淺析裝配樹柔性層級模式的BOM統(tǒng)計算法論文
0 引言
設備的物料清單(簡稱：BOM)是以數(shù)據(jù)格式來描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的技術(shù)文件，是識別物料、編制計劃、制造過程、成本計算等的依據(jù)。BOM按照用途分為設計BOM，計劃BOM，制造BOM，成本BOM，維修BOM，其中設計BOM(即設計裝配樹BOM)是其他類型的BOM的源頭。常規(guī)BOM統(tǒng)計，主要包括單級展開、多級展開、縮行展開、匯總展開、單層跟蹤、匯總跟蹤、縮行跟蹤等算法。
由于統(tǒng)計類型的多樣性，統(tǒng)計內(nèi)容的復雜性，統(tǒng)計階段的關(guān)聯(lián)性，國內(nèi)有很多學者針對BOM統(tǒng)計的抽象模型、統(tǒng)計效率和精度方面作了很多研究。饒上榮等提出了一種以面向?qū)ο蟮姆绞浇M織數(shù)據(jù)和進行模板設計的強有力方法，根據(jù)對象模型來設計規(guī)則，可以充分利用面向?qū)ο蟮睦^承和多態(tài)的特性，簡化規(guī)則設計并增強設計功能。張亞勤等設計了一種基于實體裝配模型的裝配BOM的自動生成的算法，能夠?qū)ρb配關(guān)系進行遍歷、組織和顯示，并實現(xiàn)裝配建模CAD與裝配工藝設計CAPP的有效集成。葉紅朝等提出了一種基于雙階分離式BOM的物料需求計劃的算法，即將單一BOM分解成產(chǎn)品BOM和部件BOM，直接讀取部件BOM 并進行統(tǒng)計，能提高物料需求計劃運算的速度和精度，使計劃的經(jīng)常性變更成為可能。黃崢等運用面向?qū)ο蟮膶哟文０寮夹g(shù)設計CAD材料統(tǒng)計表，增強了表格靈活性并避免了重復工作。邱勝海等設計了一種基于增強型合成模式的統(tǒng)一BOM管理組件模型架構(gòu)和統(tǒng)計算法，來實現(xiàn)現(xiàn)PDM與ERP的集成。另外，針對某些具體的產(chǎn)品的BOM也作了一些研究，比如洪鑫華等針對具體的鐵塔產(chǎn)品，采用基于存儲過程的BOM遍歷算法中的分層遍歷算法進行鐵塔的遍歷，實現(xiàn)了鐵塔零件BOM表的生成。朱安慶等通過對TRIBON 中自動生成的數(shù)據(jù)進行分析來實現(xiàn)造船生產(chǎn)設計中的BOM表自動生成。程好秋等根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品與客戶動態(tài)的需求構(gòu)建相關(guān)度矩陣，利用效用函數(shù)求解新的BOM模型。王魁生等通過兩種常用BOM結(jié)構(gòu)及通用算法提出了一種石油鉆井的BOM結(jié)構(gòu)樹生成方法。以上研究均基于裝配樹下的每個節(jié)點都具有確切的統(tǒng)計物理意義的假設來進行的，比如某個樹節(jié)點代表著某個獨立加工完成的零件，或者代表著某個制造單元、采購單元或者具有獨立功能模塊的部件，然而實際設計實踐并非如此。
1 裝配體結(jié)構(gòu)
設備(裝配體)由各個部件和零件構(gòu)成，部件又包含子部件和零件，最后直至分解到各個最小單元(即零件)，如圖1所示。因此從微觀上看，設備可認為由零件按一定順序裝配而成，而部件僅為某些零部件的組合。為表達方便，依據(jù)是否具有確切統(tǒng)計意義和是否屬于本設備的一部分的兩個標準引入常規(guī)部件、形式部件、參考部件和耦合引用的概念。
1.1 常規(guī)部件
定義1(常規(guī)部件)指由于模塊化設計、獨立功能以及加工裝配采購的需要而設置的零件組合。常規(guī)部件即通常統(tǒng)計意義上的部件，作為設備的一部分，其本身也是組織生產(chǎn)、進行裝配或采購的工作單元。如液壓缸、電機或減速器即可認為是常規(guī)部件。
1.2 形式部件
定義2(形式部件)不滿足模塊化設計、獨立功能或加工裝配采購需要的零部件組合。設計師在三維設計中，由于主流的三維設計軟件在解析裝配體的時候，一般只計算到頂下一層(即第二層)的配合約束關(guān)系，因為如果遍歷計算到設備的每個零件配合約束，將產(chǎn)生巨大的計算和儲存資源消耗，使得三維設計過程非常緩慢并變得很不穩(wěn)定，影響設備三維設計的普及和效率。因此三維裝配體設計一般采用“多設部件，分而治之”的策略，盡可能降低頂下一層(即第二層)的配合約束數(shù)量;因此必須將那些裝配重復數(shù)量大的，但又沒有常規(guī)意義的零件組合起來構(gòu)成形式部件。形式部件與常規(guī)部件在表達方式上是一樣的，只是無法表達某一具體意義。比如幾顆螺栓、鏈輪的組合。但是形式部件的確是設備的一部分。
1.3 參考部件
定義3(參考部件)它是相對某個具體設備而言的，在針對該設備進行外部關(guān)聯(lián)設計時，事實上不屬于該設備但又被引入到該設備模型空間的部件。參考部件與該設備具有比較強的空間幾何、運動姿態(tài)或者功能銜接的關(guān)聯(lián)性。它不能計入該設備的BOM統(tǒng)計，否則將造成重復統(tǒng)計。如圖2中虛框中的部件A1，引入進來僅起參考作用，方便其他零部件的幾何引用。這種在生產(chǎn)線設備設計(比如冶金軋制和運輸設備)上十分常見。
2 柔性層級模式
2.1 柔性層級
定義5(柔性層級)即模糊裝配樹上下級層級界限的層級模式，此時上層部件可自由降解為下層零部件，從而造成下層零部件自動升級。
2.2 柔性原理
常規(guī)處理原則為：第一、若統(tǒng)計部件，則其統(tǒng)計下層零部件;第二、若統(tǒng)計某部件的下層零部件，則該部件不能統(tǒng)計。該原則無法處理形式部件和參考部件。柔性層級模式可以根據(jù)部件的不同類型確定其是否列入設備的BOM中，即柔性決定裝配樹上某個特定層級的零部件被記入明細表進行統(tǒng)計。它將原本不能被計算機區(qū)分的常規(guī)部件、形式部件和參考部件，根據(jù)各自特點進行了相應的處理，比如對照表1，若其需要被BOM統(tǒng)計則為常規(guī)部件，若其不被BOM統(tǒng)計則應為形式部件或參考部件。
3 BOM統(tǒng)計卷積算法
BOM統(tǒng)計的原則就是“不漏項，不重復”。而對任何節(jié)點，包括設計師、材料、質(zhì)量、標準號等多維度的信息項均被包含在節(jié)點內(nèi)部，容易取得;因而最重要的需要統(tǒng)計的信息就是節(jié)點在整個模型中的數(shù)量信息。
在柔性模式中，形式部件的.釋放，會讓其下的零部件與別的層級的零部件做合并統(tǒng)計處理。比如圖2中部件A1是形式部件，則在統(tǒng)計它的時候，只能統(tǒng)計部件A4和零件P1，而與部件A1同級的也存在部件P1，則部件P1要做合并計數(shù)處理。由于形式部件的存在和零部件相互耦合引用的緣故，需要一種BOM統(tǒng)計卷積算法，統(tǒng)計模型被引用的次數(shù)以及解決相同零部件被耦合引用的合并統(tǒng)計問題。
4 算法結(jié)果
本算法歷經(jīng)多次非標設備的設計的工程應用考驗，體現(xiàn)了其工程價值。現(xiàn)為了使結(jié)果表達清晰，現(xiàn)僅以圖2中的裝配樹層級結(jié)構(gòu)來完成算法測試。如圖2的設備裝配樹結(jié)構(gòu)，當所有層級節(jié)點被上級節(jié)點引用的數(shù)量均為1，同時部件A1為“參考部件”，部件A2和A3為形式部件，則BOM被統(tǒng)計的結(jié)果如圖6所示，圖中部件A1沒有被統(tǒng)計，零件P3由于其上級形式部件緣故，計入統(tǒng)計;同時部件A4和零件P4分別在兩處上級形式部件均被引用，則累加為2個。最后增加代號、材料、質(zhì)量等信息項。
5 結(jié)論
1)基于柔性層級提出了BOM卷積統(tǒng)計算法解決了針對三維設計實踐中的形式部件和參考部件導致的BOM統(tǒng)計的邏輯混亂問題。
2)該算法實際上也適用于設備裝配樹結(jié)構(gòu)變型的多樣性統(tǒng)計需求。無論何種類似需求，均能通過柔性模式自動展開或刪除某些部件，將該部件里面的零部件暴露出來，并通過統(tǒng)計卷積算法將耦合引用的不同層級零部件合并加入到設備的BOM統(tǒng)計，從而形成特定需求的BOM報表，以供ERP管理或其他需要。
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