基于云計算BOM系統的設計與實現

孫 斌，仲梁維 SUN Bin,ZHONG Liangwei

（上海理工大學 機械工程學院，上海 200093）

0 引言

如今信息技術飛速發展，信息數字化已經全面影響了人民的生產、生活。我們已經進入了信息化、大數據、云計算的時代。商業環境的快速變化、企業結構的扁平化發展趨勢、上下游企業的相互合作要求企業具有及時獲取生產、市場相關信息，為企業經濟、高效發展提供信息技術支持的能力。對于傳統型制造企業而言，其信息系統是相互獨立的，這種傳統的ERP系統沒法做到高效的信息分享，且傳統的ERP系統升級和運營維護的成本高、難度大。而基于云計算的企業信息管理系統能有效解決傳統ERP系統的問題，且具有其他的優勢。基于云的企業信息系統使用便捷，用戶無需對系統進行升級或維護，重要的是基于云的企業信息系統規范了企業各個系統的標準，實現了整個企業系統間的信息資源共享。在經濟方面，基于云的企業信息系統減少了企業在IT基礎建設上的支出，提高企業運行效率。

先進制造業發展方向是使用信息技術并匹配相應的設施引領企業具有科技含量高、能源消耗低的優勢。作為工業化和信息化結合的一個非常重要的領域，先進制造業和信息產業的相互融合是目前先進制造業研究的熱點之一[1,10]。先進制造業和信息產業的融合能夠有效改善制造業的生產組織方式及業務流程，從而提高企業效益和管理水平、增強企業市場競爭力。建設企業信息化一般是從ERP的建設開始的，而ERP的數據核心是BOM系統。

1 系統設計

1.1 BOM系統的數據收集過程及數據的算法研究

數據的輸入和輸出是BOM系統的核心，物料主數據是BOM數據的核心。數據的收集是一個復雜且及其重要的過程。第一步收集物料主數據，之后以物料主數據為依據制作物料采購信息主數據。下一步以設備維護賬單、員工信息為依據制作資源主數據。根據物料主數據和資源主數據制作BOM主數據、工藝路線主數據、作業主數據。將物料主數據中的一個項目制造工藝路線，輸入、輸出物料及其所需件數、作業內容、作業所需資源及時間都被包含在工藝路線中。最后收集BOM所有的數據并檢查數據，完成數據的收集后應將其錄入系統中，在存儲信息的同時對數據進行分析。

物料查找算法：

Return true；

其中：SetElement表示一個零件集合，SetRelation表示一個父子關系集合，ElmentFeature表示一個零件滿足所需零件特點的集合，SetlRule表示一個按照規則推理的關系集合。

根據該算法模型得到的物料查找方法，可以分為兩類：一類是父項零件滿足特定的物料特點，子項零件也跟著滿足。另一類是父項零件滿足特定的物料特點，子項零件卻不滿足。

根據這兩類的區別制定如下的算法：

SetElement表示一個零件集合，SetRelation表示一個父子關系集合，ElmentFeature表示一個零件滿足所需零件特點的集合，SetlRule表示一個按照規則推理的關系集合。

上述的算法能夠解決物料樹結構中不同物料適用于不同場景的篩選問題，能夠充分利用計算機的處理能力進行查找和分析物料數據，適用于大規模物料清單管理系統的使用。

1.2 BOM系統功能模塊設計（如圖1所示）

圖1 系統功能模塊圖

1.3 BOM系統數據模型設計

云計算的數據庫可以對海量的數據進行存儲，并可利用大數據進行分析，向用戶提供優質的服務。該BOM系統采用數據庫群來管理存儲數據。通過對物料結構層次的分析，得出了系統E-R圖（如圖2所示）。產品管理部門在添加產品的時候需設置產品類別。設計部門在設計產品結構的時候需記錄一個產品由哪些零部件構成，并形成零部件的層次結構。產品設計變更時應進行修改記錄。工藝部門需制定產品、零部件的工藝，工藝再形成對應的工藝結構；其余相關部門能選擇所需的零部件和工藝匯總。平臺管理員能設定不同角色及權限的用戶。

圖2 數據庫E-R圖

依據以上分析出的實體聯系圖，設計出相應的基于層次遍歷法的數據庫，在數據庫中建立相應的表。此BOM系統的數據庫采用的是關系型數據庫SQL Sever2008軟件。數據庫部分產品表如表1所示。

1.4 云平臺的搭建

BOM系統云平臺建設的設計概念是基于面向服務的體系架構（SOA），通過對物料信息發布、存儲和集中管理的途徑，來實現物料信息資源開放共享。其體系架構由下而上分為物理層、平臺層、資源整合層、應用層和訪問層。

要想使云計算運用到BOM系統中，首先必須建立一個共享云平臺的構架，這五個層面是構建云平臺的基礎，各層之間緊密結合，互相聯系，共同建立起BOM系統云平臺架構，然后在此架構的基礎上才可以通過各種途徑將云計算應用到BOM系統，使其成為一個完整的系統。

表1 product產品表

2 系統功能實現

實現系統功能是系統建設的一個關鍵階段，是將分析和設計采取恰當的開發技術變成現實的階段。基于云計算的BOM系統通過互聯網把系統平臺布置在了網絡云端。企業用戶可通過虛擬化技術獲得云端資源的分配，只需在客戶終端通過網頁登入的方式便可對針對企業情況定制的BOM系統進行業務操作與管理。此系統的運行環境為Windows系統，數據庫采用Sqlsever2008，部署采用Tomcat6.0。基于云計算的BOM系統采用B/S結構模式。由云平臺管理員給定企業用戶網頁地址及對應賬號即可登入BOM系統。

產品錄入模塊：在產品錄入模塊中，用戶只需將按要求的格式設計的包含產品基本信息及產品工藝信息的word或excel文檔批量化導入至BOM系統中，即可完成產品錄入的工作。

產品管理模塊：產品管理模塊由類別管理模塊、產品添加模塊、產品審核模塊組成。

（1）產品類別管理模塊中，用戶可對產品類別進行層次的劃分，并可對每個層次的產品類別進行相關的增加、刪除、修改等操作。

（2）在產品添加模塊中，用戶可手動建立新的產品信息，還可依據相應的銷售合同在銷售系統中對已完善的產品進行補充產品信息操作。產品添加界面如圖3所示。

（3）在產品審核模塊中，產品設計人員應修改完善產品信息表中未完善信息的產品，與此同時審核已完善的工藝信息。零件管理模塊：零件管理模塊由零件替換模塊、零件更改模塊、零件工藝更改模塊這三個模塊組成。

（1）在零件替換模塊中，用戶可在相應的零件代號、零件名稱、材料等信息搜索框中輸入信息來查詢用來替換的零件。在庫存中存在所需用來替換零件的情況下，按照物料ID等信息內容查詢需替換的零部件，并進行相應的操作。在該模塊中一次可替換多個產品零部件。若查詢結果不存在用來替換的零部件，則進行申請增加所需零件的操作。

（2）在零件更改模塊中，用戶可在相應的零件代號、零件名稱、材料等信息搜索框中輸入信息來查詢需修改的零件，并在零部件信息更改界面中對對應信息進行修改操作。

（3）在零件工藝更改模塊中，用戶可在工藝修改界面中對某一確定產品的某一物料的工序進行操作，工序的操作方法是在備選的幾個工序上用阿拉伯數字1、2、3……來標記工藝順序。

產品設計模塊：產品設計模塊由產品基本設計模塊、產品結構設計模塊、產品工藝設計模塊這三個模塊組成。此模塊包含了產品的全部設計過程。

（1）在產品基本設計模塊中，分兩種情況進行產品信息添加操作。第一種情況：若產品是預投的，用戶則在產品添加界面上進行產品基本信息添加操作；第二種情況：若產品是根據訂單產生的，并且產品合同內容完整，則用戶可依據產品合同的基本信息對產品設計信息進行操作。產品基本信息提交如圖4所示：

圖3 產品添加界面

圖4 產品基本信息提交

（2）產品基本信息在提交之后，系統會跳轉到產品結構設計頁面。產品結構設計界面的左側樹展示產品的零部件結構層次。該界面顯示每一零部件的層次劃分情況。對某一零部件的名稱進行點擊操作，界面右側則會顯示其具體的信息，可在此右側界面進行該零件的結構設計操作。點擊新建按鈕可對產品進行零部件結構添加操作。用戶提交產品結構設計信息之后界面左側樹結構會更新零部件序號層次。在產品結構設計模塊中，用戶還可將已完成設計的零部件裝配成產品。實現了產品BOM系統可以實現將下一級的零部件配裝成上一次零部件的操作，同時也可實現已設計的零部件編輯與刪除操作。

（3）選擇某一零部件，點擊界面中的“工藝管理”即可進入產品工藝設計模塊。在此模塊中可進行設計零部件工藝信息，添加零部件工序信息，添加工序工步信息等操作。

綜合查詢模塊：綜合查詢模塊具有精確查詢和模糊查詢兩種查詢方式，用戶輸入查詢條件可查詢產品信息、零部件信息以及工藝信息，還可把查詢結果以excel文檔形式導出到本地。產品查詢如圖5所示：

數據匯總模塊：數據匯總模塊由材料明細匯總模塊和工藝明細匯總模塊這兩個子模塊構成。

（1）在材料明細匯總模塊中，用戶進行數據匯總操作的步驟為：首先依據產品圖號確定需匯總的產品，其次依據需匯總的物料信息查詢出該產品需要的材料清單，然后匯總之前查詢出的材料清單，合并相同的材料來獲取出累積產品物料的匯總清單。用戶可把匯總結果以excel文檔形式導出到本地。

（2）在工藝明細匯總模塊中，用戶能通過產品圖號與工作令這兩張方式來對已完善產品工藝信息的產品進行工藝信息匯總。匯總結果包含系統計算得出的某一產品或某一工作令相對應的產品組的生命周期、工時總額等信息。用戶也能在匯總結果中查詢產品任一工序相對應的工步信息。

用戶管理模塊：在用戶管理模塊中，用戶可在個人信息維護界面修改自己的個人基本信息，具有管理員權限的用戶還可修改或刪除其他用戶的信息，并且還能修改一般用戶的權限。

圖5 產品查詢

系統配置模塊：在系統配置模塊中，云平臺管理員應對企業用戶進行用戶配置，如配置企業用戶的數量，配置企業用戶的登入賬號、密碼、權限等信息。云平臺管理員還可按照企業用戶的需要定制系統模塊。

3 系統的運行分析

系統整合了4個4核、8G內存的刀片式服務器，利用Hadoop技術構建了一個虛擬資源池進行性能測試。測試時，將其中一個服務器作為主節點，其余三個服務器作為從節點，分別用不同節點數的服務器對資源池中的數據進行檢索計算。在測試中，分別利用不同節點數查詢10 000個物料和20 000個物料，并將其查詢時間與應用云計算之前查詢20 000個物料的查詢時間相比較，測試結果如圖6所示。

圖6 集群節點數對查詢時間的影響

在測試結果中，查詢10 000個物料時，采用四個集群節點比采用單個節點快了95%左右，查詢20 000個物料時則快了103%，在應用云計算之前，系統查詢20 000個物料需要0.9s，在應用云計算之后采用四個集群節點時查詢時間則降到了0.46s。測試結果表明，隨著集群節點的增加，物料的查詢速度會越快，同時，隨著查詢物料量的增加效果越明顯，應用云計算可以大幅度降低物料的查詢時間。

4 結束語

云計算產業在國內外已經處于快速發展的階段，云計算技術與如ERP這種信息管理軟件結合的應用在云計算應用中占了非常重要的比重。然而BOM系統是ERP系統的核心，其與云計算結合的研究案列卻不夠多，本文從ERP、PLM等管理軟件的角度出發，考慮到物料管理需與供應鏈中其它流程相結合，設計了一個基于云計算的BOM系統。該系統能夠幫助企業提高BOM設計與管理的效率，讓企業在物料維護中能夠更加精準地實現數據的安全存儲、實時共享和高效地計算物料匯總等信息。

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