BOM驅動的工程變更管理

史建成，杜小東，李劍勇，劉艷輝

（西南電子設備研究所，四川 成都 610036）

工程變更是電子裝備研發制造過程中的重要活動。在電子裝備研制過程中，由于產品復雜、多品種、小批量且研制周期短，工程變更在產品的整個生命周期中是不可避免的工作，因此必須對工程變更進行有效管理，在保證工程變更影響充分評估驗證的同時，充分考慮變更數據管理的一致性和變更信息傳遞的有效性，以實現產品在研制過程中迅速響應用戶需求、更快地改進產品和縮短研制周期的目的。

工程變更涉及到設計、工藝、采購、生產、物流、售后等產品全生命周期的多個環節，一般需要研發、制造、物資、質量、財務等多個專業協作來完成。工程變更的難點在于保持變更過程中產品數據的一致性、變更影響分析和評估的充分性、變更信息傳播的完整性等3個方面。在產品數據一致性的方面，需要對產品數據對應的批次、版本、時效、關聯關系進行管控。王曉翠[1]對變更數據進行了深入研究，實現了變更數據與CAD、企業資源規劃系統的集成，可確保整個生命周期內數據的一致性。在變更影響分析評估方面，需要對變更及其涉及的產品進行技術、財務、質量、交付周期等多維度的分析，確定企業可接受的變更方案。唐敦兵等[2]基于設計結構矩陣，建立了工程變更影響分析模型，提出對工程變更的直接與間接影響進行分析的具體方法，并結合相關的變更影響計算方法實現了分析工程變更影響程度的預測手段。陶芳等[3]研究了變更元素多級遞階結構圖，清晰地表示了變更元素之間的影響范圍，同時，結合模糊層次分析法對變更任務之間相互影響的程度進行了評估。在變更信息的傳播方面，重點對變更數據分發和推送的范圍和有效性進行控制。韓健美[4]通過工程變更管理流程來保證與工程變更相關的產品數據進行正確及時傳輸到下游采購、運輸及線上使用跟蹤與管理，實現數據上下游傳遞的單一性。方泳澤[5]等提出了基于有向圖的工程變更傳播分析方法。由于工程變更活動的復雜性，目前仍然沒有一種企業通用的工程變更流程和方法。在企業的實際應用中，工程變更造成的產品數據的前后不一致、變更影響評估不足造成的產品不兼容、變更傳播不全造成的漏更改等問題頻繁發生，給快速響應顧客要求和產品質量帶來隱患。

本文針對上述存在的問題，提出BOM驅動的工程變更管理方法，基于工程變更的總體模型，構建工程變更的BOM驅動控制機制，并在Windchill系統中進行實施驗證。

1 工程變更流程建模

1.1 工程變更總體模型

工程變更流程可分為4個階段，分別是變更申請、變更評估、變更執行和變更實施，如圖1所示。

圖1 工程變更流程總體模型

變更申請是指針對產品生命周期的各個階段內外部產生的變更需求，分析問題的原因，展開相應的技術驗證，制定變更方案。根據變更影響的大小，將變更申請按照變更影響從大到小分為一、二、三類。變更評估是從技術、物料、質量、成本、計劃等多個維度對變更方案進行評估，依據評估結果確定變更的批次范圍。對于影響較小的三類更改（一般不涉及實物更改），在通過變更分類審核之后，可跳過變更評估階段，直接到變更執行，以縮短變更周期。變更執行是在變更方案被批準之后，依據變更方案的要求和范圍對圖紙、模型、工藝等技術文件進行更改、審核和會簽，會簽結束后進行技術文件的歸檔和升版。變更實施是依據變更方案和變更后的技術文件，對涉及到的產品批次進行處置。變更實施徹底與否的關鍵在于變更信息是否精確傳遞，避免因信息濫發和漏發而造成實物批次處置的不徹底。

1.2 變更申請

變更申請首先需要明確變更需求，主要包括產品上級總體或產品用戶提出更改需求、設計工藝人員或發現現場問題的人員所提出的更改需求、生產改進需求提出的更改需求3種。對變更需求進行問題識別、分析、驗證后，發起變更申請。在變更申請中，一般需要對下述內容進行描述：變更涉及的項目、變更涉及的模型號/圖號、變更原因、變更的關聯性、變更前后的內容對比、變更的技術驗證結果、變更導致的BOM變化、變更的實物處置建議等。

1.3 變更評估

變更評估借助信息系統，自動查詢變更方案所涉及的產品及其裝入的上級產品、涉及批次及制造階段、涉及采購物料及庫存和供應鏈的情況、涉及到可能的成本增加和研制周期延長，從而為多維度評估提供支撐。由于變更評估工作量大且專業性強，可設置變更評估團隊進行。對于影響較大的變更申請，應觸發線上或線下的變更評審會進行評估和決策，如圖2所示。

圖2 變更評估環節

設置變更評審的觸發條件如下：

（1）涉及對2個及以上派生產品的更改；

（2）更改造成的成本損失大于等于一定金額；

（3）涉及已交付顧客的產品更改；

（4）預計延遲超過一定天數；

（5）涉及正在生產的產品超過一定批量的更改。

變更評審人應包含但不限于變更申請人、產品負責人代表，客戶代表、設計代表、計劃代表、質量代表，工藝代表、制造代表、財務代表、物資代表、服務保障代表。通過變更評審會的方式，對影響較大的變更申請進行評估和控制，以避免給企業造成大的損失。其他影響較小的變更申請則由變更管理團隊內部進行評估，以降低流程成本。

1.4 變更執行

變更申請通常涉及到多份相關的技術文件的更改，變更申請由同一個流程發起，在變更申請被批準后，變更方案范圍內的多個技術文件同步進行更改，變更執行完成后，統一歸口進行變更實施策劃，如圖3所示。需要多份技術文件同時更改的情況主要包括：（1）電性能指標變更涉及的多個模塊組件的同步更改；（2）電子產品電訊模塊的更改影響到機械結構的散熱等要求，導致機械結構必須同步更改；（3）結構件更改引起干涉，尤其隨著三維模型逐漸取代二維圖紙，相關的三維模型沒有同步更改，有可能導致因模型之間相互干涉而導致無法歸檔。變更實施需要在所有變更執行任務完成之后再進行總體策劃和實施任務的分解，以保證批次技術狀態的一致性，同時將產品中相似的變更問題來一起處置，可提高實物處置的效率。

圖3 變更任務傳遞

1.5 變更實施

（1）變更實施人員組織。變更實施是根據變更方案和技術文件進行實物處置的過程，直接決定了技術文件變更是否能精確地落實到產品上。為了提高變更實施的效率和有效性，建立變更實施團隊進行實施策劃、任務分發和執行。變更實施團隊由變更管理團隊、各生產車間變更員、生產班組構成。其中變更管理團隊同變更評估階段，在變更實施階段負責實施任務的總體策劃和任務分發，并且對變更實施的反饋結果進行審核；各生產車間變更員負責該車間變更業務的協調、排程、監督實施；實物處置人依據變更方案和技術文件對在生產和已入庫的半成品、成品進行處置，具體根據更改的情況，可對實物進行返工、偏離或報廢，實物處置的結果需要在信息系統中進行反饋，以進行任務閉環。通過上述3個層級的變更實施人員結構，分別實現企業級、車間級、產品級的變更實施管理，避免變更實施任務的遺漏。

（2）變更實施信息系統。工程變更主線流程以PDM系統為平臺，在設計系統、CAPP、ERP、MES等的支撐下完成工程變更的全過程，如圖4所示。在PDM系統上發起變更申請，同時發出相關的任務凍結指令給ERP系統，在ERP上暫定相關的采購活動、凍結相應訂單，并通過MES執行凍結活動。在變更評估階段，主要依據ERP對變更范圍、變更成本、變更對計劃進度的影響進行評估。在變更執行階段，在設計系統和CAPP上更改技術文件，并在PDM上歸檔。在變更實施階段，變更有可能導致新下生產訂單、撤銷生產訂單、外協要求變化、采購要求變化、現有產品的返工等任務，上述任務在ERP中進行管理，并在MES上執行訂單。

圖4 變更實施信息系統架構

2 BOM變更驅動控制

工程變更需要在變更過程中記錄技術狀態的變更，并監控和驅動變更執行和實施情況，從而實現對產品研發制造過程由變更引起的一系列連鎖反應的記錄和追蹤。BOM作為系統集成的數據紐帶，同時也是變更信息記錄、傳播和追蹤的有效載體。通過BOM中定義變更申請，依據BOM結構樹支撐變更評估、執行和實施。

工程變更一般從工程BOM發起，變更業務涉及到的BOM視圖主要包括工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實做BOM。工程BOM根據產品的設計要求劃分而成的結構組成關系，工藝BOM在工程BOM的基礎上，以產品的工藝流程為主線可進行重構，增加制造所需的工藝信息，如工裝夾具、輔料、工藝路線等，表達各工序的邏輯關系及其工序的物料要求。制造BOM是在工藝BOM的基礎上增加產品的制造任務書、批次、數量等制造任務信息，并針對具體批次、項目要求進行配置，用于指導產品制造的全要素和全過程。實做BOM記錄產品的制造過程和實際的裝配關系，以產品序列號或批次號構成結構樹，是半成品、成品的數字映射。變更信息從工程BOM開始進行連鎖式傳播，通過工藝BOM更改、制造BOM更改，最終落實到實做BOM上。

2.1 基于BOM的變更申請

在變更申請階段主要在工程BOM上定義變更需求，包括BOM的增加節點、減少節點、替換節點、結構調整等。

2.2 基于BOM的變更評估

在變更評估階段，BOM對變更評估的支撐作用主要體現在兩個方面：其一，通過工程BOM結構樹及PDM的BOM數據庫，支撐變更節點在其他BOM上的共用情況來確認，如果存在共用件，需要組織用到該產品的所有產品團隊進行評估；其二，基于BOM結構樹及其信息在工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實做BOM上的傳遞關系，識別變更影響到正在生產的批次、產品，和追溯到已裝配了變更產品的交付產品，以支撐對變更范圍的評估。涉及到交付產品變更的，根據變更的影響程度確定是否召回。

2.3 基于BOM的變更執行與實施

變更執行和變更實施在實質上是變更數據在工程BOM、工藝BOM、制造BOM、實做BOM數字線上傳播的過程，上游EBOM變更有可能產生連鎖反應，導致下游工藝BOM、制造BOM隨之變更。為了保證工程變更的順利執行，必須將變更信息傳遞至制造部門使用的制造BOM中。變更信息在BOM中的傳遞主要通過以下方法來實現。

（1）變更量的提取。為了快速準確地獲得工程變更的變更量，采用BOM比對算法，提高了變更量獲取的效率與準確性。采用BOM比對法對新版和舊版的BOM結構進行比對，從而獲取產品的變更信息。產品EBOM變更主要包含物料數量的改變、物料的替換、物料的增加和物料的刪除，而PBOM變更內容主要是改變工藝。通過對新舊EBOM的物料對比，根據兩者的差異可以得出以下3種結果：

①物料數量的變更：指某個相同的物料在單個產品中的數量即相對數量，在2個版本的BOM中不一樣，從而說明該物料的數量發生變更。

②物料增加：指在新版BOM結構中存在某個物料，而在舊版BOM結構中不存在，說明可能是增加了該物料或替換了舊版中的某個物料。

③物料刪除：指在舊版BOM結構中存在某個物料，但在新版BOM結構中不存在，說明該物料在變更過程中被刪除。

④結構變化：指雖然新版與舊版的BOM相比，其物料種類、數量相同，但是樹結構發生了變更。

PBOM變更主要是工藝方法的改變，即工藝版本號的修改。工藝方法改變是指在2個版本的PBOM結構中，某個相同物料的工藝版本號不一樣，說明該物料的工藝方法發生變更。MBOM變更除了繼承EBOM、PBOM變更量之外，還有工藝屬性等發生變更，也可歸為工藝變更量。

應用BOM比對算法后輸出物料數量變更的集合WN，工藝變更的集合WP，增加物料的集合WI，刪除物料的集合WD，這樣4個集合之和即為產品變更量的總集合，為后續工程的變更信息的傳遞提供數據源。

（2）特殊節點處理。變更信息在BOM多視圖間的傳遞過程中，變更量集合中的各種類型的特殊節點有不同的處理方法，傳遞過程須對這些特殊節點進行相應的處理。系統自動處理變更量時，如果沒有對特殊節點進行識別和處置方法定義，則將導致系統卡死或者處置錯誤。

對于BOM視圖中的特殊節點識別如下：

①外協件：需定義外協屬性，生成外協任務及相應處置；

②外購件：需定義外購件屬性，生成采購任務及相應處置；

③工藝合件：識別合件下的節點是否已有生產任務；

④工裝：對工裝類型進行識別，不同類型分別處置；

⑤成套件：查詢各件所對應的項目及需求量，再相應處置。

（3）變更信息傳遞。工程變更信息BOM多視圖傳遞實現變更信息在制造企業的順利流通，如圖5所示。

圖5 變更信息在BOM上的傳遞途徑

變更信息的傳遞流程如下：

①首先從EBOM中提取變更量，啟動傳遞程序，調用EBOM到PBOM的變更信息傳遞算法，生成PBOM的變更量，PBOM的更改要經過相關審核發布；部分變更類型信息可以不經由EBOM直接傳遞到PBOM，如工藝變更等。

②啟動傳遞程序，調用PBOM到MBOM的變更信息傳遞算法，生成MBOM的變更量，MBOM的更改要經過相關審核發布；部分變更類型信息可以不經由PBOM直接傳遞到MBOM，如零部件的數量變更等。

③啟動傳遞程序，將MBOM數據傳遞到ERP，通過變更量處置算法，對變更進行處置，形成計劃變更量，并經過計劃調度，進入生產執行。查詢到實做BOM對應產品或批次，對實物進行變更之后，實做BOM要相應的進行升版。

3 應用驗證

本文提出的模型和方法在西南電子設備研究所的PDM系統中進行實施，并與CAPP、ERP、MES等信息系統集成，實現了BOM驅動的工程變更管理。實施后的流程時間與2017年全年的數據統計時間對比，可知提出變更單后至到達現場的時間縮短46%，得到明顯加快。在流程實施后，基于BOM實現了變更數據的有效傳遞，實現了批次級和序列號級變更狀態的管理，有效減少了變更失控的情況。

4 結語

工程變更管理是企業進行技術狀態管理的重要手段，BOM作為連接工程數據和生產經營的橋梁，是進行工程變更管理的主要抓手。本文研究了BOM驅動的工程變更管理方法，在工程變更總體模型的基礎上，構建了變更信息在BOM上的傳遞方法。工程變更的實施與企業產品的研發生產模式有著緊密的聯系，隨著近年來制造成熟度在企業的逐步應用，制造成熟度作為產品研發制造模式評定的依據也逐步被認可，針對不同制造成熟度的產品來制定相適應的工程變更管理方法，將是企業實施工程變更的重要關注點。