原创张中秋
BOM的概念
我们首先理解一下BOM的具体概念，BOM（BillofMaterial），通常也叫BOM表，可以先简单理解一下，传统的一般意义的BOM是表达一个或者一类产品的产品组成结构树，及所涵盖的物料（部件、零件、原材料等）清单，和每种物料的使用定额数量。
在PDM和ERP等信息系统应用于企业管理之前，BOM表，主要依靠产品设计图来进行详细描述，产品设计图是指利用各种线条绘制的、用以说明生产的产品的造型及结构的平面图案或者三维图案，通常是由企业的研发技术部门负责编制。但是，产品设计图只描述了产品被生产制造出来的样子，那么怎么样才能让生产车间能够制造出符合产品设计要求的产品，就需要另外的工艺文件来详细描述产品生产加工的过程，工艺文件是指导生产制造加工的技术文件，通常描述产品制造各个阶段的、所经过的详细的加工或组装的工序步骤，工时定额，所使用的人工种及资质要求、工具、机器设备、工装，各工序步骤的标准作业操作说明书，各工序步骤的质检项、质检参数要求等信息，工艺文件通常由工艺技术部门负责编制。
在企业的PDM系统和ERP系统开始应用后，BOM数据要被计算机信息系统所识别和使用，就需要对其进行数据的结构化，所以，从广义的角度上讲，BOM也包括计算机系统可以识别的产品结构数据文件。可以说BOM就是包括计算机系统可以识别的产品结构数据，加上传统的技术图纸或者工艺文件等信息的集合数据体。
结构化的BOM数据的示意如下图所示：
图2-1：结构化的BOM数据示意
接下来我们理解一下结构化的BOM数据的主要作用。
前面也提到，在信息系统应用之前，一个产品的BOM组成基本上就是在技术图纸上展现的，技术图纸上详细绘制了产品的结构组成，它和工艺文件一起，用于指导怎么从原材料、或外购零部件到最终的产品被生产制造出来的全过程的业务。比如：要生产某个产品，需要购买哪些原材料，或零部件，就是需要通过BOM的分解进行计算；某个产品的销售定价多少才是合理的，需要知道产品的成本价，而计算产品的成本价的过程，也需要通过BOM的分解计算产品用料的成本。诸如此类的产品生产制造过程中的业务，在没有信息系统应用之前，都是需要人工进行分解和计算，工作量大，效率低下，并且容易出错。在信息系统应用后，可以将以往依靠人工计算的工作，用计算机系统自动计算所取代，有效提高工作效率，并且可保证准确度，那么就必须要将技术图纸上的产品结构信息，转换为结构化的BOM数据，使信息系统可以识别。
ERP系统中结构化的BOM数据的主要作用如下图所示：
图2-2：BOM数据主要作用示意
设计BOM与制造BOM
实际上，在制造企业从研发到制造的这个端到端的流程上，BOM数据的产生是阶段性的，是不断进行完善和信息补充的。一般是由研发技术部门先输出第一个阶段的BOM，就是产品设计图，和由产品设计图进行结构化的BOM数据，通常称之为设计BOM。当然设计BOM的产生的这个阶段又可以划分为两个阶段，试制阶段和量产阶段。在设计BOM产生过程中的各个阶段，工艺技术部门会相应的编制工艺文件，使工厂车间能够完成产品的试制生产和量产生产，那么在设计BOM的基础上，考虑生产过程的工艺步骤和制造加工的方式方法，对设计BOM结构进行相应的调整，和完善制造所需的工艺信息后，就会形成制造BOM。设计BOM的管理通常由PDM系统负责，制造BOM的管理通常由ERP系统负责。设计BOM和制造BOM的产生的阶段如下图所示：
图2-3：设计BOM和制造BOM的产生阶段
通过了解设计BOM和制造BOM的产生过程，就会发现设计BOM与制造BOM是不同的，这两者之间，往往是存在一定的差异。虽然在协同研发的管理理念中，提倡工艺技术进一步提前介入产品开发的过程，理论上也可以进一步缩小设计BOM与制造BOM之间的差异，但是并不能完全消除设计BOM与制造BOM之间的差异。
设计BOM到制造BOM的转换
在前面描述设计BOM和制造BOM的概念的过程中提到过，在设计BOM的基础上，考虑生产过程的工艺步骤和制造加工的方式方法，对设计BOM结构进行相应的调整，和完善制造所需的工艺信息后，就会形成制造BOM，这个转换的过程称之为设计BOM到制造BOM的转换。
接着我们从以下六个主要的方面理解一下，为什么要对设计BOM进行转换而生成制造BOM。
第一，设计BOM的结构树层次较多，而合理的制造BOM通常只需要较少的有效结构层次。
对于产品，在研发设计阶段更多的是从功能模块的角度去设计产品。现代工业产品逐步向更加自动化、智能化的趋势不断的发展，产品的功能模块越来越多，比如机型产品，往往需要集成机械部件、电气部件、液压部件、软件控制模块等多种专业类别的多种功能模块，各种不同的专业模块分别是由不同专业的研发人员协同分工开发所完成，所以就使得产品的结构越来越复杂，功能模块由大到小逐步分解，使得产品的结构树层次越来越多，整个产品结构树的层次通常在10层以上。这种模块化的设计思路，在新产品开发过程中的借用是非常有利的，可在一定程度上有效的降低新产品的开发周期，另一方面，近年来随着互联网技术的快速发展，使得工业产品的生产制造越来越直接面对终端客户的需求，工业产品又逐步向定制化、可配置化的方向发展，越来越多的企业正在对其产品进行可配置化的转变，产品的模块化设计也是产品的可配置化的必要条件之一。所以，设计BOM的层次结构通常较多。
合理的制造BOM的只需要较少的有效结构层次，主要是从在ERP系统中的生产制造安排可操作性、和效率层面考虑的。
首先了解一下在ERP系统中，用于组织生产制造安排的生产订单的概念：生产订单是描述一个产品或自制零部件的制造执行所需的必要的信息，是生产组织、调度及生产成本核算的一个基本单元，主要包括生产开工、完工时间，计划产量，生产制造所经的工序，生产制造所使用的物料清单，以及生产成本的核算方式等信息，生产订单在ERP系统中的作用主要包括使用订单类型区分正常生产、异常生产，下达和组织生产任务安排，生成生产领料、配送单，生产执行进度管理，生产实际成本收集等。生产订单的概念如下图所示：
图2-4：生产订单生命周期示意
我们知道了生产订单中需要包括生产制造所使用的物料清单表，通常称之为生产订单BOM，这个生产订单BOM的初始来源就是制造BOM，后续可以根据业务的特定需求对生产订单BOM进行修改。一般ERP系统在创建生产订单时，会自动的把制造BOM复制过来形成初始的生产订单BOM。这个复制的过程，如果是单层制造BOM的情况，相对简单，只需要展开BOM的下层物料清单，就可以形成生产订单BOM，如果制造BOM的层次完全沿用设计BOM的层次结构，在设计BOM结构层次多的时候，按照单层BOM复制的逻辑，就会产生大量的多层级的生产订单和生产订单BOM，如下图所示：
图2-5：生产订单BOM生成示意
对于一个大型的复杂的工业产品来说，通常设计BOM的层级多达10层以上，产品BOM清单的行项目总数更是成千上万，如果设计BOM转换为制造BOM的过程中，BOM层次结构不做任何处理的话，所产生的大量的多层级的生产订单，对ERP系统来说将是灾难性的，因为管理这些众多的生产订单的全生命周期的业务活动，不仅需要付出巨大量的管理成本，同时也会对ERP系统的效率造成很大的影响。而实际上，设计BOM中的大部分层次结构，在产品的制造BOM中是不需要的，特别是对于产品组装层的BOM结构，因为通常的产品的组装过程是采用流水线式的装配工艺（大型的项目制造类的产品除外），因其装配过程耗时较短，在ERP系统中根本没有必要对处于BOM中间层次的众多节点物料进行出入库的管理，不然会极大增加ERP系统操作的工作量和管理成本。例如在机械装备行业，一个经典的产品制造BOM需要的层次结构通常分为：产品组装层、大部件加工层（如：结构件等）、零件加工层，如下图所示：
图2-6：制造BOM层次结构划分示例
如果制造BOM的产品层次完全继承了设计BOM，并且产品结构层次多，生产过程较长时，一般在制造BOM的结构中，就需要按照一定的原则要求，把整个生产过程划分为若干层次节点（实件），通过节点的设置，实现将产品计划层层分解至节点物料，并以节点物料的生产订单分别下达至各个生产车间，实际生产过程中，再通过各节点物料的生产订单、及节点物料的库存进行有效的衔接，将整个生产过程有效的进行管理。既避免生产订单过多而造成的浪费和操作难度，又可实现精细化管理的要求。制造BOM的层次节点（实件）设置所考虑的的原则因素、目的和作用如下图所示：
图2-7：制造BOM层次节点设置的原则与目的
总之，设计BOM转换为制造BOM过程中，制造BOM的层次结构需要进行扁平化的转换，通常有以下的两种做法：
第一种方法是，通过设置虚拟件实现制造BOM结构的虚拟的扁平化。这也是最常采用的，最简单的对制造BOM层次进行扁平化转换的处理方法，就是对BOM结构的中间层次的节点物料设置为虚拟件，所谓虚拟件，是相对于前面所说的制造BOM的层次节点（实件）而言的，可以简单理解，在确定了制造BOM层次中间的节点（实件），以外的中间层次物料就是虚拟件，一旦设置为虚拟件，就可让ERP系统在展开制造BOM的时候，直接穿透这个虚拟件的节点，继续递归的向下继续展开这个虚拟件的BOM下层物料。这种做法就可以在制造BOM中，既保留设计BOM的原有的层次结构，又可有效的减少ERP系统中的生产订单的数量。对于虚拟件的设置可在物料层面进行设置，也可在对应的BOM行项目上进行设置，在物料层面进行设置意味着这个物料的虚拟件是全局有效的，在BOM行项目上进行设置，虚拟件仅对本BOM有效。这种方法的好处主要有几点：一是操作简单，不需要大动干戈的对设计BOM层次进行改动，而直接复制成为制造BOM，在主要依靠人工进行制造BOM维护的情况下，维护工作量小；二是设计变更发生时，人工的对制造BOM相应的进行修改也非常方便，工作量小；三是因为保留了设计BOM的原始结构，在一些与设计图纸查询有关的业务场景下，查询效率会方便直观；但是也有一个主要的缺点，就是会造成生产订单BOM的结构层次多，复杂程度大，查询定位时难度会大，会限制诸如一些需要自动的修改生产订单BOM的场景的集成应用，像对生产订单中的配套替代件的批量替换，生产异常的处理等。当然，还有其他的一些问题，例如某著名ERP软件的标准功能就有一个生产订单BOM之中的虚拟件总数不能超过99个的限制。所以这种方式，在特殊场景主要依靠人工操作的情况下，比较方便，特别是在各类变更场景不多发的情况下。实际上，目前大部分的制造企业也是采用这一方法，当然，对生产订单BOM的修改也主要是依靠人工操作。
第二种方法是，对制造BOM从结构上进行扁平化。这种做法，会去掉设计BOM的中间不必要的层次结构，通常也同时会在扁平化的制造BOM行项目上标明原始的设计BOM结构信息。这种做法的优缺点正好与设置虚拟件的方法相反，采用此种方法往往需要有信息系统平台执行设计BOM到制造BOM的转换，否则人工维护制造BOM的工作量会较大。也因为制造BOM从结构上已经进行了扁平化，在后续的生产订单BOM修改方面的应用会有非常大的便利性，并且对于设计BOM中的层次关系，因在制造BOM中记录了原始的设计BOM的结构信息，故仍可以报表展示的方式，对设计BOM的产品结构信息进行还原，并且在设计变更发生时，也可定位到制造BOM的具体行项目。但是目前的主流ERP系统功能，对于此种转换方式的支持度不够。需要有更专业的平台进行制造BOM的转换。
第二，设计BOM的结构往往不体现在生产制造过程中的所需要的坯件、原材料及其定额数据，而制造BOM中需要这些信息。
这种业务情形主要发生在产品结构层次中的零件层面，根据加工工艺的不同，主要存在两大类情形，一类是铸造加工，原材料经过铸造后，形成坯件物料状态，后续经过机加工的处理，使得零件达到设计规格要求。另外一类是经过套料、机加工序，使得零件达到设计规格要求。因为零件的加工工艺，通常是由工艺技术部门负责制定，并且受限于原材料的规格不同（如钢板尺寸规格），原材料的利用率不同，会影响原材料的定额用量等原因，通常情况下在研发图纸上只标明对零件的材质要求，并不给出定额用量，所以，设计BOM结构中通常不会对零件搭建下层的BOM结构。
对于铸造加工的零件，因其铸造工序的经济批量因素、以及不合格率因素等原因，在精细化生产管理的方案中，往往还需对坯件状态的零件进行编码和库存管理，那么相应的也会在零件的BOM中先挂其对应的坯件零件的物料，坯件零件的物料的BOM中再挂原材料、及维护原材料定额。
对于套料加工的零件，在制造BOM中，一般会由工艺部门计算出原材料定额进行维护，但是受限于原材料的规格尺寸的变化引起的原材料利用率变化，又会引起零件的原材料定额用量的变化，零件的制造BOM数据往往需要定期的更新，并且会影响众多的零件制造BOM的批量更新。
对于零件的制造BOM搭建情况如下图所示：
图2-8：零件制造BOM搭建示意
第三，对于产品的外观，在设计BOM中通常不体现，而制造BOM需要准确的表达产品的外观信息。
当今的工业产品为提升企业的品牌与形象，或为迎合消费者的个性化的需求，一般都会在产品的外观设计方面下比较大的功夫，比如，我们可以看到同一产品会提供若干种不同的外观颜色供客户选择，或者因为产品销售至不同的国家区域，也会存在产品外观贴花上的差别。
因为对于同一产品的不同的外观，产品的设计图是一样的，所以，产品设计图通常不会进行外观颜色的区分，最多在产品图纸上标注有几种外观颜色可供选择，我们一般将其称之为白车身（或者叫裸车身）。但是在制造BOM层面，因为不同的外观颜色的生产成本差异，以及产品的不同的外观颜色信息需要准确传递至生产制造业务环节、采购业务环节等原因，在精细化管理方案要求下，就必须在制造BOM中准确的表达产品的外观颜色信息。
对于复杂产品的外观颜色系列，也存在层次结构，通常是一个外观颜色系列又是由不同外观颜色的零部件所组成，例如摩托车产品，一个宝石蓝的外观颜色系列下，分别是由多个不同颜色的外观件所组成，并且根据精细化的管理要求，涂装所需要的油漆类原材料也是需要根据定额用量维护在对应的颜色部件的制造BOM之中。
这就更加大了制造BOM对于外观颜色信息处理的难度和效率，并且如果这些外观颜色件发生设计变更，制造BOM的维护工作量又将更加复杂。对于产品的外观颜色件的处理示意如下图所示：
图2-9：外观颜色件处理示意
第四，设计BOM中的某些行项目，在制造BOM中需要进行拆分或者合件处理。
对于拆分的情况，如紧固件类物料，在设计BOM中往往只汇总出总数的定额用量，但是因为装配工艺对这些紧固件物料的使用又是发生在不同的工序上，这个时候，就需要在制造BOM中对这类物料进行数量的拆分，便于后续分配至不同的制造工序。
对于工艺合件处理的情况，是指在设计BOM中独立的两个部件或零件，因为制造加工工艺需要焊接或组合在一起，如果这个组合件又会经常发生售后业务或者其他用途，需要做库存管理，也需要在制造BOM中增加工艺合件的处理。
第五，制造BOM中需要对替代件进行维护和完善。
替代件业务在制造企业是常见的，例如，对于一些因为制造商不同，品质存在差异的物料，为满足业务管理的差异化、精细化要求，会采用不同的物料编码来进行明确的区分，这就会产生替代料的业务。各类替代料都需要定义和维护其替代关系，设计BOM中往往只定义替代关系。但是，替代件在实际的业务执行环节，又存在着多种应用场景。所以，在制造BOM中需要对替代件的使用策略、优先级等信息进行完善和补充。
第六，制造BOM的组件需要进行工艺信息的维护。
在企业精细化管理的应用方案中，通常会构建准时配送管理机制，那么就需要准确的知道制造BOM中的众多零部件，是在车间的哪道工序上所使用的，这个时候就需要对制造BOM的组件物料进行工艺工序的分配处理。
对于产品结构复杂的产品，因制造BOM组件众多，使得分配维护工作量大，在产品量产后的设计变更发生时，也需要同步对制造BOM组件的工序分配信息进行更新处理。
以上就是在设计BOM到制造BOM的转换过程中的六个主要方面的工作内容，可以看出来，这个转换过程，复杂度、难度比较大。准确的、高效率的维护制造BOM，对任何制造企业都是大的挑战。我们再来简单总结一下这个转换的过程的主要工作内容，如下图所示：
图2-10：设计BOM到制造BOM转换示意
设计变更量产切换对供应链业务的冲击
工业产品在量产发布之后，为应对客户、或企业内部的相关问题、各种质量反馈，或者应对市场需求的产品性能升级等等原因，需要对产品的性能进行不断的完善和改进，这就需要在原有的产品设计基础上，进行设计变更。
在产品量产生产后，整个供应链从销售需求，到生产计划、到采购计划、再到采购收货、生产发料、生产执行、产品入库、销售发货等各个业务环节，是按照既定的业务节拍紧密有序的执行的，一旦发生设计变更的量产切换，势必会冲击供应链的整体执行节拍，如果这个过程没有有效的衔接联动，一定会造成企业的成本损失，比如，旧部品还在进行采购而造成库存积压和呆滞，新部品未及时交货造成生产停工待料，或者生产制造仍然按照设计变更前的状态进行生产，又会产生返工、或改制、甚至是产品报废等等损失，进而又会造成产品交付推迟，面临客户索赔和客户满意度下降等等方面的损失。如果各种产品的设计变更频发，这种冲击又会加倍的叠加，严重的话，会造成整个供应链的混乱。下面我们就设计变更对供应链业务的各类不利因素进行概要的描述。
之前，再理解一下设计变更的业务类型。设计变更通常是分等级的，例如：A，B，C，D，E等级，或者Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ等。不同等级的设计变更对供应链业务又存在不同的影响，例如下表所示：
表2-1：变更等级示意
对于不同等级的设计变更，又会涉及对旧物的处置方式方法问题，通常的旧物处置方式如下表所示：
表2-2：变更旧物处置方式示意
对于设计变更的新物料，会涉及到新物料的物料主数据、价格主数据等主数据的维护工作，因BOM结构发生变化，还会涉及到上层物料的标准成本重新估算等工作。
对于设计变更前后的新旧物料，还会面临着图纸文件或者技术规格说明书的替换的问题，在纸质文件管理方式下，对新版图纸发布的同时，会对旧图纸进行回收处理。图纸电子化管理方式下，同样需要对旧版图纸进行失效处理。
一个典型的设计变更量产切换阶段，厂内业务执行活动示例如下：
图2-11：设计变更量产切换业务执行活动示意
通过以上的描述，不难看出，量产阶段的设计变更对工厂业务的影响点是众多的，这些众多的业务活动又是跨多个部门的，协同联动的管理难度非常大。
对于一些重大质量问题的设计变更，除了厂内的变更切换业务活动外，还会涉及到已经销售出库的产品维修、甚至是产品召回处理等，这就会更增加了业务处理的难度，对于此类场景，图2-11所示的业务模型也需要进一步的扩展。
除了这些跨多个业务部门的多个部门的业务活动处理难度大外，量产设计变更还具有整个切换实施周期长的特点，那么不可避免的又增加了设计变更执行闭环管控的难度。
在这些业务处理的活动中，必须要重点提一下变更切换点的问题，在不同等级的设计变更业务中，除了立即切换的设计变更外，其他的基本都避不开变更切换点的问题，这个变更切换点的计算、确定、及切换点变化的跟踪处理，需要多个业务部门的业务单据数据信息进行合理的平衡后，得出准确的切换时点，如产品的需求，旧物的库存，旧物在途/在制库存，供应商的库存，新物料的采购周期，新物料的初物检验结果，以及计划的变更等信息和数据。所以，确定准确的切换时点，难度非常之大。
那么对设计变更执行的管控，大部分的企业往往依靠人工的跟踪和管理，管理成本高，容易出现纰漏。量产设计变更的影响可概要的总结如下图所示：
图2-12：量产设计变更的主要影响分析
设计变更验证阶段同样会对供应链业务造成影响
前面描述了设计变更的量产切换阶段对供应链业务的冲击和影响，实际上在设计变更量产切换之前，对于重大的设计变更，通常还需要进行设计变更的验证业务管理，一个完整的设计变更业务处理过程示例如下图所示：
图2-13：完整的设计变更业务处理示意
如上图所示，在设计变更验证管理阶段，对于设计变更的初物管理是非常关键的，涉及到初物品的生产、或采购计划管理，初物品图纸、或技术规格说明书管理，初物检验管理，初物试装、实验，小批试装，以及后续的售后跟踪验证管理等等多业务部门的协作处理，需要与ERP系统的多个类别的诸多业务执行单据数据进行相关联的数据集成和交互。
对于这一阶段的设计变更管控，同样存在处理周期较长，跨业务部门协同难度大，线下跟踪管理成本高，易出错等特点。
如果再往前追溯到对设计变更发起前的产品问题或需求管理，又是一个更大的业务管控闭环，对于这个业务闭环的整体管控，更需要一个平台级的信息系统进行有效的管理。
企业级集成BOM管理的基础原始需求
在这一章节，我们详细描述了设计BOM到制造BOM转换过程中的具体工作内容和难度，以及设计变更业务处理的关键管控点和难度。那么在前言部分也提到，目前大部分的中国制造企业在这一领域的信息系统应用还是处于空白的阶段。走在信息化应用水平前列的企业，很多也只是在PDM系统与ERP系统之间建立设计BOM集成的接口，在制造BOM维护的过程中，仍然需要大量的人工线下处理，或者实施了制造BOM转换的功能模块，一部分实现了制造BOM转换的系统管理。但是在设计变更管控方面，则基本上是空白状态，需要企业的业务人员花费大量的精力在线下进行全过程的管控。
智能制造的时代已经来临，数字化的工厂，对制造BOM数据的准确性、精确性的要求更高，对设计变更闭环的业务活动执行的有效管控，和信息集成联动的要求也会更高。那么，目前在这一领域的信息化空白/半空白状态，可以说是企业级的集成BOM管理的最基础的原始需求，需要平台级的信息化系统进行管理。