摘要：现代设备制造业由大规模生产转为个性化定制是一个重要趋势，它需要设备制造业采用更加灵活、敏捷、智能的生产方式和供应链管理方式。产品订单BOM是管理的数据基础，传统的基于PLM平台的CAD模型结构或手工搭建生成BOM的方式，已经成为实现这种管理方式的瓶颈，因此需要拓展PLM中BOM生成的新方式，使其能够准确、高效地完成产品订单BOM的设计。基于此，以参数化BOM的思想作为实现方案的理论基础，通过基于达索PLM平台的基本功能和二次开发，结合养殖设备产品的一些特殊设计要求，实现了基于参数化配置模板的产品订单BOM快速生成的功能。含此功能的PLM平台已经在企业上线应用，证明了养殖设备设计过程中的各种特殊要求的计算规则均可通过参数化实现，从而也证明了该理论的科学性和实用性。

　　关键词：参数化；BOM；PLM；达索

　　0引言

　　现代畜禽养殖设备的设计、生产及安装，需要考虑各种因素，包括养殖品种、养殖的方式、养殖的环境、养殖场（图1）的具体需求和场地条件，为客户量身定制适合的养殖设备[1]。生产企业由于订单的个性化，同时对交货周期要求比较高，因此对企业的设计和生产的快速响应能力要求很高[2]。随着企业的业务发展，传统的通过Excel公式计算+手工调整的订单BOM生成方式，呈现了很多弊病：首选是Excel公式经常需要修改，文件的版本很难管理，实际应用中工程师容易用错Excel文件；其次，Excel文件中BOM结构中的数据信息，随着企业的发展，需要不断更新，手工维护的方式不但效率低下，而且容易输入错误；另外Excel中BOM结构的维护，也不方便：如果展开为单层，维护工作量会增加，如果为多层，则公式编制会非常复杂，而且容易编制错误。以上种种弊病，都会造成最终订单BOM结果数据的错误，对企业造成难以挽回的损失。而如果通过CAD设计，按模型装配结构生成BOM，这种方式BOM数据相对准确，但产品的设计需要更长的设计周期，总的来说，传统BOM生成方式不能兼顾效率和准确的要求，已经难以满足企业的发展需要。设计参数化是解决此问题的一种可能方案。

　　设计参数化是一种产品配置技术，是按客户需求对配置模型进行实例化的过程；它是以产品结构模型为基础，在产品配置规则的约束下，设计出满足客户需求的产品[2]。产品结构模型是指由产品的物料清单（Bill of Material，BOM）组成的一种树状结构模型[3]。

　　本文基于现代畜禽养殖设备的产品设计需求，通过达索PLM平台的二次开发，实现了通过参数的输入和调整，自动生成订单BOM的一种BOM搭建功能——参数化BOM，并在企业的实际应用中通过了验证。

　　1参数化BOM概念

　　参数化BOM是产品配置的一种实现方式。按照国际标准ISO10007对配置管理的基本定义，所谓配置，是对在技术文档中或者产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性进行表示，是产品功能特性的一种表述方式[4]。产品配置以物料清单为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理[5]。产品配置管理是对产品结构管理的扩展和延伸，它能够很好地满足企业对产品个性化和多样性的需求[6-7]。

　　参数化技术是一种变量化技术，早期广泛应用于计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）领域[8-9]。参数化技术的核心是通过一种参数化的思想来将复杂的问题模型简化为数学模型表述。这种参数化的思想非常重要，不仅应用于CAD领域，也可以将这种参数化思想应用于产品配置领域，通过将产品的特征信息使用参数表述，并建立参数之间的数学关系，从而实现参数化的产品结构配置。

　　参数化BOM是一种基于参数化设计的物料清单。传统的BOM是静态的，列出了产品所需的所有组件和材料，但没有考虑到不同产品变体的差异。而参数化BOM，则可以通过使用参数和规则来描述产品的变体，并根据不同的参数值自动生成相应的物料清单。

　　参数化BOM的优势在于能够提高设计和工程团队的效率：（1）允许工程师根据产品的不同配置和变体输入参数，从而快速生成特定产品的物料清单；（2）这些参数可以包括尺寸、材料、颜色、功能等等；（3）当参数发生变化时，参数化BOM能够自动更新物料清单，确保准确性和一致性。

　　2达索PLM平台参数化BOM功能实现
      2.1产品配置及BOM管理

　　PLM（Product Lifecycle Management）是产品生命周期管理的缩写[10]，它是一种管理产品从设计、开发、制造、销售到退役的全过程的方法。PLM系统可以帮助企业管理产品的信息、流程和资源，提高产品开发和制造的效率和质量，同时降低成本和风险。

　　达索ENOVIA是法国达索系统（Dassault Systèmes）公司的产品生命周期管理（PLM）软件。它基于达索系统的3DEXPERIENCE平台构建，具有高度的可扩展性和适应性，可以满足不同企业的需求。通过ENOVIA中的CMM（Configured BOM Management）-BOM配置管理模块及PDE（Product Engineer）-EBOM模块，可定义产品结构、变形、配置规则等，并通过选配参数的输入，自动生成产品的精确BOM，实现产品的配置管理。这是一种基于配置的产品快速设计方式，按照客户的需求，在一定的约束条件下，通过对产品结构中零部件的选择和组合来设计出符合客户需求的新产品[11-14]。

　　但ENOVIA功能也有其不足：偏重于产品结构的选配设计，即通过一组条件来选择或者查询产品结构中满足要求的物料，却无法在配置计算的过程中对产品的几何参数、工艺参数等进行修改，也无法利用参数对BOM中物料的使用数量进行计算，一些特殊的物料选配规则也无法实现。

　　ENOVIA提供了平台的开发规范和标准，实施时可以通过扩展ENOVIA的数据模型，调用平台开发的API，可以实现特定的业务需求。

　　2.2参数化BOM二次开发方案

　　基于平台的标准功能，在达索PLM平台中扩展参数化BOM需要的数据类型，并通过二次开发实现功能逻辑。最终的目的是通过参数选配输入，在系统中自动生成相应的产品精确BOM。

　　（1）在系统中扩展数据类型-配置模板

　　配置模板中搭建产品的广义物料清单（Generic Bill of Materials，GBOM）结构[15]，由符合可能配置的所有物料组成，BOM结构可以是多层。

　　（2）在系统中定义参数

　　使用系统中标准数据类型Variant，可以定义参数的输入类型（文本、实数、整数）和键入方式（手工输入或选择得到）。选择得到的参数还需维护参数值。

　　（3）在系统中扩展数据类型-公式

　　对于产品结构中物料的配置要求都是以表达式描述，产品结构以及配置过程包含的设计知识的归纳总结都包含在参数化表达式中。所谓基于知识的表达式模型，就是将结构物料的表达式类型参数使用一系列的数学运算公式表示，这种方式具有简洁易懂、可扩展性和维护性好的优点。

　　ENOVIA系统中标准的表达式定义只能做逻辑判断，无法进行数量的计算或一些特殊规则的计算，如按公式计算的结果，在指定的物料库中按属性匹配物料。因此在系统中扩展新的数据类型-公式，可以定义公式的类型对应不同的计算要求和规则，公式的语法同Excel函数语法，函数中的变量名使用参数名，便于用户学习和使用。公式的定义和计算是参数化BOM功能的核心。

　　（4）配置模板中维护参数组合

　　配置模板选择配置需要用到的参数，可以定义参数的序号，用于调整参数输入或显示的顺序。

　　（5）在参数中或GBOM中定义引用公式

　　定义的公式指定到参数，此类参数不需要输入，可以根据公式自动计算得到。定义的公式指定到BOM中的物料上，用于此物料的配置计算。

　　（6）在系统中扩展数据类型-产品实例

　　可基于配置模板创建对应的产品实例，按模板配置的参数组合，输入参数值，系统按配置模板中的公式，自动计算参数的值并自动生成产品的精确BOM。

　　3参数化BOM在养殖设备行业的实际应用

　　畜禽养殖设备行业的产品设计，需要考虑养殖场的相关因素，如养殖场的规模、养殖品种、养殖环境等。不同的养殖场对设备的要求可能不同，因此，工程师需要根据具体情况进行定制化设计，以满足客户的需求。此外，工程师设计过程还需要考虑在不同场地中设备的安装和维护问题，确保设备能够在养殖场中正常运行。

　　但这种个性化的养殖需求和企业产品的快速交付之间存在一定的矛盾。个性化的养殖需求通常需要更长的时间来设计和制造，而产品的快速交付则需要更短的产品设计周期、更快的生产速度和更高效的供应链管理。为了解决这个矛盾，可以采取以下措施：（1）产品标准化，将一些常见的养殖需求进行标准化，例如鸡笼、猪圈等，可以减少设计和制造的时间，提高生产效率；（2）模块化设计，采用模块化设计，可以将养殖设备拆分成多个模块，每个模块可以根据客户的需求进行组合和定制，从而提高生产效率和满足个性化需求；（3）参数化设计，在模块化的基础上，将产品设计中的各种组合与设计参数之间建立关系，通过参数的输入快速地生成产品BOM。

　　3.1产品结构标准化、模块化、参数化

　　基于以上产品设计思路，将产品结构规划为设备、系统、模块等固定的层级。各层级规划时，需按照模块化设计的要求将产品的功能分解为独立的模块，每个模块都具有特定的功能和接口。同时将不同的模块集成到一起，形成一个完整的产品时，确保模块之间的接口和协同工作正常。

　　每个模块有特定的BOM结构，按参数化设计要求进行搭建，如猪栏模块的设计，可以定义猪栏长度、宽度、栏杆高度、喂食器和饮水器数量等参数，以满足不同客户的养殖需求。

　　3.2数据模型设计

　　为满足业务需求，PLM中定义相关的数据类型，相关说明如表1所示。

　　3.3公式的语法及常用函数

　　公式中表达式由以下要素构成。

　　（1）变量

　　变量的标识符不可直接用于计算，必须得在它引用的标识符的值计算之后才能获得该变量的值。系统中表达式的变量即为参数。

　　（2）操作符

　　操作符为算数操作符，算数操作符有加（+）、减（-）、乘（*）、除（%）等。逻辑操作符通过函数表示，如或（OR）、与（AND）等。

　　（3）函数

　　函数是一个小功能的封装，易于扩展和维护。二次开发使用函数名及使用方法同Excel函数。

　　（4）常量

　　计算中保持不变的量。

　　3.4公式类别及特殊规则说明

　　按公式计算的不同规则，二次开发定义了公式类别。

　　（1）条件选配

　　公式的表达式计算返回true/false。结构中配置此类公式的物料在实例化计算时会出现在BOM结构中，数量为配置模板中的数量。例如：检修平台模块结构中包含了爬梯护栏（6~6.5 m）的虚拟件，配置了条件选配类型的公式，表达式为：

　　OR（【绞龙料线高度】="6"，【绞龙料线高度】="6.5"）表示当检修平台的设计参数“绞龙料线高度”为6或6.5时，条件成立。爬梯护栏（6~6.5 m）的虚拟件将出现在实例化后的检修平台模块的BOM中，且数量为配置模板中装配的数量。

　　（2）数量计算

　　公式的表达式计算返回数值。结构中配置此类公式的物料在实例化计算时，如果计算结果如果为0，则物4料不会出现在BOM结构中；如果计算结果大于0，会出现在BOM结构中，且数量为表单式计算的结果。例如：行车主体框架模块结构中包含六角头螺栓不锈钢M6*12的物料，配置了数量计算类型的公式，表达式为：

　　（【每列组数】+2）*【列数】*78+【列数】*160表示当行车主体框架模块的设计参数“每列组数”为70、“列数”为5时，行车主体框架模块实例化后，BOM中使用的“六角头螺栓不锈钢M6*12”，且数量为28 880。

　　（3）规格选配

　　公式的表达式计算返回一个字符串。结构中配置此公式的构件必须为虚拟件，虚拟件定义时需指定某一物料分类，且此类物料必须维护“规格选配”属性。当虚拟件在实例化计算时，需要根据计算返回的字符串，在指定物料分类中查找“规格选配”属性值等于返回字符串的物料，此物料会替代虚拟件出现在实例化后的BOM结构中。数量为虚拟件在配置模板中的装配数量。例如：滑帘板组件模块结构中包含虚拟件（关联了PVC扣板物料分类），配置了规格选配类型的公式，表达式为：

　　（【滑帘洞口高度1】+0.2）&"*"&（【滑帘洞口长度1】+0.2）

　　表示当滑帘板组件模块的设计参数“滑帘洞口高度1”为0.9，“滑帘洞口长度1”为2.2时，滑帘板组件模块实例化后，会将选配规格为“1.1*2.4”的物料“PVC扣板PVC 35*1100 L=2400”搭建到实例化后的BOM结构中。

　　3.5配置计算（实例化BOM生成）过程

　　配置计算的过程，是将配置模板的BOM结构映射到实例化对象BOM结构的过程，具体过程如下：（1）用户按模板要求，输入参数组中各参数的取值；（2）系统首先根据输入参数的值计算配置了计算公式的参数的值；（3）然后采用递归算法，从配置模板BOM的根节点一直延伸到叶子节点，使用参数值计算每个节点中配置的公式，并按公式的计算结果，修改BOM结构的数量；（4）最后按剔除了数量为0节点后的BOM，在模块实例化对象中按层次搭建，形成完整的实例化BOM结构。

　　3.6参数化BOM在企业的实际应用过程

　　在企业实际应用中，PLM中订单BOM的配置需求来源与ERP系统，实际业务过程如下：（1）ERP系统通过接口将合同及订单BOM的设备/系统/模块的编号及结构传递给PLM系统同步创建对应的订单BOM结构，设备/系统/模块均生成实例化对象，模块实例化对象关联配置模板，BOM结构为空；（2）配置工程师按合同要求，以模块为单位，输入各模块设计参数，并通过配置计算生成各模块的实例化BOM；（3）配置工程师通过系统流程发布各模块实例化BOM；（4）PLM通过接口返回实例化BOM到ERP系统，进行后续的生产或采购。

　　4结束语

　　本文基于参数化BOM的实现原理和达索PLM的平台基础功能，设计了企业产品订单BOM的参数化生成方案，通过平台的二次开发实现了方案中的各项功能，而且平台已经在企业上线，此方案已经得到应用，验证了方案的实际可行性，为养殖设备行业产品的设计提供了数字化平台的支撑。

　　基于参数化模型和函数计算引擎来生成BOM结构，这不仅减少了人为错误的可能性，还使得BOM的生成和更新变得更加灵活和高效。

　　总的来说，基于PLM的参数化BOM功能是一种重要的技术手段，可以帮助企业提高产品设计、生产和管理的效率和质量。随着技术的不断发展，相信这种方法将会得到更广泛的应用和优化。

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