基于xBOM的产品全生命周期数据管理

1. 何为BOM？何为xBOM？

  BOM，Bill of Material，即物料清单，狭义上是指产品所需零部件明细表及其结构，广义上应该包含与之关联的所有数据信息集合，通过产品分解结构有效组织相关联数据信息，为不同业务团队提供数据保障。而xBOM，是围绕产品全生命周期数据管理过程，基于不同业务视角对产品结构以及数据进行构建和组织，从而形成面向不同业务单元（例如：设计、制造、服务等）的BOM视图，满足不同业务用户对产品数据和信息的管理、查看及使用需要。

图1 BOM及xBOM示意

2. 为何需要构建xBOM？

  复杂型号装备研制具有技术要求高、参研单位多，研制周期长，协同过程复杂等特点，通过BOM进行产品数字化定义和数据组织已经成为管控复杂型号装备研制过程的重要手段，相关研制企业基本都建立了基于BOM进行产品数字化定义和产品数据组织模式，例如设计单位多通过以E-BOM为核心组织产品详细设计阶段业务过程以及基于产品安装视角的数据信息，制造单位多通过M-BOM为核心进行工艺规划、工艺设计以及生产制造相关业务过程的数据组织，并且E-BOM、M-BOM应用相对较为成熟。然而，如果从型号装备全生命周期管控视角，全面实现从设计、制造、服务、管理相关信息数据拉通，更好实现型号装备全过程管控需要，依靠单一BOM管控模式很难满足现实需要，面临的挑战日益凸显：

• 方案阶段设计过程及数据管控较为薄弱：型号研制多面向详细设计阶段开展E-BOM的构建及管理，针对方案阶段涉及方案、功能、性能、接口等设计过程及数据管控相对较弱。
• 设计与生产的产品数据协同存在一定脱节：设计数据多单向传递至生产环节，设计关心的相关问题很难及时获得生产反馈，同时，更改落实执行情况较难追踪。
• 实物状态数据缺乏组织及管控：型号装备实物阶段（例如装机、试验、交付、运维等过程）的数据信息大多分布在不同的业务单元以及异构信息化系统中，零散的实物数据组织形式很难对型号装备实物状态进行有效控制。
• 型号装备工程状态与实物状态之间缺乏双向映射：由于工程阶段数据信息无法与实物数据信息建立追踪追溯关联网络，造成工程状态与实物状态之间缺乏互联互通，当装备型号出现质量问题时，很难快速、精准定位该型号装备当时的工程状态信息。
• 未实现面向型号产品数据唯一数据源：数据分散于各参研单位的信息化系统中，数据副本多，难以保证数据状态的一致性。

3. 国外xBOM应用情况

  空客在型号研制中推行涵盖飞机全生命周期的技术状态管控新模式，该新模式以模块化技术状态管理为基础原则，从飞机的公共定义和单架次物理定义两个维度进行描述，构建和管理共15个产品视图，实现了视图之间的演变与互联互通。

图2 空客xBOM构建及演变关系

  洛马在军机的研制过程，逐步形成产品开发、制造规划、产品装机和运营支持的多视图xBOM管理体系，实现在飞机产品在全生命周期过程中对各个研制阶段、各架次飞机等的技术状态得到清晰记录和管理，确保整个生命周期过程中飞机各种维度的技术状态信息的可追溯性。

图3 洛马xBOM构建及演变关系

  空客和洛马通过构建覆盖产品全生命周期的多视图（xBOM）管理体系，实现基于xBOM数字主线贯穿可以清晰地洞察不同阶段数据的关联关系，不同阶段的工程数据变更更加方便的进行影响分析，从而实现技术、生产、保障和管理等阶段数据的互联互通，消除飞机全生命周期不同阶段产品数据管理上脱节和单向传递的问题。

4. xBOM构建内容

  基于统一的产品数据信息，灵活构建不同BOM视图（xBOM），通过xBOM覆盖产品全生命周期数据管理，建立产品以虚拟BOM至实物BOM的全生命周期BOM衍进链条，实现产品工程阶段构型状态的传递与实物状态纪实以及工程与实物状态间的虚实映射、链路贯穿，并基于xBOM数据网络构建面向不同业务场景的应用能力。

图4面向产品全生命周期xBOM能力构建

  相关名词解释如下表所示：

4.1 xBOM管理

1）Df-BOM

  Df-BOM是从功能划分、总布置、产品外形和方案优化的角度来描述产品的构成关系，主要用于在初步设计阶段进行多专业协调、多方案的权衡与选择、以及形成初步设计数字样机，同时作为详细设计阶段E-BOM的输入。

• Df-BOM结构组成

  Df-BOM结构与E-BOM结构共用同一个顶层产品结构，按照产品、系列、部段、Df-CI、Df-DM、组件等层级结构进行构建以及数据组织。

图5 Df-BOM示意

• Df-BOM管理主要数据内容
• 设计数据：包含空间分配模型、主几何模型、设计规则、多方案、初步设计模型、功能、性能等设计数据。
• …

2）St-BOM

  St-BOM用于满足系统设计师在进行系统设计时对系统功能规划和设备构型数据组织和控制的需求，系统视图的建立早于工程视图，方便系统设计师开展工作，其中St-CI在系统视图中被用来标识系统功能，根据功能分解情况可以进一步分解为子St-CI，St-CI可以组织所有供应商设备，包括不同供应商提供的可选设备和改进设备，St-DM管理设备相关的各类数据。

• St-BOM结构组成

  St-BOM结构按照产品系统功能划分进行构建，按照机型、系统、分系统、分分系统、St-CI、St-DM等层级结构进行构建以及数据组织。

图6 St-BOM示意

• St-BOM管理数据内容
• 系统设计数据：系统功能、性能、接口设计数据信息，例如系统设计方案、原理图/线路图等。
• 设备设计数据：设备功能、性能、接口设计数据信息，例如：设备原理/线路图、模型文件等。
• 软件设计数据：包含系统及设备所需的各种类型软件数据，例如软件程序、软件相关技术文件等。
• …

3）E-BOM

  E-BOM从物理特性（外形、尺寸、安装等）的角度来描述产品的构成关系，所有参与产品装配的零组件，不论是结构件还是系统件，都将在工程视图中体现，其反映产品组成的物料清单（包含硬件、软件或其集合体），是设计数据完整、准确、有效的向下游流转的业务载体，是各专业设计成果的承载，并用于与制造、保障等环节传递与协调的基础。

• E-BOM结构组成

  E-BOM承接Df-BOM设计方案、顶层产品结构以及St-BOM系统设计等信息作为输入，按照产品、系列、部段、E-CI、E-DM、组件等层级进行构建以及数据组织。

图7 E-BOM示意

• E-BOM管理主要数据内容：
• 设计数据：产品详细设计阶段，不同专业（例如：机、电、软等专业）在产品设计过程中产出的技术文件、三维模型等设计数据。
• …

4）S-BOM

  S-BOM主要面向装备服务保障，提供LSA（保障性分析）、IETM（交互式电子技术手册）、备件规划、工程支援等业务所需的BOM信息，通过并定义LRU、SRU、最小维修区域等信息明确服务维修单元。

• S-BOM结构组成

  S-BOM承接St-BOM中系统、设备以及E-BOM产品组成设计数据等信息作为输入，并基于LRU、SRU、最小维修区域等定义信息对BOM结构进行裁剪。

图8 S-BOM示意

• S-BOM管理主要数据内容
• 保障设计数据： LRU/SRU定义信息、备品备件、维修所需资源以及相关保障属性信息、保障技术要求等。
• …

5）M-BOM

  M-BOM实现对产品制造过程进行规划及组织，主要是用于表达具体工艺规划及工艺设计过程，通过网络模型组织用于生产准备和组织的各类信息，包括工装、工具、设备、原材料/辅助性材料等信息，从而实现为产品的生产/试验等实际过程提供完整、准确、一致、有效的数据源头。

• M-BOM结构组成

  M-BOM承接E-BOM物料信息，按照制造厂的产品加工、装配实际过程进行规划及定义，其层次按照部件、段位、工位、AO等层级进行构建以及数据组织。

图9 M-BOM示意

• M-BOM管理主要数据内容
• 工艺规划数据：工艺规划过程所产生的各类数据，例如：工艺路线、任务分工、工时定额等数据内容。
• 工艺设计数据：工艺编制过程产生的数据内容，例如装配工艺、零件工艺、检验计划等各类工艺类型的数据内容。
• 制造资源数据：工艺设计及制造过程中所使用的工装资源、材料等制造资源数据。
• …

6）B-BOM

  B-BOM反映了产品制造过程的实例化数据，反映产品制造完成时，各组成零部件的实物状态（包括序列号、加工记录、不一致偏差等），也包含产品软件和硬件装机版本等相关信息。

• B-BOM结构组成

  B-BOM的结构基于实例化的M-BOM进行构建，其结构组成继承M-BOM结构信息。

图10 B-BOM结构示意

• B-BOM管理主要数据内容
• 计划数据：包含产品的订单计划、投产计划、车间执行计划、工位执行计划等信息。
• 制造数据：制造过程中的物料数据、设备数据、人员数据、工艺数据、环境数据等信息
• 质量数据：与质量相关的首检数据、不一致数据、不合格品数据等信息。
• 外协数据：与外购零件或外协服务相关的制造信息，包括外协订单计划数据、外协生产数据、外协质量数据等信息。
• …

7）D-BOM

  D-BOM用于管理产品交付给客户时候的数据信息，包括产品已形成的装配结构，还包括相应的拆装运包、包装材料、装箱清单、备品备件等。

• D-BOM结构组成

  D-BOM基本结构是在B-BOM的基础上形成，同时承接M-BOM定义的交付信息内容，形成D-BOM数据结构。

图11 D-BOM结构示意

• D-BOM管理主要数据内容
• 交付数据：包含产品交付的三随信息、包装信息以及相关手册，例如操作手册、使用手册等。
• …

8）O-BOM

  O-BOM是面向单装，以外场可更换单元（LRU）为粒度，管控每个带有唯一生产序列号的实物构型，用于全寿期实物状态映射、初始交付数据管理和全服役期电子履历记录。以OBOM产品结构为核心组织该编号产品档案及使用过程中产生的各类数据，并实现对在役产品构型状态动态变化过程进行管理和记录。

• O-BOM结构组成

  O-BOM 承接S-BOM结构以及LRU/SRU信息，同时基于D-BOM实物数据信息作为输入，形成O-BOM数据结构。

图12 O-BOM结构示意

• O-BOM管理主要数据内容
• 产品履历数据：装备交付前制造履历信息，交付后定检和维护履历、技术通报履历、串换件履历等信息。
• 使用记录数据：主要面向装备使用情况数据信息，例如：装备使用时间信息、装备执行任务信息。
• 故障及维修数据：主要面向装备发生故障并进行故障维修所形成的数据信息，例如：故障发生的产品部件、时间、影响程度、故障现象、故障的处理结果、故障处理工单等数据内容。
• …

4.2 xBOM应用

  基于型号装备具备xBOM管理能力之后，可以基于xBOM所形成的关联关系和数据内容，开展xBOM应用：

• 全局变更管理控制：充分应用xBOM关联网络，彻底实现面向业务全过程（设计-制造-服务-管理）的全局变更控制，在变更发生之前即可分析所有领域的影响内容以及变更落实可行性。
• 全过程技术状态管理：基于xBOM所形成的工程状态至实物状态的同步映射，对研制过程发生的任何状况都可以实现实时掌控，从而实现型号装备全过程技术状态清理及管控能力。
• 全网络数据追踪追溯：基于xBOM演变路径和不同BOM间的关联关系，可以实现研制环节的某一动态变量多维度追踪追溯能力，实现任意数据粒度的横向到边、纵向到底的正反向追踪追溯。

5. 总结

  目前，面向型号装备产品全生命周期数据内容多采取不同的业务系统（例如：ERP/MOM/MRO等）进行分级、分段管控模式，无法有效支撑型号装备全过程的状态管理，根据国睿信维工程化应用项目经验，未来通过PLM平台实现基于xBOM的产品全生命周期数据管理，是解决问题的关键根本，并能够实现以下成效：

• 确保所有研制单位基于逻辑统一、物理分散的PLM平台实现基于产品单一数据源的协同研制。
• 确保跨阶段、跨层级、跨组织的数字量连续贯穿得以实现。
• 消除人为及系统的数据隔离，从型号装备数据完整管控的角度进行一体化规划和部署。

  因此，构建以xBOM为核心的产品全生命周期数据管理，是实现型号装备面向产品全生命周期技术状态全面追踪，产品数据精准可控的必经之路。