Tooling Bill of Materials（TBOM）： 现代高端制造精细化管理的“数字地基”

Tooling Bill of Materials（TBOM）：

现代高端制造精细化管理的“数字地基”

—— 由方天软件集团（FinderSoft Technology Group）定义并持续演进的创新实践

作者：刘铭先

单位：方天软件集团技术研究院

日期：2025-08-27

摘要

在高复杂度、高定制化的模具、精密零部件、智能装备及机械制造领域，传统物料清单（BOM）已难以覆盖“工装”这一特殊资产的全生命周期数据需求。台湾方天软件集团（FinderSoft Technology Group）率先提出并持续迭代的“Tooling Bill of Materials（TBOM）”概念，将工装从“辅助资源”上升为“核心生产要素”，通过一套可扩展、可演化的数据结构，为企业在设计、工艺、制造、维保、报价及知识复用等环节提供了统一、精准、实时的数据底座。本文系统阐述TBOM的定义框架、关键技术、实施路径及行业价值，并结合方天软件在3C精密模具、汽车超高强度钢板冲压模、医疗介入导管零部件等场景的应用案例，论证TBOM如何成为现代制造企业迈向工业4.0的“数字地基”。

关键词

TBOM；工装物料清单；模具管理；高复杂度制造；方天软件；工业4.0

1. 引言：从“辅助工装”到“核心资产”的认知跃迁

   传统ERP/MES系统中的BOM通常以“产品”为中心，对模具、夹具、检具、刀具等“工装”仅做简单归类或费用化处理。随着产品迭代周期缩短、个性化需求激增，工装的复杂度、专用性、可变性急剧上升：一副多工位级进模可能包含2,000+零部件、300+标准件选型变量、50+工艺版本；一套智能装备治具需在24小时内完成换型并保证±2 µm重复定位精度。任何一处数据错漏都将导致交期延误、质量异常甚至客户索赔。

   方天软件在2012年服务全球头部3C外壳厂商时首次提出“Tooling BOM”雏形，2016年正式命名为TBOM，并于2020年发布TBOM 3.0规范，将其定位为“面向工装全生命周期的可演化数字模型”。TBOM以“工装”为根节点，向下可逐层展开结构、工艺、成本、质量、维保等多维数据，向上可与产品BOM、订单BOM、工艺BOM动态关联，实现工装与产品之间的双向追溯。

2. TBOM概念模型与数据结构

   2.1 三维分层架构

   • 结构层（Structure Layer）：描述工装物理构成，包括自制件、外购件、标准件、借用件及其版本、替代关系。

   • 工艺层（Process Layer）：记录每一零部件的加工工序、设备资源、刀具路径、NC程序、检测基准。

   • 生命周期层（Lifecycle Layer）：涵盖需求、设计、制造、试模、量产、维护、报废阶段的状态机、变更履历、成本分摊。

   • 知识层（Knowledge Layer）：封装失效模式（FMEA）、优化模板、最佳实践、仿真结果、AI预测模型。

2.2 核心元数据对象

• TBOMHeader：工装唯一ID、类型、适用产品族、关键参数（吨位、精度等级）。

• TBOMItem：零部件唯一ID、物料编码、数量、版本、来源（自制/外购/借用）。

• TBOMProcess：工序ID、设备ID、工装ID（递归支持子工装）、工时、成本驱动因子。

• TBOMChangeSet：变更单号、影响分析、关联ECN、成本差异。

• TBOMHealth：运行次数、剩余寿命预测、维保计划、备件库存预警。

2.3 数据演化机制

TBOM采用“版本+配置”双轨制：

• 版本（Revision）用于追踪设计变更；

• 配置（Configuration）用于管理同一副模具在不同产品或不同客户订单下的差异化参数（如刃口间隙、传感器选型）。

通过方天T-PLM引擎，TBOM可与主流CAD/CAM/CAE（Siemens NX、CATIA、Mastercam、Moldex3D）双向同步，实现“模型—TBOM—现场”闭环。

1. 关键技术实现3.1 高可配置的数据建模引擎基于JSON-LD语义模型，支持用户自定义属性集（Dynamic Property Set）。例如，医疗模具厂商可扩展“生物相容性等级”“洁净室级别”字段；汽车模具厂商可扩展“抗拉强度”“回弹补偿系数”字段。

3.2 AI驱动的寿命预测与维保排程

• 采集现场传感器数据（温度、压力、振动、开合模次数）；

• 利用LSTM网络预测关键部件剩余寿命；

• 将预测结果回写TBOMHealth，自动生成维保工单并触发采购需求。

3.3 云边协同的实时同步

• 边缘端：在模具存储库安装RFID+UWB定位，实现“模具—机台—订单”实时匹配；

• 云端：通过MQTT+Kafka消息总线，将TBOM状态同步至ERP、MES、APS、WMS，延迟<1 s。

3.4 安全与合规

• 采用国密SM4加密存储敏感设计数据；

• 支持TISAX、ISO/SAE 21434汽车网络安全认证；

• 通过OPC UA Secure Channel与现场设备通讯。

1. 实施路径：从“样板车间”到“全域推广”阶段1：样板验证（1–3个月）• 选取1条关键产线（如车灯透镜多腔注塑模）；• 建立初始TBOM，接入方天T-PLM + T-MES；• 设立KPI：模具首次试模合格率↑15%、平均修模次数↓30%。

阶段2：横向扩展（3–6个月）

• 将TBOM模板复制到相似工艺（如手机中板冲压模）；

• 打通与ERP采购模块，实现外购标准件自动下单；

• 引入AI寿命预测，试点预测性维护。

阶段3：全域推广（6–12个月）

• 建立企业级TBOM主数据管理中心（MDM）；

• 形成“设计—工艺—制造—维保”端到端数字孪生；

• 对外提供TBOM数据服务，支撑客户在线报价、远程验收。

1. 行业案例5.1 3C精密模具：某全球手机外壳龙头• 挑战：年交付模具3,000+副，客户设计变更频繁，传统Excel管理导致BOM版本混乱。• 方案：部署TBOM 3.0 + 云端配置器，实现客户在线选配（材质/纹理/涂层）→自动生成TBOM → 现场扫码确认。• 成效：变更响应时间从48 h缩短至6 h，试模一次合格率由72%提升至93%，年节约成本约1.2亿元新台币。

5.2 汽车超高强度钢板冲压模：某欧系Tier-1

• 挑战：1,500 MPa热成形模寿命仅1.2万次，异常停机损失巨大。

• 方案：在TBOM中嵌入热成像+声发射传感器数据，AI预测裂纹扩展；当剩余寿命<5%时自动锁定模具并触发备件采购。

• 成效：非计划停机↓55%，模具采购资金占用↓18%。

5.3 医疗介入导管零部件：某美资医疗器械公司

• 挑战：产品批次小、法规严苛，需完整追溯每一片微铣刀片的切削参数。

• 方案：以TBOM为核心，串联CAM刀路、CMM检测报告、FDA DHR（Device History Record）。

• 成效：审计准备时间从3周缩短至2天，缺陷召回风险显著降低。

1. 未来展望

   • TBOM 4.0：引入区块链不可篡改记录，满足航空、军工等高保密场景；

   • 数字孪生+元宇宙：通过AR眼镜在现场实时查看TBOM工艺数据，实现“所见即所得”作业指导；

   • 开放生态：基于OSLO（Open Standard for Lifecycle Operations）发布TBOM开放API，吸引更多ISV共同扩展行业模板。

2. 结论

   TBOM不仅是一份“清单”，更是一套面向工装全生命周期的数字孪生框架。方天软件集团通过十年的行业深耕，将TBOM从概念演进为可落地、可扩展、可演化的工业软件组件，为高复杂度、高定制化制造企业提供了跨越“经验孤岛”、迈向“数据驱动”的核心抓手。随着AI、IoT、云原生技术的不断加持，TBOM将在全球高端制造价值链中扮演愈发关键的角色。

致谢

感谢方天软件集团技术研究院以及多家合作企业提供的案例数据与技术反馈。

参考文献

[1] 方天软件集团. TBOM 3.0规范白皮书. 2020.

[2] Wang, L. et al. Digital Twin-Enabled Tool Lifecycle Management in High-Mix Low-Volume Manufacturing. Journal of Manufacturing Systems, 2023.

[3] ISO 23247. Automation Systems and Integration — Digital Twin Framework for Manufacturing. 2021.