隨著市場競爭的加劇，制造業企業一方面必須利用產品的批量化、標準化和通用化來縮短上市周期、降低產品成本、提高產品質量，另一方面還要不斷地進行產品創新使產品越來越個性化，滿足客戶的定制需求。如何平衡產品的標準化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競爭的關鍵能力。
平臺化、模塊化的產品設計和生產可以在保持產品較高通用性的同時提供產品的多樣化配置，已逐漸成為制造業企業縮短產品研發周期、控制產品制造成本的重要手段。同時也要看到，對于企業來說，有些訂單可以根據現有產品模塊，通過一定的組合規則滿足客戶需求，有些訂單則需要在模塊組合基礎上，再進行一定程度的變型設計才能完全滿足客戶的要求。
對于離散型制造企業來說中，BOM是核心的基礎數據，是產品數字化定義的重要內容，是連接企業產品工程設計和生產經營管理的橋梁。為有效支持產品模塊化設計和配置管理，需要提供先進的BOM管理解決方案，滿足企業的技術管理要求。BOM管理解決方案需要提供產品配置功能，同時也需要滿足產品配置+產品變型設計的業務模式。
01模塊化設計實施與BOM管理
產品模塊化設計概念
模塊化設計是將產品中的某些要素（如零部件、標準件、軟件控制程序等）組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統，并將這個子系統作為通用性的模塊與其他產品要素進行多種組合，構成新的系統，產生多種不同功能或相同功能但不同性能的系列產品。與傳統設計相比，如圖1所示，模塊化設計能夠幫助企業使用盡可能少的零部件，更少的制造設備、工模具，更低的采購成本，生產出更多的產品種類，滿足市場的多樣化需求。
圖1 傳統設計與模塊化設計的比較
根據模塊化設計理論，產品由一系列通用或標準模塊組合生成，可以通過PLM系統管理這些模塊，通過產品配置管理實現模塊組合規則的定義，并執行模塊組合操作，最終輸出產品精確結構（BOM）。模塊化設計理論可以盡可能使用已有成熟的零部件模塊，組成新的產品，能夠大幅縮短產品研發周期，降低產品研發和制造成本，增加產品種類，顯著提高企業的核心競爭力。
產品模塊化設計實施過程
企業實施模塊化設計的過程包括產品規劃、模塊劃分與產品譜系建立、模塊設計、配置關系建立和基于模塊選配產品，詳細步驟如圖2所示。
圖2 產品模塊化設計實施過程
產品規劃
產品規劃是產品譜系建立和模塊化設計的主要輸入。產品規劃的第一步是劃分細分市場。當確定了產品平臺的市場覆蓋范圍以后，就需要對該市場范圍內的本公司的歷史產品、競爭對手產品進行產品調研，了解整個該范圍的產品特性、市場容量、客戶特性、未充分滿足的需求點、相關技術創新的影響等，并作為新產品平臺的開發需求和達成目標。當平臺產品的特性確定后，既可依據相關特性進行產品平臺的規劃，并將歷史產品或平臺統一策劃到新平臺當中，形成全新一代產品平臺。規劃結果需要體現不同細分市場的需求差異，并能夠通過模塊化設計來滿足規劃的要求。
劃分功能模塊，搭建產品平臺
完成產品規劃以后，就需要考慮如何搭建滿足市場需求的產品平臺。通常的做法是基于歷史訂單的分析和產品規劃結果，進行產品功能與需求之間的匹配，從而實現產品功能的解構，并最終形成產品功能架構（見圖3所示），并以層次推演的方式進行表達。
圖3 產品需求與功能分解
在完成產品功能架構的定義之后，可以對功能進行相似度分組，形成一個一個的大的功能區，比如對于鐵路機車，可以依據技術分類，形成轉向架、車體、電氣系統、內裝等大的功能區，目的是簡化后續模塊架構的分析復雜性和分析難度，在一定條件下，功能區還可以進一步細化。當功能區定義完成后，既可以對功能區中的功能進行相關性定義，確認功能之間的關聯關系和緊密程度。完成以上工作后，可以將產品的一個個功能區劃分成一個個相對獨立的功能單元或成為模塊、以及功能單元或模塊之間的接口，作為后續分析和設計的初始狀態。當產品模塊概念形成后，既可對其進行整個產品生命周期價值鏈的分析，如市場、研發、工藝、制造、采購、售后維護等，并邀請大量的有經驗的工程技術人員和市場人員參與分析，最終形成產品模塊的概念。
根據產品規劃以及不同產品線模塊劃分與接口定義的結果，可以初步完成企業產品平臺的架構設計，為產品模型的詳細設計和配置規則建立奠定基礎。
模塊設計與配置規則建立
當產品平臺的模塊劃分完成以后，即可開展具體模塊的設計工作，按照產品設計流程，進行方案設計、技術設計、施工設計、模塊及系統驗證等一系列規則規范，最終完成產品的模塊化設計。在模塊設計過程中，除了實現模塊的功能要求以外，還需要統籌考慮需求變化和可選配因素對于模塊及相關模塊的影響，特別是考慮接口的標準化問題；模塊設計過程中，要充分考慮產品制造、裝配工藝、售后維護、供應鏈等綜合因素，避免僅僅從設計方便些考慮模塊的設計和構成，使得模塊的未來應用受到局限。圖4所示為模塊設計與評審流程。
圖4 模塊設計及評審流程
模塊驗證與產品配置
模塊化設計完成之后，可以按照之前定義的配置規則，基于產品平臺的超級BOM，定義許可的選項/選項集，定義選項之間的關系和約束，形成一系列可供市場選用的配置資源。為后續的模塊驗證與市場推廣提供有效的數據支持。
支持模塊化設計的產品BOM管理要求
在成功實施模塊化設計之后，企業會建立一系列產品平臺與產品功能模塊。產品BOM是產品平臺和功能模塊的具體體現，通過產品BOM能夠有效傳遞產品組成和模塊配置規則。可以利用PLM系統的產品結構和配置管理功能有效管理產品平臺對應的超級BOM，建立不同模塊之間的配置規則，實現模塊的組合。
在上文中已提到，有些產品可以通過產品平臺中已有的功能模塊組合，滿足市場訂單的需求（本文稱之為“完全的產品配置 “），有些產品則需要在現有功能模塊組合的基礎上，進行有針對性的變型設計之后才能符合客戶的要求（本文稱之為“產品配置+變型設計“）。PLM系統的產品結構與配置管理功能，需要同時滿足這兩種設計模式的要求。
02基于Teamcenter的BOM管理解決方案
基于Teamcenter產品配置管理器實現產品配置管理
產品配置器功能是Teamcenter10以后新推出的產品配置管理功能，與Teamcenter傳統的變量配置功能相比，產品配置器功能將配置變量、配置條件的定義與具體的產品設計BOM分離，即改變原有的配置變量、配置規則定義綁定到具體的產品（BOM）上的做法，通過定義配置字典、配置器關聯，同一套產品配置規則可以應用于不同的產品超級BOM。同時支持企業對產品配置規則編輯的權限設定，詳細過程如圖5所示。
圖5 基于Teamcenter產品配置器的產品配置過程
創建產品配置器（配置器關聯）對象，輸入編號，名稱。產品配置器對象有版本和狀態，可以進行修訂，產品配置器可以有效組織族（組）、特征等配置字典對象。
在產品配置器創建族、組、特征。特征為各種可選項的值，族為各種選項，族組用于按某種標準組織各種族。除此之外產品配置器還可以掛接產品線、產品模型對象，用于選項過濾。
圖6 產品配置器配置字典定義
完成配置選項以后，可以根據不同族和特征之間的關系定義配置規則，配置規則定義在“配置器規則”中完成，相關概念的含義如下表所示。只有完成配置規則定義，各不同的特征才能夠被規則約束。
編輯完成配置器對象后，便可以通過與產品超級BOM的主零組件關聯，實現超級BOM使用配置器中的配置選項選配產品。圖7所示為超級BOM中的零組件與產品配置器中的選項建立關聯。
完成超級BOM與產品配置器選項的關聯后，在Teamcenter產品結構管理器中可以進行產品選配，選配過程受配置規則的約束，選配結構可以直接以配置對象的方式掛接到產品的版本零組件對象下。
圖8 應用配置規則選配產品
產品變型設計部分BOM管理
在Teamcenter中進行產品配置，是在由零部件種類、數量確定的產品超級BOM中選擇符合客戶要求的零部件，共同組成一個滿足實際需要、可交付的產品。對很多多品種小批量生產企業來說，產品超級BOM中的零組件不能完全滿足客戶的全部個性化的需要，需要在產品選配的基礎上，進行一定程度的變型設計。對于這種情況，只用Teamcenter的產品結構配置管理功能難以滿足要求。
本文提出的基于“產品配置+變型設計”相結合的產品BOM管理方法，支持多品種小批量企業推廣產品模塊化設計。“產品配置+變形設計”相結合的設計BOM管理方法，將訂單產品的設計BOM分為基于產品選配、依據一定規則變化的相對固定部分和接受定制設計的可變部分，可變部分同時支持對相對固定部分的修正。
營銷部門將客戶需求以配置清單或文字等形式傳遞給產品研發人員，研發人員在Teamcenter中先進行產品配置，輸出一個基本滿足客戶要求的產品結構，再在此結構基礎上針對客戶的個性化需要進行小范圍的變型設計。圖9所示是針對具體訂單的變型設計BOM對象，它是對精確的產品選配結構基礎上的產品變型設計結果，產品選配結果由Teamcenter系統中的產品結果定義，該BOM對象只表達針對該配置結構的“變型設計”的結果。
圖9 變型設計BOM
在圖9的變型設計BOM中描述產品變形的內容，其中定義了為訂單新增、減少的零部件。對于Teamcenter注釋“DEL”為“是”的BOM行，為變形設計中從標準產品配置中去除的零部件，默認沒有值的BOM行為為訂單新增的零部件。通過該方法，既考慮了產品選配的模塊化設計方法，最大程度使用已有設計成果，又兼顧了訂單變形設計的實際需要。
03本文小結
產品模塊化設計是一項復雜的系統工程，對企劃、開發、采購、制造、市場等各個部門的工作和管理模式都將帶來很大的變化。BOM管理是模塊化設計的基礎，不進行BOM管理，模塊設計也無從談起。本文詳細論述了支持模塊化設計的基于Teamcenter的BOM管理和產品配置管理過程，并針對多品種小批量企業產品變型多，難以實現完全的產品配置的現狀，提出一種產品配置與變型設計相結合的BOM管理方法，能夠有效支持相關企業實現產品模塊化設計和產品結構配置管理。
