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BOM和数字孪生相结合的时代已到来
  2021-11-16      6

最近I-Connect007编辑团队与Aegis Software公司的Michael Ford共同探讨了物料单 (BOM)主题,涉及BOM创建、维护和转移,以及BOM在产品开发和产品生命周期中的作用。此外还简述了BOM在数字孪生中的重要性。

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Michael Ford

Barry Matties首先简述您对BOM的定义吗?

Michael Ford:提到“BOM”,必须非常注意其含义。设计BOM,是由设计师确定的与设计意图相对应的部件编号清单,可能还有相关的AVL(合格供应商清单)建议。然后就生成了来自ERP的生产BOM,对应本地制造商采购团队选择的物料部件编号,,这往往与设计所指定的不同,由于当地的可用性,成本与性能问题等,有替代和替换的零件。ERP BOM格式特点是含有元件标识符,并对每个部件号进行了补充说明,其格式可能相当多变,从数字解析的角度很难理解。除了这些问题之外,还有产品版本方面的挑战,例如,一个产品可能有一块PCB,可用于100个相同系列不同型号的产品。

客户真的想要分别管控100个不同的BOM吗?在Aegis公司,我们有全面的BOM管控支持,可以很好的处理这些和其他BOM相关问题。我们采用动态BOM概念,在这个概念中,只有单一的BOM,为选定的零件定义了选项,这些选项取决于每个特定的产品变体。因为只需维护一个主BOM,使得有多个产品版本的BOM更容易于管控。因此,BOM不仅仅是部件编号和参考标识符的简单清单。

实际问题的本质是了解哪些BOM数据是可以最终使用的。数据来自设计,由ERP物料采购/选择流程更改,并会持续到产品进入生产阶段。作为工程系统的一部分,中央“实时”BOM管控策略至关重要。是否可以将库存或本地采购的部件用于产品的特定元件,参考的决策基于复杂的数据,任何产品版本变更都需要根据设计意图、AVL进行确认,甚至可作为问题反馈给设计师。

替代物料的使用是建立在必要的本地采购政策和物料可获取性的基础上,但它引入了潜在的问题。例如,有时您认为从替代制造商或供应商处订购了相同的部件,但你最终得到的是一卷部件,与通常使用的或已经在SMT设备数据库中设置好的部件相比,这些替代部件在其载体中旋转偏移了90度。在接收物料时可能没有注意到这一点,因此会把方向不同的部件混合进入SMT设备。在最好的情况下,设备会注意到这一差异并停止运行,报告错误:无法拾取这些部件。发生了什么?供应商改变了,没有人意识到有什么不同,然而生产效率下降了。在最坏的情况下,尤其当部件的供应形式旋转了180度,设备可能识别不出这种差异,从而会导致严重的质量问题。而数字孪生可以识别物料本身的准确外形。因此,实现自动化是有可能的,从物料的接收到实际设备,任何异常情况都会被突出显示,并且设备数据库的自动调整可以反映任何存在的差异。此外每个物料载体都有唯一的标签,可跟踪识别其来源。

这在现在的MES中是可以做到的。你越是以数字孪生的形式将这些领域数字化,就越能减少必须在生产现场进行的手工作业,尤其是检查。一切自动化意味着不会有错误发生。Matties:

Matties在设计过程结束时使用数字孪生,是不是只需按一下按钮即可创建BOM

Ford是的,就是这样。现在已经完成这一操作,在数字工厂中一切都应该实现自动化。

MattiesBOM已创建,设计意图已确定,且涵盖了产品的所有版本。我们在BOM研究中听到的一句话是,一家公司的CEO说:“你创建了A版本,但它是错误的A版本。”如果数字孪生中的型号之间存在差异,那么理论上每个正在制造的产品都可以有自己单独的版本。

Ford是的。我曾经在一家生产高端消费品的公司工作。他们的产品具有卓越的质量和性能,但是工厂中生产的产品每天都会发生几次BOM变更。你无法预知结果会发生什么。制造工程师和操作员是应对这些突发情况的救火英雄,能使这些产品第一次就能正常生产。

BOM不仅仅是一个时间实例。它必须具有某种形式的历史结构,以便了解在这个制造实例中,该部件号的参考标识符,了解后续它可能会更改。制造从开始到结束需要一周的时间,如果在这期间BOM变更了,会发生什么?从哪里开始应用BOM变更?

如何同步这些变更的时机非常重要。是基于日期、累积、工单或批次,还是仅从部件用完时开始?你必须以某种方式控制它。对照这种控制机制,你就有了备选的BOM条目,这样就有了一个主BOM "真实来源",它适用于你产品的每一个变体和修订版,而且包括了从该产品创建时开始的每一个单独变化。这一数据来源(作为数字孪生的一部分)拥有在任何实例、任何版本、任何变更中创建或重新创建任何产品所需要的一切信息。

Nolan Johnson或者它可以确定一个特定的系列化产品是如何构建的。可能会遇到现场故障;可以查看数据库,确切了解使用了哪些元件以及它们是如何组合在一起的。

Ford的确如此。这对ERP系统也有帮助,因为有时ERP无法100%准确知道每个产品的BOM中使用了哪些部件,所以不知道如何准确地减少库存中的物料。BOM和可追溯性数据的密切配合可以解决物料消耗方面问题。

Johnson这取决于元件分销商方面的关键信息。对于EMS公司和元件的实际制造商来说,这都是关键信息。但这些信息并不能为制造元件的公司带来收入。他们为什么要做出改变?

Ford整个行业必须相信,数字化对每个参与者都有好处。目前,一家元件制造商可能对其所有客户的包装有许多不同的条形码、ID标签和标识位置。对他们来说,根据每个客户的需求以正确的方式标识包装犹如噩梦。使用基于标准的数字解决方案可以减少工作量,因为它适用于所有情况。

同样,对于目前发布的有效物料规范本身来说,实际上是纸质的——记住,一个简单的 PDF文件只代表一张纸的数字孪生,而不是它所包含的数据。物料本身的设计,即使是最简单的芯片,就像一个带引线的方形小盒子,也会以数字方式设计。

物料数据的数字化传输直到今天还没有完成,因为从来没有标准格式可以这样做。每个客户都希望以自己的方式获得数据。如果在整个行业中有一个标准,制造商就可以自动将设计数据格式转化为标准格式,在他们的设计应用中添加一个很小的附加软件,就可以在物理产品旁边提供一个数字孪生体。这样做的成本并不高,考虑到需要创建不同语言的数据表等情况,成本方面还可以节省不少。对元件制造商来说,确实很有价值。现在的挑战是如何说服人们相信它是真实有效的并改变行业的模式?

Johnson你提到IPC正在制定相关标准。

Ford是的。IPC-2552 MDB(基于模型的设计)标准将于今年年底左右发布。该标准与中国的团队成员一起开发。他们以标准形式定义了很多元件物料信息,包括3D展示,比从数据表中获得的信息要多得多。物料数据将可能很快以标准数字形式交付。

从该标准的应用角度来看,它有很多好处,我们希望行业协会和业界相关公司都能够采用它。只需在每个解决方案中包含一个小软件,其中元件被设计成IPC-2552格式,与用于PCB设计的IPC-2581标准类似。那么这真的是一个障碍吗?行业需要理解这类创新标准带来的机遇,然后应用它。

Matties对于仍在使用Excel和电子邮件的人们——显然这很普遍——他们如何进行这种转变?对BOM工具的投投资有多少?使用BOM专用工具有什么好处?

Ford使用电子邮件和Excel听起来相对简单,但事实并非如此,而且这种做法也不安全。许多原始BOM报告仍然以发送给打印机的形式从ERP中输出。由于需要手动操作数据,因此需要进行大量的格式更改,这意味着有许多出错的可能。拥有一个智能化的解决方案,能够自动转换这些不同的格式,然后能够检查设计意图、进入ERP的原始BOM、从ERP返回的BOM以及修改后的AVL之间的一致性,从而消除了巨大的风险。所有这些数据都匹配吗?设计BOM中是否未填加最终生产BOM中的参考标识符?

是的,您可以手动处理所有这些信息,但即使使用Excel,也很容易出错,并且需要花费数小时才能正确完成大量检查,而使用生产工程系统中的专业BOM整合工具,您几乎不需要再考虑这些问题。该软件会直接告诉客户是否存在无法解决的不匹配问题。这样工程师就可以专注于更有价值的事情。我认为将整个过程自动化是非常重要的,因为如果在这里出错,产品基本上就报废了。

Matties正如你提到的,BOM有很多子集。公司如何管控所有的子集?

Ford我认为这在目前是很困难的事情。最重要的是确保最终的BOM与构建产品的原始意图相匹配,并在ERPMES中准确体现和同步。然后,记录从最初的设计BOM到用于制造的最终BOM的转变,也就是BOM管理的数字线程,如果你能控制住这一点,那么就没问题了。

Johnson这就引出了一个问题:在OEM或设计团队之间,谁应该拥有BOM

Ford开始是由设计师拥有BOM,因为他们需要选择符合设计需要的器件。设计不是为了制造;是为了让产品实现它需要的功能。然而,设计师可能不了解他正在使用一个规范严格、供不应求且成本极高的部件。制造方的采购团队会建议说:“为什么不使用成本更低的替代部件来完成同样的工作呢?”但在特定的应用中,它真的能完成同样的功能吗?

我们通常认为应该有一位产品经理来管控这种情况。产品经理应该能够根据设计师的意图和其他业务驱动因素提出建议或接受建议。接下来的问题是,产品经理的职能是否需要是人工,还是可以数字化或自动化?也许是两者的混合体。一旦开始以数字化的方式捕捉设计意图,且可以利用基于MBD的知识库获取实现相同功能的所有物料信息,就可以使用成本更低的替代物料来实现同样的功能。这个功能也可以用于设计过程,向设计师展示可用的替代物料。这可以总结为整个设计和制造流程的自动化和互操作性。那么,谁最终拥有BOM?是产品经理。

Johnson不是采购部门吗?

Ford如果所有权代表责任,就不能是采购部门,因为采购不应该独立做出BOM变更决策。它们必须遵循一组源自原始设计意图的规则、建议、指南和确认书。他们可以更换物料供应商。甚至可以通过改变部件编号来改变供应商,但元件的规格和功能必须得到批准。采购只是更改BOM的表达形式。

采购不可能是BOM的所有者,因为他们没有责任确保产品可正常工作。需要人或基于人工智能的产品经理验证产品是否可正常工作。

Matties如果你的公司没有采用数字孪生技术,那么优化BOM流程的最佳方式是什么?是数字化吗?

Ford是的,当然。在我看来,IPC-2581标准是最好的、最容易使用的,而且已经存在了很长时间,所以是成熟的。IPC-2581是开放的,是唯一真正的工业标准。它包括设计BOM和制造BOM,以及设计本身。当然,限制在于不同解决方案的实施。例如,在Aegis数字制造工程工具中,我们导入各种不同的BOM格式。我们完全理解这些格式。问题是如何以及在多大程度上填充了数据。不同的解决方案会根据他们从设计到制造的不同过程,决定填入不同的东西。在这里,"最佳实践 "是非常重要的,需要遵循。

我的建议是看看IPC-2581标准,了解它是如何工作的,然后看看在整个流程中支持它的解决方案,了解它们真正提供的内容。然后,在这个流程中,建立你自己的通过制造进行设计的最佳实践。

Holden回看BOM,我意识到它本质上是EMS供应商的唯一关注点,因为它们的重点都是元件。他们必须购买和储存元件。他们只担心对于PCB上可焊性元件的占位面积。然后测试元件。但是BOM上是PCB,当你去找制造商时,他们并不关心任何元件。制造领域的重点是原理图和它所代表的东西,但组装领域的重点是元件和它所代表的东西。然而这一切都靠PCB设计师完成,他们不一定对组装或制造有很多了解,却仍然在努力设计产品。

我们谈论的是三个非常复杂、不同类型的工作。需要利用这些数字孪生或这些数据标准有规律的收集所有信息。我们没有意识到沟通渠道的复杂性,这也许就是不断回归到标准的原因。需要有某种方法来简化所有复杂性。

Ford的确如此。使用专门定义数据格式和语言的标准为不同解决方案之间的互操作性创造了机会。

但是,设计师知道这些操作之间的相互依赖关系是如何连接的吗?设计师不知道。数字孪生最终必须将制造信息与组装、设计意图结合起来,并将三个信息源一起使用。数字化的好处是,只需要做一次,就可自动完成。对于人来说,每个人都有不同的观点,很难建立统一的知识库。在数字世界中完成这些工作时,我们就有机会制定规则,并对如何协同完成这些工作有一个基本的了解。但它确实需要合作,需要从互操作性开始。

我应该在这里补充一点,设计信息的安全性也很重要。良好的做法是将信息限制在 "需要知道 "的基础上提供给第三方,并在使用后予以删除。将所有设计和制造信息一起公开是非常危险的。为此应管控和保护数据共享,以便从整体数字孪生模型中选择各方所需的关键信息,并根据需要使用。IPC-2581数据的安全传输以及数据的适当选择是目前正在开发的关键支持技术。

Matties:有很多你可能没有想到的对BOM的依赖性:工厂维护和生产计划都会依赖BOM。对于企业内其他职能部门如何利用独立于采购和制造的BOM,你有什么想法?

Ford电子领域和机械领域之间的最大问题之一是事物不能被触碰的潜规则。可以用最好的方式来设计PCB,但无论生产部门决定使用什么物料,它都必须适合这个复杂的组装,但是有时它并不适合,那就真的很有挑战。

FordBOM 是进入该3D空间要素的代表。然后开始在物理空间、热空间、甚至任何产品可能遭受的冲击和创伤等特征方面对装配进行建模。BOM和相关信息驱动着产品的一切,从设计到制造,再到进入市场。

Holden我在想,从很多方面来说,PCB设计师在初期参与的时间很短,但产品的寿命可能很长。在漫长的产品寿命周期中,仍然需要有产品经理和一些营销人员,因为他们可能必须对元件进行更改。

他们可能会发现只对原理图或BOM进行微小调整后的产品会销售得更好。最终会有一些产品被淘汰。但也包括返修、返工和处理,或者是否要回收。

但是,最难解释的可能是为什么这三个不同的世界--设计、制造和装配--如此复杂,需要如此多的研究。他们需要一些将他们联系在一起的矢量,一个处理日益复杂问题的标准,因为没有人会对所有三个学科都了解到必要的细节,除非他们依赖于作为BOM一部分的数据库。

Ford了解如何将这些数据应用于市场非常有趣,包括返修、服务、使用遥测数据对使用中的产品进行评估,例如在飞机发动机等方面,了解产品性能如何与具体适用的制造、物料和设计数据相匹配,所有这些信息一起提供了改进机会。产品整个生命周期形成一个巨大的循环,从设计、制造、投入市场到寿命周期结束反复循环,就像一个不断转动的轮子,每个周期后新版产品都会变得更好。消费品可能每三到六个月更换一次,飞机或类似产品的关键部件可能每25年更换一次。因为我们不断学习并将设计意图与实际产品使用情况联系起来,所以每个周期后新版产品都变得更好。但是,现在几乎所有这些信息和机会都失去了。

有些信息保留在每个“孤岛”中,只有自己完全了解自己的所做的工作,但无法在其影响范围之外进行交流,并且无法长期保留这些知识。没有人会成为终生的设计师或终生的制造工程师。这些人四处流动,他们的技能和经验随之而去,知识也随之流失。我们每天都能看到一些简单的例子:“伙计们,我们做电子产品制造已经30年了。你真的认为这是第一次遇到这样的问题吗?”很多人都陷入了重复学习同样东西的困境,而不是通过数字化开放信息。

利用互操作性,在数字领域工作的好处不仅是让工作变得更简单、更好,它还能帮助我们达到更高的层次。由于人类思想是有限的,并逐渐接近极限。数字化是基于我们的经验逐步学习的能力。,许多人正处于失去和获得一样多的阶段,即原地踏步。我们需要打破这个循环,利用数字化记住一些经验和知识,并将它们传递下去。

Michael FordAegis Software公司新兴产业战略高级总监,兼任I-Connect007专栏作家。

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