0 引言
物料清單(Bill of Material，BOM)主要是表達企業產品的結構和產品中零部件的構成關系。它是企業信息系統（如PDM，ERP等）中核心基礎數據之一，是企業的信息紐帶。產品設計、工藝編制、產品制造、產品銷售、成本核算等都要用到BOM。電柜生產企業是一種典型的多品種、少批量、離散型企業，BOM數據非常龐大、復雜。在市場競爭日趨激烈的情況下，企業產品的技術狀態不得不隨著客戶的要求而不斷變化，導致了BOM數據的動態改變，從而使BOM數據及其管理更加復雜化，所以對BOM的有效管理成為電柜生產企業管理中至關重要的環節。目前，對于電柜生產企業的BOM研究相對較少。研究主要集中在通用型BOM和大型航天產品BOM的研究。對于BOM結構，常用的存儲方法是利用關系型數據庫，采用規劃性或者基于與或關系存儲，維護起來比較困難。本文提出了基于雙主鍵的存儲方式，明顯減低了數據的冗余，使得BOM的維護變得簡單。
1 電柜生產企業的BOM體系研究
電柜生產過程包括材料的選擇、供應商的確定、工藝的設計、計劃制定以及質量控制等諸多相關環節，涉及的數據信息十分復雜，包括：材料信息、庫存信息、供應商信息、工藝信息、計劃信息及質量等。這些信息產生于不同的業務過程，又為不同的業務部門使用。由于缺乏全過程的電柜生產信息模型，使得信息被分割在相互獨立的應用系統中，割裂了數據間的關聯性，成為信息孤島。這使得各部門、各過程間，數據無法及時共享，降低了電柜企業生產效率和管理水平，延長了產品的生產周期，減緩了資金的周轉速度。在當前金融危機形勢下，資金周轉速度的快慢對企業生存是致命的。本文以BOM為切入點，建立了面向全過程的電柜BOM轉換過程模型。
電柜生產企業以BOM作為信息管理的主要手段，在不同階段應用不同的BOM。電柜設計定型后發放設計BOM。設計BOM的產品結構表達了電柜按設計劃分而生成的結構和零部件組成關系，并不表示生產中的真正裝配過程。出于對工藝方面和生產過程的考慮，工藝設計時需對設計BOM的產品結構關系進行一定程度的調整和修改（如增加、修改工藝構型結點等），形成可制造的裝配工藝樹，在此基礎上進行裝配工藝設計、加工工藝設計及工裝制造工藝設計，并加入相應的工藝信息。生產部門安排作業計劃、組織生產，形成制造BOM。采購部門利用制造BOM生成采購BOM，以制定供應計劃和采購計劃；財務和物資部門則基于整個過程的消耗，生成成本BOM，進行成本核算、價格控制等。這些BOM數據之間具有相互關聯、轉化、衍生的關系，如圖1所示。BOM間的相互轉化關系也反映了各部門之間互相溝通、相互協作的過程。
圖1 電柜生產企業BOM體系結構
從上面的分析，可以得出：在電柜生產的過程中，涉及到設計BOM、參數BOM、制造BOM、采購BOM和成本BOM。這些組成了電柜BOM體系結構。
1)電柜設計BOM
電柜設計BOM信息來源一般是設計部門提供的成套設計圖紙中標題欄和明細欄信息。它在設計結束時匯總產生，結構往往是產品結構樹的形式，樹上每個節點關聯各類屬性或圖形信息。它可以由四元組來表示，設計BOM={產品明細表、材料明細表、圖樣目錄、產品材料結構表}。設計BOM面臨的一個約束條件就是材料參數BOM。
2)電柜材料參數BOM
材料參數BOM是由材料各個主要性能和材料間的相互約束關系構成。如圖2就是一個典型的參數BOM。
圖2 互感器主要性能參數以及和刀開關、電流表的約束關系
互感器與刀開關、電流表產生了約束關系。材料參數BOM主要用于產品設計過程中，選擇材料的時候，縮小選擇范圍，方便操作。材料參數BOM={材料名稱，性能參數，約束材料名稱集}
3)電柜制造BOM
電柜生產部門的制造BOM是在設計BOM的基礎上，根據電柜的工藝特點和裝配要求設計出來的，包括加工零部件和按工藝要求的毛胚、模具、卡具等。制造BOM={工藝路線表、關鍵工序匯總表、重要件關鍵件明細表、自制件明細表、通用件明細表、通用專用工裝明細表、設備明細表、車間作業計劃}。
4)電柜采購BOM
電柜采購BOM是根據制造BOM要求外購的原材料、標準件和成套部件等產生的。一般來源于設計圖紙和工藝卡片上信息匯總。由采購部門或生產準備部門根據其安排采購計劃。采購BOM={外購件明細表、供應商信息、供應商提供的材料信息}。
5)電柜成本BOM
電柜成本BOM是根據企業從接收到訂單開始至訂單處理完，整個過程的消耗。一般由財務部門根據企業定義的零件標準成本、建議成本、現行成本，進行處理。
2 電柜生產企業BOM樹數學模型及BOM樹操作
2.1 BOM的本質
BOM的本質是一棵帶有權重的樹，即一個連通且無回路的無向圖。
圖3 BOM的權重樹表示
圖3就是一個典型的BOM樹。這棵“樹”的特殊之處在于它有二個根結點。這并不影響到對問題的討論。處于頂層的a節點和b節點是樹的根結點。用v表示BOM圖中節點的個數，e表示BOM圖中弧的數目。如果二個節點間直接通過弧鏈接，顯然它們之間存在父子關系。BOM樹滿足如下的性質：
1)BOM樹是無回路的連通圖：
2)BOM樹是無回路的，而且滿足e=v-1；
3)BOM樹是連通的，而且滿足e=v-1；
4)BOM是無回路的，若在其中任意二個節點之間新增加一條弧，則必得且僅得一個回路；
5)BOM是連通的，如在其中任意刪去一條弧，則BOM樹一定不連通；
6)BOM中任何一對節點之間有且僅有一條通路。
2.2 BOM樹表示及其向關系型數據庫的轉化
對于BOM樹的表示是BOM設計中最重要的一個環節。這里，提出節點向上表示方法：通過三元組：Node={α，β，n}。三元組中第一個元素Q表示節點本身，第二個元素B表示該節點的父節點，第三個元素n表示該子節點裝配父節點時的數量關系。如：圖3中的d={d，a，4}。這種方法對于根結點的表示就比較特殊，如a節點，a={a，a，1}。
節點向上表示方法，可以采用基于數據庫的雙主鍵進行存儲，與通常的規劃性或者與或技術來實現樹狀結構存儲有不少的優點：減少了數據的冗余；可以實現級數無限：子節點的復制和刪除很簡單，為便于討論，建立如表1的一個關系型數據庫表格。它省略了與討論無關的字段。
表1 BOM表字段信息
對于樹結構而言，通常的操作有：深度遍歷，搜索一個節點的所有左節點，然后再搜索右邊的節點；廣度遍歷，生成每一個節點的層次號，將根節點看作是第一層節點，然后把根節點的下一級節點作為子節點；查找子節點，通過已知節點，查詢該節點的所有子節點；查找父節點：通過已知節點，查詢該節點的所有父節點；節點刪除；節點復制；節點修改；校驗。下面，重點討論查詢子節點和校驗二種算法。其他的類似。
基于BOM建立的系統，采用存儲過程比較科學，可以減少網絡通信量，執行的速度快，提高系統的響應速度；較強的適應性和安全性。所以，這里的算法也是基于存儲過程實現的。
2.3 基于存儲過程的子節點查詢算法
遍歷子節點，通常有三種算法：前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷。所謂前序遍歷是第一次經過節點的時候，進行訪問；中序遍歷（或后序遍歷）是第二次（或第三次）經過節點的時候，進行訪問。它們的時間復雜度都為0(n)。這里，采用了一個種近似中序遍歷算法。算法分三部分：第一部分是建立臨時的表空間：第二部分是通過關聯關系，對BOM表進行關聯循環操作；第三部分是讀取需要的子節點信息。算法的輸入參數是待求節點編號，算法主要代碼如下：
2.4 編碼校驗算法
電柜生產企業BOM樹存儲了大量的數據信息，經常進行導人數據、增加、修改、刪除等操作。在這個過程中，由于人為的或者程序本身的原因，很容易破壞BOM的結構，所以對BOM的編碼進行校驗是必要的。對于BOM編號的校驗，重點是考察二個方面的內容：
1)是否形成了循環節點。如B是A的子節點，C是B的子節點，A又是C的子節點。這就形成了一個循環，顯然違背了實際情況。
2)是否存在無父節點的情況。如果存在沒有父節點的節點，同時它又不是根節點，顯然它也不是合法的節點。
進行編號校驗，常用的方法是遞歸和游標跟蹤。對于數據庫而言，游標是一種十分昂貴的資源，打開和關閉游標會消耗系統很多的資源，所以，這里，我們放棄使用這二種方式，采用循環操作。算法分為三個部分：第一部分是設置相關變量；第二部分是通過關聯關系，對BOM表進行關聯循環操作，并將讀取的結果放入到臨時的一個變量中；第三部分是顯示結果信息。主要代碼如下：
3 電柜生產企業BOM管理應用案例
基于前面的理論方法，結合具體企業的實際需求，開發了電柜生產企業BOM管理系統，BOM配置界面如圖4所示。
圖4 BOM配置界面
系統整體上采用B/S結構，體系結構如圖5所不。
圖5 BOM管理系統結構
1)用戶界面層為用戶提供了與系統交互的接口。通過該層，用戶可以提交請求。
2)業務邏輯封裝層是系統的核心，它負責處理來自用戶頁面層傳遞過來的客戶請求，同時將處理結果以SqlDataReader或者DataTable的形式返回給用戶。SqIDataReader返回的是單個處理數據，而DataTable則表現為數據集。這二個類是C#數據庫操作常用的類。
3)公共訪問層封裝了業務邏輯層各種對數據庫的可能操作，保證了系統與數據庫連接的唯一性，提高了安全性。同時在該層使用連接池技術，提高數據庫的訪問速度。
4)數據存儲層存儲了企業大量的信息數據，如：企業人員信息、設計BOM信息、材料參數BOM、制造BOM信息、采購BOM信息、成本BOM信息等。它為業務邏輯層提供各種相關數據。
4 結束語
BOM管理是電柜生產企業的核心問題之一。文章重點討論了電柜生產企業的BOM模型體系結構，給出了五種BOM形式。通過數學模型，對BOM樹進行了表示，并在關系型數據庫進行存儲和定義。基于該模型的BOM管理系統已經在某電柜生產企業應用，并且取得了不錯的經濟效益。
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本文標題：電柜生產企業BOM體系結構研究與應用
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