基于Windchill的制造工藝數據管理研究與應用

劉宗寧,楊同瑩,王春光

(1.西北工業大學機電學院，陜西西安 710072；2.中航工業新航豫北轉向系統股份有限公司，河南新鄉 453003)

基于Windchill的制造工藝數據管理研究與應用

劉宗寧1,2,楊同瑩2,王春光2

(1.西北工業大學機電學院，陜西西安 710072；2.中航工業新航豫北轉向系統股份有限公司，河南新鄉 453003)

MBOM作為企業生產過程中設計、工藝、制造、物流、采購等部門傳遞信息的重要載體，包含零組件分類、產品結構、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數等詳細信息，是制造工藝數據管理的核心。通過對EBOM到MBOM的重構分析，圍繞以MBOM為核心的制造工藝數據存儲與管理，給出基于Windchill系統的制造工藝數據管理模型，為制造型企業的工藝數據管理和信息化應用水平提升提供了參考方案。

BOM；PLM；制造工藝數據；信息化

0 引言

隨著“中國制造2025”的提出，越來越多的企業開始將信息化、智能化作為自己的發展目標。在制造類企業的產品生產過程中，需要比較準確的零組件分類、產品結構、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數等信息，尤其是隨著工業企業的發展，制造過程信息需要綜合設計、工藝、制造、物流、采購等各部門信息。物料清單BOM(Bill of Material)是目前企業組織產品信息和制造信息的重要形式，是企業生產過程中設計、工藝、制造、物流、采購等部門傳遞信息的重要載體。在企業的生產過程中，因為制造執行和成本核算的需要，要求BOM可顯示產品制造的不同層級、用料依據、工藝數據等信息。因此，要實現制造企業的信息化，工藝數據管理的信息化就顯得尤為重要。文中主要探討基于Windchill的PLM(Product Lifecycle Management)系統中制造工藝數據管理的研究和應用。

1 Windchill系統簡介

Windchill是一款世界主流的產品全生命周期數據管理系統，由美國PTC公司(Parametric Technology Corporation)推出，主要包括PDMLink、PartsLink、MPMLink、ProjectLink等應用模塊。從整體上來說，Windchill以Web為中心實現企業級數據管理，是一種B/S(Browser/Server)模式的3層體系結構，即客戶端/服務器/數據庫，如圖1所示。

圖1 Windchill的3層體系結構

客戶端主要包括 2個: (1)Web瀏覽器，其作用主要為：提供用戶接口、展示HTML頁面及表格、執行Windchill Applets小程序等；(2)Bootstrap client，其作用主要為：允許從當地文件系統上下載類文件，是可選的客戶端組成元素。服務器層包含主要的商業邏輯，并且處理所有的商業數據，由HTTP Web服務器、HTTP網關、Method服務器、服務器管理器等組件組成，其作用主要有客戶端分布和交互、數據庫訪問、用戶權限管理和安全機制等。數據庫層的作用主要為保存元數據和非結構數據，它可以建立在Windchill服務器主機上，也可以是一個專門的服務器。

2 BOM的概念

從概念上講，BOM是指構成產品的所有物料的技術性描述文件。這些物料包括產品的成品、組件、零件、工藝過程件、原材料、工裝、工具、夾具、輔料等。BOM中每一個物料都具有相應的屬性，這些屬性包括產品或制造過程數據的全部內容，在產品生命周期的不同階段和不同制造工廠物料的屬性也會相應地不同。BOM是組織產品從設計、到工藝、再到制造等所有與產品相關活動的依據，一般既可以按照從總成到組件再到部件的正向檢索和跟蹤方式獲取所需信息，也可以按照從部件到總成的逆向檢索和跟蹤方式獲取所需信息。根據需求的不同，BOM主要分為以下幾種：設計BOM(Engineering Bill of Material，EBOM)、工藝BOM(Planning Bill of Material，PBOM)、制造BOM(Manufacturing Bill of Material，MBOM)等。

(1)EBOM

EBOM即設計BOM，也稱工程BOM，是產品設計部門用來組織和管理構成某種產品所需的零部件物料清單，它主要反映產品的設計結構和各物料的設計屬性，包括產品各零部件的原始幾何信息和結構關系信息，如零部件的名稱、圖號、材料、質量、數量、零件間層級關系、版本信息等。

(2)PBOM

PBOM即工藝BOM，是產品在工藝策劃階段的BOM。在工藝策劃階段，工藝工程師根據工廠的加工能力，在EBOM基礎上進行重新調整，并補充部分工藝過程件，如毛坯、半成品、中間過程件等，設計出來的適用于工藝執行的PBOM。PBOM主要包括裝配工藝和零件機加工藝，用于描述零部件的裝配關系和工藝文件數據，即零部件的加工工序、工藝規程、加工設備、工時定額、部件裝配過程等。

(3)MBOM

MBOM是制造部門根據生產制造的需要，在PBOM的基礎上，增加可具體執行的工藝分工、設備、工夾量檢具、刀具、過程輔料、工藝文檔、材料定額等信息，是詳細描述產品制造過程和制造數據的基礎性數據。MBOM可用于工藝設計、工藝管理及工藝文件的跟蹤等，是生產的重要依據，其完整性和準確性對于縮短產品的生產準備周期、協調各部門的工作具有重要作用。根據不同需要，產品PBOM和MBOM可以合二為一。

3 EBOM到MBOM的重構

EBOM到MBOM的重構如圖2所示，括號中D代表設計視圖，M代表制造視圖，P代表總成，A、B、C……代表組成總成的各個組件，Ah、Bh、Ch代表工藝合件，A1、A2……代表組成組件A的各部件，B1、B2……代表組成組件B的各部件，C1、C2……代表組成組件C的各部件，依次類推。

圖2 EBOM到MBOM的重構模型

MBOM與EBOM的不同之處主要是對產品零部件之間的層級關系描述不一樣，且MBOM中各物料項具有不同的物料狀態屬性，主要有以下幾個方面：

(1)過程件。在EBOM中不存在，但在實際的生產過程中，由于工藝或管理的需要，在BOM中增加一些中間部件，以滿足存儲或財務結算的需要，比如毛坯、粗加工及半精加工零件。過程件雖然不在EBOM中，也不會出現在最終的產品中，但卻的確存在。在MBOM中這類物料項的工藝狀態主要為委外加工的半成品、外購的半成品、毛坯、自制件的中間過程件等。

(2)虛擬件。在實際生產中，EBOM中的部分部件是以組件的形式采購、制造或存儲的，即在制造過程中這些部件并不以獨立部件的形式存在，稱之為虛擬件。虛擬件在MBOM中是不用考慮的，在與ERP集成時也不需要將虛擬件發送過去。圖2中的A和C就是虛擬件。

(3)整體外購件。部件本身及其下屬的所有子件以整體形式外購的部件稱為整體外購件。這類部件在EBOM中完整地體現它的結構，但其所有子件都可以作為虛擬件來對待，即在MBOM中只需要把它當作一個獨立的整體就可以了。圖2中Ah(A1，A2)和Bh(B1，B2)就是整體外購的合件。

(4)物料的數量。EBOM中各個物料項的分布都是基于產品的結構而定，其數量一般只顯示某物料在當前部件中的數量，而MBOM則是基于生產工藝搭建起來的物料結構，其物料數量是根據生產線工序的作業內容而定的。因此，MBOM中物料的數量對EBOM中物料的數量進行合并，也可以對EBOM物料的數量進行必要的拆分。

(5)產品結構。EBOM體現了產品部件間的組成結構和數量關系，而MBOM與EBOM相比，增加了制造過程中的毛坯、半成品、工藝合件等，同時BOM結構也可以做出調整，部分單獨外購的部件可以根據裝配工藝的需要掛到其他組件或總成下面。圖2中B3即為單獨外購件，在MBOM中掛到總成下面，表示該物料將直接在裝配線上料和裝配。

4 以MBOM為核心的制造工藝數據管理

由MBOM重構過程可以看出：MBOM不但包含產品部件信息、詳細工藝屬性及面向制造的層級結構，還包括與之建立映射關系的工藝計劃，是制造數據管理的核心內容。

4.1 制造工藝數據的存儲

(1)產品零組件及工藝過程件

傳統管理模式一般是基于產品零組件、工藝過程件圖樣、圖號等信息的管理，而MBOM將傳統的管理模式轉換為基于所有產品部件編碼的管理模式，同時，通過與ERP、MES等應用系統的集成，將工程技術狀態及構型管理由事后整理轉變為按編碼或批次實現的實時動態查詢管理模式，保證實際工程狀態和產品構型的準確性和有效控制。由此看出，MBOM對EBOM所包含信息的有效集成和傳承是制造工藝數據管理的基礎，所以，EBOM的正確性和規范性至關重要。

(2)制造資源

制造資源一般包含設備、工裝、刀具、工具、量檢具、過程輔料及人工技能等，數量和類型十分龐大，管理難度也很大。制造資源的管理是制造過程管理的一個重要內容。Windchill系統為制造資源提供一種基于編碼的管理模式，編碼后的制造資源以資源的形式存儲在制造資源數據庫中，可以有效地規范制造資源的管理。

(3)工藝文檔

與制造資源類似，在Windchill系統中，工藝文檔經過審簽發布流程后，也是以一種資源的形式存儲在工藝數據庫中，使用時，可以對工藝文檔進行引用或輸出。

4.2 制造工藝數據的管理

(1)工藝計劃管理

Windchill系統通過MBOM與工藝計劃建立映射關系來管理制造企業內部的結構化工藝數據，而工藝計劃所反映的制造工藝數據同時包括結構化工藝數據和工藝文件。結構化工藝數據與對應的工藝文檔經過映射關系存儲在工藝數據庫中，它們直接的映射關系是制造工藝數據管理的基礎。

如圖3所示，通過與自制件關聯的工藝計劃，結合工藝計劃本身的結構，實現各部件制造過程中，各工序所使用的工藝過程件、半成品、毛坯、制造資源和工藝文檔等數據的管理。同時，系統支持工程更改和制造數據報表的統計輸出。

圖3 工藝計劃的管理

(2)制造工藝數據管理模型

根據前面的描述，在Windchill中制造工藝數據的管理就是以MBOM為核心的動態管理體系。該管理體系模型如圖4所示，底層是計算機的操作系統、網絡環境、數據庫系統等基礎環境；第二層是基礎類存儲數據庫，包括制造工藝相關的制造部件、制造資源、工藝文檔等；第三層是產品的結構邏輯，即MBOM結構及與之建立映射關系的工藝計劃，其中工藝計劃又與第二層的各存儲數據庫建立各自映射關系；第四層則是企業應用系統，包括與PLM系統集成的ERP、MES、CAPP等應用系統。它們可以一個或多個與MBOM建立起集成信息平臺，傳遞各個應用系統所需要的產品信息及制造數據信息。可以看出，第三層是制造工藝數據管理的核心部分。

圖4 制造工藝數據管理模型

5 結論

MBOM作為企業生產過程中設計、工藝、制造、物流、采購等部門傳遞信息的重要載體，包含零組件分類、產品結構、材料定額、工藝流程、工裝夾具、加工參數等詳細信息，是制造工藝數據管理的核心。通過對MBOM的重構及圍繞MBOM的制造工藝數據管理實踐，給出了基于Windchill系統的制造工藝數據管理模型，為制造企業的工藝數據管理提供了參考方案，同時為企業制造信息化應用水平的提升，有效支持企業產品研發、工藝策劃、生產制造、經營核算等信息的集成，優化企業的制造資源配置，進而降低企業制造工藝管理成本提供了思路。

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ResearchandApplicationofManufacturingProcessDataManagementBasedonWindchill

LIU Zongning1,2,YANG Tongying2,WANG Chunguang2

(1.School of Mechanical Engineering, Northwestern Poly-Technical University, Xi’an Shaanxi 710072, China;2.AVIC Xinhang Yubei Steering System Co.,Ltd.，Xinxiang Henan 453003, China)

As an important carrier of information transmission in design, process, manufacturing, logistics, purchasing and other departments during the production of a company，MBOM is the core of manufacturing process data management，it includes details of component classification，product structure，process flow，frock clamp，process parameter and so on. By restructuring analyzing from EMOB to MBOM, focusing on MBOM for manufacturing process data storage and management,a manufacturing process data management model was given based on Windchill. It provides references for process data management and promotion of information application for manufacturing enterprise.

Bill of material(BOM);Product lifecycle management(PLM);Manufacturing process planning data; Informatization

2017-03-21

劉宗寧(1982—)，男，工程碩士研究生，工程師，主要從事機械制造技術方面的研究。E-mail:liuzn666@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.005

TP391

B

1674-1986(2017)08-022-04