□ 堵士俊 □ 吉衛(wèi)喜 □ 孫 斌 □ 錢德成

江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 無錫 214122

BOM（Bill of Material）即物料清單，詳細(xì)記錄了一個(gè)產(chǎn)品所用到的所有零部件及相關(guān)屬性，亦即父件與所有子件的從屬關(guān)系、單位用量及其它屬性。裝配BOM是在BOM的基礎(chǔ)上，按產(chǎn)品、部件、分部件及組件的裝配順序重新生成的BOM，并添加了工藝、工裝、作業(yè)指導(dǎo)書等裝配工藝信息。

當(dāng)前，電梯制造企業(yè)為了平衡旺季和淡季，在采購庫存和自制件庫存不能滿足整機(jī)裝配齊套性要求的情況下，通常會優(yōu)先裝配滿足齊套性要求的半成品，以達(dá)到縮短交貨期，提高客戶滿意度的目的，并保證裝配車間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保持效益［1］。

若采用傳統(tǒng)裝配BOM結(jié)構(gòu)表述上述半成品，會生成大量的半成品裝配BOM數(shù)據(jù)，而其中很多裝配工藝信息與整機(jī)裝配BOM中的某一部分是相同的。為了減少數(shù)據(jù)冗余，簡化裝配BOM，筆者提出了以整機(jī)裝配BOM和半成品裝配BOM組成的復(fù)合裝配BOM來管理不同的信息，其中整機(jī)裝配BOM包含通用的物料信息和工藝、工裝、作業(yè)指導(dǎo)書等裝配工藝信息，半成品裝配BOM包含具體物料的加工、采購、裝配等信息，方便產(chǎn)品全生命周期的管理。

1 復(fù)合裝配BOM的建立

1.1 整機(jī)裝配BOM的建立

企業(yè)需要根據(jù)產(chǎn)品和各部件的裝配工藝過程來安排零部件的生產(chǎn)計(jì)劃與原材料、外購件的采購，進(jìn)行生產(chǎn)能力、物料資源的平衡，高效利用企業(yè)資源，保證生產(chǎn)、裝配順利進(jìn)行，同時(shí)需要確定半成品的先后齊套順序，所以相對傳統(tǒng)的裝配BOM，整機(jī)裝配BOM中的物料應(yīng)具有裝配工藝過程的順序。

為了解決以上提出的問題，需要定義裝配單元的概念。裝配單元是在裝配過程中，由一個(gè)基準(zhǔn)零件為基礎(chǔ)，可以獨(dú)立組裝達(dá)到規(guī)定的尺寸鏈與技術(shù)要求，作為進(jìn)一步裝配的獨(dú)立套件、組件、部件或最終整機(jī)的一組構(gòu)件。裝配單元是裝配件的總稱，指機(jī)器中能進(jìn)行獨(dú)立裝配的部分，這些裝配單元有些在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)會用一定的件號表示，但還有一些在裝配圖上沒有用件號表示，而它們在實(shí)際裝配過程中需要先由相關(guān)的零部件組裝起來，構(gòu)成裝配圖上無件號的虛擬件［2］。

為了統(tǒng)一標(biāo)識裝配圖上有件號和無件號的裝配件，同時(shí)描述裝配件在上一級裝配單元中的裝配順序，需要給裝配單元編順序號，即裝配碼，這樣除了能夠描述裝配圖上的虛擬件，還方便用計(jì)算機(jī)處理裝配BOM，使裝配BOM中的物料能夠按照裝配順序依次排列。圖1是裝配單元裝配碼的編制規(guī)則。

▲圖1 裝配碼編制規(guī)則

根據(jù)裝配工藝文件編制完成裝配單元的編號后，調(diào)整原有的整機(jī)裝配BOM，形成新的有裝配順序的裝配BOM。同時(shí)，將工藝、工裝、作業(yè)指導(dǎo)書等裝配工藝信息放入整機(jī)裝配BOM，這樣就生成了完整的整機(jī)裝配BOM。

1.2 半成品裝配BOM的建立

企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中總會碰到各種各樣的問題，如：在訂單生產(chǎn)過程中，有時(shí)由于采購沒到位或沒有及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)，不能滿足整機(jī)裝配BOM的齊套性要求，這時(shí)可以先裝配已滿足齊套性要求的裝配單元，縮短總的裝配時(shí)間，及時(shí)地交付訂單；企業(yè)有時(shí)為了平衡裝配車間的生產(chǎn)任務(wù)，在生產(chǎn)淡季時(shí)，會提前裝配需求量較大的半成品裝配單元。上述情況都會生成半成品裝配BOM，可以通過需要生成的半成品裝配單元編號，直接從整機(jī)裝配BOM中提取需要的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生成半成品裝配BOM。因?yàn)樵谡麢C(jī)裝配BOM中已經(jīng)有工藝、工裝、作業(yè)指導(dǎo)書等裝配工藝信息，所以只需要根據(jù)裝配生產(chǎn)任務(wù)，將具體物料的加工、采購信息與半成品裝配BOM關(guān)聯(lián)起來，另外再將裝配過程中的信息也與具體的半成品裝配BOM聯(lián)系起來，這樣就生成了完整的半成品裝配BOM，可以將每個(gè)具體產(chǎn)品在加工裝配過程中的信息都集成起來，對以后的產(chǎn)品全生命周期管理也給予了支持。

由整機(jī)裝配BOM和半成品裝配BOM組成的復(fù)合裝配BOM的簡要數(shù)據(jù)模型如圖2所示。

2 復(fù)合裝配BOM的齊套性查詢算法描述

2.1 組裝成套查詢算法

組裝成套查詢是指通過輸入產(chǎn)品編碼、緩急序數(shù)和產(chǎn)品計(jì)劃裝配數(shù)量查看最多能生產(chǎn)多少產(chǎn)品和產(chǎn)品的半成品，其中，緩急序數(shù)用于確定產(chǎn)品裝配的優(yōu)先級，優(yōu)先滿足緩急序數(shù)小的產(chǎn)品［3］。

2.1.1 基本假設(shè)

假設(shè)已知條件:①采購庫、生產(chǎn)庫及半成品庫的裝配所需件及數(shù)量；②各種產(chǎn)品的整機(jī)裝配BOM。

2.1.2 算法描述

（1） 輸入需裝配的產(chǎn)品編碼 C1、C2、 …、Cn和產(chǎn)品的計(jì)劃裝配數(shù)量。

（2） 確定 n 種產(chǎn)品的緩急序數(shù) M1、M2、…、Mn，M1、M2、…、Mn為正整數(shù)且互不相等。

（3）對n種產(chǎn)品所有裝配所需件 （包括零件和裝配單元）進(jìn)行匯總，相同的裝配所需件合并在一起。

（4）從采購庫、生產(chǎn)庫、半成品庫搜索到匯總總表中各種裝配所需件的數(shù)量，并求和。

▲圖2 復(fù)合裝配BOM的模型

（5）對M=1的產(chǎn)品，取其整機(jī)裝配BOM，根據(jù)先頂層裝配單元、后次層裝配單元、最后零件的選用原則，從匯總總表中逐一地選用一個(gè)C1產(chǎn)品所用的裝配單元和零件，直至所有C1產(chǎn)品的裝配清單配置完成，或剩余的裝配單元和零件不滿足一個(gè)C1產(chǎn)品的齊套性要求，輸出C1產(chǎn)品的齊套數(shù)N1和每套C1產(chǎn)品的裝配清單，同時(shí)減少匯總總表中相應(yīng)的裝配單元和零件數(shù)。當(dāng)剩余的裝配單元和零件不滿足一個(gè)C1產(chǎn)品的齊套性要求時(shí)，按照先第一個(gè)頂層裝配單元，后相應(yīng)次層裝配單元，再下一個(gè)頂層裝配單元，后相應(yīng)次層裝配單元直到最后一個(gè)頂層裝配單元的順序，輸出滿足剩余C1產(chǎn)品的半成品齊套要求的裝配清單，同時(shí)減少匯總總表中相應(yīng)的裝配單元和零件數(shù)。最后輸出產(chǎn)品成套所缺的零件匯總表和零件數(shù)量，方便指導(dǎo)生產(chǎn)和采購。（6）對M=2的產(chǎn)品，按步驟（5）的方法重復(fù)進(jìn)行。（7）輸出n個(gè)產(chǎn)品的齊套數(shù)、每個(gè)產(chǎn)品的裝配清單和每個(gè)半成品裝配清單。

▲圖3 組裝成套查詢算法步驟5）的流程圖

圖3所示為組裝成套查詢算法步驟5）的流程圖。

2.2 成套缺件查詢算法

成套缺件查詢是指輸入產(chǎn)品編碼和其需要裝配的數(shù)量查看裝配所需件數(shù)量是否滿足，以及不滿足時(shí)的缺件情況。其中，裝配所需件是指所有用于裝配產(chǎn)品或半成品的自制件和采購件［3］。

2.2.1 基本假設(shè)

假設(shè)已知條件:① 采購庫、生產(chǎn)庫、采購在途及生產(chǎn)車間在制的裝配所需件及數(shù)量。②各種產(chǎn)品的整機(jī)裝配BOM。

2.2.2 算法描述

（1）載入組裝成套查詢時(shí)生成的產(chǎn)品成套所缺零件匯總表。

（2）輸入一種或多種預(yù)裝配產(chǎn)品編碼C1、C2、…、Cn，以及對應(yīng)數(shù)量 N1、N2、…、Nn。

（3）對n種產(chǎn)品的所有裝配所需件進(jìn)行匯總，并與產(chǎn)品成套所缺零件匯總表進(jìn)行匯總合并，將相同的裝配所需件的數(shù)量合并求和，該數(shù)量即為裝配所需件的裝配數(shù)量。

（4）從采購庫、生產(chǎn)庫、采購在途訂單和生產(chǎn)車間搜索匯總表中各種裝配所需件的數(shù)量，并求和。

（5）計(jì)算各種裝配所需件的需求數(shù)量。某裝配所需件需求數(shù)量=裝配所需件的裝配數(shù)量-某裝配所需件合計(jì)數(shù)量。

（6）輸出相應(yīng)的采購庫、生產(chǎn)庫、采購在途和生產(chǎn)車間在制的裝配所需件存量、合計(jì)量及成套缺件查詢后的需求數(shù)量，據(jù)此向采購部門和生產(chǎn)車間下達(dá)任務(wù)，保證按時(shí)完成訂單。

圖4所示為成套缺件查詢算法的數(shù)據(jù)關(guān)系。

3 復(fù)合裝配BOM的齊套性查詢應(yīng)用

通過對組裝成套和成套缺件兩者的查詢，可以有效地確定是否能夠生產(chǎn)出計(jì)劃裝配的產(chǎn)品以及所需的裝配所需件，另外還可得出未齊套產(chǎn)品的缺件數(shù)量，不同的管理人員可以利用這些信息完成他們的任務(wù)。

對于計(jì)劃調(diào)度員而言，可以根據(jù)成套缺件查詢目前零件的缺件情況，若采購件缺件，則督促采購部門及時(shí)安排采購計(jì)劃，若自制件缺件，則督促車間主任安排生產(chǎn)或加快生產(chǎn)進(jìn)度，這樣可以減少因?yàn)椴少徏蜃灾萍奔?dǎo)致的裝配推遲現(xiàn)象。此外，計(jì)劃調(diào)度員可以預(yù)測一段時(shí)間的產(chǎn)品訂單需求，并根據(jù)查詢得到缺件情況，提前做好采購計(jì)劃和生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃。對于采購部門主管而言，可以根據(jù)計(jì)劃調(diào)度員給出的采購件缺件情況，及時(shí)安排采購計(jì)劃并督促生產(chǎn)廠家及時(shí)發(fā)貨。對于加工車間主任而言，可以根據(jù)計(jì)劃調(diào)度員給出的自制件缺件情況和生產(chǎn)進(jìn)度，及時(shí)安排生產(chǎn)或調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，盡快滿足裝配所需件的需求。對于裝配車間主任而言，可以直接根據(jù)組裝成套查詢產(chǎn)品的齊套情況和具體的裝配清單，及時(shí)安排裝配計(jì)劃。

▲圖4 成套缺件查詢算法的數(shù)據(jù)關(guān)系

▲圖5 組裝成套查詢界面

▲圖6 成套缺件查詢界面

復(fù)合裝配BOM模型的齊套性查詢應(yīng)用可以幫助電梯制造企業(yè)及時(shí)有序地安排生產(chǎn)訂單的生產(chǎn)，零部件的缺件情況也能得到及時(shí)反饋和處理，解決了企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，提高了生產(chǎn)效率。

4 實(shí)例

通過對以上關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)了面向電梯產(chǎn)品的裝配齊套性查詢模塊。

圖5所示為組裝成套查詢的界面，在進(jìn)行組裝成套查詢前，先輸入產(chǎn)品編碼、對應(yīng)需要裝配的數(shù)量和產(chǎn)品生產(chǎn)的緩急序數(shù)，然后進(jìn)行查詢，查詢結(jié)果包括所有齊套的單個(gè)產(chǎn)品的配置清單、產(chǎn)品的成套數(shù)、所有齊套的單個(gè)裝配單元（即半成品）的配置清單以及未齊套的產(chǎn)品和裝配單元的零件匯總表。

圖6所示為成套缺件查詢的界面，在進(jìn)行成套缺件查詢前，先輸入預(yù)裝配的產(chǎn)品和裝配單元編碼和對應(yīng)需要裝配的數(shù)量，然后進(jìn)行查詢，查詢結(jié)果包括之前得到的未齊套的產(chǎn)品和裝配單元的零件匯總表、預(yù)裝配的零件匯總表、兩者合并組成總的零件匯總表以及按照零件匯總表需要的裝配所需件的需求數(shù)量，根據(jù)需求數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)零件缺件的情況和數(shù)量，這樣可以根據(jù)缺件情況安排采購和生產(chǎn)，及時(shí)有序地完成生產(chǎn)訂單。

以整機(jī)裝配BOM和半成品裝配BOM組成的復(fù)合裝配BOM，可以高效地管理與裝配相關(guān)的信息，減少數(shù)據(jù)冗余，滿足企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)裝配中提出的要求。同時(shí)，在裝配齊套性查詢中也得到了很好的應(yīng)用，能夠先裝配出產(chǎn)品的一部分，再裝配整個(gè)產(chǎn)品，避免訂單生產(chǎn)延期，及時(shí)把產(chǎn)品交付給客戶。裝配齊套性查詢模塊還能夠顯示零件缺件的情況和數(shù)量，相關(guān)部門可以及時(shí)安排采購和生產(chǎn)任務(wù)。

［1］王濤.離散裝配制造業(yè)中柔性的裝配工藝BOM模型建立及應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動化,2013,35（5）:59-61.

［2］陳宗舜.裝配 BOM 的形成［J］.制造技術(shù)與機(jī)床,2005（9）:105-106.

［3］王福吉,賈振元,王林平,等.裝配齊套性查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.現(xiàn)代制造工程,2007（11）:82-84.

［4］費(fèi)逸超.復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品裝配過程生產(chǎn)任務(wù)全生命周期管理系統(tǒng)［D］.重慶:重慶大學(xué),2013.

［5］Huang D Y,Liu M Z.Design and Implementation of Manufacturing Execution System （MES） for Automobile Main Gear Reducer Assembly Line ［J］.Advanced Materials Research,2012,468:111-114.

［6］YokoyamaM.Flow-ShopSchedulingwithSetup and Assembly Operations ［J］.European Journal of Operational Research,2008,187（3）:1184-1195.

［7］周養(yǎng)萍,亓江文.飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考［J］.機(jī)械制造,2013,51（8）:38-41.

［8］張佳朋,劉檢華,寧汝新,等.面向離散型裝配的過程和數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2011,17（4）:716-725.

［9］田潤心.模塊化裝配生產(chǎn)在汽車總裝生產(chǎn)工藝中的運(yùn)用［J］.機(jī)械制造,2012,50（1）:62-63.

［10］周健,王愛民,李周瑜.復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行過程的漸增式物料齊套與周轉(zhuǎn)狀態(tài)管理技術(shù) ［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2014,20（7）:1583-1598.