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Geega关注丨柔性制造就是玩转BOM

2022-08-18 17:51:29

前言:日益剧烈的市场竞争和与日俱增的生产技能推动着当代企业生产方法不断的创新,如精益生产、并行工程、智能排程、绿色制造、制造资源筹划等等。在衡量企业与供应链竞争力的指标中柔性是与成本、质量和交货期同等重要的。柔性这一竞争力指标不仅涉及其实现过程的技术问题,还涉及企业与供应链运作管理中的决策与协调问题。


供需关系的改变使得传统大批量生产方式难以维持,个性化需求的日益强劲推动大规模定制化生产的方式应运而生。柔性制造是实现企业大规模定制化生产方式的保障,柔性生产方式的特点主要体现在两个方面:制造设备的柔性响应能力也就是设备产能的利用率。另一方面是企业的供应链执行系统的精准,敏捷的反应能力,这种能力通常体现在制造系统对单个需求的快速响应的能力上。定制化生产方式的核心就是要提升单个产品需求的订单快速响应能力。

数字化时代柔性制造的定义在不断完善和演进传统意义的柔性是指柔性制造系统(FMS),它是由数控加工设备、物料储运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统,包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整,适用于多品种、中小批量的生产。FMS主要由下列三部分组成:数控机床加工系统、自动化的物流系统、计算机控制系统组成的自动化制造系统。随着数字化时代的到来,工业互联网,人工智能、数字驱动,万物互联成为数字化时代的方向标。柔性的定义被扩展到各个领域。
如何理解柔性的意义呢?按照传统定义,制造系统的“柔性”可体现在以下几个方面:
●设备柔性——当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
●工艺柔性——使用不同的材料、不同零件的工艺加工要求完成不同产品或零组件的加工要求。
●产品柔性——产品具备组合能力和模块间的高互换性,通过产品的变种或以迅速构建满足客户的新产品。
●作息柔性——在线处理故障的能力,并继续制造一组给定的部分或产品类型,使用替代路线。
●产能柔性——在订单处于多品种小批量的状态下,不同规格的生产量保持盈利的能力。
●扩展柔性——以模块化的方式逐步扩展的潜力。
●生产柔性——一种系统或设计所能生产的零件/产品类型


从柔性制造系统的定义可以了解,制造柔性的实现是多方面的柔性能力的提升。总体归为三个大的方面的柔性能力:设备端的柔性加工能力,物料的柔性供应能力,以及通过数据驱动的计算机应用系统三方面实现。三方面既保持各自的独立性,同时又有紧密的关联关系。计算机应用系统是以PLM/CRM/ERP/MES为核心的企业级的应用管理平台,通过产品数据驱动企业内部订单交付的操作,同时通过后台应用系统,设备的柔性加工及物料的自动供应的配合,实现企业的柔性制造能力供应能力。


数字化时代,具备柔性能力的范围扩充到企业订单执行的全流程。是指产品从客户需求开始到产品交付的全周期内柔性化能力。从客户需求的搜集,产品的设计,产品的物料资源计划、生产排程,物料的供应,以及生产制造整合过程的无缝衔接,及各系统独立的自适应能力及柔性的能力。单一或局部的柔性制造实现并不能实现真正意义上的柔性化制造,更多只是加工的自动化的局部能力的提升。对于小批量,多品种的产品的订单,很大程度上,自动化的加工技术如果没有适配的数据应用系统的支持,反而会严重影响生产的效率和成本。


柔性制造能力可以表述为两个方面:第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但设备价格相当昂贵且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否具有能在很短的开发周期内,生产出成本较低、质量较高的不同品种产品的能力。


工业互联网的时代,企业的柔性能力的要求延伸到了企业订单的全过程。客户产品需求无法精准预测的情况下,企业如何在产品订单大幅波动的情况下,具备快速的订单交付能力,实现批量生产的成本。柔性能力不只局限在制造环节,焦点转移在跨部门,跨领域,跨系统以及系统与设备之间的无缝衔接的能力。不同应用系统之间如何进行信息的快速转化,通过与订单相关的产品信息进行各环节的业务驱动。通过对订单全流程的分析不难看出,BOM是贯穿企业订单流程的核心信息。是驱动订单流程的核心。

构建BOM协同能力是企业构建柔性能力的关键企业的订单执行过程是通过产品的相关信息进行业务的驱动和联接。市场前端的客户需求的搜集,研发面向制造的设计,制造的快速导入,智能的排程能力,柔性的物料供应能力,这些订单交付的核心能力是企业构建订单执行柔性能力的核心。要全面进行智能企业的转型,柔性能力不仅仅局限在下游的制造部门的自动化加工设备和柔性的制造系统,而是要构建些全局的信息的协同能力。将订单执行和过程中的核心能力部分都纳入到柔性能力的建设规划当中。

 

在企业的协同关系中订单全流程的执行过程是企业最重要最复杂的协同处理过程,从全局的协同关系分析可以看出。产品的BOM信息成为驱动订单流程执行的关键的基础信息。所有订单经过的业务环节都不同程度的要跟产品的BOM相关。客户需求的搜集必须基于可销售的产品的功能进行选择和确认。研发需要依据客户的功能要求完成产品的详细功能的设计生成产品规格的BOM,,当产品进入供应链加工制造时,不同的业务部门都必须依据BOM进行业务需求的分解,整合,成为订单分解执行的依据。所以,在企业会存在明暗两条信息流程。表面上的是客户订单的信息流转,体现订单生成到订单交付的全流程,而暗线则是以BOM信息为核心的产品数据的驱动,各部门以不同视图的BOM为业务操作的基准。通过BOM驱动业务的操作。所以BOM信息是实现系统互联的最基本信息。实现BOM互联是企业实现柔性能力的基本保证。这是企业最核心也是最基础的软实力,企业级柔性能力构建的切入点要从BOM开始。


产品的BOM信息是制造型企业最关键的数据。企业订单的交付过程是以产品的BOM信息为基础的操作。但不同的职能部门因为业务侧重点的不同,使用BOM信息的内容也会有所不同。在并行协同的模式下,以研发的GBOMBOM的数据源,按照订单执行的不同阶段,GBOM需要不断的按业务部门的需求进行演变,并时时保证与GBOM的技术状态的同步。不同的职能部门会有不同的BOM视图,不同视图的BOM会有共性的信息,也会有差异部分,共性信息都是基于研发设计GBOM继承而来,在其它BOM视图中不能被改变,且其它BOM视图必须随着EBOM视图的改变而改变。


BOM信息是驱动业务的关键信息,订单的执行状态是受BOM视图快速转变能力制约的,BOM视图不能快速的转换,转换的正确性不能保证,GBOM的技术状态变化不能迅速的在不同视图BOM中时时更新,会严重影响订单的执行过程,物料资源的规划,打乱生产制造的节奏,无法发挥人力和设备资源的有效产能。BOM的协同能力是企业首要构建的企业级的协同能力。

科学合理的BOM架构设计及视图关系定义是构建柔性能力的基础产品BOM的架构设计是企业数据信息的主要承载体,所有与产品相关的信息都依托BOM结构进行数据关系定义。合理的BOM架构的设计可以使企业的数据信息的呈现更加清晰,数据处理效率大幅提升、数据的清洁度更高,数据的关系定义更清晰。

 


BOM的结构没有固定统一的模式,BOM结构及BOM的复杂程度也因不同的企业的性质及制造方式而有所不同。对企业BOM架构的定义与企业产品的特性,加工制造的策略都有很大的关联。但适用的BOM种类基本是一致的。
BOM的使用功能可分为:GBOMEBOMPBOMMBOMSBOM。

GBOM:是指研发产品的原形BOM,体现产品或产品系列所有的设计功能模块的组成及关系以及各功能模块的装配关系零部件的组成。用有限数据描述大量产品品种,用一个通用的产品结构树来表示产品的完全结构。GBOM是所有种类BOM的原型和数据源。GBOM的结构一般可从产品的功能层到实现层一直分解到材料级甚至是物质级,是产品信息的最完整的体现。


EBOM
:表征产品设计的结果,产品设计数据的结构化表达。在设计阶段形成,反映产品组成的物料清单(包括硬件、软件或其集合体),是工程数据架构之一,需直观展现出产品设计的意图以及任务,明确产品及组件结构关系、数量等信息。


针对同一种规格的产品定义的工程BOM,体现某一规格产品的装配组成关系及各层零组件的关联关系。EBOM是计划、制造、采购等BOM的源头。


EBOMGBOM的差别是EBOM通常中指某一固定配置产品设计BOM,而GBOM则是某一系列产品的全集BOM


计划PBOM:主要是供应链进行产品的资源计划安排时需要针对产品的EBOM进行分解,并按不同种类的零组件分类汇总,分解不同加工种类的物料需要的资源和时间。满足资源计划,生产排程的需要。这类BOM主要包括了排产BOM,工艺BOM\外购件BOM等。


制造MOM:表征制造工艺设计的结果,产品制造数据的结构化表达。反映产品制造物料清单,是生产拉动计划、物料需求计划以及成本核算的依据,反映了零件制造装配制造之间的关系。


销售SBOM:主要是指可以独立销售的产品或产品族的功能组件的集合,SBOM做为客户可选配的产品功能组件BOMBOM中的所有子项都具备独立的定价和销售属性。销售BOM通常是GBOM中的功能层BOM


BOM使用对象的不同,BOM视图的定义也不同,与BOM关联的信息也会扩展。建立数据驱动业务的模式就是建立以BOM为载体并在BOM的视图的动态转化过程驱动业务的运作,同时提供业务操作需要的信息。BOM视图的分类并没有固定的模式,不同的企业可以根据业务的模式定义企业内部的BOM视图。但不同BOM视图转换遵循统一的原则。

如何进行企业BOM拓扑结构的设计如果说BOM视图的定义是柔性制造的基础,不同BOM视图之间的自动转换能力则是实现柔性的关键。定义企业BOM的拓扑线路结构关系是企业的业务架构设计或IT系统架构设计的基础。设计核心流程可以明确不同的业务领域需要的BOM种类及BOM之间的关联关系。设计企业的BOM拓扑结构要从企业的订单执行流程入手,通过订单执行的主流程分析不同订单处理环节需要的BOM信息的内容,不同处理环节的BOM数据信息的关系。根据不同的需求BOM的不同视图之间进行映射时存在着不同的映射形式。其映射的视图之间存在着一定的函数关系。

 

一般视图的基本映射类型为:
遗传映射:指在映射前后BOM(视图中节点之间的关系没有发生变化,只是节点的属性发生了变化的映射。
变异映射:指在映射前后视图中的节点属性没有发生变化,只是节点之间的关系发生了变化的映射。
综合映射:指在映射前后视图中的节点属性发生了变化,节点之间的关系也发生了变化的映射。
在进行BOM关系映射时确定源BOM和目标BOM之间的结构和相关属性变化是非常重要的。GBOM是企业的源BOM,其它BOM的类型都是源于GBOM映射而来。


实现不同BOM视图映射时需要考虑几个关键的条件:
定义不同目标BOM视图的BOM表述内容及与FBOM之间的转换对应关系。不同BOM视图的模板及对应规则一旦确定就要保持要稳定,基础信息的改变对应用系统和业务的冲击较大。
定义BOM自动转换的规则,通过系统自动进行不同BOM视图间的转换。由于BOM是动态变化的,人为跟踪BOM的变化及不同BOM视图的转换,订单交付周期会大大延迟。
定义不同BOM视图转换的条件和时间也是正确进行BOM信息传递,订单必须按产品的交期及制造的产能进行平衡,BOM的视图生效的时间必须依照生产精确的排程时间来转换,提前或滞后都会打乱制造的节奏。造成生产的混乱,影响产品的交期,质量和成本。 


不同视图的BOM进行转换时,需要对BOM中进行映射关系的处理。例如:分离BOM加工件和外购件,对同类加工项编码进行抽取,合并等。基于BOM3D模型进行工艺加工信息的提取和整理。这些数据是物流配送和自动机床加工需要的底层数据,如果通过人工处理,人工和时间的消耗巨大而且无法保证数据的正确性。物流和加工的节奏会被拓乱,严重影响加工的效率和成本。

柔性制造过程应用的最关键信息是产品的BOMBOM柔性的关键是从不同的工具软件中自动提取BOM信息的能力、对BOM数据的处理能力,BOM自动变型处理的能力越强,企业制造的柔性能力就越强。


企业级的BOM架构的设计包括以下几部分:
企业应用的BOM种类的定义。  

研发BOM主结构的定义,研发BOM信息要涵盖其它种类BOM的基本信息,并体现出所有信息的相互依存的关系。
不同种类BOM的使用场所,环境和BOM视图的基本信息的定义。  

依据企业订单主流程定义不同BOM视图生成的必要条件和BOM信息生成的数据源。
确定不同BOM转换的关联关系和数据基准,在BOM变更控制中实施参照基准BOM进行多个BOM视图的变更控制。
所有BOM视图涉及的信息进行全面的标准定义,确保定义信息的准确性,一致性和可用性。

数字化驱动是企业的软实力,构建柔性能力就是玩转BOM目前,对绝大多数企业来讲,数字化转型已经不是做与不做的问题,而是如何做的问题。然而,在数字化转型中,很多企业面临着缺乏战略,缺失转型文化,数字化人才匮乏,没有依托合适的技术平台,顶层规划能力薄弱等问题。


构建企业的数字化能力涉及多个方面的软实力的实施,是企业构建数字化生态系统工程项目。数字化技术在被神化的同时是企业忽视了企业软实力的建设,尤其是对企业数据的设计控制和驾驭的能力,如果企业的数据像一头脱疆的野马无法精准掌握,即使再先进的人工智能也可能只能沦落为华丽的摆设。并不能给企业真正带来质的转变。其实真正的数字化技术是在企业的所有领域对数据的高度控制能力,只有企业高水平的数据管理能力与数字化技术的结合才能起来,才是企业的数字化转型之道。BOM是制造企业的最核心的数据,企业对BOM的控制能力是企业快速建立柔性能力的快捷之路。对企业而言,投资小见效快。

 

中小企业通过BOM数据能够得到最客观的,最清晰的业务过程,BOM数据能够帮助管理者化繁为简,透过复杂繁芜的流程看到业务的本质,更好地优化决策向数字化和快捷通道。企业要进行数字化化转型,首先要解决的软实力,要构建一支了解企业自身情况的数据管理的专业团队,夯实企业的数据管理的基础。中小企业从BOM的基础管理入手切手企业的数字化转型是一条可行之路。

 

作者:吴颖 来源:e-works、PLM之神