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化工行业
制造业PLM的结构配置管理解决方案
产品结构用来反映一个产品由哪些零部件构成以及这些零部件之间的构成关系，一个产品有若干零件和部件构成，一个部件又由若干零件构成：产品配置是把一个具体产品按照内部的零
产品应用
5.1产品结构与配置管理概述
产品结构用来反映一个产品由哪些零部件构成以及这些零部件之间的构成关系，一个产品有若干零件和部件构成，一个部件又由若干零件构成：产品配置是把一个具体产品按照内部的零件数量、性质以及相互结构关系进行组合。产品配置以产品结构为基础，对企业的产品进行客户化的定制设计和多视图描述。
产品结构与配置管理在整个产品生命周期管理过程中起着重要的作用，是PLM的基础模块之一，它首先是PLM系统中流程和任务管理的基础。因为工作流主要控制工程设计活动，而实现控制的前提条件是要有足够的产品结构与配置信息，在此基础上才可以定义活动执行所需的资源；
其次，产品结构与配置管理是实现PLM集成功能的桥梁之一，在正确维护了产品结构与配置信息之后就可以提供正确的材料清单和必要的资源要求，就可以将产品设计必要的人、财、物和生产对象信息向制造资源规划系统和信息管理系统传递，为整个企业的规划和安排提供依据；另外产品结构是实现虚拟化企业等崭新模式的必要准备，只有维护了必须的产品信息，才可以利用网络最新发展技术进行分布、异地的虚拟企业运作，从而实现任务的异地分配和驱动，实现面向客户的电子商务及电子协作活动。
5.2产品结构模型
5.2.1产品数据的结构树模型
产品分解是制造业的一项基本工作，也是企业在产品管理中的主要工作之一。一般意义上的产品结构是指由产品的零部件明细表组成的一种树状结构，如图5.1所示。在产品结构树中，产品结点处于根节点位置，部件结点是具有予结点的中间结点，零件结点包括树上的所有叶结点。
有了结构树，管理者即可分层展开，走不同的分支，壹直观的找裂自己所要的数据，而不用考虑其物理位置。每个零部件都有其属性，如零件的材料、重量、尺寸、颜色以及部件由多少零件组成。由乎对象实例被分散的存放在网络上，为实现面向对象数据模型到关系数据模型的转换，结构树的每个结点都联结着相关零部件的属性，属性的表达方式即文档。
图5-1 产品结构树模型
5.2.2产品数据的关联模型
利用产品结构树的形式组织产品数据，比较符合产品数据自身的绸织规律，使逻辑关系比较合理，有利于产品全局信息的管理。但是，产品数据的结构关系有时候并不是单一的层次关系就能够完全表达清楚静。有时必须对有些关系进行描述。实际上复杂产品的装配结构是一种网状关系，因此需要在层次结构树的基准上，建立一定层次的网状结构关系，作为产品结构关系的补充。
在产品树状结构的基础上，引入“关联”机制，实现产品数据的部分网状结构。这种关联是全方位多层次的，不仅可以在同一产品结构树内的不同层次的不同结点之间建立关联，而且也可以在不同产品结构树上的不同结点之间建立关联。例如，同级结点之间的配合关系就属于前一种情况，而借用件就可能是借用其他产品上的零部件，属于后一种关联关系。关联关系可以分为强关联和一般关联两种。强关联是指关联的双方在修改一方的属性、数据，或者删除其中某个节点的情况下，相关联的另一方必须同时进行相应的修改。不存在这种性质的关联就是一般关联。
根据关联的定义和分类，在某一树状结构产品模型的基础上，通过引入关联机制，就可以扩展成为部分网状结构。如图5-2，两个产品结构树通过建立产品本身内部节点和两个产品相关节点之间的相互关联关系，从而形成了一定层次的网状结构关系模型。
图5-2 产品结构的“关联”关系
这样，一方面通过产品结构树维护产品的层次关系，管理相关的产品数据和设计流程，另一方面，通过结点的关联属性，了解该结点和其他结点之间所存在的关联关系，用于维护和管理整个产品中有关的关联数据，建立关键数据的控制机制。
5.3产品结构管理
产品结构管理与文档管理、零部件管理、版本管理等密切相关，PLM系统提供了产品结构管理的功能，可以直观的描述和管理所有与产品相关的信息。如果将产品结构与配置管理的一些主要功能进行进一步划分，可以得到如图5-3所示的产品结构管理的总体功能框架。产品结构与配置管理通常包括以下主要内容。
图5-3 产品结构管理的总体功能框架
1)产品结构树管理。以产品结构视图的方式建立和管理产品结构的层次关系，用户可以方便的浏览产品结构树的整体层次结构和查询各个结点的相关信息。
2)零部件明细表管理。对产品所包含的零部件基本属性的管理。可以针对产品结构树上的任意结点生成BOM表与零部件使用表，从而提供详细的BOM表及相关信息给其他应用系统。
3)产品与文档关系的管理。由于与产品相关的数据种类繁多，并且包括图形文件、文本文件、表格文件、多媒体文件等各种格式，因而需要进行文档的分类管理，将文档管理与产品结构管理关联起来，实现对产品所有的相关文档进行统一管理，以提高管理和查询的效率。
4)零部件的版本管理。对产品结构树或明细表中零部件的版本进行管理与控制。
5)零件分类管理。基于产品结构树方式，建立企业的零部件库，支持零部件的分类管理。
6)产品配置管理。在产品结构管理的基础上，以BOM为核心，通过一定的转换规则，向用户提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。
7)零部件供应管理。基于Web技术和产品结构管理，面向不同的零件供应商，让这些供应商在权限范围内获取所需要的产品信息。
8)应用系统集成。产品结构管理作为PLM系统的一个组成部分，不仅与产品配置管理、文档管理等功能模块集成，同时也是产品数据管理协同实现与CAD、ERP等系统集成的关键。
5.4产品配置管理
5.4.1产品配置管理的概念
产品的配置管理是针对产品的系列化和客户化管理而提出的。为了满足客户多种多样的需求和复杂的配置约束规则，必须将产品结构中的零部件按照他们的功能、某种组合关系或一定的条件进行重新编排，得到该条件下特定的产品结构，这一过程称为配置。采用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管理。产品配置管理涵盖了产品生命周期的各个阶段，管理范围包括产品的需求分析、设计开发、工艺规划、生产制造、售后服务等阶段。
5.4.2产品配置管理的方法
PLM系统提供了产品配置管理的支持。实现产品配置可以有多种方法，常用的有面向功能的产品配置方法和面向结构的产品配置方法两种。面向功能的产品配置方法是用户在产品功能树中选择一个特定功能，而该功能对应的特定产品组合也就随之确定。在面向功能的产品配置方法中，实际上只是将一些固定的产品组合和功能树中的特定功能产生一对一的映射，对产品配置的规则描述只是在低层次上。
面向产品结构的产品配置方法是直接改变产品配置的结构来达到配置产品功能的目的。它面向产品结构树，在产品组合中自行选择，从而确定替换件和可选件。面向结构的产品配置比较符合工程应用的实际情况。设计人员通常需要直接改变产品配置的结构来生成一个新的产品组合，他们对产品结构有清晰的认识，不需要经过配置规则的解释就可以直接得到他们想要的特定产品组合结构。
5.5物料清单BOM
5.5.1BOM的概述
1、BOM的含义在PLM解决方案中，产品结构和配置管理是对企业设计数据的管理、利用和挖掘。数据的获得就是对原始物料的整理和编码，而BOM表就是整理和编码的一种体现形式。产品结构与配置管理的实现离不开BOM的支持。
物料清单(BillofMaterial，BOM)一词的含义是物料项(Items)清单，即构成一个物料项的所有子物料项的列表。物料项的本质含义就是原材料在产品的生产制造过程中的某个形态，是企业开展日常生产经营活动的基础。从这个意义上说，物料项包括企业的原材料、标准件、成品、零件、装配件、工装、设备、夹具、水电煤等相关的技术文件。物料清单概念的提出是为了表达所有在产品的形成过程中出现的物体形态实体，这些实体是组织产品的设计、工艺、生产、成本等所有与产品相关的活动的依据。
BOM作为制造企业的基础数据之一，产生于产品的设计过程，不仅是企业进行CAPP、实现CAM的依据，而且是产品设计与生产管理之间信息传递的桥梁，如果将BOM输出给MIS和MRPⅡ，就为企业实现产品开发到生产制造的集成提供了基础。
2、BOM的构成
一般来说，一个BOM的构成包括以下几个部分：
(1)主物料项：是BOM将要描述的物料项。对于装配关系来说是父件。
(2)子物料项：是指在形成物料项所表达的物体形态之前的前驱物体形态。对装配关系来说就是子件。
(3)BOM属性：包括所描述的物体形态转变中的转变条件和控制。对于装配关系而言就是装配的数量和偏置时间等。
根据以上对BOM构成的分析，可得出其基本数据结构如图5-4所示。
图5.4 BOM的基本数据组成结构
5.5.2以BOM为核心的PLM、CAPP、ERP系统集成
PLM、CAPP、ERP作为制造企业中的三大类信息化管理软件，他们之间管理的对象既有相同又相辅相成。要将PLM、CAPP、ERP集成到一起物料清单BOM是关键所在。
以BOM为主线组织的产品信息贯穿于企业生产的设计、工艺、采购、生产等整个生产活动的始终。企业各个业务部门都要依据统一的BOM格式组织数据并进行工作。BOM是接受客户订单、确定装配需要的可选件、编制生产与采购计划、配套领料、跟踪物流及生产过程、计算成本等工作都需要的重要文件。如果没有BOM就无法准确地将设计部门产生的数据和变更信息传送到制造部门，实现全局数据信息的统一。
在产品生命周期中，主要存在3种不同形式的BOM：设计类物料清单(EBOM)、工艺类物料清单(PBOM)和制造类物料清单(MBOM)：
(1)设计类物料清单EBOM：设计BOM是设计部门产生的数据，设计人员根据客户订单或设计要求进行产品设计，生成包括产品名称、产品结构、明细表、汇总表、产品使用说明书、装箱清单等信息，这些信息大部分包含在EBOM中。
(2)工艺类物料清单PBOM：工艺设计部门以EBOM中的数据为依据，制定工艺计划、划分工场、工位、工序信息，详细设计工艺装配步骤，更改装配顺序，添加工艺虚拟件，增加工时等信息，修改后的装配树最终生成PBOM数据。
(3)制造类物料清单MBOM：生产部门使用MBOM来决定零件或最终产品的制造方法，决定领取的物料清单；产品成本核算部门利用MBOM中每个自制件或外购件的当前成本来确定最终产品的成本和对产品成本危害，有利于公司业务的报价与成本分析。
图5.5 基于BOM信息模型的信息集成框架
图5.5向我们展示了以BOM为核心的PLM、CAPP、ERP系统的集成框架。首先在PLM中增加工艺BOM功能，供工艺部门相关人员使用，PLM提供数据导出控件供CAPP使用。CAPP利用PLM提供的控件将PLM中的工艺BOM导出到PLM的中间表中，然后再处理到CAPP系统中，CAPP完成工艺规程的编辑后将工艺BOM传递回PLM的中间表中。
PLM提供导出控件供ERP使用，ERP系统相关使用人员根据销售订单情况使用PLM控件选择产品配置状态进行产品配置，并将配置后的数据导入PLM中间数据库中，然后由ERP将PLM蹭表的数据处理到ERP系统串。ERP利用PLM控件导出由CAPP传递到PLM系统中的工艺信息，在ERP中间表进行数据处理后导入到ERP系统中。
产品结构用来反映一个产品由哪些零部件构成以及这些零部件之间的构成关系，一个产品有若干零件和部件构成，一个部件又由若干零件构成：产品配置是把一个具体产品按照内部的零件数量、性质以及相互结构关系进行组合。产品配置以产品结构为基础，对企业的产品进行客户化的定制设计和多视图描述。
产品结构与配置管理在整个产品生命周期管理过程中起着重要的作用，是PLM的基础模块之一，它首先是PLM系统中流程和任务管理的基础。因为工作流主要控制工程设计活动，而实现控制的前提条件是要有足够的产品结构与配置信息，在此基础上才可以定义活动执行所需的资源；
其次，产品结构与配置管理是实现PLM集成功能的桥梁之一，在正确维护了产品结构与配置信息之后就可以提供正确的材料清单和必要的资源要求，就可以将产品设计必要的人、财、物和生产对象信息向制造资源规划系统和信息管理系统传递，为整个企业的规划和安排提供依据；另外产品结构是实现虚拟化企业等崭新模式的必要准备，只有维护了必须的产品信息，才可以利用网络最新发展技术进行分布、异地的虚拟企业运作，从而实现任务的异地分配和驱动，实现面向客户的电子商务及电子协作活动。
5.2产品结构模型
5.2.1产品数据的结构树模型
产品分解是制造业的一项基本工作，也是企业在产品管理中的主要工作之一。一般意义上的产品结构是指由产品的零部件明细表组成的一种树状结构，如图5.1所示。在产品结构树中，产品结点处于根节点位置，部件结点是具有予结点的中间结点，零件结点包括树上的所有叶结点。
有了结构树，管理者即可分层展开，走不同的分支，壹直观的找裂自己所要的数据，而不用考虑其物理位置。每个零部件都有其属性，如零件的材料、重量、尺寸、颜色以及部件由多少零件组成。由乎对象实例被分散的存放在网络上，为实现面向对象数据模型到关系数据模型的转换，结构树的每个结点都联结着相关零部件的属性，属性的表达方式即文档。
图5-1 产品结构树模型
5.2.2产品数据的关联模型
利用产品结构树的形式组织产品数据，比较符合产品数据自身的绸织规律，使逻辑关系比较合理，有利于产品全局信息的管理。但是，产品数据的结构关系有时候并不是单一的层次关系就能够完全表达清楚静。有时必须对有些关系进行描述。实际上复杂产品的装配结构是一种网状关系，因此需要在层次结构树的基准上，建立一定层次的网状结构关系，作为产品结构关系的补充。
在产品树状结构的基础上，引入“关联”机制，实现产品数据的部分网状结构。这种关联是全方位多层次的，不仅可以在同一产品结构树内的不同层次的不同结点之间建立关联，而且也可以在不同产品结构树上的不同结点之间建立关联。例如，同级结点之间的配合关系就属于前一种情况，而借用件就可能是借用其他产品上的零部件，属于后一种关联关系。关联关系可以分为强关联和一般关联两种。强关联是指关联的双方在修改一方的属性、数据，或者删除其中某个节点的情况下，相关联的另一方必须同时进行相应的修改。不存在这种性质的关联就是一般关联。
根据关联的定义和分类，在某一树状结构产品模型的基础上，通过引入关联机制，就可以扩展成为部分网状结构。如图5-2，两个产品结构树通过建立产品本身内部节点和两个产品相关节点之间的相互关联关系，从而形成了一定层次的网状结构关系模型。
图5-2 产品结构的“关联”关系
这样，一方面通过产品结构树维护产品的层次关系，管理相关的产品数据和设计流程，另一方面，通过结点的关联属性，了解该结点和其他结点之间所存在的关联关系，用于维护和管理整个产品中有关的关联数据，建立关键数据的控制机制。
5.3产品结构管理
产品结构管理与文档管理、零部件管理、版本管理等密切相关，PLM系统提供了产品结构管理的功能，可以直观的描述和管理所有与产品相关的信息。如果将产品结构与配置管理的一些主要功能进行进一步划分，可以得到如图5-3所示的产品结构管理的总体功能框架。产品结构与配置管理通常包括以下主要内容。
图5-3 产品结构管理的总体功能框架
1)产品结构树管理。以产品结构视图的方式建立和管理产品结构的层次关系，用户可以方便的浏览产品结构树的整体层次结构和查询各个结点的相关信息。
2)零部件明细表管理。对产品所包含的零部件基本属性的管理。可以针对产品结构树上的任意结点生成BOM表与零部件使用表，从而提供详细的BOM表及相关信息给其他应用系统。
3)产品与文档关系的管理。由于与产品相关的数据种类繁多，并且包括图形文件、文本文件、表格文件、多媒体文件等各种格式，因而需要进行文档的分类管理，将文档管理与产品结构管理关联起来，实现对产品所有的相关文档进行统一管理，以提高管理和查询的效率。
4)零部件的版本管理。对产品结构树或明细表中零部件的版本进行管理与控制。
5)零件分类管理。基于产品结构树方式，建立企业的零部件库，支持零部件的分类管理。
6)产品配置管理。在产品结构管理的基础上，以BOM为核心，通过一定的转换规则，向用户提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。
7)零部件供应管理。基于Web技术和产品结构管理，面向不同的零件供应商，让这些供应商在权限范围内获取所需要的产品信息。
8)应用系统集成。产品结构管理作为PLM系统的一个组成部分，不仅与产品配置管理、文档管理等功能模块集成，同时也是产品数据管理协同实现与CAD、ERP等系统集成的关键。
5.4产品配置管理
5.4.1产品配置管理的概念
产品的配置管理是针对产品的系列化和客户化管理而提出的。为了满足客户多种多样的需求和复杂的配置约束规则，必须将产品结构中的零部件按照他们的功能、某种组合关系或一定的条件进行重新编排，得到该条件下特定的产品结构，这一过程称为配置。采用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管理。产品配置管理涵盖了产品生命周期的各个阶段，管理范围包括产品的需求分析、设计开发、工艺规划、生产制造、售后服务等阶段。
5.4.2产品配置管理的方法
PLM系统提供了产品配置管理的支持。实现产品配置可以有多种方法，常用的有面向功能的产品配置方法和面向结构的产品配置方法两种。面向功能的产品配置方法是用户在产品功能树中选择一个特定功能，而该功能对应的特定产品组合也就随之确定。在面向功能的产品配置方法中，实际上只是将一些固定的产品组合和功能树中的特定功能产生一对一的映射，对产品配置的规则描述只是在低层次上。
面向产品结构的产品配置方法是直接改变产品配置的结构来达到配置产品功能的目的。它面向产品结构树，在产品组合中自行选择，从而确定替换件和可选件。面向结构的产品配置比较符合工程应用的实际情况。设计人员通常需要直接改变产品配置的结构来生成一个新的产品组合，他们对产品结构有清晰的认识，不需要经过配置规则的解释就可以直接得到他们想要的特定产品组合结构。
5.5物料清单BOM
5.5.1BOM的概述
1、BOM的含义在PLM解决方案中，产品结构和配置管理是对企业设计数据的管理、利用和挖掘。数据的获得就是对原始物料的整理和编码，而BOM表就是整理和编码的一种体现形式。产品结构与配置管理的实现离不开BOM的支持。
物料清单(BillofMaterial，BOM)一词的含义是物料项(Items)清单，即构成一个物料项的所有子物料项的列表。物料项的本质含义就是原材料在产品的生产制造过程中的某个形态，是企业开展日常生产经营活动的基础。从这个意义上说，物料项包括企业的原材料、标准件、成品、零件、装配件、工装、设备、夹具、水电煤等相关的技术文件。物料清单概念的提出是为了表达所有在产品的形成过程中出现的物体形态实体，这些实体是组织产品的设计、工艺、生产、成本等所有与产品相关的活动的依据。
BOM作为制造企业的基础数据之一，产生于产品的设计过程，不仅是企业进行CAPP、实现CAM的依据，而且是产品设计与生产管理之间信息传递的桥梁，如果将BOM输出给MIS和MRPⅡ，就为企业实现产品开发到生产制造的集成提供了基础。
2、BOM的构成
一般来说，一个BOM的构成包括以下几个部分：
(1)主物料项：是BOM将要描述的物料项。对于装配关系来说是父件。
(2)子物料项：是指在形成物料项所表达的物体形态之前的前驱物体形态。对装配关系来说就是子件。
(3)BOM属性：包括所描述的物体形态转变中的转变条件和控制。对于装配关系而言就是装配的数量和偏置时间等。
根据以上对BOM构成的分析，可得出其基本数据结构如图5-4所示。
图5.4 BOM的基本数据组成结构
5.5.2以BOM为核心的PLM、CAPP、ERP系统集成
PLM、CAPP、ERP作为制造企业中的三大类信息化管理软件，他们之间管理的对象既有相同又相辅相成。要将PLM、CAPP、ERP集成到一起物料清单BOM是关键所在。
以BOM为主线组织的产品信息贯穿于企业生产的设计、工艺、采购、生产等整个生产活动的始终。企业各个业务部门都要依据统一的BOM格式组织数据并进行工作。BOM是接受客户订单、确定装配需要的可选件、编制生产与采购计划、配套领料、跟踪物流及生产过程、计算成本等工作都需要的重要文件。如果没有BOM就无法准确地将设计部门产生的数据和变更信息传送到制造部门，实现全局数据信息的统一。
在产品生命周期中，主要存在3种不同形式的BOM：设计类物料清单(EBOM)、工艺类物料清单(PBOM)和制造类物料清单(MBOM)：
(1)设计类物料清单EBOM：设计BOM是设计部门产生的数据，设计人员根据客户订单或设计要求进行产品设计，生成包括产品名称、产品结构、明细表、汇总表、产品使用说明书、装箱清单等信息，这些信息大部分包含在EBOM中。
(2)工艺类物料清单PBOM：工艺设计部门以EBOM中的数据为依据，制定工艺计划、划分工场、工位、工序信息，详细设计工艺装配步骤，更改装配顺序，添加工艺虚拟件，增加工时等信息，修改后的装配树最终生成PBOM数据。
(3)制造类物料清单MBOM：生产部门使用MBOM来决定零件或最终产品的制造方法，决定领取的物料清单；产品成本核算部门利用MBOM中每个自制件或外购件的当前成本来确定最终产品的成本和对产品成本危害，有利于公司业务的报价与成本分析。
图5.5 基于BOM信息模型的信息集成框架
图5.5向我们展示了以BOM为核心的PLM、CAPP、ERP系统的集成框架。首先在PLM中增加工艺BOM功能，供工艺部门相关人员使用，PLM提供数据导出控件供CAPP使用。CAPP利用PLM提供的控件将PLM中的工艺BOM导出到PLM的中间表中，然后再处理到CAPP系统中，CAPP完成工艺规程的编辑后将工艺BOM传递回PLM的中间表中。
PLM提供导出控件供ERP使用，ERP系统相关使用人员根据销售订单情况使用PLM控件选择产品配置状态进行产品配置，并将配置后的数据导入PLM中间数据库中，然后由ERP将PLM蹭表的数据处理到ERP系统串。ERP利用PLM控件导出由CAPP传递到PLM系统中的工艺信息，在ERP中间表进行数据处理后导入到ERP系统中。
