组件是构成模块的基本子集。
图3 物料清单管理器
EBOM对应塑盒体包装机产品工程设计管理中使用的数据结构，PBOM是根据加工能力和水平对EBOM的再设计。MBOM是对PBOM数据的进一步信息转化。CBOM对应包装机最终产品结构组成等信息。依据规则，应用BOM使能器的管理功能，实现塑盒体包装机产品的结构配置管理。在塑盒体包装机产品的整个生命周期内，根据不同产品订单、不同产品版本及规则，构造相应的EB0M、PBOM、MBOM、CBOM来完成配置管理。
3 系列塑盒体包装机产品的配置方法
塑盒体包装机产品对象组件的装配关系构成BOM，产品配置就是基于BOM数据对象进行的BOM具有确定性和非确定性。确定性BOM对应于产品开发设计人员；非确定性BOM对应于制造部门，它是基于对象组件的动态产品结构树，可以根据指定规则对产品结构进行配置。例如，可以指定具有设计、发放、完成等状态的对象组件进行配置。
3.1 包装机产品数据定义和管理过程
包装机产品数据定义和管理过程如图4所示客户通过包装机的订购协议提出要求，设计部门按对应的基础组件、特征组件、新设计组件等模块进行包装机的配置工作。对于在系列包装机产品中都具有的基础组件，先检查在已建造的包装机库中有无客户所需要的包装机，若没有，则通过包装机库构造包装机模型，构型库中有现成组件、部件可供选择这些件有固定供应渠道，大部分由公司自己制造，并有相应配套工装和机床控制数据。同时，在包装机构型库中还有这些组件和部件的装配控制码，以及在装配控制码下定义的工位。在构造包装机主要模型的同时，就可起动车间的生产准备工作和包装机的装配工作(实际上是按客户需求预测进行的)，充分体现并行工程的思想。在特征组件的选型中，包装机的构型工作是按客户要求在现有可供选择的方案中进行选择。
当客户确定了包装机的所有选择方案后，经过综合，建立包装机特定配置构型表，表中的包装机部件或组件也可以立即采购或由公司自己制造，它们的工装和机床控制数据也是现成的。新设计组件是按客户提出的特殊要求设计的，这些要求超出了现有的可供选择方案。这时，系统将记录部分顾客对包装机配置构型的特殊要求，然后进行专门处理，此时设计部门就需重新进行设计工作，工艺人员也要进行新的工艺设计，同时在MRPII系统中对生产中要用的资源进行规划。
图4 包装机产品数据定义和管理过程
当包装机配置构型确定后(如图5)，该包装机相关的所有产品信息的结构就可以确定下来，并在型的同时，就可起动车间的生产准备工作和包装机的装配工作(实际上是按客户需求预测进行的)，充分体现并行工程的思想。在特征组件的选型中，包装机的构型工作是按客户要求在现有可供选择的方案中进行选择。
当客户确定了包装机的所有选择方案后，经过综合，建立包装机特定配置构型表，表中的包装机部件或组件也可以立即采购或由公司自己制造，它们的工装和机床控制数据也是现成的。新设计组件是按客户提出的特殊要求设计的，这些要求超出了现有的可供选择方案。这时，系统将记录部分顾客对包装机配置构型的特殊要求，然后进行专门处理，此时设计部门就需重新进行设计工作，工艺人员也要进行新的工艺设计，同时在MRPII系统中对生产中要用的资源进行规划。
图5 热封部件的工程设计物料清单
3.2 产品配置有关的组件数据对象
3.2.1 对象组件
通过将包装机产品零部件等映射为对象组件PaC，用PaCID、PaCName分别表示零部件等对象组件的图号和名称，并且每个PaC对应一个或者若干个版本。包装机产品对象有关的所有资料，均使用文件集对象来存放和组织，文件集下面可包括子文件集对象和对象组件。用子文件集对象进行某个项目或产品的细分，与之有关的全部设计内容和相关资料保存在里面，如图6所示。
图6 产品对象组件数据组织
3.2.2 对象组件版本
版本管理是系统对组件的一个跟踪方法，使得在共同规则下可以取得适合的版本数据。它包括追踪系统对数据的日常修改，以及追踪数据的更改演化。图纸归档，则自动生成新版本，编号递增顺延；未归档图纸的修改，则不认为是一新版本。
3.3 包装机产品的配置方法
3.3.1 根据所处状态配置产品BOM
这种方法应用于非确定性BOM结构配置中。 包装机的产品配置使用版本规则。在一个组件中，有多个不同的组件版本具有不同的状态，包括设计完成、制造发放完成、工作状态、生产状态等。根据需要，生成相应的BOM视图。例如，对象组件在某时已通过设计发放，则该对象的版本结构合理性得到确认，并审核批准，相应标志为设计上的“完成”。制造上的“完成”则是该对象组件通过制造发放，其工艺合理性和生产制造合理性经过确认审批。不同人员可根据需要，通过指定对象组件的不同版本状态，生成自己需要的BOM。生产状态是对已经过确认审批、可用于实际生产的对象组件的标志。工作状态是指设计过程中的对象组件，未经过审批。
3.3.2 根据有效性规则配置产品BOM
首先建立有效性标志规则，用以确定指示某个状态下的对象组件版本的生效时间段。一种有效性标志指示某状态下的对象组件版本在某几个时间段生效，另一种标志指示在包装机某几个系列区间的产品上生效。同时，附于对象组件版本的有效性标志在被引用的BOM中全局生效。
3.3.3 按照关键参数配置包装机产品BOM
在包装机产品的生产中，某几个关键参数决定了系列产品的型号，而不同型号产品之间存在许多相同对象组件，利用关键参数规则，可得到相应的BOM配置。这种关键参数配置突出了以用户订单为中心的经营思想。在包装机的系列化最终产品上，有共同的必须安装的对象组件。例如，不同产品之间的相同组件设计中的借用，在最终产品中不标注参数变量条件，说明无论何种参数配置，该对象组件均进入BOM视图之中。按关键参数配置BOM时，主要考虑选项参数条件和参数规则两个基本数据对象。
4 结论
在建立了塑盒体包装机产品的BOM使能器的基础上，通过相应的物料清单管理器，应用单一产品数据源所支持的提取产品不同BOM视图数据的能力，根据相应规则，实现了包装机的结构与配置管理。其应用效果可体现在如下几个方面：
(1)提高了产品设计水平、设计质量和生产效率。缩短了寻找产品信息、检索、等待图纸复印件、新数据存档等信息处理上的时间。
(2)提高了设计与制造的准确性。在设计和制造过程中，各BOM视图的生成依据同一产品数据， 减少了工程变更单的数量。通过电子签发等手段， 对产品的每个版本和修订版本进行“签字”和“日期标注”，提供完整的变更审查线索，保证数据完整性。
(3)以产品数据管理为支撑，实现了技术部门、制造部门与管理部门间的产品各BOM视图的信息共享。
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本文标题：PDM中的BOM面向对象模型及其应用
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