在制造業信息化中，制造數據結構是一個最普通但又是最重要的基本的概念，常常被實施ERP的企業所忽視。制造數據結構有產品結構和制造過程結構2方面的內容。制造數據結構又有結構和層級2個要素。本文說明制造數據結構的創建、傳遞、集成和扁平化等問題。希望引起相關企業的重視。復雜產品的離散制造企業解決好制造數據結構問題對成功實施ERP以及迎接數字制造時代的到來具有決定性作用。

　　制造數據結構的概念

　　制造數據結構(Manufacturing Data Structures)是表達和組織制造對象及其制造過程的信息體系。在制造業信息化中，制造數據結構是一個最最基本的概念。一般來說，制造過程是非結構化的。為了利用計算機技術進行制造過程的管理，首先必須將制造數據結構化，將制造的對象：產品、各種零組件、采購件和外包外協件的屬性用計算機能夠識別的數字、符號來描述。同樣，對制造過程和約束制造過程的制造環境也必須完成這種數字化表達。所有這些描述制造對象和制造過程的數字和符號的集合就是通常所說的制造數據。這個過程就是通常實施ERP數據準備的第一步——數據收集和編碼過程。產品和組成它的零組件之間、每個零組件和它的加工或裝配過程之間、制造過程和與其關聯的資源之間都存在著內在的或按有效制造和裝配的安排而形成的邏輯關系。“結構”就是用來表達制造數據相互關系的。沒有結構，即組織得不好的數據是無法或難以為ERP所利用的。因此完整的“制造數據結構”包括：

　　v 產品的數字化表達和產品組成之間的相互關系的描述，

　　v 制造過程(步驟)的數字化表達和每個制造步驟之間的相互關系的描述，

　　v 制造環境，包括生產組織、設備、工具及其布置、以及它們與每個制造過程的關系的數字化描述。

　　除了制造的直接對象和直接過程之外，制造數據結構有時還涉及制造過程的副產品、協產品。顯然，制造數據結構與軟件數據庫的數據結構并不是一回事，后者是前者在數據庫系統中的實現。

　　因為制造數據結構包括了制造對象、制造過程和制造環境及約束等幾乎所有的重要數據，使制造數據結構成為設計和實施MRP/MRPII/ERP或一切數字化制造系統的基礎。Oliver

　　Wight咨詢公司(因從事ERP實施效果的ABCD等級評價而聞名)的Jerry Clement等人是目前有限的幾本制造數據結構專著之一的作者。早在上個世紀的九十年代中期他就指出：企業保證MRPII成功有3個必須具備條件：

　　v 有充分理解和掌握MRPII知識的人，

　　v 有正確和完整的制造數據結構，

　　v 有適合企業應用的軟件。

　　Jerry Clement將制造數據結構作為運行ERP的基本功和基石，是企業向成功實施ERP邁出的第一步。所以實施ERP企業的數據準備不單單是數據的收集和錄入，而構建好的制造數據的結構才是數據準備的關鍵。好的制造數據結構首先是由ERP系統本身保證的，ERP軟件提供制造數據結構的框架，如同房屋的構架一樣。ERP軟件的設計在很大程度上決定了制造數據結構的優劣。另外，制造數據結構也取決與應用企業的數據組織，如同房間內部的裝飾和布置。完整、正確、方便的數據結構最終是與應用企業對制造數據結構的理解、經驗直接相關的。所以創建好的制造數據結構是軟件供應商、咨詢公司和企業自身的技術和協同的結晶。

　　制造數據結構的表達

　　從出現制造企業的管理信息系統和物料需求計劃軟件MRP開始，人們就在研究制造數據結構，使用最多的是大家所熟悉的 “物料清單BOM(Bills of

　　Materials)”。BOM是用來描述制造產品結構的。因為MRP相關需求原則的應用，使BOM成為制造數據結構的主要形式，事實的行業標準。但它僅僅是制造數據結構的一部分。因為BOM只解決了“制造什么?”的問題，而對于“如何制造?”和“用什么來制造?”，即對制造過程和制造資源的結構化描述則缺少規范和標準，在很長的時期內顯得十分薄弱和混亂。某些軟件可能只有堆積的“數據”而沒有系統化的“結構”，缺了后者，ERP就不能完成生產計劃和控制的任務，資源優化更無從談起。對制造過程和制造資源描述不清的ERP軟件，處理離散制造企業的計劃和現場執行業務就很困難。所以目前對于制造過程的結構化描述成為面向離散制造業ERP軟件的關鍵能力。

　　這僅僅是問題冰山的一角。在產品由一家一戶的企業獨立制造的時期，或者孤立的ERP應用階段，矛盾并不突出。隨著供應鏈管理、精益企業或動態聯盟虛擬企業這些新制造模式的推行，使產品的設計和制造過程跨過了獨立企業的邊界。基本上標準化了的產品數據結構BOM較好的適應在跨企業環境中的數據交換和設計協同。而在多個供應鏈伙伴企業的ERP之間進行制造過程和制造資源的數據交換，將因為制造數據結構的方式不同而變得十分困難。這種局面直到2000年以后隨著數字制造技術的發展，制造數據結構的全面表達才有了比較好的解決。

　　目前表達制造過程和制造資源結構的方法漸趨一致，盡管有不同的名稱，如Tecnomatix的e-Bill of Processes(eBOP)，Dassault Systemes的 PPR Hub (Product, Process and Resource Hub)、LeanERP的集合BOM(Aggregate BOM)等，都采用了與產品BOM的樹型結構相類似方法。在名稱上，本文將帶有傾向性的使用“e-BOP—電子過程清單”這個術語。

　e-BOP也采用層次結構的組織方式，采集和和匯總了一個產品制造過程的所有信息，如按裝配順序排列的所有的零組件，按加工或裝配時序排列的所有零組件的制造或裝配工序、每個工序中的工步內容、所用的設備、工具、人力資源、工時標準、質量要求和試驗過程，以及編制和執行制造過程制造所需要的信息，如車間布置、成本、生產線的能力和功效、作業的工作說明書等等。

　　e-BOP顯示界面的形式較BOM更為多樣，除了常見的樹形表之外，還有用工作流方式表現產品或組件的制造過程，以及用計劃評審PERT圖的方式表現零件的制造過程等。在這些圖形中，與制造過程相關的信息以屬性的方式即時展開。

　　制造數據結構的構建和傳遞

　　在90年代中期，或非集成制造環境中企業沒有采產品數據管理PDM系統，制造數據結構都是在MRPII/ERP系統中手工采集和構造的。因此出現了關于制造數據結構的準確性、完整性、校準和評估問題。當時企業的希望是直接將CAD的物料表轉移到ERP中來。90年代后半期，PDM流行的結果，有關產品的數據結構有可能直接從PDM傳遞到ERP中。但是復雜的離散制造出現了工程EBOM和制造MBOM的區分。ERP中使用的MBOM是在CAPP中產生的，ERP則轉而與CAPP集成和傳遞MBOM。某些企業將制造過程作為文件也放在PDM中管理，ERP的產品數據結構又從PDM中來。但這些僅僅是產品數據結構BOM數據的傳遞。有關制造過程的數據的創成和集成則成為制造業信息化的空白地帶。大量的制造過程數據和過程數據的結構始終主要依賴于簡單的數據導入和手工處理，形成BOM與路線、路線與資源數據的分離和ERP數據準備瓶頸。直至目前，我國的許多制造企業，PDM/CAPP的應用狀態仍然不理想的情況下，ERP需要的制造數據結構仍舊主要靠手工輸入。

　　剛剛進入21世紀，制造業信息化出現了一種新的應用方式——制造過程管理(Manufacturing Process Management，MPM)。MPM是擴展企業(供應鏈、精益企業或動態聯盟虛擬企業)間協同開發、優化和管理制造過程的業務戰略。MPM可以使多場所的多用戶如同在一個企業一樣地整體進行制造過程開發。制造過程管理的核心是建立產品的e-BOP，并且將它存在公共服務器上，并在網上發布。各種應用，如ERP、MES、SCM等系統，以及企業內部的工廠車間、供應鏈伙伴、供應商等各種用戶直接通過訪問，可以共享和使用e-BOP進行協同過程設計和提早向加工現場發布過程設計。

　　制造過程管理MPM的出現填補了制造數據結構中關于制造過程和制造資源管理內容的空白。目前MPM又與新興應用軟件——產品生命周期管理PLM相集成，成為PLM的一部分。這樣PLM成為整個企業、乃至整個供應鏈的協同平臺和統一數據源，從而改變了整個離散制造業制造數據結構的創建、傳遞和應用的模式。制造數據結構更趨于集成，包括ERP在內的各種應用的數據準備將更加簡單。當然，ERP本身的系統結構也必須適應這種轉變，最重要的是ERP自身的制造數據結構框架應該與PLM-MPM的制造數據結構體系一致或趨同，并且支持3D制造過程結構數據的處理和模擬優化。這將是數字制造時代ERP的發展趨勢之一。

　　制造數據結構的類型

　　在產品整個生命周期中，有多種BOM形式。如：

　　v 工程BOM或EBOM(Engineering BOM)，是以設計和功能的角度描述產品的結構，

　　v 工藝BOM或MBOM(Manufacturing BOM)，是以裝配和加工過程的角度描述產品的結構。MBOM是在EBOM基礎上，按照制造或裝配過程的順序進行調整得到的。

　　v 成本計算用的成本BOM，

　　v 用于ATO生產模式的計劃BOM和模型BOM等。

　　以下我們將關注比較被人忽視的一種BOM形式——生產BOM。工程EBOM和制造MBOM是眾所周知的應用較多的2種形式。我們認為，EBOM和MBOM以及工藝設計結果的BOP都是技術層面的概念，是制造數據結構的技術文件。在生產過程中將落實在加工指令FO(Fabrication Order)和裝配指令AO(Assemble Order)、或者是電子工作指令EWI( Electronic work instructions)中，直接用來指導制造過程。EBOM和MBOM上零件一個都不能少，僅僅是位置和次序有變化，BOP的制造過程也一步不能缺，否則工人就不能高質量的施工。

　　但是，根據我們在復雜產品離散制造企業實施ERP的經驗，還有另外一種BOM和BOP存在，我們稱其為“生產BOM”或PBOM(Production BOM)，是使MBOM適應制造過程的組織狀態和生產模式所作的變型。例如同樣的產品和制造過程，在功能型車間制造和在制造單元里制造，PBOM是不一樣的。我們認為，真正在ERP中起作用的恰恰是這個生產PBOM，它才是編制計劃、現場組織、工藝布置和物料流轉的依據。與EBOM和MBOM不同，生產BOM是管理范疇的概念。盡管PBOM經常被忽視，但它對制造的計劃和現場的組織有重大的影響，對實現精益制造和企業結構扁平化更有重要的意義。

　　制造數據結構的層級

　　構造制造數據結構有2個要素：第一是結構，即前幾節介紹的如何來組織物料或制造過程。第二就是結構的深度，也就是BOM和BOP由多少層組成。在產品數據結構的BOM中，每一對父子件關聯就建立了一層“結構”。同樣，零件的制造工序的步驟就是BOP的層次。目前幾乎所有復雜的離散制造行業都踏上了精益制造的歷程，幾乎所有的企業都轉向重過程的不間斷而逐漸淡化分工。工廠的結構開始發生重大的變化，扁平化和現場決策自主化成為幾乎所有離散制造企業的追求。這種趨勢必然反映到所有制造數字化系統中來，對于PDM/MPM或PLM的影響是企業內外的協同和DFA/DFM，對ERP的影響則是扁平化。有一種說法是“先有扁平的BOM，才有扁平的企業”，“精益制造就是精益BOM”。說明制造企業的扁平化在很大程度上將取決與制造數據結構的扁平化。

但是一般認為，BOM的層級是由產品本身的復雜程度和制造過程的路線長度所決定的。一架不大的飛機，BOM的層次是30多層，復雜零件的工序過程達到300余個。但在制造現場，并不是如此。例如，某種陸用燃氣渦輪機的火焰筒是由5種耐熱合金材料和10個零件組成。制造過程有2種做法：

　　方案1：先在鈑金制造單元下料、成型，造出10種零件來，中間庫存或不庫存直接轉移給焊接制造單元焊接成火焰筒。

　　方案2：鈑金制造和焊接同在一個“鈑金綜合制造單元”完成。零件下料、成型接著進行焊接形成火焰筒。中間沒有制造單元間的轉移、庫存和組合前的配套作業。

　　在制造工藝過程完全相同的條件下，方案1的生產BOM起碼有3層：原材料、零件、成品件。而方案2則僅僅需求2層：原材料和成品件。在ERP里，方案2根本不需要給火焰筒的零件編號，生產BOM也沒有它們，而只有這些零件所使用的原材料(注意：在FO/AO/EWI上是不可缺少的)。

　　同樣，路線或BOP的層次也是起碼有2種方案：

　　方案3：在方案1的前提下，如果每個零件都有10個工序，焊接裝配也是10道工序，原原本本地將工藝轉成為路線，這時總過程起碼有20層。

　　方案4：在方案2的前提下，從原材料到最后的火焰筒僅僅作為1道工序(這個工序的內容囊括了整個火焰筒全部零組件的全部FO/AO/EWI的內容)，這時火焰筒的路線只有1層。

　　顯然，方案3和4是兩個極端情況。用方案3生產時，BOM有3層、工藝有20層。ERP將產生5個采購定單PO、11個工作定單，10個(零件)入庫單(原材料的采購入庫不計算在內)和和15個出庫單。方案1的BOM層級過多、冗長的制造路線都需要更多的數據維護，大量的報表和移動處理，會轉移和淡化了對關鍵過程的關注。方案4的BOM只有2層，路線只有1層。ERP僅僅需要5個采購定單和1個工作定單，僅僅需要5個原材料出庫單即可。但是它太粗糙，起不到管理和控制的作用。

　　那么應當怎樣定義制造過程的結構呢?我們給出以下原則。

　　1 管理的“度”和數據的“量”

　　管理必須有個“度”。“度”就是計劃、進度和成本控制的期望水平。或者說是管得粗一些還是管得細一些。按精益制造的觀點，并不是管理得越細越好。計劃期段的“粒度”和生產的對象及生產節奏有關。控制的越細，需要的數據越多，計劃項目越多、數據采集越多。ERP就越不易于實行。同樣，管理過程自身的浪費也就越多。一個企業產品的零件成千上萬，雖然在裝配時一個也不能少，但由于零件的復雜程度、制作的難易、成本的多少，在生產過程中，對它們的關注并不是同等的。有些零件，必須控制制作它們的每一個工序甚至每一個工步。而另外大約70-80%的零件可以不花精力去控制它的過程，制造單元的工人能很輕易的保證供應，或者在制造單元中，能夠很平順地流轉。當然，本篇文章立意于每個企業很了解自己管理的“度”。

　　在傳統的大量生產模式下，用精細的分工和低等級工人打散了連續的制造過程。而為了控制實際存在、但是被抹殺的過程，又采用了多層級的管理和大量的報表來恢復過程的原貌。很多企業在實施ERP時，在這種傳統思想蠱惑下，總以為受控零件“越全越好”、計劃“越細越好”，報表“越多越好”，這是個很大的誤區。為了某一個細節，可能需要你化費數倍于所得的精力和時間。最后你的大疊的報告，可能沒有一個人去仔細看它，還會引起反感。

　　必須牢牢記住，多一個零件號，或者多一個工作定單號，會增加十幾倍的額外工作量。因此，在離散制造業建立制造數據結構時，首先要確定自己管理的“度”，和數據的“量”。適度的控制范圍和適度的管理“粒度”將大量減少ERP實施過程的數據準備工作量，減少系統開通的時間，減少錯誤，減少日后的數據維護工作量。而在必須重點控制的“點”上，可以施以濃墨重彩。

　　2 對物流中斷的容忍度

　　對生產BOM和BOP的層數最重要的決策依據是：企業在生產過程中，容忍物流中斷的次數或中間狀態物料存儲的次數。

　　在制造過程中對必須進行暫停、存放、需要制訂計劃和控制它的進度的物料，或者必須清楚和單獨控制它在制造過程指定階段的某些信息，如成本、提前期、訂貨策略等，才需要設定獨立物料項目和BOM層級。用精益思想指導制造過程越來越為企業所看重，企業趨向于不庫存，不制定工作定單和不維護相關的報表。這就決定了BOM需要簡化和BOM的深度趨淺。效果是物流由于較少的中斷而更加平順流暢，生產周期大大減少。

　　確定制造路線的步驟也是同樣道理。設立工序是為了控制階段進度、確定能力和過程監控和排序。必須進行半成品轉移的、必須控制的工序則必須在路線中出現，而不必特別關注的過程則不必在路線中，可以減少路線的層次。達到減少數據采集、消滅報告報表，減少維護數據的工作量的目的。

　3 簡化制造單元內部的過程控制

　　一般采用制造單元組織生產時，單元作為一臺設備或一個不間斷的生產線對待。這時僅僅需要控制制造單元的進出就足夠。沒有完全反映制造過程的必要。所以單元制造、多面手工人和看板生產是實現工藝路線扁平化的重要手段。

　　ERP中制造數據結構層級的確定

　　關于如何確定制造數據結構的層級，我們的結論是;BOM和路線的層數是由原材料或采購器件到最終產品的制造過程中，如何處理半成品或中間件的策略、管理和控制的粗細程度和生產組織方式所決定的。在上述火焰筒的例子中的方案5是：若在10種零件中只有一種是關鍵件需要特別關注，該零件必須在BOM中出現，并且全程控制它的制造過程。組合焊接是需要按工序控制質量，則生產BOM的層級為3，過程的層級是20，但是ERP只要生成2個工作定單WO、每批需要2個入庫單和6個出庫單。這是一個優化的方案。

　　這個例子說明，生產BOM或BOP的構成仍舊以產品和工藝結構為基礎，但可以根據生產方式和控制粒度的不同有很大的差異。不能夠教條地搬用MBOM和BOP的結構。實施ERP時制造數據結構的構建決不是產品結構的復制品或翻版，也不是工藝過程的映像。而是按企業制造過程對產品結構的重構。什么樣的制造數據結構就決定了什么樣的制造過程。在涉及CAD—ERP、CAPP—ERP或統一為PDM/MPM/PLM—ERP集成時，必須考慮這些差異，要經過一次細致的重新評估和構建，并不是單純的數據傳遞和接口過程。只有在精益企業環境中，采用了綜合產品團隊IPT、用DFM/DFA方法開發產品時，才能實現MBOM和生產BOM的一致。

　　任何企業都有自己的產品，生產過程、市場以及自己的生產節奏和個性。因此企業構造制造數據結構時，既需要企業的員工的經驗，也需要借助外部專家的理論和最佳實踐的指導。如何構建制造數據結構對企業很深遠的影響，實現結構優化需要全員的理解和支持。

　　結束語

　　ERP實施的瓶頸是什么?我們認為，在離散制造業，數據是成功實施ERP的嚴重瓶頸。眾所周知，在同樣的企業環境中，網絡和OA的應用比較容易。為什么?因為OA應用的數據準備工作量較小。CAD的應用為什么推廣較快?同樣因為除開準備各種標準庫以外(有時是供應商可以提供，或者可以買到)，數據準備量也不大。CAPP也是產生數據的，如果將CAPP當作文本編輯器使用，可能也比較容易使用，但如果是真正“創成”或即便是“范成”工藝過程，就要用到更多的數據和標準，成功實施CAPP也不是輕而易舉了。而ERP、特別是離散制造業的ERP系統中，企業數據是買不來的，不經過痛苦的數據準備過程根本運行不起來。目前已經成為規律：無論那個行業的什么樣的IT應用(CAD、CAM、PDM、ERP、CRM、OA)、無論是什么樣的業務(財務、銷售、庫存、計劃和執行現場)，那里的數據準備工作量大或復雜，那里的應用就不順利。或者即使系統運行但不能取得預期效果。可見數據對于實施ERP的重要。但是知道數據準備的重要性是一回事，而會不會準備數據則又是另一回事。制造數據結構就是研究離散制造企業實行ERP中如何進行數據準備的。

　　終究制造數據結構是個十分深刻和廣泛的題目，除了本文已經涉及到的制造數據結構的創建、傳遞、集成和層級問題以外，還有：在手工參與數據結構的輸入和構建時對結構正確性和完整性的評估、校對方法問題;面向大規模定制生產的客戶化產品的數據結構的快速創建及產品構型管理問題;制造數據結構的工程更改、版本管理和有效性控制問題;制造數據結構的重用和知識積累問題;虛擬環境中由3D模型創建制造數據結構和對其進行3D模擬優化問題等等，有太多的事情要作。我們希望從事ERP的企業、供應商、咨詢提供商和各位關專家共同關注制造數據結構問題，創造最佳實踐，為打開離散制造業ERP的瓶頸共同努力。

轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/

本文標題：ERP中的制造數據結構分析

本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/consultation/1082061109.html