The development and research of universal BoM system based on the template

趙 亮1，王元勛1,2，徐 靖2

ZHAO Liang1, WANG Yuan-xun1,2, XU Jing2

（1.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074；2.宇航救生裝備有限公司，襄陽 441002）摘 要：目前汽車夾具制造企業(yè)的BOM表標(biāo)準(zhǔn)不一且互不兼容，因此汽車夾具設(shè)計企業(yè)必須手工生成BOM表，這就導(dǎo)致BOM的轉(zhuǎn)化效率降低且出錯幾率增加。針對這一難題，提出開發(fā)的模板式

通用BOM系統(tǒng)，以制造企業(yè)提供的參考BOM表為基礎(chǔ)，根據(jù)VB開發(fā)編寫應(yīng)用程序，實現(xiàn)對零件信息的自動提取，自動生成符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BOM表，從而實現(xiàn)兼容不同企業(yè)BOM標(biāo)準(zhǔn)的目的。該系統(tǒng)還具有BOM自動更新的功能，使零件的屬性信息與BOM表信息保持一致性。最后以某車身夾具為例，驗證該系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：BOM；模板式；VB；屬性；自動提?。蛔詣痈轮袌D分類號：TH1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-0134(2016)12-0045-05

0 引言

產(chǎn)品的BOM表（Bill of Material）是定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)文件[1]，是一種描述產(chǎn)品裝配關(guān)系的結(jié)構(gòu)化零件表，其中包括設(shè)計過程中所有裝配體、零件、原材料等信息的清單。BOM反映了一個產(chǎn)品所有零件的數(shù)量關(guān)系和零部件的構(gòu)成層次關(guān)系，在產(chǎn)品由設(shè)計過程向制造過程的轉(zhuǎn)化中，BOM起著非常重要的作用，它是連接產(chǎn)品設(shè)計過程和制造過程的信息紐帶。

BOM表在信息傳遞的過程中具有重要的作用，但是在汽車夾具設(shè)計行業(yè)還沒有得到統(tǒng)一，各制造企業(yè)提供的參考BOM表各不相同，這就為BOM表的自動化生成增加了難度,阻礙了企業(yè)間的信息交流與合作[2,3]。在總結(jié)了大部分制造企業(yè)提供的BOM表樣式中不難發(fā)現(xiàn)，BOM表需要填寫的內(nèi)容較多，是BOM表制作的主要內(nèi)容。汽車夾具零件的屬性項有：零件編號、零件名稱、材料、數(shù)量、重量、版本、術(shù)語、備注，而各企業(yè)的BOM表主要內(nèi)容項是這幾種屬性項的簡單組合，這就為設(shè)計通用BOM系統(tǒng)提供了可能。

模板式的通用BOM系統(tǒng)的構(gòu)想：根據(jù)制造企業(yè)提供的參考BOM表制作BOM表輸出模板，用VB編程工具開發(fā)編寫應(yīng)用程序，遍歷零件的屬性信息，將零件的各屬性項輸出到BOM模板的表行中，最終生成符合企業(yè)要求的BOM表。

他程序或腳本，CATIA具有OLE自動化對象服務(wù)器的功能。一些程序或腳本能夠?qū)OM對象進(jìn)行訪問，那么也能訪問CATIA的對象并對其進(jìn)行操作[4]。訪問CATIA對象有以下的方法：

1）進(jìn)程內(nèi)的腳本

編程腳本和CATIA如果同時運行在同一進(jìn)程環(huán)境下，稱作進(jìn)程內(nèi)的腳本。腳本類型有：

VBScript腳本、CATScript腳本、VBA腳本。2）進(jìn)程外的腳本

編程腳本和CATIA如果沒有運行在同一進(jìn)程環(huán)境下則稱進(jìn)程外的腳本。編程腳本不再由CATIA環(huán)境來調(diào)用，CATIA還具有另外一個功能，即OLE自動化對象服務(wù)器，進(jìn)程外的腳本通過CATIA軟件的COM接口訪問CATIA內(nèi)部的對象。腳本類型有：

VB或VBA訪問CATIA、Windows Scripting Host訪問CATIA、嵌入到網(wǎng)頁中。

進(jìn)程內(nèi)編程訪問CATIA對象具有以下主要特點：占用內(nèi)存少，運行效率高，操作簡便。但是編寫的程序在實現(xiàn)的功能上受到了很大的，比如VBScript腳本不能交互操作，VBA腳本不能編譯等缺點，這就降低了編程的實用性。本研究采用進(jìn)程外編程方式訪問CATIA對象，運用VB編程語言編制出裝配體BOM表自動生成程序，設(shè)計交互界面，便于人機(jī)操作，將產(chǎn)品的零部件屬性信息自動輸出至外部Excel清單文件中，實現(xiàn)BOM表的聚類輸出[5～7]，便于制造件的加工制造和外購件的采

1 CATIA的二次開發(fā)環(huán)境

訪問CATIA的對象有很多種不同的方式，對于其

收稿日期：2016-08-19

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（11072083）

作者簡介：趙亮（1990 -），男，河南南陽人，碩士研究生，研究方向為計算機(jī)輔助設(shè)計、工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化。

第38卷?第12期?2016-12?【45】

購，方便裝配過程中零部件的統(tǒng)計和核對，進(jìn)而提高了工作效率。

2 BOM系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的功能

模板式通用BOM系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是能夠兼容不同制造企業(yè)的提供的BOM表之間的差異性，模板式通用BOM系統(tǒng)在傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計的系統(tǒng)具有如圖1所示的功能。

圖1 BOM系統(tǒng)的功能圖

1）根據(jù)提供的參考BOM表用戶配置BOM表輸出模板，由輸出模板關(guān)鍵字驅(qū)動程序遍歷產(chǎn)品屬性樹；

2）初始化BOM模板，根據(jù)BOM模板的關(guān)鍵字，對BOM模板自動進(jìn)行初始化操作，為輸出零件屬性做準(zhǔn)備；

3）為使設(shè)計者了解要提取零件的哪些屬性項，BOM系統(tǒng)具有屬性提示功能；

4）判斷零件是否對稱，控制零件數(shù)量；5）向BOM模板寫入屬性信息；6）更新BOM模板中提取的屬性信息。

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計的功能，通用BOM系統(tǒng)的功能界面如圖2所示。

圖2 通用BOM系統(tǒng)功能界面

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2.2 系統(tǒng)的設(shè)計

從已經(jīng)檢索的來文獻(xiàn)看，傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)提供的BOM表輸出功能單一，并不具有兼容性，不能滿足不同企業(yè)對BOM表的差異化需求。而有學(xué)者設(shè)計的通用BOM系統(tǒng)[8]，雖然能夠滿足BOM表的兼容性，但是由于設(shè)計規(guī)則的，用戶在使用過程中需要熟悉模板制定規(guī)則且要保證制作的模板的正確性，給用戶的使用帶來了不便。

模板式通用BOM系統(tǒng)可以很好的解決BOM表輸出功能單一，操作復(fù)雜的問題，前期設(shè)計者利用CATIA的宏程序批量的處理零件的屬性信息，為后期BOM表的輸出做準(zhǔn)備，在BOM表輸出之前，只需對BOM輸出模板定義系統(tǒng)默認(rèn)的屬性項關(guān)鍵字，就可以向BOM表中寫入零件屬性信息，具有適應(yīng)性強，定義規(guī)則簡單，輸出快捷的特點。模板式通用BOM系統(tǒng)在操作流程上和傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)具有明顯的不同，對比效果如圖3所示。

(a) 傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)流程 (b) 通用BOM系統(tǒng)流程

圖3 BOM系統(tǒng)流程圖

對比現(xiàn)行BOM系統(tǒng)和模板式通用BOM系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)，雖然傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)可以生成BOM表，但是生成的BOM表明顯的不能滿足不同客戶提出的的BOM格式要求，還需要后期手動修改，這就降低了BOM的生成效率，同時還容易出現(xiàn)錯誤等缺點。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗提出的通用BOM系統(tǒng)在總結(jié)現(xiàn)行BOM系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，做了大量的思考和總結(jié)，設(shè)計的模板式通用BOM系統(tǒng)較傳統(tǒng)BOM系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。

模板式通用BOM系統(tǒng)在設(shè)計上采用多個功能模塊，使模塊之間在信息共享和管理上得到提高，系統(tǒng)采用了三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：交互層、支撐層和核心層。

交互層用于處理窗體功能與CATIA系統(tǒng)的建立功能關(guān)聯(lián)，VB程序通過COM接口來訪問CATIA內(nèi)部的對象，來完成零部件屬性的提取，BOM表的生成和更新等功能；支撐層主要是VB程序訪問CATIA零件的實體

9%?ェ?????????????&$7,$?????????????ミ??????????ミ??????圖4 BOM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對象，通過遍歷算法來讀取零件的屬性信息，為數(shù)據(jù)的存取做準(zhǔn)備；核心層用于將提取的零件的屬性信息存入在數(shù)組中。

3 BOM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 模板技術(shù)

模板技術(shù)是通用BOM系統(tǒng)的核心技術(shù)[9]，在通用BOM系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，BOM模板表的規(guī)格直接關(guān)系到輸出BOM表的形式和屬性信息的合理配置。BOM模板表包括兩部分：表頭和表行。對每個設(shè)計項目來說，區(qū)別最大的部分是BOM表表頭。因企業(yè)不同而不同，對于單個項目來說表頭內(nèi)容又具有高度的相似性，在項目設(shè)計中只需制作好一個BOM表的表頭內(nèi)容便可在設(shè)計中借用該模板；表行內(nèi)容是BOM表統(tǒng)計的核心內(nèi)容，是統(tǒng)計的重點，BOM系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是輸出零件的詳細(xì)屬性信息到BOM表中。

定義BOM表屬性項關(guān)鍵字是制作BOM模板的重中之重，關(guān)鍵字定義的正確與否直接關(guān)系到零件屬性提取的成功與否。通用BOM系統(tǒng)定義的屬性關(guān)鍵字如表1所示。

表1 屬性項關(guān)鍵字

屬性項關(guān)鍵字零件號PART NO零件名稱PART NAME材料MATERIAL數(shù)量Q'TY質(zhì)量QUALITY版本EDITION術(shù)語TERM備注

REMERK

模板技術(shù)的基本原理：根據(jù)該企業(yè)BOM表格式并

按照該系統(tǒng)的模板規(guī)則建立輸出模板，系統(tǒng)的初始化功能模塊會首先尋址表頭內(nèi)容關(guān)鍵字，根據(jù)定義的關(guān)鍵字內(nèi)容，遍歷零件對應(yīng)的屬性項，將零件的屬性信息由數(shù)組中寫入到輸出模板中，生成符合企業(yè)要求的BOM表，然后保存到制定的位置處，則BOM表制作完成。由于輸出模板的可定制性，因此通用BOM系統(tǒng)能生成不同格式的 BOM表。3.2 遞歸遍歷算法

模板式通用BOM系統(tǒng)在算法上采用遞歸遍歷算法。先根遍歷，采用深度優(yōu)先遍歷的思路，即遍歷是對

BOM各子樹逐層進(jìn)行[10]。其遍歷規(guī)則如下:

1）首先訪問產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的根結(jié)點；

2）如果該結(jié)點有子項，訪問其子項，并跳到第2）

步；

3）如果有該結(jié)點有兄弟項，訪問下一個兄弟項，并跳到第2）步；

4）如果其父項有下一個兄弟項，訪問其父項的下一個兄弟項，并跳到第2）步；

5）自動判斷當(dāng)前結(jié)點是否根結(jié)點，是則退出；6）當(dāng)前結(jié)點由父項結(jié)點來代替，并跳轉(zhuǎn)至第4）步。

圖5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型樹

以圖5產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為例，其遍歷次序為：A、B(1)、f(2)、E(3)、f(1)、d(2)、d(3)、C(1)、g(2)、h(2)、f(2)。

由于車身夾具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型樹的層數(shù)比較少，采用遞歸遍歷算法代碼簡潔，能夠展示零部件之間的父子關(guān)系和BOM樹的層次結(jié)構(gòu)。 3.3 零件屬性數(shù)組

模板式通用BOM系統(tǒng)在系統(tǒng)初始化時預(yù)先開辟兩個或三個數(shù)組，這個數(shù)組的元素個數(shù)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的復(fù)雜情況而定，數(shù)組元素不必很多，本系統(tǒng)開辟100個數(shù)組元素，目的是儲存數(shù)據(jù)。將上位機(jī)讀來的數(shù)據(jù)存入預(yù)先開辟好的其中一個數(shù)組中，當(dāng)前數(shù)組存滿后，再換另外一個數(shù)組，這樣做的優(yōu)點是便于數(shù)據(jù)的管理和提取

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數(shù)據(jù)的正確性，最后使用代碼將將數(shù)組數(shù)據(jù)寫入Excel表格。

3.4 BOM視圖映射中的一致性維護(hù)

BOM由物料項和物料項關(guān)系組成，但是由于BOM的生成過程不同，所包含的數(shù)據(jù)也不完全相同，因此為了保證數(shù)據(jù)的一致性，仍需要對產(chǎn)品不同BOM視圖進(jìn)行對比。BOM的常見操作如增加部件，刪除部件等也會造成BOM數(shù)據(jù)的不一致性。BOM視圖映射中的一致性維護(hù)就是物料項和物料項關(guān)系的一致性維護(hù)。

針對BOM一致性維護(hù)問題，設(shè)計BOM的父子循環(huán)一致性檢查算法，其基本思想為：設(shè)原BOM元素集合為S，新BOM元素集合為P。對集合P，遍歷產(chǎn)品的父項和子項，判斷零部件是否是多實例零部件，即是否已經(jīng)統(tǒng)計過，如果已經(jīng)統(tǒng)計過，則不再讀取信息，數(shù)量增加，如果是新增加或減少的零部件，則對其進(jìn)行入?；虺鰲２僮鳌．?dāng)遍歷到空字符串時，則遍歷完成退出循環(huán)。

4 模板式通用BOM系統(tǒng)的應(yīng)用實例

本實例以CATIA V5為實驗支撐平臺，基于VB編程語言開發(fā)的模板式通用BOM系統(tǒng)能夠生成不同格式的BOM表。以下以某車身夾具單元為例生成兩種不同格式的BOM表來驗證系統(tǒng)的通用性。某車身的一副完整的車身夾具如圖6所示。

圖6 夾具單元

上表為不同企業(yè)風(fēng)格的A格式輸出模板和B格式輸出模板，根據(jù)系統(tǒng)的要求規(guī)則對A和B兩種格式的BOM模板定義屬性關(guān)鍵字，A格式模板的屬性項關(guān)鍵字為：PART NO、PART NAME、MATERIAL、Q’TY、REMARK；B格式模板的屬性項關(guān)鍵字為：PART NO、PART NAME、Q’TY、REMARK。按照BOM表的操作流程生成的A、B兩種格式的BOM表如圖7、圖8所示。

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(a) A格式的BOM輸出模板

(b) B格式的輸出模板

圖7 BOM輸出模板

(a) A格式的BOM表

(b) B格式的BOM表

圖8 BOM表導(dǎo)出圖

A、B兩種格式的BOM表結(jié)果可以得知生

由生成的成的BOM表與企業(yè)給定的參考BOM表完全一樣，模板式通用BOM系統(tǒng)具有很好的適用性和兼容性。

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5 結(jié)束語

針對汽車夾具制造中的BOM設(shè)計中存在的問題，在總結(jié)現(xiàn)有BOM設(shè)計的特點，提出了模板式通用BOM系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全兼容了不同企業(yè)格式的BOM表，支持快速啟動CATIA，BOM表模板初始化，顯示屬性項，指定對稱零件，寫入BOM表和更新BOM表的功能，還具有BOM視圖映射一致性維護(hù)的功能。模板式通用BOM系統(tǒng)在設(shè)計中具有很強的適用性，大大的提高了車身夾具設(shè)計BOM向制造BOM轉(zhuǎn)化的效率，降低了出錯率，對縮短車身夾具設(shè)計周期具有重要的意義。

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【上接第25頁】

根據(jù)不同傾斜角度直線的角度測試結(jié)果，表1、表2數(shù)據(jù)可以說明優(yōu)化后算法在針對小角度傾斜直線測量時有更好的穩(wěn)定性，而且隨著角度的變換，表3數(shù)據(jù)可以說明亞像素檢測精度沒有發(fā)生明顯的變化，因此本算法不會因檢測角度的不同而影響檢測精度。

根據(jù)本課題的銷釘輪廓特征，優(yōu)化后算法能夠準(zhǔn)確的確定直線位置，計算得到的直線位置誤差在銷釘?shù)墓顜б笾畠?nèi)，因此本算法在銷釘?shù)耐廨喞叽鐪y量中能夠符合生產(chǎn)要求。

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4 結(jié)論

針對銷釘?shù)耐廨喞卣?，通過改變高斯亞像素插值算法的插值方向，將該算法在MATLAB編譯環(huán)境下對銷釘圖像進(jìn)行驗證，實驗結(jié)果表明能精確的定位銷釘輪廓的邊緣線，可檢測精度達(dá)到0.06個像素，檢測精度高。該算法運在刀具尺寸檢測、鋼材表面缺陷、鋼管內(nèi)徑尺寸檢測等，可以實現(xiàn)高精度的邊緣定位和尺寸測量。

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