数字工厂深入浅出系列（十一）：聊聊BOM基础概念、管理难点与转换实现方法

       物料清单（Bill of Materials，简称BOM）是描述产品组成结构的信息数据。BOM信息是制造信息化/数字化管理的最核心的基础数据，BOM信息贯穿从产品设计、生产计划制定、物料采购和销售服务等制造全业务流程，是开展生产活动的最直接依据，BOM信息管理的标准化和准确性程度，直接影响上层业务活动数字化协同的可落地性，只有把物料和BOM基础数据管理准了，才具备制造业务信息化/数字化管理的基础。

        本期系统总结介绍：BOM的基础概念与不同类型BOM的含义、BOM管理问题导致的生产乱象、不同类型BOM信息转换的背景与过程，以及如何基于华为云数字工厂平台实现不同类型的BOM之间自动转换。

（一）BOM的基础概念

          BOM是指产品或项目所需的物料清单，即列出了制造、组装或维护产品所需的所有零件、原材料和子装配件的清单。BOM通常包含零件号、零件名称、数量和描述等信息，以便在制造过程中对所有零部件进行跟踪和管理。BOM可以帮助制定生产计划、采购零件、预测成本和确保质量控制等方面的工作。

1.狭义上的BOM

   狭义上的BOM代表了产品结构，仅表述对物料物理结构按照一定的划分规则进行简单的分解，描述了物料的物理组成，一般按照功能进行层次的划分和描述。

BOM包括了：

（1）产品的名称、规格和型号；

（2）产品所包含的子部件或组件的名称、数量和规格；

（3）每个子部件或组件所需的原材料和零部件；

（4）原材料、零部件和工艺流程的供应商和相关信息；

（5）子部件或组件之间的关系和组装顺序。

       通过BOM，人们可以清晰地了解一个产品的所有组成部分以及它们之间的关系。这有助于制造商进行生产计划、采购原材料和管理库存。同时，也能够帮助客户更好地了解产品的性能和特点，方便维修和更换零部件。

2.广义上的BOM

      广义上的BOM代表了产品结构和工艺流程的结合体。要客观、科学地通过BOM来描述某一制造业产品，必须从制造工艺入手，才能准确描述和体现产品的结构。在BOM中，每个产品都被分解成若干个组件，并且每个组件都与其所需材料、工具、工序等相关信息一一对应。通过BOM，工艺师可以清楚地了解每个组件所需的材料和加工工序，以及整个产品的制造过程和生产计划。

      业界通常用“3PR”结构化的数据模型，即：Product（产品）+Process（工艺）+Plant（工厂）+Resouce（制造资源），来描述广义上的BOM信息：

       采用3PR模型，可以产品、工艺、工厂、制造资源完美连接整合成一个统一的LDA（Lifecycle Data Architecture）数据模型，明确相互之间的关联关系，形成企业单一的BOM信息数据源，保证BOM数据的唯一性和准确性，可直观准确地回答这些问题：做什么（产品）、在哪做（工厂、生产线、工位）、怎么做（工艺规划），用什么做（设备、工装、工具）。

       例如，在生产汽车发动机时，狭义上的BOM列出了制造发动机所需的零件规格和型号，如活塞、曲轴、气门等等，而广义上的BOM还需要说明每个零件需要进行的加工和装配工艺，为制造企业“指出”生产某个零件需要什么样的工具和人员。根据所需工艺，制造商可对生产流程进行跟踪管理，进一步把控产品质量，确保最终组装出来的汽车部件甚至是整车都能符合设计要求和质量标准。

      此外，在生产过程中，通常需要BOM根据不同的生产批次或订单进行细分（即订单级BOM），以确保每个生产批次都能够按照正确的规格和工艺要求进行生产。由于BOM包含的信息较为详尽和全面，因此在实际生产中，它也通常被用作指导和监控生产过程的有力工具，以保证产品的质量和交付时间的准确性。理解BOM是选择狭义或是广义概念，要根据BOM所应用的制造活动具体情况而定，例如设计阶段更多地关注具体的物料清单，而实际生产时需要考虑工艺流程。

3.不同类型的BOM含义

       BOM信息是驱动制造企业业务流程协同的关键信息，客户订单的交付过程是以产品的BOM信息为基础框架推进执行的。BOM信息在产品制造全过程流转和生命周期循环中，面向涉及的不同业务环节：生产、采购、制造与售后等呈现出不同的视图类型，比如如针对设计的工程BOM（EBOM）、针对生产的制造BOM（MBOM）、代表工艺的工艺BOM（PBOM）、销售用到的销售BOM（SBOM）、售后涉及到的维修BOM（WBOM）和企业级BOM等。

• 设计：GBOM/EBOM

         BOM信息在研发设计阶段的数据视图通常称为GBOM/EBOM，其中：

         原型GBOM：研发产品的原型BOM，体现产品或产品系列所有的设计功能模块的组成及关系以及各功能模块的装配关系零部件的组成。用有限数据描述大量产品品种，用一个通用的产品结构树来表示产品的完全结构。GBOM是所有种类BOM的原型和数据源。GBOM的结构一般可从产品的功能层到实现层一直分解到材料级甚至是物质级，是产品信息的最完整的体现。

        工程EBOM：表征产品设计的结果，产品设计数据的结构化表达。在设计阶段形成，反映产品组成的物料清单（包括硬件、软件或其集合体），是工程数据架构之一，需直观展现出产品设计的意图以及任务，明确产品及组件结构关系、数量等信息。针对同一种规格的产品定义的工程BOM,体现某一规格产品的装配组成关系及各层零组件的关联关系。EBOM同GBOM的差别是EBOM通常中指某一固定配置产品设计BOM，而GBOM则是某一系列产品的全集BOM。

        对于制造企业，在研发设计阶段，一般通过EBOM来管理产品设计结构信息。EBOM是计划/工艺、制造、采购、销售等BOM的源头。设计部门或者需求部门需要变更EBOM信息时，通过Engineering Change Notice(ECN)等流程对BOM信息的变更进行管控，发起变更流程：需求部门在系统中发起DCR/ECR申请，DCR/ECR在经过设计、生产、制造、品质、销售等相关部门的检讨后，进行相应的变更流程并更新发布最新版EBOM以及同步更新后续的PBOM、MBOM的信息，如变更过程中同样产生图纸等相关文件变更，应将相应文件同步进行更新，并在系统中发布最新版文件，确保正确指导正常制造执行。

        EBOM通常由设计师、工艺师等专业人员创建，确保所有生产所需的物料都被正确地列出。此外，工程BOM还可以作为生产计划和物料采购的依据，为生产计划的顺利实施打下基础。

       例如，一家汽车制造企业在设计新车型时使用EBOM，列出了新车型所有需要的零部件、材料和服务，以及它们之间的层次结构和关系。新车型的EBOM还提供了每个元件的规格、数量和相关描述，以便生产团队和供应商能够了解如何制造和交付所需的部件。通过设计好的EBOM，汽车制造商能够确保所有必要的零件和材料都已考虑并采购，从而避免了生产过程中出现不必要的延误和成本增加。

• 工艺/计划：PBOM

         工艺BOM（Process BOM，PBOM）是指在制造过程中，用于描述产品的生产流程、生产资源和所需零部件的清单。它是一个层次化的结构，展示了如何组装制造出最终的产品。PBOM不同于EBOM，EBOM主要用于描述产品的各个部分和材料，而PBOM则更加注重生产过程和生产资源的规划和控制。

         制造企业PMC部门进行产品的资源计划安排时需要针对产品的EBOM进行分解，并按不同种类的零组件分类汇总，分解不同加工种类的物料需要的资源和时间，来满足资源计划与生产排程的需要，实现更好地规划和控制生产过程，预测并避免潜在问题，提高生产效率和质量。

• 制造：MBOM

         制造MBOM是制造企业最常用到的BOM类型，是制造工艺设计的结果、产品制造数据的结构化表达。制造MBOM反映产成品在制造过程中所需要的所有输入及输出间的关系，即包含产成品在制造过程中所需的所有材料及部品的数量、结构以及制程等信息的清单，是生产过程中必需的基础数据，是生产拉动物料需求计划以及成本核算的依据。

        例如，在完成设计与采购后，汽车制造企业的制造部门会根据设计、采购信息来创建MBOM。MBOM具体指定了如何制造、组装整个汽车，包括运动系统、轮胎、座椅、空调等各种组件的安装顺序和方法。企业可利用数字技术处理大量的BOM数据，检查是否有误，可提高生产准确度和效率。最后，制造团队可根据MBOM指导生产线工作者，确保汽车高效生产、组装。

• 销售/服务：SBOM

         销售SBOM是指面向用户视角可以独立销售的产品或产品族的功能组件的集合，SBOM做为客户可选配的产品功能组件BOM，BOM中的所有子项都具备独立的定价和销售属性。销售SBOM通常是GBOM中的功能层BOM。

       以上不同类型的BOM，本质上是产品结构BOM面向制造过程不同业务环节的使用对象，所需要提供的信息有所区别，不同的制造企业可以根据自身业务模式需要，选择定义与管理哪些类型的BOM，通常情况下制造MBOM是必需的。如果企业在不同业务环节启用了多个不同类型的BOM，通常需要在上下游业务信息流转时，同步实现不同类型BOM信息的准确转换，也就说不同类型BOM信息的协同是上下游业务协同的基础。

      在制造过程中，不同类型的BOM信息视图的演进关系如下：

（1）通常情况下，设计师根据产品设计图纸、规格书以及产品的功能要求制作出产品所需的物料清单。设计师需要考虑生产过程中所需要的物料种类、数量、规格和质量等因素，根据这些要素来编制工程EBOM；

（2）随着产品形态的逐渐确定，采购部门会依据计划PBOM的信息进行原材料、零部件和零配件的采购，而供应商会根据采购部门提交的采购BOM给出报价；

（3）产品进入生产阶段后，制造部门根据制造MBOM的信息组装相关的零部件，进行质量检验和测试，并将成品存储在库中；

（4）在产品出售后，售后和维护工作同样需要以销售或者服务SBOM为依据，提供适合产品的售后方案，以及设计的维护方法和维修件。

（二）BOM管理问题导致的生产乱象

      日益激烈多变的市场竞争环境促使市场的细分和产品的多样化越来越明显，对新产品的上市周期也提出了更高要求，“多品种小批量个性化定制”的制造模式已成为很多制造行业的常态。企业根据制造BOM备料却经常因产品设计变动而制造BOM未及时跟随工程BOM调整，从而造成制造BOM信息失准，严重影响生产过程。此外，企业可能需要对工艺进行调整，例如需要更换或增减加工步骤，需要对BOM进行修改，如果修改不及时或者不准确，会影响生产进度和产品质量。如今，制造企业已因BOM管理的问题而造成生产活动产生了较多混乱现象：

（1）生产数据缺乏准确性：进行BOM管理时，若更新不及时或清单错误，会导致生产过程缺乏准确的数据，包括零件清单、物料清单、工艺等。来自BOM的数据不准确或者错误便会导致生产计划和采购计划出现偏差；

（2）物料出现短缺：若设计要求或实际生产条件出现变动，BOM未随之改变或及时调整，可能会出现物料短缺问题，没有及时处理会导致生产计划无法按时完成；

（3）替代物料选择错误：在采购过程中，可能存在某些物料已经停产或者难以采购的情况，此时便需要进行物料替换。如果选择了不正确的替换物料，会影响产品的质量和性能；

（4）各部门之间协同性低下：在一些产品中，BOM可能存在多个层级，需要对BOM进行分层管理，将涉及到层级之间的关系和数据的传递，需要进行有效的沟通和协调。各层级信息传递效率低下，会造成参与生产活动的各业务部门之间协调性下降，从而导致整个生产流程的效率低下。

        以上这些生产活动中出现的混乱现象，根本原因在于企业正面临越来越大的时间、成本和质量挑战，且跨职能、跨专业团队之间在产品构成、状态和生产过程等问题上难以达成共识，从而无法进行高效协同。构建高效、准确的生产模式离不开对BOM信息的精益化管理，只有把BOM基础数据管理的准确及时，实现不同业务部门使用的不同类型的BOM信息视图能基于统一的数据源被正确转换和传递，特别是在设计BOM信息出现变更情况时，才能避免出现以上的问题乱象。

（三）不同类型BOM信息转换的背景与过程

        BOM信息是驱动业务的关键信息，客户订单的生产交付过程是以产品的BOM信息为基础框架推进执行的。在生产流程推进的过程中，需要进行不同类型BOM之间的转换，对不同类型的BOM进行解析、映射和转化等操作，以确保信息的一致性和准确性，更是为了让产品信息转化为适合特定生产流程的信息。订单的执行效率受BOM视图快速转换传递能力制约，如果出现这些问题：BOM视图不能快速的转换、转换的正确性不能保证、设计BOM的信息变化不能及时在不同视图BOM中同步更新，将会严重影响订单的执行过程、物料资源的规划、打乱生产制造的节奏，无法发挥人力和设备资源的有效产能。不同视图类型BOM信息的协同能力是制造企业首要构建的企业级的跨业务部门协同能力。

        以设计EBOM和制造MBOM为例，设计EBOM通常仅限于图纸零件明细表出现的物料，说明图纸的层次和从属关系，做好技术文档管理，虽然也有指导采购和估算报价的功能，但主要是为了管理图纸，图纸层中的零部件顺序并不严格。制造MBOM则要求严格的装配顺序和层次，以便于实际加工。同时设计EBOM中存在虚拟部件，在实际生产中则不存在任何虚拟部件。实际生产要求掌握材料定额，这在设计EBOM中缺乏体现，并且设计EBOM因需考虑到产品变更而具备一定动态性，存在替换部件，让实际生产存在不确定性。实际生产过程中的特定工艺流程可能对物料存在特定要求，和设计EBOM中的物料清单之间存在出入。上述设计与制造的区别让两种BOM之间的转换成为了生产中的必要步骤。

      设计和制造两种BOM的数据进行匹配、转换的流程可总结为：

   （1）确定物料数量和规格，以及制造工艺和加工顺序：对设计好的EBOM进行物料数量和规格确认，与实际零部件匹配，根据实际生产需求和工艺流程，确定制造工艺和加工顺序；

   （2）对EBOM进行清单重构：因EBOM具有虚拟部件和替换部件，与实际生产过程存在出入，便需要对EBOM的零部件清单进行重构，增添实际生产过程中涉及的部件或删去虚拟、替换部件，并调整其数量和属性等信息，以符合实际生产的需求；

   （3）将EBOM与MBOM进行关联：通过软件系统工具实现EBOM和MBOM的转换，确保两者之间的信息能够互相匹配和转换，可实现在生产过程中物料的跟踪和流向控制。

      通过数字化系统工具，可以实现产品EBOM、PBOM、MBOM的自动转换和BOM变更流程线上化管控：产品的设计EBOM主数据创建发布后，后续的工艺PBOM、制造MBOM及过程中可能产生的备料BOM等均可通过系统中的支撑条件或一定的转换规则实现自动转换，从而减少不同类型BOM转换过程中的信息出错概率和提升信息协同效率，如果担心自动转换会存在风险，也可在自动转换过程中添加必要的人工复核环节来双重确认完成BOM的转换。

（四）实现不同类型BOM自动转换的配置方法

       华为云数字工厂平台采用“元数据模型驱动”的应用架构（关于元数据驱动的应用架构的原理分析，可参考文章《SaaS洞察：SalesForce应用架构分析》），聚焦于生产制造场景，基于前面介绍的“3PR”制造数据模型延伸扩充为9大类制造业务对象元模型， 并提供相应的元数据模型配置器，实现通过元数据建模即可生成业务对象的应用功能实例，9类制造业务对象模型配置器分别是：

（a）产品模型构建器：用来新建及扩展产品类的功能模型，比如产品、物料、设备等主数据管理功能；

（b）空间模型构建器：用来新建及扩展空间位置物理布局类的功能模型，比如工厂的空间位置建模（仓库、车间/产线/工位）等主数据管理功能；

   (c) 过程模型构建器：用来新建及扩展作业过程类的功能模型，比如工艺路线、标准工序等主数据管理功能；

   (d) 组织模型构建器：用来新建及扩展组织人员类的功能模型，比如公司部门、人员、供应商、客户等主数据管理功能；

   (e) 事务模型构建器：用来新建及扩展业务活动事务类的功能模型，比如工序任务单等生产域的活动事务管理功能；

   (f）标识模型构建器：用来新建及扩展业务编码类的数据标识模型，比如生产订单编号、工序任务单号的编码规则；

   (g）分析模型构建器：用来新建及扩展数据分析数据集和指标集模型，比如生产统计分析报表所需相关的数据集和统计指标；

   (h）视图模型构建器：用来新建及扩展数据可视化图表看板或者单据模板，比如生产统计看板、打印生产工单的单据模板；

   (i）辅助模型构建器：用来新建及扩展辅助类数据的功能模型，比如技能、资质等辅助类数据管理功能。

        本期结合案例演示如何在华为云数字工厂平台，通过建模配置实现产品设计EBOM和制造MBOM的自动转换，案例中介绍BOM转换的基本配置方法，读者在掌握基本方法后，根据实际业务需求可以再完善扩展。

（1）扩展“产品”模型，启用设计BOM和制造BOM

         使用华为云数字工厂企业平台的“建模工作台>产品模型”系统功能，我们对预置的“产品”模型进行扩展，启用设计BOM和制造BOM。在扩展“产品”模型之前，需要先停用模型，然后点击右上角的“编辑”按钮：

        进入“产品”模型基础信息编辑窗口，在“启用结构模型”下，勾选“设计EBOM”和“制造MBOM”：

        确定保存后，在“产品”模型的结构模型区域，将出现“设计”、“制造”两个页签，页签下自动生成设计EBOM和制造MBOM的信息元数据模型，可根据业务需求调整与扩展EBOM/MBOM的信息字段：

       比如可扩展设计BOM明细的信息字段，增加“替代料”、“是否虚拟件”字段：

       另外需要调整制造MBOM的信息元数据模型“BOM”和“BOM明细”：

       a.制造“BOM”信息模型，添加关联“设计BOM”的字段，建立设计BOM与制造BOM的数据关联关系：

       b．制造“BOM明细”信息模型，添加关联“设计BOM明细”的字段，建立设计BOM明细与制造BOM明细的数据关联关系：

• BOM自动转换的逻辑流程编排

         在“产品”模型的“功能模型”区域下的“逻辑流程”页签，扩展新增设计EBOM自动转换制造MBOM所需的逻辑流程模型，然后使用“逻辑编排器”来编排“BOM自动转换”的处理逻辑，完成所需的业务逻辑流建模配置。

         为“BOM自动转换”创建一个的逻辑流程，输入新建逻辑流页面所需信息后，点击确定后进入“逻辑编排器”进行“BOM自动转换”的处理逻辑流程编排：

• 触发器配置

        案例实现：在用户添加设计EBOM的物料明细数据时，判断如果是非虚拟件物料，则自动在制造MBOM下添加相应的物料明细，则触发器配置如下：

       “触发器类型”选择“数据创建”，“触发对象”选择“设计.结构>BOM明细”，“触发器名称”可使用默认名称或者按业务含义修改。

• 添加规则节点“判断是否非虚拟件”

        判断当前设计BOM物料明细的“是否虚拟件”字段值，当为否时，才继续执行后续的BOM数据转换的动作节点：

• 添加动作节点“创建或更新制造BOM头”

         用户首次添加设计BOM物料明细时，需要先自动创建相应的制造BOM头数据，后续再添加设计BOM明细时，则更新首次创建的制造BOM头数据即可。实现上述逻辑，可创建一个动作节点“创建或更新制造BOM头”：

        动作节点的“输出类型”选“更新数据”并勾选“无匹配则创建数据”，“输出模型”先留空，“动作节点名称”输入有业务含义的内容“创建或更新制造BOM头”。

        点击“创建或更新制造BOM头”动作节点，进入“动作配置器”，编排动作节点的数据转换逻辑，添加一个“关联计算”节点，实现通过当前触发的“设计BOM明细”数据关联查询到所属“设计BOM头”：

        然后配置输出模型，选择与“设计BOM头”数据模型有数据关联关系的“制造BOM头”数据模型：

       并配置根据“设计BOM”头数据，输出创建或更新“制造BOM”头数据时的字段转换逻辑：

• 添加动作节点“创建制造BOM明细”

         创建一个动作节点“创建制造BOM明细”，实现用户添加设计BOM物料明细时，自动转换生成相应的制造BOM物料明细数据：

         动作节点的“输出类型”选“更新数据”并勾选“无匹配则创建数据”，“输出模型”选择制造BOM的“BOM明细”模型，“动作节点名称”输入有业务含义的内容“创建制造BOM明细”。

        点击“创建制造BOM明细”动作节点，进入“动作配置器”，编排动作节点的数据转换逻辑，添加所需的数据转换节点，满足将设计BOM明细转换创建制造BOM明细所需的数据信息：

        根据上述“设计BOM明细”转换后的数据信息，配置创建或更新输出模型 “制造BOM明细”的数据字段转换逻辑：

        至此完成了设计与制造“BOM自动转换”的逻辑建模配置工作，最终逻辑流如下：

        逻辑流配置完成后，需要启用逻辑流，以及发布“产品”模型。

        注：想进一步了解华为云数字工厂平台逻辑模型编排器的详细使用方法，请参考阅读文章：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/399228

（五）运行效果验证

• 创建设计BOM并添加BOM明细数据

        在华为云数字工厂企业平台的“数据工作台”，点击“产品”模型自动生成的“产品”主数据管理功能实例：

        进入“产品”主数据管理功能后，新建一条产品主数据：

        产品数据创建完成后，点击编辑进入数据详情界面，然后在左侧内容栏点击进入“设计BOM”页签，维护设计BOM头信息以及添加多个BOM明细数据：

• 验证是否自动转换生成制造BOM及明细数据

         设计BOM信息及BOM明细物料添加完成后，切换到“制造BOM”页签，可查看验证设计BOM中“非虚拟件”的物料明细，是否自动转换生成制造BOM信息及明细物料数据：

         华为云数字工厂平台，以轻量级数据融合底座和生成式制造应用构建引擎为核心，打造开放式的数字工厂aPaaS平台，帮助中小制造企业快速构建覆盖制造全流程全场景一体式的制造数字化应用系统，真正适应“多品种小批量个性化定制”的制造模式。企业的业务人员经过简单的培训，也能自助式使用华为云数字工平台提供的强大易用的信息数据模型和逻辑流程模型配置器，实现自主持续迭代升级数字化应用，灵活满足企业各类个性化需求、持续优化改善企业的生产业务与运营流程。    

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参考文章：

1. BOM知多少？基础科普
2. 柔性制造就是玩转BOM

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