隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造業(yè)企業(yè)一方面必須利用產(chǎn)品的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來(lái)縮短上市周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面還要不斷地進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新使產(chǎn)品越來(lái)越個(gè)性化，滿足客戶(hù)的定制需求。如何平衡產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵能力。

平臺(tái)化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可以在保持產(chǎn)品較高通用性的同時(shí)提供產(chǎn)品的多樣化配置，已逐漸成為制造業(yè)企業(yè)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、控制產(chǎn)品制造成本的重要手段。同時(shí)也要看到，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，有些訂單可以根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品模塊，通過(guò)一定的組合規(guī)則滿足客戶(hù)需求，有些訂單則需要在模塊組合基礎(chǔ)上，再進(jìn)行一定程度的變型設(shè)計(jì)才能完全滿足客戶(hù)的要求。

對(duì)于離散型制造企業(yè)來(lái)說(shuō)中，BOM是核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是產(chǎn)品數(shù)字化定義的重要內(nèi)容，是連接企業(yè)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的橋梁。為有效支持產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)和配置管理，需要提供先進(jìn)的BOM管理解決方案，滿足企業(yè)的技術(shù)管理要求。BOM管理解決方案需要提供產(chǎn)品配置功能，同時(shí)也需要滿足產(chǎn)品配置+產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)模式。

01模塊化設(shè)計(jì)實(shí)施與BOM管理

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)概念

模塊化設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品中的某些要素（如零部件、標(biāo)準(zhǔn)件、軟件控制程序等）組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，并將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能但不同性能的系列產(chǎn)品。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，如圖1所示，模塊化設(shè)計(jì)能夠幫助企業(yè)使用盡可能少的零部件，更少的制造設(shè)備、工模具，更低的采購(gòu)成本，生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品種類(lèi)，滿足市場(chǎng)的多樣化需求。

圖1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)的比較

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理論，產(chǎn)品由一系列通用或標(biāo)準(zhǔn)模塊組合生成，可以通過(guò)PLM系統(tǒng)管理這些模塊，通過(guò)產(chǎn)品配置管理實(shí)現(xiàn)模塊組合規(guī)則的定義，并執(zhí)行模塊組合操作，最終輸出產(chǎn)品精確結(jié)構(gòu)（BOM）。模塊化設(shè)計(jì)理論可以盡可能使用已有成熟的零部件模塊，組成新的產(chǎn)品，能夠大幅縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低產(chǎn)品研發(fā)和制造成本，增加產(chǎn)品種類(lèi)，顯著提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程

企業(yè)實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程包括產(chǎn)品規(guī)劃、模塊劃分與產(chǎn)品譜系建立、模塊設(shè)計(jì)、配置關(guān)系建立和基于模塊選配產(chǎn)品，詳細(xì)步驟如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程

產(chǎn)品規(guī)劃

產(chǎn)品規(guī)劃是產(chǎn)品譜系建立和模塊化設(shè)計(jì)的主要輸入。產(chǎn)品規(guī)劃的第一步是劃分細(xì)分市場(chǎng)。當(dāng)確定了產(chǎn)品平臺(tái)的市場(chǎng)覆蓋范圍以后，就需要對(duì)該市場(chǎng)范圍內(nèi)的本公司的歷史產(chǎn)品、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)研，了解整個(gè)該范圍的產(chǎn)品特性、市場(chǎng)容量、客戶(hù)特性、未充分滿足的需求點(diǎn)、相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新的影響等，并作為新產(chǎn)品平臺(tái)的開(kāi)發(fā)需求和達(dá)成目標(biāo)。當(dāng)平臺(tái)產(chǎn)品的特性確定后，既可依據(jù)相關(guān)特性進(jìn)行產(chǎn)品平臺(tái)的規(guī)劃，并將歷史產(chǎn)品或平臺(tái)統(tǒng)一策劃到新平臺(tái)當(dāng)中，形成全新一代產(chǎn)品平臺(tái)。規(guī)劃結(jié)果需要體現(xiàn)不同細(xì)分市場(chǎng)的需求差異，并能夠通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)來(lái)滿足規(guī)劃的要求。

劃分功能模塊，搭建產(chǎn)品平臺(tái)

完成產(chǎn)品規(guī)劃以后，就需要考慮如何搭建滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品平臺(tái)。通常的做法是基于歷史訂單的分析和產(chǎn)品規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行產(chǎn)品功能與需求之間的匹配，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的解構(gòu)，并最終形成產(chǎn)品功能架構(gòu)（見(jiàn)圖3所示），并以層次推演的方式進(jìn)行表達(dá)。

圖3 產(chǎn)品需求與功能分解

在完成產(chǎn)品功能架構(gòu)的定義之后，可以對(duì)功能進(jìn)行相似度分組，形成一個(gè)一個(gè)的大的功能區(qū)，比如對(duì)于鐵路機(jī)車(chē)，可以依據(jù)技術(shù)分類(lèi)，形成轉(zhuǎn)向架、車(chē)體、電氣系統(tǒng)、內(nèi)裝等大的功能區(qū)，目的是簡(jiǎn)化后續(xù)模塊架構(gòu)的分析復(fù)雜性和分析難度，在一定條件下，功能區(qū)還可以進(jìn)一步細(xì)化。當(dāng)功能區(qū)定義完成后，既可以對(duì)功能區(qū)中的功能進(jìn)行相關(guān)性定義，確認(rèn)功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和緊密程度。完成以上工作后，可以將產(chǎn)品的一個(gè)個(gè)功能區(qū)劃分成一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能單元或成為模塊、以及功能單元或模塊之間的接口，作為后續(xù)分析和設(shè)計(jì)的初始狀態(tài)。當(dāng)產(chǎn)品模塊概念形成后，既可對(duì)其進(jìn)行整個(gè)產(chǎn)品生命周期價(jià)值鏈的分析，如市場(chǎng)、研發(fā)、工藝、制造、采購(gòu)、售后維護(hù)等，并邀請(qǐng)大量的有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員和市場(chǎng)人員參與分析，最終形成產(chǎn)品模塊的概念。

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃以及不同產(chǎn)品線模塊劃分與接口定義的結(jié)果，可以初步完成企業(yè)產(chǎn)品平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品模型的詳細(xì)設(shè)計(jì)和配置規(guī)則建立奠定基礎(chǔ)。

模塊設(shè)計(jì)與配置規(guī)則建立

當(dāng)產(chǎn)品平臺(tái)的模塊劃分完成以后，即可開(kāi)展具體模塊的設(shè)計(jì)工作，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、模塊及系統(tǒng)驗(yàn)證等一系列規(guī)則規(guī)范，最終完成產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)。在模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了實(shí)現(xiàn)模塊的功能要求以外，還需要統(tǒng)籌考慮需求變化和可選配因素對(duì)于模塊及相關(guān)模塊的影響，特別是考慮接口的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題；模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮產(chǎn)品制造、裝配工藝、售后維護(hù)、供應(yīng)鏈等綜合因素，避免僅僅從設(shè)計(jì)方便些考慮模塊的設(shè)計(jì)和構(gòu)成，使得模塊的未來(lái)應(yīng)用受到局限。圖4所示為模塊設(shè)計(jì)與評(píng)審流程。

圖4 模塊設(shè)計(jì)及評(píng)審流程

模塊驗(yàn)證與產(chǎn)品配置

模塊化設(shè)計(jì)完成之后，可以按照之前定義的配置規(guī)則，基于產(chǎn)品平臺(tái)的超級(jí)BOM，定義許可的選項(xiàng)/選項(xiàng)集，定義選項(xiàng)之間的關(guān)系和約束，形成一系列可供市場(chǎng)選用的配置資源。為后續(xù)的模塊驗(yàn)證與市場(chǎng)推廣提供有效的數(shù)據(jù)支持。

支持模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品BOM管理要求

在成功實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)之后，企業(yè)會(huì)建立一系列產(chǎn)品平臺(tái)與產(chǎn)品功能模塊。產(chǎn)品BOM是產(chǎn)品平臺(tái)和功能模塊的具體體現(xiàn)，通過(guò)產(chǎn)品BOM能夠有效傳遞產(chǎn)品組成和模塊配置規(guī)則?？梢岳?span>PLM系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理功能有效管理產(chǎn)品平臺(tái)對(duì)應(yīng)的超級(jí)BOM，建立不同模塊之間的配置規(guī)則，實(shí)現(xiàn)模塊的組合。

在上文中已提到，有些產(chǎn)品可以通過(guò)產(chǎn)品平臺(tái)中已有的功能模塊組合，滿足市場(chǎng)訂單的需求（本文稱(chēng)之為“完全的產(chǎn)品配置 “），有些產(chǎn)品則需要在現(xiàn)有功能模塊組合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對(duì)性的變型設(shè)計(jì)之后才能符合客戶(hù)的要求（本文稱(chēng)之為“產(chǎn)品配置+變型設(shè)計(jì)“）。PLM系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理功能，需要同時(shí)滿足這兩種設(shè)計(jì)模式的要求。

02基于Teamcenter的BOM管理解決方案

基于Teamcenter產(chǎn)品配置管理器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配置管理

產(chǎn)品配置器功能是Teamcenter10以后新推出的產(chǎn)品配置管理功能，與Teamcenter傳統(tǒng)的變量配置功能相比，產(chǎn)品配置器功能將配置變量、配置條件的定義與具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM分離，即改變?cè)械呐渲米兞?、配置?guī)則定義綁定到具體的產(chǎn)品（BOM）上的做法，通過(guò)定義配置字典、配置器關(guān)聯(lián)，同一套產(chǎn)品配置規(guī)則可以應(yīng)用于不同的產(chǎn)品超級(jí)BOM。同時(shí)支持企業(yè)對(duì)產(chǎn)品配置規(guī)則編輯的權(quán)限設(shè)定，詳細(xì)過(guò)程如圖5所示。

圖5 基于Teamcenter產(chǎn)品配置器的產(chǎn)品配置過(guò)程

創(chuàng)建產(chǎn)品配置器（配置器關(guān)聯(lián)）對(duì)象，輸入編號(hào)，名稱(chēng)。產(chǎn)品配置器對(duì)象有版本和狀態(tài)，可以進(jìn)行修訂，產(chǎn)品配置器可以有效組織族（組）、特征等配置字典對(duì)象。

在產(chǎn)品配置器創(chuàng)建族、組、特征。特征為各種可選項(xiàng)的值，族為各種選項(xiàng)，族組用于按某種標(biāo)準(zhǔn)組織各種族。除此之外產(chǎn)品配置器還可以掛接產(chǎn)品線、產(chǎn)品模型對(duì)象，用于選項(xiàng)過(guò)濾。

圖6 產(chǎn)品配置器配置字典定義

完成配置選項(xiàng)以后，可以根據(jù)不同族和特征之間的關(guān)系定義配置規(guī)則，配置規(guī)則定義在“配置器規(guī)則”中完成，相關(guān)概念的含義如下表所示。只有完成配置規(guī)則定義，各不同的特征才能夠被規(guī)則約束。

編輯完成配置器對(duì)象后，便可以通過(guò)與產(chǎn)品超級(jí)BOM的主零組件關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)超級(jí)BOM使用配置器中的配置選項(xiàng)選配產(chǎn)品。圖7所示為超級(jí)BOM中的零組件與產(chǎn)品配置器中的選項(xiàng)建立關(guān)聯(lián)。

完成超級(jí)BOM與產(chǎn)品配置器選項(xiàng)的關(guān)聯(lián)后，在Teamcenter產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理器中可以進(jìn)行產(chǎn)品選配，選配過(guò)程受配置規(guī)則的約束，選配結(jié)構(gòu)可以直接以配置對(duì)象的方式掛接到產(chǎn)品的版本零組件對(duì)象下。

圖8 應(yīng)用配置規(guī)則選配產(chǎn)品

產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)部分BOM管理

在Teamcenter中進(jìn)行產(chǎn)品配置，是在由零部件種類(lèi)、數(shù)量確定的產(chǎn)品超級(jí)BOM中選擇符合客戶(hù)要求的零部件，共同組成一個(gè)滿足實(shí)際需要、可交付的產(chǎn)品。對(duì)很多多品種小批量生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品超級(jí)BOM中的零組件不能完全滿足客戶(hù)的全部個(gè)性化的需要，需要在產(chǎn)品選配的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定程度的變型設(shè)計(jì)。對(duì)于這種情況，只用Teamcenter的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置管理功能難以滿足要求。

本文提出的基于“產(chǎn)品配置+變型設(shè)計(jì)”相結(jié)合的產(chǎn)品BOM管理方法，支持多品種小批量企業(yè)推廣產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)。“產(chǎn)品配置+變形設(shè)計(jì)”相結(jié)合的設(shè)計(jì)BOM管理方法，將訂單產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM分為基于產(chǎn)品選配、依據(jù)一定規(guī)則變化的相對(duì)固定部分和接受定制設(shè)計(jì)的可變部分，可變部分同時(shí)支持對(duì)相對(duì)固定部分的修正。

營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)將客戶(hù)需求以配置清單或文字等形式傳遞給產(chǎn)品研發(fā)人員，研發(fā)人員在Teamcenter中先進(jìn)行產(chǎn)品配置，輸出一個(gè)基本滿足客戶(hù)要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，再在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上針對(duì)客戶(hù)的個(gè)性化需要進(jìn)行小范圍的變型設(shè)計(jì)。圖9所示是針對(duì)具體訂單的變型設(shè)計(jì)BOM對(duì)象，它是對(duì)精確的產(chǎn)品選配結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)結(jié)果，產(chǎn)品選配結(jié)果由Teamcenter系統(tǒng)中的產(chǎn)品結(jié)果定義，該BOM對(duì)象只表達(dá)針對(duì)該配置結(jié)構(gòu)的“變型設(shè)計(jì)”的結(jié)果。

圖9 變型設(shè)計(jì)BOM

在圖9的變型設(shè)計(jì)BOM中描述產(chǎn)品變形的內(nèi)容，其中定義了為訂單新增、減少的零部件。對(duì)于Teamcenter注釋“DEL”為“是”的BOM行，為變形設(shè)計(jì)中從標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品配置中去除的零部件，默認(rèn)沒(méi)有值的BOM行為為訂單新增的零部件。通過(guò)該方法，既考慮了產(chǎn)品選配的模塊化設(shè)計(jì)方法，最大程度使用已有設(shè)計(jì)成果，又兼顧了訂單變形設(shè)計(jì)的實(shí)際需要。

03本文小結(jié)

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)企劃、開(kāi)發(fā)、采購(gòu)、制造、市場(chǎng)等各個(gè)部門(mén)的工作和管理模式都將帶來(lái)很大的變化。BOM管理是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不進(jìn)行BOM管理，模塊設(shè)計(jì)也無(wú)從談起。本文詳細(xì)論述了支持模塊化設(shè)計(jì)的基于Teamcenter的BOM管理和產(chǎn)品配置管理過(guò)程，并針對(duì)多品種小批量企業(yè)產(chǎn)品變型多，難以實(shí)現(xiàn)完全的產(chǎn)品配置的現(xiàn)狀，提出一種產(chǎn)品配置與變型設(shè)計(jì)相結(jié)合的BOM管理方法，能夠有效支持相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置管理。