面向大型电站锅炉工艺BOM参数化设计研究.pdf

为改变传统锅炉制造业工艺文件制定落后的现状，响应数字化转型需求。本文针对电站锅炉典例公司的工艺现状，提出自主研发的 T5 模式的工艺 BOM 数字化升级方案。根据此方案思想解决了工艺 BOM 映射匹配问题及焊缝种类生成问题，给出数字化流程图及焊缝种类生成的数学模型。在此基础上实现工艺参数化系统，给出此系统架构图，并将此系统作为服务统筹进 MOM 系统中。在实例中，制造公司在可控成本范围内，实现了生产效率的提升，为之后的全面数字化打下良好的基础。关键词：T5 工作模式；工艺 BOM 数字化升级；匹配设计；数字化转型中图分类号：TK222文献标识码：A文章编号：1001-9006（2023）02-0006-04Research on Parameterized Design of BOM for Large-scale Power PlantBoiler ProcessLIU Xing1,WANG Linsen2,LI Yong2,DING Jianwei1,YIN Qingwen1(1.DecAcademy of Science and Technology Co.,Ltd.,611731,Chengdu,China;2.Dongfang Boiler Co.,Ltd.,643000,Zigong,Sichuan,China)Abstract:In order to change the backward manufacturing process of traditional boiler industry documents and respond tothe demand for digitization transformation,this paper proposes a digital upgrade plan for the T5 mode of the process BOMbased on the manufacturing process status of a power plant boiler exemplar company.This plan solves the problems ofprocess BOM mapping and matching and generates welding seam types based on the proposed ideas,and provides adigital process flowchart and a mathematical model for generating welding seam types.Based on this,a processparameterization system is implemented and the system architecture diagram is given,and this system is integrated intothe MOM system as a service.In the example,the manufacturing company achieved an improvement in productionefficiency within a controllable cost range,laying a solid foundation for comprehensive digitization in the future.Key words:T5 working mode;digital upgrade of process BOM;matching design;digital transformation1收稿日期：2023-04-14基金项目：项目名称：东方锅炉重容数字化车间项目；项目编号：SC0021044。作者简介：刘星(2000)，男，2022 年毕业于电子科技大学软件工程专业，学士。现任东方电气集团科学技术研究院有限公司，主要从事软件开发。在中国制造 2025 的背景下，锅炉行业需要秉承创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展四个要点，加快从传统制造升级到数字化智能化的中高端制造。电站锅炉是单件、小批量制造，属于典型的离散型制造。每台锅炉产品均为定制设计，制造工艺流程相对固化。如何让基于卡片式编制模式的CAPP 系统快速高效的向 ERP、MOM 等系统传递结构化数据，是当前数字化转型亟待解决的问题。1工艺 BOM 的数字化中国的工业体系起步晚，截止 2023 年，仍约84%的中国企业处于智能化转型的早期和中期，普7遍智能化程度不高1。某锅炉公司（以下统称为 A公司）早期适应工人知识水平，工艺指导文件采用人工编制，工艺 BOM 在简单的结构化基础上以易读、便于理解为主要设计思路，存在诸多非结构化数据。A 公司现阶段转型要求，需要在保留 A 公司工艺整体结构的基础上进行优化设计。对此，提出了 T5 工艺优化模式（图 1 所示）。T5 工艺优化模式旨在梳理标准工序，将其结构参数化，将参数化工序对齐到 MOM 中。在实际数字化过程中，整理现有工艺路线，合并成模板，总结规律用软件匹配模板与零件，生成工艺指导文件，对接到 MOM 系统中。如何总结其中的规律用软件实现，是本文明确解决的问题。图 1基于 T5 的工作模式2A 公司锅炉工艺 BOM 参数化2.1 工艺 BOM 映射匹配2.1.1 BOM 映射问题解析工艺 BOM 模板清单，记录了每个大件物体的零件加工工艺。零件清单体现零件的种类、数量和规格等直观数据。两者都无法单一指导工人完成工艺加工。因此需将零件清单与工艺 BOM 映射起来，形成一份总装工艺，用于指导。其映射关系分为以下三种类型：固定生成：即固定的加工工艺，加工该大件则必须要经过的工序；零件匹配：模板内的零件工序映射零件清单对应零件，生成对应工序；规则表达式匹配：工序中具有规则表达指示，代表零件清单对应映射必须符合特殊条件才能拥有此项工序。例如：material3,代表材料数量大于 3，符合条件可采纳工序。2.1.2 数字化实现通过分析以上三种类型，提出如图 2 所示的数字化流程，其系统实现页面如图 3 所示。图 2数字化实现流程图图 3实现图2.2 工艺 BOM 映射匹配2.2.1 零件清单业务解析零件清单的零件种类根据焊缝匹配规则表生成焊缝种类，描述为：零件 A+零件 B=焊缝，用于质检。分为以下四种情形：普通匹配：零件清单拥有规则表映射的两项零件的直接得出对应种类；自定义匹配：规则表上指定了该零件只遵循自定义匹配，该零件仅与特定零件匹配生成焊缝。例：规则表中指定零件 A 种类为自定义匹配项，在零件清单中若有零件 A，则会将其声明为零件 A18，代表零件 A 与序号 18 的零件进行匹配，对应生成规则表的焊缝；同层级匹配：零件清单的零件序号具有层级分为严格层级和非严格层级。严格层级指前置序号相同且层级数严格相等，如：x/y 与 x/z，x 与 y，x/y-z 与 x/y-n。（x,y,z,n 均为整数）。非严格层级前置序号相同但层级数不相同，如：x/y 与x/y-z。匹配过程中优先严格层级后非严格层级，例如：零件 C 为 3/4-1,则必须先匹配 3/4-x 的零件是否有对应焊缝，没有则进行非严格匹配，匹配 3/x 层8级的零件；特殊匹配：特殊匹配指一种零件种类具有双匹配项，以该零件种类为 A，双匹配项分别为 B 和 C 为例，A 先和 B 进行同层级匹配，若未匹配成功，则与 C 进行普通匹配。2.2.2 模型抽离将零件清单抽离为两份集合：M=N=a,b,c,d,.元素为零件，数量为 i。规则表：P=A=1,x,a,b,0,B=2,y,c,c,1,C=3,z,a,b,0,1,D=4,h,b,c,d,.元素为每一项规则，数量为 j。依次看 A 代表普通匹配（x 为焊缝种类，a，b 为零件，下同；0，0 为普通匹配标识）；B 代表自定义匹配（1，0 为自定义匹配标识）；C 代表同级匹配（0，1 为同级匹配标识）；D 代表特殊匹配（无数字标识）。结果集：R2.2.3 整体匹配方法根据数学模型及业务要求，提出三种整体匹配解决方法：MPN 的匹配，PM,PN 的匹配和 ZP.Z=MN 的匹配。（1）MPN 正序匹配（图 4 所示）：即将M 中的每一项与 P 中的规则比对后，循环寻找 N中的匹配对应项。因此最大循环次数 m2p，衡量时间复杂度为 O（n3）。图 4M-P-N 示意图（2）PM,PN 中序匹配（图 5 所示）：把P 中的每一项规则提取出来，分别匹配 M，N 中零件，将每一个符合要求的项目对应。最大循环次数为 mp，时间复杂度为 O(n2)。图 5P-M,P-N 示意图（3）ZP，Z=MN 倒序匹配（图 6 所示）：将 M，N 的所有零件合成为一个每个元素具有特征值的集合 Z，也就是 M，N 的笛卡尔积。P 中的每一个元素恰好包含 M，N 的特征值。特征值相同即可完成匹配。最大循环次数为 m2，复杂度为 O(n2)Z=MN图 6Z-P 示意图2.2.4 ZP 倒序匹配分组数字化实现经过实践，整体匹配方法采用 ZP 倒序匹配，原因有如下三点：正序匹配循环次数过高，效率低；中序匹配程序数字化难度较高，容易出现误配，漏配的情况；倒序匹配的特征匹配很适合多情况分组。在以上数字模型的基础，提出如下的数字化流程（图 7、图 8、图 9）系统页面实现如图 10 所示图 7自定义匹配及普通匹配9图 8同级匹配图 9同级匹配图 10最终实现图3参数化系统架构与集成图 11架构图参数化系统架构设计（图 11）为微服务模式，兼容未来整个数字化软件平台的设计。根据 T5 优化模式的现阶段要求，该系统将作为服务集成到MOM 中调用，构成一体化管理平台的部分。4结语工艺 BOM 参数化系统只是一个数字化环节，数字化的未来目标是构成一整套管理体系平台，服务沟通与管理，借助云服务架构让企业生产力得以提升。在 A 公司的例子中：T5 模式的数字化仅完成了其中的工艺参数化就做到较高的效率提升。主要为以下四点。（1）整合优化零件类别管理，使其工作人员综合工艺编制效率提升 70%；（2）根据零件类别自动生成焊缝类型，焊缝按单条管控，焊接工艺效率提升 30%；（3）为 MOM 系统提供结构化数据，为以后的数字化升级提供了有利基础；（4）自动生成焊缝编号，为质检策划提供数据来源。归纳通用匹配方法，在进一步降低人力成本投入的同时，又能够为企业构建更加坚实的数据基础，有力支撑企业业务的良好运行，实现降本增效的目标。未来，集成 MOM 平台引入大数据分析及AI 识别的相关应用，进一步在 BOM 的快速、精确的创建和维护的基础上加强制造执行过程中的精益化管理和成本控制，达到中国智能制造的高标准要求。参考文献：1 余晓晖,刘军.中国企业智能化成熟度报告（2022）R.联想集团,中国通信信息研究院,2023-1-112 李向东,范玉青,梅中义等.动态BOM在企业数字化中的组织应用J.制造业自动化,2003(8):42-443 阿里云计算公司.云原生架构白皮书R/OL.https:/ 骆晶妍,郑朔昉,夏晓理等.数字化环境下 BOM 规范化研究J.航空标准化与质量,2007(4):43-475 严新发,肖南海,杨斌等.一种物料 BOM 快速比对的方法P.上海市：CN113569107A,2021-10-29