模塊化產品智能配置理論與方法

介紹在產品生命周期管理系統(tǒng)Teamcenter PLM系統(tǒng)中結合NX三維設計，以柴油機驅動壓縮機產品設計為例，從產品模塊化設計、配置變量定義、BOM配置管理以及BOM生成等方面，闡述了基于PLM系統(tǒng)的產品模塊化設計概念及BOM配置管理的應用思路和實現(xiàn)方法。

一、前言

眾所周知，對于制造企業(yè)特別是壓縮機制造企業(yè)來說，產品生命周期管理是企業(yè)管理的重要部分，與企業(yè)的經營效益有著至關重要的關系。PLM系統(tǒng)在實現(xiàn)企業(yè)的信息集成、提高企業(yè)的管理水平以及產品開發(fā)效率等方面發(fā)揮著重要的作用，能有效提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力。

概括地說，制造企業(yè)實施PLM系統(tǒng)具有以下重要的意義：

1)企業(yè)產品數(shù)據資源的分類管理，便于快速檢索，提高產品開發(fā)效率。

2)采用有效的版本管理和工程變更管理，解決三維設計文件版本管理的瓶頸問題，保證產品數(shù)據的準確性和一致性。

3)實現(xiàn)產品開發(fā)流程的規(guī)范化管理。

4)建立統(tǒng)一的產品數(shù)據管理平臺，工程協(xié)同設計。

5)實現(xiàn)跨部門的產品信息傳遞，PLM系統(tǒng)提供了產品整個生命周期的數(shù)據和模型，是ERP系統(tǒng)中的產品數(shù)據源頭。

當前PLM系統(tǒng)平臺有很多種，本文介紹用西門子Teamcenter系統(tǒng)及集成的NX三維軟件進行產品模塊化設計及BOM配置管理。Teamcenter能與NX高效無縫集成，兩者都是西門子公司的產品，具有良好的兼容性。

二、壓縮機產品架構設計

以柴油機驅動的壓縮機產品設計為例，詳細介紹在PLM系統(tǒng)中如何高效地進行產品（模塊化）設計以及BOM配置方法。

1．產品模塊化設計概念

為適應市場上不同客戶需求，壓縮機產品型號種類繁多，同種零部件可能會衍生出多種不同性能、不同功能，這就使產品的設計、工藝和生產數(shù)據大量增加，極易產生數(shù)據混亂和數(shù)據冗余問題?，F(xiàn)代化的生產組織方式引入模塊化設計管理思想，以模塊為對象組織產品設計，將產品某一具體功能所需要的零部件進行特定的組合，通過相應的選擇和組合來構成不同的產品。這些模塊的產品數(shù)據及配置規(guī)則數(shù)據量較大，需要依賴信息化系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)設計模塊的有序性和結構化，從而保證數(shù)據的準確性和知識的重用性。

產品模塊化設計就是將產品分成幾個部分，也就是幾個模塊，每一部分都是具有獨立功能，具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸出接口的單元，相同種類的模塊在產品族中可以重用和互換，相關模塊的排列組合就可以形成最終的產品。通過模塊的組合配置，就可以創(chuàng)建不同需求的產品，滿足客戶的定制需求；相似性的重用，可以使整個產品生命周期中的采購、物流、制造和服務資源簡化。

涉及的術語解釋如下：

(1) BOM。BOM（Bill of Material）是指物料清單，是用來描述產品零部件組成和零部件相互關系的重要信息，體現(xiàn)的是具有一定結構關系的重要信息。它表明了產品組件、零件直到原材料之間的結構關系，以及每個組件所需要的各下屬部件的數(shù)量等信息。

(2)產品總圖全BOM，產品總圖也叫全BOM或超級BOM。它所包含的系統(tǒng)或組件應與產品EBOM模塊或子模塊一一對應。

(3) EBOM。 EBOM即（工程設計BOM是以工程的模塊化設計為基礎，通過對產品總圖進行BOM配置管理生成。設計BOM是企業(yè)產品設計部門用來組織和管理產品所需的零部件物料清單，它是其他BOM視圖的源數(shù)據。

(4) PBOM或MBOM。工藝部門再按照EBOM來進行零部件和裝配工藝的設計，產生PBOM;制造部門根據PBOM制訂工藝計劃和工序生成計劃BOM(MBOM)。

2．壓縮機產品原始架構

傳統(tǒng)的設計方法中對于柴油機驅動的壓縮機產品分為10多個系統(tǒng)或零件對應有30多個模塊，每張裝配圖樣可能對應著多種模塊信息，這樣在做BOM的時候沒有統(tǒng)一標準，僅僅靠設計人員的經驗去判斷模塊所要包含的零件類型及數(shù)量，很容易出錯，而且需要手工輸入，BOM的準確性無法保證。

比如某個整機產品的總圖設計及BOM結構見下表。

整機總圖設計與BOM結構詳情

可以看到這種設計方式及BOM結構有很多不足：產品架構層次不明朗、模塊和裝配圖樣不能一一對應、模塊的數(shù)據來源不準確，后續(xù)的設計改進及BOM修改效率低。因此需要對產品設計架構、BOM結構規(guī)范進行優(yōu)化，并減少手工操作。

3．壓縮機產品架構模塊化設計

按照產品模塊化設計精髓，結合原有產品架構的優(yōu)缺點，對柴油機驅動的壓縮機產品整個設計架構做了優(yōu)化，定義出產品總圖、部件系統(tǒng)圖。產品總圖表達各個部件系統(tǒng)的安裝位置以及裝配關系；產品總圖的下級裝配有各個部件系統(tǒng)，每個部件系統(tǒng)具有一定的獨立功能特點，具有一定的獨立性；每個部件系統(tǒng)圖下表達其下級所有的零件裝配示意以及零件位置、數(shù)量等。

按照柴油機驅動的壓縮機產品特點，把它分成了12類部件系統(tǒng)以及對應的12類模塊，部件系統(tǒng)圖的名稱統(tǒng)一命名為××系統(tǒng)，并與各對應的模塊名稱一致，即××系統(tǒng)對應××模塊，如柴油機壓縮機系統(tǒng)對應的模塊名稱為柴油機壓縮機模塊。

壓縮機產品總圖及產品EBOM的設計如圖1所示。

產品總圖和產品EBOM的層次結構完全一致，系統(tǒng)圖、模塊的種類數(shù)量完全一樣；每個系統(tǒng)圖只對應同一種模塊，同一種模塊不會對應到多個系統(tǒng)圖，模塊下的零件種類數(shù)量完全跟系統(tǒng)圖的明細一致，避免了原先需要人為判斷、手工操作存在的問題，BOM的準確性可以得到很好的保證。整個產品設計架構、BOM結構清晰明了，能有效提高產品設計的效率和質量。

圖1 壓縮機產品總圖及產品EBOM的設計

三、PLM系統(tǒng)中產品總圖設計及BOM配置

1．PLM系統(tǒng)主要ITEM類型

在此Teamcenter系統(tǒng)中對工程數(shù)據定義的ITEM類型有很多，與本文相關的ITEM如下：

(1)產品用于管理企業(yè)產品（總圖和EBOM）的相關數(shù)據。

(2)零組件用于管理產品下面層級的零組件相關的數(shù)據，包括系統(tǒng)圖、零件圖、模塊等。

(3) View視圖是Teamcenter系統(tǒng)中表示BOM結構的一種方式。

2．產品總圖及系統(tǒng)設計

存PLM系統(tǒng)中按照優(yōu)化后壓縮機產品總圖架構進行全新設計，結合PLM系統(tǒng)中集成的3D設計軟件搭建出整個產品的整體架構。

1)首先在Teamcenter系統(tǒng)中創(chuàng)建好產品總圖ITEM、各系統(tǒng)圖ITEM、部分主要零件ITEM;然后在NX中將各系統(tǒng)圖裝配到產品總圖下，可結合自上而下或自下而上的三維設計裝配方法進行各系統(tǒng)圖下零件圖的設計。

具體的產品設計、零部件裝配方式與PLM系統(tǒng)外的NX裝配設計基本一樣，以某個壓縮機產品設計為例，裝配設計完成后在NX裝配導航器中的示例如圖2所示。

圖2 設計示例

整個產品總圖是88292020-709，其下級分別有12種部件系統(tǒng)，其中有兩個柴油機—壓縮機系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，分別用于區(qū)別比較火的兩種機型。

在Teamcenter系統(tǒng)結構管理器中可以看到此產品ITEM的View視圖結構如圖3所示。

圖3 View視圖結構

產品總圖全BOM作為各產品機型EBOM的數(shù)據源，方便實現(xiàn)變量配置生成，在裝配設計時有幾個原則：首先，所有各系統(tǒng)都要裝配到總圖中，如果有多個同類系統(tǒng)也需要裝配，如兩個電氣系統(tǒng)；其次，每個系統(tǒng)下級的所有零件選項都要裝配進來，如柴油機-電動機壓縮機系統(tǒng)中需要有多個柴油機、壓縮機主機，都必須裝配進來；再者，NX總圖的裝配結構需要符合產品的BOM規(guī)范要求。

3．產品總圖配置和EBOM生成

(1)產品BOM配置管理的基本流程產品BOM配置管理的流和如圖4所示。

圖4 BOM配置管理流程

Teamcenter系統(tǒng)根據NX總圖裝配結構樹自動生成View視圖，此View視圖就是產品的全BOM。

全BOM經過變量配置，得到各系統(tǒng)及下級零件的唯一選項。根據配置好的各系統(tǒng)及下級零件清單通過復制到對應模塊的下級，最后生成EBOM。生成的EBOM通過IT程序自動傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中，供下游部門使用。

(2)在產品總圖View視圖上做配置管理。產品總圖作為全BOM，其包含了產品所有機型的產品數(shù)據信息，為了準確獲得指定機型的BOM清單信息，因此需要結合Teamcenter系統(tǒng)的配置管理功能，設定變量參數(shù)并應用到有多選項的系統(tǒng)或零件上。

首先找到此產品總圖并進入結構管理器，并打開“數(shù)據面板”建進行變量定義及配置（見圖5）。

1)定義變量選項，從最底層有多選項的零組件的父級開始定義變量，逐層往上定義。

對于一個系統(tǒng)，如果其下級有多選項如多個柴油機（功率、頻率、防護等級等不同），則就要先選定此系統(tǒng)然后通過“新建選項”來定義對應變量。

對于一個總圖，如果其下級有多選項如多個柴油機壓縮機系統(tǒng)，則就要先選定此總圖然后定義對應變量。

在總圖上設置和各系統(tǒng)的一樣變最，重復的相同變量名稱只設1個即可。變量名稱、變量值都需完全一樣。

2)定義總圖上變量選項和各系統(tǒng)變量選項的鏈接關系，實現(xiàn)從總圖配置驅動下級系統(tǒng)配置。

3)定義總圖或系統(tǒng)下級有多選項的變量顯示條件。

(3)按產品總圖配置生成EBOM及模塊內容

1)產品總圖在完成了以上的配置管理后，就能根據具體機型的配置信息選擇相關變量值，查看其詳細的BOM信息。

2)根據此產品總圖包含的機型，征Teamcenter系統(tǒng)中分別創(chuàng)建對應的產品EBOM以及下級模塊ITEM。每個產品總圖根據變量選項的不同，會對應有多個產品EBOM;每個系統(tǒng)圖根據變最選項的不同，會對應有多個模塊，需要分別創(chuàng)建。

3)分別將不同的模塊掛在相應的產品EBOM下，每個EBOM 下類似產品總圖有相關數(shù)量的模塊；模塊下的內容暫時為空。

4)存結構管理器中拆分為兩個窗口，左邊為產品總圖，右邊為具體產品EBOM，經過配置后復制系統(tǒng)圖下的數(shù)據到相對應的右邊模塊中，即可完成BOM內容。

按照以上方式，依次設置選項值，打開對應的EBOM，從而完成所有EBOM及模塊的內容。

圖5 配置管理

5)保存各選項變量值的配置結果，配置名稱用對應的EBOM號，以后可以隨時加載此配置結果，方便查看機型信息，對比BOM的正確性。

6)在完成EBOM的內容生成后，按照Teamcenter系統(tǒng)中相關工作流程自動傳輸EBOM信息到ERP系統(tǒng)中，供下游部門使用生成相關PBOM或MBOM。

四、結語

壓縮機產品作為一種重要的通用設備，使用應用范圍很廣；特別是螺桿式空氣壓縮機的制造批量大，每個產品可以衍生出很多不同型號機型但是大同小異，因此充分利用產品模塊化設計概念，BOM設計規(guī)范，結合PLM系統(tǒng)的數(shù)據管理及BOM配置功能，能大大提高產品設計效率及產品設計質量，不斷提升壓縮機產品的競爭力。

當前PLM系統(tǒng)在國內應用范圍已經越來越廣泛，雖然各個PLM系統(tǒng)的管理及設計流程不盡相同，相關的操作流程也會有相應的變化，希望本文可以對于廣大工程設計人員有借鑒參考作用，從而使產品開發(fā)流程更加完善，使產品整個生命管理周期更加具有價值。