基于批次的流程行业物料清单集成技术.pdf

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1、第 16 卷第 1 期计算机集成制造系统Vol.16 No.12 0 1 0 年 1 月Computer Integrated Manufacturing SystemsJan.2 0 1 0文章编号:1006-5911(2010)01-0165-09收稿日期:2009-01-03;修订日期:2009-05-07。Received 03 Jan.2009;accepted 07 May 2009.基金项目:国家自然科学基金资助项目(70872014,70572098);大连理工大学青年教师科研启动资助项目(893338)。Foundation items:Projectsupported by

2、 the National Natural Science Foundation,China(No.70872014,70572098),and the ScientificResearch Foundation forYoung Scholars of DUT,China(No.893338).作者简介:薄洪光(1975-),男,辽宁葫芦岛人,大连理工大学管理学院讲师,博士,主要从事生产物流管理、企业资源管理、生产成本管理等的研究。E-mail:hg_bo 。基于批次的流程行业物料清单集成技术薄洪光1,张 楠2,刘晓冰1,黄学文1(1.大连理工大学 管理学院,辽宁 大连 116024;2.东

3、北特殊钢集团有限责任公司,辽宁 大连 116031)摘 要:针对流程行业的特点及其在物料清单集成管理方面的需求,在分析流程行业物料清单多视图形态及映射逻辑关系的基础上,提出了基于批次的物料清单多视图转换映射方法。通过将物料批次与产品类型、应用域和生命周期相关联,定义了继承单元、替代单元、衍生单元和聚合单元及其转换映射函数。通过辨识物料清单多视图的批次属性特征,提出了物料清单多视图间的结构转换和数据映射算法,实现了物料清单多视图的转换映射,并通过企业的实际应用进行了可行性和有效性验证,进而建立起面向流程行业的物料清单多视图集成应用模型。关键词:批次;流程行业;物料清单;多视图映射中图分类号:TH

4、186;F273.2 文献标识码:ABatch-based bill of material integration technologies for process industryBOH ong-guang1,ZHANG Nan2,LI UX iao-bing1,H UANG X ue-w en1(1.School of Management,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Dongbei Special Steel Group Co.,Ltd.,Dalian 116031,China)Abstract:Aimin

5、g at process industry characteristics and its Bill of Material(BOM)integration management require-ments,on basis of analyzing the mult-i form and mapping logic relationships of mult-i view BOM,a batch-based ap-proach for mult-i view BOM transformation&mapping was presented.By associating batches,pro

6、duct type,appl-ication domain and product lifecycle,successive cells,substitutable cells,derivate cells,aggregating cells and therelevant transformation&mapping functions were defined.By identifying the batch-mapping characteristics ofBOM,algorithms for mult-i view BOM structure transformation and d

7、ata mapping were put forward.And transfor-mation mapping for mult-i view BOM was realized.The BOM transformation&mapping model was proved to befeasible and effective by its application in enterprise.Thereby,the mult-i view BOM integrated application model wasset up for process industry.Key words:bat

8、ch;process industry;bill of material;mult-i view mapping0 引言随着现代集成制造技术的发展,实现产品制造期间的数据和过程集成,已成为企业信息化建设的趋势。物料清单(Bill of Material,BOM)是产品全生命周期管理中最重要的基础数据,不但联系着产品数据管理(Product Data Management,PDM)和企业 资 源 计 划(Enterprise Resource Planning,ERP)系统,而且在不同阶段为不同类型的工作提供数据指导 1。离散行业 BOM(BOM4D)通常采用树形、非循环式的图表来描述产品每一个

9、部件与其子部件之间的装配关系,描述图表最后收敛于某一根计算机集成制造系统第 16 卷节点(最终产品),即所有原材料、子部件、部件单元最终收敛于同一父部件。BOM4D 是一种描述装配件的结构化零件表,包括所有装配件、原材料的清单,以及制造某一装配件所需的物料数量 2。流程型企业的生产方式是通过对原材料的混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法,使原材料增值的过程,主要行业为钢铁、化工、炼油、制药等,通常以批量或连续的方式生产。流程行业的产品配方复杂,且对安全性和保密性管理要求高。流程行业的产品生产制造过程与工艺流程顺序密切相关,产品的流向具有收敛或发散的特点。流程行业的配方(处方)或配料清单(BO

10、M4P)不仅描述产品结构,还包含产品配方、工艺流程等信息,属广义 BOM 3。由于生产流程中包含众多的活动和资源,其生产过程动态多变,加上产品质量要求多样以及物料回流等情况,使得 BOM4P 的结构也很复杂。企业的业务过程均能够反映在 BOM 上,并通过BOM 实现运营过程的集成,因此对 BOM 技术的研究比较广泛。BOM 的分类提取建模和 BOM 多视图间的集成关系等方面已取得了很多研究成果,如基于单一产品数据源的 BOM 数据映射管理模型 2、面向产品全生命周期的 xBOM 模型 4、分布式环境下 BOM 多视图映射技术 5、产品开发阶段物料清单的视图演绎技术 6等一系列实际有效的BOM

11、模型和映射技术。以往 BOM 技术的研究和应用多针对离散行业,与离散行业相比,流程行业BOM 技术有较大不同 3,其结构特点包括:(1)BOM 结构的动态性 由于物料反应机理、资源设备、工艺环境、过程操作等多方面因素存在动态性,使流程型企业生产制造过程具有较大波动性,BOM4P 的结构(配方或配料)需要在生产过程中动态调整。(2)BOM 结构的发散性 在流程型企业生产的中间过程或最后阶段的产出品可能有多个,包括联产品或副产品,而且有些产品有等级的区分、批号的记录、时效质保期限制、浓度/发气量的差异和纯度的区别等。(3)BOM 结构的连续性 流程行业特别强调连续、均衡生产,当需求变化或质量异常时

12、,流程型企业通常通过调整工艺流程的参数来维持生产持续进行,BOM4P 一般呈现为链式结构状态。因此,流程行业中不能以产品零部件的装配关系 2,4-6来确定 BOM 的结构和映射模型,而应充分考虑产品配方/配料关系和工艺流程顺序关系。目前的 BOM4P 一般都包含配方/配料和过程结构的信息,二者对应为设计 BOM 和工艺 BOM,分别用于指导采购和工艺。在 BOM 模型中采用物料编码(Material Index Code,MIC)的方式进行物料分类,组织BOM 结构,该类BOM 结构能够准确地反映出最终的产品结构。但在流程型生产过程中,同一MIC 码、不同批次的物料可能拥有截然不同的工艺、检验

13、、判定和成本发生等过程属性状态和属性值,该类 BOM 结构很难精确地描述产品制造过程中物料的批次配置结构,从而难以保证 BOM 多视图集成映射过程中 BOM 数据的一致性、完整性和可靠性。综合考虑流程行业 BOM 管理的实际需求和特征,本文将物料批次特征属性引入到 BOM4P结构中,提出基于批次的流程行业 BOM 多视图的过程集成技术。1 流程行业 BOM 的多视图形态及其结构转换和数据映射关系在流程型企业产品生命周期内,面向不同部门的 BOM 具有不同的属性特征和相异的表现形态,根据流程型生产的特点,主要有以下几种形态 3-4:(1)设计物料清单 设计物料清单(Engineer-ing BO

14、M,EBOM)是企业产品设计部门用来组织和管理构成某种产品生产过程中所需的原材料清单,流程型企业一般根据产成品的品种类型、现有设备条件、库存原材料品位、不同生产工艺流程和理化性能要求等,综合考虑化学成分含量和投入/产出量比等控制要素,通过配方计算公式确定各个(组批)批次的配料量,形成反映原材料配方/配料组成和量比关系的 EBOM。(2)工艺物料清单 工艺物料(Process BOM,PBOM)是企业的工艺部门用来组织和管理产品生产的工艺文件,它依据企业工艺装备特点,确定半成品和制成品的加工路径、加工方法和加工设备等相关的工艺信息,流程型企业生产工艺流程相对较长,连续的工艺流程间关联组合的情况也

15、较多,其中部分工艺路线具有可互换性,产品的生产制造过程涉及到大量的工艺规程和工艺参数,且存在较大的动态性,其 PBOM 根据工艺规程适用的生产阶段和所对应的作业工序进行划分,并存储相关的各个批次物料的工艺过程属性信息,同时 PBOM 能够描述产品制造过程的工艺顺序属性关系。166第 1期薄洪光 等:基于批次的流程行业物料清单集成技术(3)生产物料清单 生产物料清单(Manufac-turing BOM,MBOM)是企业生产部门用来组织和管理实际生产过程中的产品 BOM,制造资源计划(Manufacturing Resource Planning,MRP)根据投入产出比率等参数,通过 MBOM

16、进行不同生产阶段的物料需求计算,可以获得所有物料项的需求数量和到达时间,MBOM 为制订有效的生产计划和采购计划提供数据支持,流程型企业强调 MBOM能够引导和保证产品生产制造过程各阶段物料流的连续性和均衡性。(4)质量物料清单 质量物料清单(QualityBOM,QBOM)是质量部门在生产过程中对某种产品或其所需原材料的质量控制清单,QBOM 描述各阶段物料的质量要求和质量控制标准,用来指导生产的质量控制和产品质量问题的追溯,尤其在钢铁、制药、食品等行业,要求 QBOM 能够完整地反映出各个批次产品的质量追溯体系。(5)成本物料清单 成本物料清单(Cost BOM,CBOM)是成本核算部门用

17、来描述产品生产过程中实际发生的成本信息,主要包含上述 BOM 中的原材料成本、作业成本和质量成本等,并通过企业管理费用和设备折旧费用等的合理分配,计算出产品的最终成本。同时,CBOM 能够适应流程型企业对联产品、副产品等进行成本分摊和抵扣操作的成本核算过程。(6)其他类型物料清单 包括计划 BOM、跟踪BOM、检验 BOM、采购 BOM、库存 BOM 等。在流程型企业产品的生命周期内,EBOM 和 PBOM 是其他 BOM 的核心数据来源,本文称为源 BOM(Source-BOM,SR-BOM)。在流程型企业生产经营过程中,存在着上述全部或部分类型 BOM,企业各个部门针对本部门的需求,设计、

18、制作、存储和管理相关的 BOM,这些 BOM实质上是产品数据源在产品生命周期内不同应用域中表现形式相异的数据视图 5。每种 BOM 视图结构由产品类型、应用域和生命周期三个维度唯一确定。在产品生命周期不同应用域内任选两个 BOM视图(1#BOM 和 2#BOM),其视图结构和数据映射存在四种关系:(1)视图投影关系(view-projecting)2#BOM视图的全部或部分属性与 1#BOM 视图一致,且一一对应,是 1#BOM 视图数据在另一个应用域内的投影。如检验 BOM 是 QBOM 视图在质量检验应用域内的投影。(2)视图替代关系(view-substituting)2#BOM 视图的

19、全部或部分属性与 1#BOM 视图不同,在 2#BOM 视图中,完全由若干新属性来替代1#BOM 视图中的原属性,且所对应的各属性之间没有必然联系。若某物料在 MBOM 中某工序上的批次属性为/x-x-x0,而实际分批生产,则在跟踪和检验 BOM 中该工序上批次属性也须随之变化,由/x-x-x0和/x-x-y 0两个新批次属性替代原批次属性/x-x-x0。(3)视图衍生关系(view-deriving)2#BOM视图的全部或部分属性与 1#BOM 视图不同,且2#BOM视图中该新属性唯一,由 1#BOM 视图中的原属性衍生变化获得。如 MBOM 视图中某一产品的某批次原材料的配料量属性,由 E

20、BOM 视图中产品配方/处方的化学成分属性含量衍生计算而来。(4)视图聚合关系(view-aggregating)2#BOM 视图的全部或部分属性与 1#BOM 视图不同,且 2#BOM 视图中该新属性唯一,是由 1#BOM 视图中的若干原属性聚合变化获得的。如MBOM 视图中多类产品的某项原材料配比量属性,由 EBOM 视图中上述多类产品的多个配方、配比范围属性值作交集运算聚合得到。流程行业 BOM 多视图的基本转换映射关系可用上述四种视图关系描述,这四种转换映射关系可以叠加存在。BOM 多视图依照上述基本或叠加转换映射关系,在一定条件下可以进行转换映射。进行BOM 视图转换时,必须首先考虑

21、在不同的应用域内,不同 BOM 视图各种物料构成单元之间的差异。经过广泛调查和分析研究,流程行业 BOM 多视图中各构成物料单元可以归结为以下四种基本类型:(1)继承单元 指在1#BOM 和2#BOM 视图中同时存在,且 2#BOM 视图中单元属性包含 1#BOM 视图中全部单元属性的物料单元。继承单元是满足视图投影关系的物料单元。(2)替代单元 指在 1#BOM 视图中存在,在2#BOM视图中替代存在且属性相异的物料单元,也叫变异单元。替代单元是满足视图替代关系,或替代关系+投影关系的物料单元。(3)衍生单元 指在1#BOM 和2#BOM 视图中同时存在,但两物料单元的若干单元属性不同,且2

22、#BOM 视图中的单元属性由 1#BOM 视图中的单元属性衍生变化而获得。衍生单元是满足视图衍生关系或视图衍生关系+投影关系的物料单元。167计算机集成制造系统第 16 卷(4)聚合单元 指在 1#BOM 和 2#BOM 视图中同时存在,但两物料单元的若干单元属性不同,且2#BOM 视图中的单元属性由 1#BOM 视图中的若干单元属性聚合变化而获得。聚合单元是满足视图聚合关系或聚合关系+投影关系的物料单元。2 基于批次属性辨识的流程行业 BOM 多视图转换映射技术(BOM4P-MVM)2 11 BOM4P-MVM 的技术原理及映射算法描述结合流程行业 BOM 的多视域性特点,本文将产品生产制造

23、周期不同应用域内 BOM 视图间的数据转换过程称为 BOM 视图批次属性数据映射,简称 BOM 视图映射 5。(1)批次属性数据映射定义批次映射属性数据集为M,令 X I M,Y I M为分属两个不同应用域的批次属性数据集,若 xiIX,有唯一的 yiI Y,使得 yi=F(xi),则称 F 是从 X到Y 中的批次属性数据映射,记为 F:X yY。在流程行业应用中,不同应用域间的 BOM 转换映射关系实质上是BOM 多视图批次属性分解、辨识、转换和合成关系的反映。通过对 BOM 多视图间关系的分析,BOM 转换映射亦可分为属性数据投影映射、属性数据替代映射、属性数据衍生映射和属性数据聚合映射四

24、种基本类型,简称投影映射 Fp、替代映射 Fs、衍生映射 Fd和聚合映射 Fa。某一应用域的批次属性可能是其他应用域批次属性映射的组合7。(2)批次属性数据映射函数根据流程行业 BOM 多视图间批次属性数据的转换映射关系,对批次属性数据映射函数加以描述,定义批次属性数据映射函数为 F,X 和 Y 分别为定义域和值域。批次属性数据映射函数一般是复合函数,上述多应用域间映射函数可表示为 F=Vz(Vt(Vf),其中:Vf为筛选函数,筛选定义域中的批次属性数据;Vt为提取函数,获取批次属性数据并进行转换映射;Vz为聚合函数,对转换映射后的批次属性数据进行合成,得到目标应用域内的批次属性数据集。上述函

25、数反映了批次属性数据映射过程。基于批次的属性数据映射函数经过组合后形成复合映射函数 Fc,如将批次属性数据映射函数 Fp,Fs,Fd,Fa组合,各个映射函数定义域、值域的并集分别为复合映射函数 Fc的定义域和值域,记为 Fc=Fs Fd Fa Fp,其中运算符表示函数依次叠加合成。(3)基于批次属性辨识的 BOM 多视图转换映射算法在流程型企业产品的生命周期内,MBOM,CBOM,QBOM 等下游 BOM 视图主要从 SR-BOM视图获取 BOM 的组成结构等数据。同时,下游BOM 视图间也存在视图映射关系,如 CBOM 视图、QBOM 视图都需要从 MBOM 视图中获取各自相关的产品生产信息

26、。针对上述四种 BOM 视图中的物料单元类型,按照结构转换和数据映射关系,给出BOM 转换映射算法步骤:步骤 1 映射初始化准备。以宽度或深度优先方式遍历 1#BOM 视图中的各个链节点,并逐一压入堆栈 Stack_nodes。步骤 2 若 Stack_nodes 非空,则由 Stack_nodes 弹出一个链节点元素 node,辨识该 node 的物料单元类型 Cell.Mat.Type,遍历链节点 node 所包含的特征属性,依次压入堆栈 Stack_attributes;否则,转步骤 6。步骤 3 确定 BOM 转换映射函数 2#BOM=Fc(1#BOM):若 Cell.Mat.T yp

27、e 为继承单元,则Fc=Fp;若 Cell.Mat.T ype 为替代单元,则 Fc=Fs Fp;若 Cell.Mat.T ype 为衍生单元,则 Fc=Fd Fp;若 Cell.Mat.T ype 为聚合单元,则 Fc=Fa Fp。步骤 4 若 Stack_attributes 非空,则弹出属性元素 attribute 并输入 Fc,将返回值赋给 attributec;否则,转步骤 2。步骤 5 2#BOM 视图链节点属性元素重新赋值。将 node 的属性元素 attribute 赋值为 attrib-utec,转步骤 4。步骤 6 BOM 多视图转换算法结束。2 1 2 BOM4P-MVM

28、 的技术适用性分析传统的流程工业一般具有工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少、生产批量大等特点,如化工、石油化工、制药、电力行业等。为适应市场的变化,现代流程工业逐步采用订单驱动型生产方式,呈现出产品品种繁多、工艺流程复杂多变和生产组织变批量等显著特征,如冶金、橡胶、食品、造纸、塑料、陶瓷等行业。对于流程行业生产的典型特点和新型特点,BOM4P-MVM 的技术适用性可以归纳为:(1)在 BOM 多视图结构设计方面 为适应流程行业批量型和连续型生产,BOM 多视图采用链式结构设计,链节点细化至作业工序。依据原料配168第 1期薄洪光 等:基于批次的流程行业物料清单集成技术方和工艺路线上相互关

29、联作业工序的投入/产出比率,确定 EBOM 中物料批次的配比量;依据工艺路线确定 PBOM 结构中链节点的工艺顺序属性关系,通过并行工艺路线的互换,对 PBOM 的工序链进行调整;MBOM 通过 EBOM 和 PBOM 的参数进行不同批次、不同阶段的物料需求和物流平衡计算。基于批次的 BOM 多视图链式结构设计保证了生产物料信息流的连续性、平衡性和稳定性。(2)在 BOM 多视图结构配置方面 流程工业的主要原料品种较少,如石化行业的主要原料是石油和天然气,钢铁行业的主要原料是铁矿、废钢和铁合金,但最终产品的品种却可能多达数万种。换言之,同一原料可以生产多种产品,即便同一原料生产同一产品还存在有

30、多种工艺过程的选择。同时,流程工业产品的评级标准复杂,包括国际标准、国家标准、行业标准和企业标准等,这样,同一原料通过同一工艺过程生产同一类产品,但出产产品的等级不同。另外,为了在多品种、小批量的生产模式下能够节能降耗、减少成本,企业可以利用成组技术设计出符合组批要求的批量计划方案组织生产,流程型生产存在复杂的物料合批、分批操作的变批量生产组织过程。物料的批次是上述问题中的最小物料单元,基于物料批次特征属性的 BOM 多视图结构,能够保证 BOM 对产品制造过程中物料批次配置结构的精确描述。(3)在 BOM 多视图转换映射方面 在 BOM 多视图结构的合理设计和有效配置基础上,通过辨识物料批次

31、属性特征,确定 BOM 多视图中的继承单元、替代单元、衍生单元和聚合单元,利用上述转换映射 算法,可以完成 由源 BOM 到下 游的跟 踪BOM、质量 BOM、成本 BOM 等,以及下游 BOM 之间的视图结构转换和数据映射。如由源 BOM 转换映射确定的跟踪 BOM 描述各个批次物料的实际工序跟踪信息,跟踪 BOM 是质量 BOM 和成本 BOM重要的过程信息来源。质量 BOM 依据跟踪 BOM和检验BOM 数据进行质量判定,而成本 BOM 则依据跟踪 BOM 和质量 BOM 数据对联产品进行成本分摊,对副产品进行成本抵扣。3 基于批次的核心 BOM多视图转换映射方法3 11 SR-BOM

32、和 MBOM 结构数学模型为准确定义SR-BOM 和 MBOM 的转换映射关系,需分别根据 EBOM,PBOM 和 MBOM 的属性特征对三种 BOM 进行数学描述。首先,针对流程型企业产品的配方、配料属性关系定义 EBOM。定义 1 EBOM 用一个三元组来表示,记为EBOM=(A,C,Q)。其中:A 为物料单元 ai(i=1,2,m)的集合;C 为物料批次配方(配比)关系 cij的集合,cij为 ai和aj之间的配比关系;Q 为物料批次配比量描述 qij的集合,qij=q(cij),表示配比关系cij中一个父物料单元由qij个子物料单元构成。由于 MBOM 中物料单元的配方(配比)关系是生

33、产过程中实际原料配比操作的反映,而在 MBOM中又必须考虑工艺的因素,即需要对 PBOM 进行数学定义,才能保证转换影射过程中数据的一致性和完整性。PBOM 数据主要描述工艺流程顺序属性关系,包括产品的工艺流程规范文件和加工工艺设计文件。定义 2 PBOM 用一个七元组(A,S,P,Z,X,R,T)来表示,记为 PPBOM=(A,S,P,Z,X,R,T)。其中:A 为物料单元ai(i=1,2,m)的集合;S 为物料单元类型属性si(i=1,2,m)的集合,它对物料单元的类型(继承单元、替代单元、衍生单元和聚合单元)进行描述,同时也对物料单元类型是否为继承单元、替代单元、衍生单元和聚合单元进行描

34、述,si用来描述物料单元ai的物料单元类型属性;P为物料单元在加工流程中的工艺顺序关系 pij(i=1,2,m)的集合,pij表示物料单元 ai由前向后加工至第j 道工序;Z 为物料单元工艺状态zij的集合,zij是物料单元ai的第 j 道工序的工艺状态描述,体现物料的加工工艺进度;X 是物料单元工序 xij的集合,xij为物料单元 ai的第 j 道工序;R 为资源 rij的集合,rij为物料单元 ai的第j 道工序占用的资源;T为工序工时定额tijk的集合,tij k为物料单元ai的第j道工序占用资源k 的情况下的工时定额。定义 3 MBOM 用一个八元组(AM,CM,QM,PM,Z,X,R

35、,T)来表示,记为 MBOM=(AM,CM,QM,PM,Z,X,R,T)。其中:AM为 MBOM 中的物料单元 aMi集合;CM为 MBOM 中物料批次配方(配比)关系 cMij的集合;QM为 MBOM 中物料配比量描述 qMij的集合;PM为 MBOM 中物料单元工艺顺序关系 pMij的集合;Z 为物料单元工艺状态 zij的集合,zij是物料单元aMi的第j 道工序的工艺状态描述;X 是物料单元工序 xij的集合,xij为物料单元 aMi的第 j道工序;R 为资源rij的集合,rij为物料单元 aMi的第j 道工序占用的资源;T 为工序工时 tijk的集合,tijk169计算机集成制造系统第

36、 16 卷为物料单元aMi的第j 道工序占用资源 k 的情况下的工时。根据以上定义可知,在 SR-BOM/MBOM 转换映射过程中,AM可以根据 PBOM 中物料单元类型属性S 的描述,对 EBOM 中的物料单元集合 A 进行再造获得;CM,QM和 PM均可以依据 SR-BOM(EBOM+PBOM)中的 C,Q 和 P 进行转换获得;MBOM 中的Z,X,R,T 信息可以从 PBOM 中直接获取。3 12 SR-BO M/MBO M 视图结构转换与数据映射方法为便于描述,统一将所有继承单元集合记作CP,所有替代单元集合记作 CS,所有衍生单元集合记作 CD,所有聚合单元集合记作 CA,下面分别

37、给出各类型物料单元在 SR-BOM/MBOM 转换中的映射规则。(1)继承单元转换映射规则(Fp)在产品 prod.中,如果 SR-BOM 中某一物料单元 ai为继承单元,则在 MBOM 中该物料单元完全继承其在 SR-BOM 中定义的配方、配比/工序顺序关系,其数学描述为PaiI CP,vaMi=aicMij=cijqMij=qijpMij=pij。式中:cMij,qMij,pMij分别为 MBOM 中物料单元 aMi和aMj的配比关系、配比量及工序顺序关系;cij,qij,pij分别为 SR-BOM 中物料单元 ai和aj的配比关系、配比量及工序顺序关系。(2)替代单元转换映射规则(Fs)

38、若 SR-BOM 中某物料单元定义为替代单元 ai,则在 MBOM 中应该将该物料单元按 SR-BOM 中表述的配方配比/工序顺序替换到替代单元的父单元中去,数学描述为PaiI CS,vai|AM;cij|CM,cMkjI CM;qMkj=qMki#qij;pij|PM,pMkjI PM。式中:aMk为 ai的替代子单元;cMkjI CM,pMkjI PM表示在 MBOM 中建立的物料单元 aMk和 aMj的配方/配比、工序顺序关系,qMkj为 MBOM 中物料单元 aMk与aMj的配比量,qMki,qij分别为物料单元 aMk/ai和ai/aj的对照配比量。替代单元转换映射的具体算法步骤为:

39、步骤 1 在 SR-BOM 中查找所有的替代单元,压入堆栈 Cells_stack。步骤 2 当 Cells_stack 非空时,从 Cells_stack弹出一个元素赋给 Cell;否则,转步骤 7。步骤 3 在 SR-BOM 中查找 Cell 的父单元标识 Cell_FatherID 及其相对于父单元的配比量 qki(这里假设该物料单元为 ai)。步骤 4 在 SR-BOM 中查找 Cell 的所有子单元(包括产品标识 Cell_ChildID 和配比量 qij等相关信息),压入堆栈 Cell_Childstack。步骤 5 当 Cell_Childstack 非空时,从 Cell _Ch

40、ildstack 弹出一个元素赋给 Child;否则,转步骤 2。步骤 6 在 MBOM 中将 Child 的父单元标识改为 Cell_FatherID,配比量由 qki qij合成。转步骤 5。步骤 7 转换过程结束。(3)衍生单元转换映射规则(Fd)若某物料单元是衍生单元,则根据 SR-BOM 中衍生单元的父/子单元的相关信息和该物料单元的相关工艺要求,在 MBOM 中添加衍生单元的配方配比/工序顺序关系信息,其数学描述为PaMiI CD,vaMj=aj;cMijI CM,cMkiI CM;qMij=qkj,qMki=1;pMijI PM,pMkiI PM。式中:aMj为 aMi的衍生子单

41、元;ak为 aj的父单元;cMijI CM,cMkiI CM,pMijI PM和 pMkiI PM表示在MBOM 中建立的物料单元 aMi和aMj,以及 aMk和aMi的衍生配方/配比、工序顺序关系。(4)聚合单元转换映射规则(Fa)若某物料单元是聚合单元,则根据 SR-BOM 中聚合单元的父/子单元的相关信息和该物料单元的相关工艺要求,在 MBOM 中添加聚合单元的配方配比/工序顺序关系信息,其数学描述为PaMiI CD,vaMj=aj;cMijI CM,cMkiI CM;qMij=1,qMki=qkj;pMijI PM,pMkiI PM。式中:aMj为 aMi的聚合子单元;ak为 aj的父

42、单元;cMijI CM,cMkiI CM,pMijI PM和 pMkiI PM表示在MBOM 中建立的物料单元 aMi和aMj,以及 aMk和aMi的聚合配方/配比、工序顺序关系。170第 1期薄洪光 等:基于批次的流程行业物料清单集成技术衍生单元、聚合单元转换映射的算法流程与替代单元的算法流程类似。按照以上四个转换映射规则,SR-BOM/MBOM 转 换 映 射 函 数 可 归 结 为MBOM=Fc(SR-BOM)=(Fs Fd Fa Fp)(SR-BOM)。4 基于批次的BOM多视图转换映射应用实例钢铁行业是典型的混合流程型生产行业,从整体看,钢铁生产属于一个分解过程,冶炼过程中的整炉钢水

43、在后续生产过程中通过施加不同的工艺措施后形成规格、性能和外观各异的不同产品。现以东北特钢集团大连基地的某项主营产品)轴承钢线材产品为例,说明由 SR-BOM 视图向 MBOM 视图映射的过程。(1)SR-BOM 视图数据的提取 通过标准、工艺和合同管理子系统分别提取 EBOM 和 PBOM 视图数据,以及与产品生产制造过程相关的数据信息,合成 SR-BOM 视图。(2)SR-BOM 视图向 MBOM 视图转换映射 通过辨识两个 BOM 视图中的物料批次单元类型,调用 BOM 多视图转换映射函数 Fc,将 SR-BOM 视图数据转换成能反映产品生产制造全过程,具有数据完整性、正确性和一致性,并符

44、合生产管理和控制要求 的 MBOM 视 图数 据,完 成由 SR-BOM 向MBOM 的视图转换映射。(3)MBOM 视图数据检验与反馈 从生产控制、质量控制和成本控制等多角度检验 MBOM 视图的映射数据,并形成反馈,修正信息;检验与反馈机制保证了生产制造周期内各阶段、各环节运行数据的合理性。订单型钢铁生产企业的产品设计主要围绕合同进行,该企业 2007年 7月上旬接收到轴承钢产品订单,产品的品种代码为 BC-BS-615,其中有两项:钢号为 KBGCr15,质量标准为 Q/LD23-2004 和钢号为 GCr15,质量标准为 Q/LD20-2004 的线材合同。SR-BOM/MBOM 视图

45、转换映射如图 1 所示。首先,由合同管理子系统提取产品种类、产品代码、钢号、质量标准、加工用途、交货状态、冶炼方法、订货数量信息等。依据订单进行钢铁产品的配方设计,由标准、钢号管理子系统提取生铁、废钢、铁合金等原料配比信息后生成品种代码为 BC-BS-6 15,钢号分别为 KBGCr15,GCr15,质量标准分别为 Q/LD23-2004 和 Q/LD20-2004 的 EBOM 视图。其次,由工艺管理子系统确定产品工艺设计、产品加工路线等加工工艺信息,并生成 PBOM 数据视图。在 PBOM 中,KBGCr15 和 GCr15 两类产品工序 0 工序 2 的工艺规程完全一致,故前三道工序工艺

46、路线可以合并。EBOM 和 PBOM 二者经分解合成后最终形成 SR-BOM 视图。然后,分别针对物料批次中的继承单元、替代单元、衍生单元和聚合单元类型,通过 SR-BOM/MBOM转换映射规则,由 SR-BOM 向 MBOM 进行视图转换映射。如图 1所示,MBOM 中的配料工序(工序 0)由PBOM 中的工序 0 确定;KBGCr15 和 GCr15 两个钢种允许合炉冶炼,故在 MBOM 中产生聚合单元;其中衍生单元是由 EBOM 中 KBGCr15 钢种的原料配方/配比关系计算获得;MBOM 中的EAF+LF+VD+模铸工序(工序 1)为继承单元,可从 PBOM 直接获取;MBOM 中的

47、初轧 750 开坯工序(工序 2)需要分批轧制,且在其后的高精线材轧制工序(工序 3)上,KB-GCr15钢种工艺规程要求控轧控冷,而 GCr15 钢种没有该项要求,故在 MBOM 中的工序 2 上需要区分标识替代单元。由于生产组织的实际需要,在制造过程中出现的物料分/合批情况存储在批次属性中,对合批操作还要求可以追溯参与合批的各个批次和相关的炉号信息,存储于新增属性/批次追溯0中。SR-BOM 视图映射后可以得到 MBOM 视图,还需要根据实际生产情况检查和校验所生成的 MBOM。5 结束语基于批次的流程行业 BOM 集成技术将物料批次与产品类型、应用域和生命周期相关联,以设计BOM 和工艺

48、BOM 作为源BOM,通过辨识 BOM 多视图间物料批次单元的配方配比及工艺顺序属性关系,在保证 BOM 数据一致性、完整性、正确性的前提下,通过基于批次的 BOM 多视图结构转换和数据映射,实现了 BOM 多视图间的集成,建立了流程行业 BOM 多视图的集成应用模型,为流程型企业生产集成管理提供了物料数据流的过程信息集成方法。与目前的 BOM 集成技术相比,该技术在明确物料批次的前提下,通过 BOM 多视图转换映射,将产品结构数据与生产过程数据集成起来,有效地保证了产品质量的批次可追溯性。实际应用表明,大型流程型企业运用该技术可灵活地依据资源能力编制生产计划,以面对多元化的市场需求。171计

49、算机集成制造系统第 16 卷参考文献:1 MANDAL P,GUNASEKARAN A.Issues in implementingERP:a case study J.European Journal of Operational Re-search,2003,146(2):275-283.2 LI Zhouyang,T IAN Xitian,JIA Xiaoliang,et al.SEBOM-based aircraft manufacturing process management system J.Computer Integrated Manufacturing Systems,2

50、007,14(7):1356-1362(in Chinese).李洲洋,田锡天,贾晓亮,等.基于单一企业物料清单的飞机制造过程管理体系 J.计算机集成制造系统,2007,14(7):1356-1362.3 BO Hongguang.Research on integrated production logisticsmanagement method and application for iron&steel industry D.Dalian:Dalian U niversity of Technology,2008(in Ch-inese).薄洪光.钢铁行业集成生产物流管理方法及应用研究