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先进制造环境下BOM的存储结构与表现形式研究与实现

先进制造环境下BOM的存储结构与表现形式研究与实现 2011年12月03日 来源： 物料清单(BinfoMaterail，BOM)是产品结构的描述性文件，它反映了产品部件、子部件、零件直至原材料之间的结构关系，以及每个装配部件所需要的各子部件的数量，BOM有时也称为产品结构树。在制造业企业产品全生命周期的不同阶段内，BOM与各个部门紧密联系，呈现出不同的表现形式，称为产品结构多视图技术。如设计部门应用产品数据管理(Product Data Management，PDM)与CAD系统进行集成产生设计BOM，并进行产品配置管理，使产品设计系列化、标准化及通用化；计划部门则在企业资源计划(EnterPrise Resources，Planing，ERP)系统的支持下利用计划BOM来迅速查找零件是否属于采购件(包括供应商信息)、外协件(包括外协单位信息)、标准件，还是自制件(包括材料、生产车间等信息)，以便为安排生产做准备；制造部门依据制造BOM的零件类型(轴类、箱体类等)组织生产；销售部门依据销售BOM作为报价参考；财务部门依据成本BOM计算成本等等。其中设计BOM用来描述产品结构的来源，其他类型BOM是在设计BOM的基础上经过转化而来的。BOM是PDM系统与ERP系统集成的重要接口，研究BOM的存储结构及表现形式有重要的现实意义。1 BOM存储结构的类型目前国内对BOM存储结构的描述较多，常见的有多层式、单层式两种方式。以图1所示的减速器产品简化结构示例来描述这两种格式的存储结构的信息模型与实例如表1所示。

表1 三种BOM存储结构及实例

图1 某减速器产品结构简图

从表1可知，多层式BOM结构采用“单父一多子”的数据结构，其中最底层零件的层次用“L”符号表示，以下同。该结构特点是详细描述了某产品的结构，各个零/部件的储存都要记录一次对应的产品信息，容易获取属于某产品的所有零/部件信息，查询算法简单，查询效率高；但缺点是数据存储冗余大，对于同版本同一产品的零/部件要重复定义，如部件B重复定义了两次。虽然给出了某零/部件的层次关系，但无法给出零/部件的上下级关系，只知道它属于哪一个产品，同一产品的相同层次的相同零/部件无法分清其上级部件，无法用于制定象装配作业计划及物料需求计划等与产品结构树有关的活动。单层式BOM结构采用“单父一单子”的数据结构，只记录各个父项与子项之间的对应关系，最高级父项编码为空，其对应的子项为产品。这种存储结构与多层式BOM相比不但减少了数据存储的冗余，而且明确定义了各个零/部件的上下级关系，通过递归算法查询可以得到一个完整的产品结构树。但缺点是如果其他产品也有该零/部件，则可能存在数据存储冗余，如产品M也有部件B，但组成部件B的零件E数量为1，而不是2，则该结构无法描述这一规定，而且也不能直接查询出某零/部件所属的产品。分析多层式BOM结构和单层式BOM结构的优缺点后，将两种存储结构优点结合，得到混合式BOM存储结构，如表1所示。该结构在单层式BOM结构的基础上增加了产品编码项，BOM表具有一对多的自反关系，可以解决单层式BOM存储结构的缺点。该存储结构具有如下的优点：能查询某个产品的所有零/部件组成；能通过递归算法查询产生一个完整的产品结构树或部件树；能正反向单级或多级反查某零/部件的直接或间接上级；能快速查询某零/部件的所有所属产品等等，而这些功能正是ERP系统与PDM系统所必备的。2 BOM的表现形式在PDM系统与EPR系统的BOM应用中，表现形式是通过输出格式来描述的。其常见的输出格式有如下几种，如单级展开式、多级展开式、顺序汇总式、单层反查式、多层反查式、汇总反查式、矩阵式和对比式等8种，结合图2a、图2b所示的两个一级圆柱齿轮减速器产品结构(注意图中方框中的含义，如“输人轴组件：021(1)”表示零/部件名称为输人轴组件，其编码为021，属于02产品，装配数量为1个)，各种输出格式描述如下。

图2 两种一级圆柱齿轮减速器产品结构简图

2.1 单级展开式单级展开式显示某一部件的所有下属零/部件及装配数量关系，一个完整的产品是由若干部件构成的，因此采用多个单级展开能完整表达产品的树结构。这种输出格式结构简单，查询性能高，其输出内容对应表2。

表2 单级展开式

2.2 多级展开式多级展开式也称为缩行式。该格式是按照产品制造的方式来描述产品结构的。即从最高层零/部件(产品)开始按照子件所在的层次逐级向后缩排，同一层次的所有零/部件信息都显示在同一列上，各子件所处的位置一目了然，这是一种完整的产品树型结构。这种输出格式结构复杂，由于涉及到递归算法，查询性能较低，适合于产品结构配置及物料需求计划的分解，其输出内容对应表3。

表3 多级展开式

2.3 顺序汇总式顺序汇总式直接对组成最终产品结构的最底层零件进行汇总，反映了一个最终产品所需的各种零件总数，不反映产品的结构关系。如果某一零件用于多个装配部件，该格式将适合确定合适的采购总量。由于不反映产品的结构关系，该格式适合用来核算产品的成本、采购等活动。这种输出格式结构简单，查询方便。其输出内容对应表4。

表4 顺序汇总式

2.4 单层反查式单层反查式也称为单行跟踪式。其原理是在产品结构中，根据子件向上查询直接父件(上层)，不包括间接父件，该格式主要用来描述某一零/部件被用于何处。这种输出格式结构简单，查询性能较高，其输出内容对应表5，表5中括号内数字表示部件或装配件。

表5 单层反查式

2.5 多层反查式多层反查式也称为缩行跟踪式。其原理是在产品结构中，根据子件逐层向上查询父件(上层)，而且最终能查询到顶层父件，将所有直接或间接用到该子件的部件全部列出。该清单主要用于评价工程设计变化的效果及决定生成某零/部件需求的上层物料。这种输出格式结构复杂，由于涉及到递归算法，查询性能较低。表6中描述了零件编号9、19及36的多层反查输出格式。

表6 多层反查式

2.6 汇总反查式汇总反查式主要对多层反查式的结果进行汇总，说明总用量是多少，哪些部件用到该零/部件，其输出格式见多层反查式。2.7 矩阵式矩阵式是对具有大量通用零件的产品系列进行数据合并后得到的一种BOM输出格式。可在多个产品结构之间进行多层次、横向查询。用来描述某零件在哪些产品中用到，用量是多少等。由于该清单没有描述产品结构的装配关系，因此不能用于多层产品的制造过程，这种输出格式结构复杂，由于涉及到分类统计，查询性能较低。其输出内容对应表7，表7中的“一”符号表示某零/部件在该产品中不存在。

表7 矩阵式

2.8 对比式对比式是在矩阵式查询的基础上，对两种(或两种以上)产品(或部件)的结构进行比较，输出公共的零件或部件的用量，一般只输出相同的结构，不输出差异部分。这种清单可以比较不同产品之间所需要的零/部件的比例。其输出格式见矩阵式，在此不再赘述。3 SQL脚本应用实例某减速器制造企业的EPR软件是基于Oracle大型数据库软件设计开发的，其中BOM管理模块的数据库信息模型采用混合式存储结构。由于oracle数据库提供了树型结构查询方法(包括正向单级、正向多级、反向单级与反向多级等)，因此能满足BOM各种输出格式查询功能。具体SQL查询语句实现如表8所示。

4 结语本文从数据库存储冗余度、查询性能及查询实现功能等角度研究了BOM多种存储结构类型的优点和缺点，给出了实用的混合式BOM存储结构信息模型，该模型不但能查询给定产品的所有零/部件，能通过递归算法查询产生一个完整的产品结构树或部件子树，还能进行正反向单级或多级查询某零/部件的直接或间接上级部件等，基于该模型研究了某减速器产品的BOM的多种输出格式及用途。通过一个PDM软件的应用实例，用Oracle数据库的SQL脚本实现了BOM的多种输出格式。如果将这些封装到数据库包中的SQL语句的存储过程或函数供外部调用，将大大降低BOM管理中间组件的复杂性，减少网络的传输量，并提高ERP或PDM系统有关BOM数据的安全性。(end)

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