引言
产品数据管理(Product Data Management，PDM)和产品生命周期管理(Product Lifecyele Management.PLM)系统是管理企业智力资产的主要信息系统。为了支持不同行业、不同企业的需求，PDM/PLM系统必须有柔性的架构;为了满足现在的企业需求，并且快速、低成本的满足企业将来的需求，PDM/PLM系统必须有很强的扩展能力;为了在激烈的竞争中占有一席之地，PDM/PLM系统必须有快速的开发部署能力;为了真正消除信息孤岛，集成企业中的各种CAX、DFX工具和各种信息管理系统，PDM/PLM系统必须有极强的开放性。满足以上要求的PDM/PLM才是一个真正适应市场、有竞争力的PDM/PLM系统，但是也对数据模型提出了新的要求：支持灵活的架构、快速部署、业务扩展和面向其他系统的开放性，能管理现在和将来的对象、关系、属性和权限。
当前产品数据模型的研究有很多，研究的内容和侧重点也各不相同。萧塔纳和祁国宁等建立了基于元数据和元模型的集成产品数据模型，很好的解决了产品结构的描述和各种文档的管理。在此基础上，纪杨建等建立了产品族的数据模型”，管理产品族数据，同时还能管理产品系列过程的过程及其相互联系。很多学者建立了基于本体论的产品数据模型，不但能管理实际存在的物理对象，还能管理设计知识等抽象的内容。有的学者将产品生命期分为不同的阶段，分别建立各个阶段的数据模型，从而完整的管理产品生命周期数据。
以上研究很好的管理现有的各种对象及其属性，但是定制和扩展能力有限，无法有效地应付所有的新需求。因此本文提出了基于元模型的可定制的产品数据模型。首先分析了可定制数据模型的内涵，论述了支持数据模型定制的产品数据管理的体系结构，建立了产品元模型结构，阐述了数据模型定制机制，通过定制实现了产品结构设计阶段的数据模型，最后在山东山大华天软件有限公司的PLM系统InforCenter中实现，并在某船厂成功实施应用。
1 可定制数据模型的内涵
从PDM专注于产品设计阶段数据和过程管理，到PLM涵盖产品全生命周期，管理范围从设计阶段逐渐向上游的需求、概念阶段和下游的工艺、制造、检验、使用、维护维修和报废回收阶段延伸，这个过程中可以发现不论多么完善的业务模型，都不能涵盖所有新出现的需求，在业务模型层解决这个问题是不可能的。因此PDM/PLM系统需要一个灵活的、可扩充的、可自定义的数据模型。这个数据模型应该具有如下特点：
(1)业务对象可定制新的业务需要新的对象来描述其中的主体，不同的业务对象具有不同的属性和方法。增加新业务对象最经济的方式不是修改程序和二次开发，而是定制数据模型。
(2)数据对象可定制新的数据形式也需要新的数据对象表示。
(3)对象的属性可定制任何对象都会有其特殊的属性要求，只有支持所有的属性了，才能很好的支持业务。
(4)对象及其属性的权限可定制每个业务对象类、数据对象类都会有其特殊的权限要求，例如设计零部件是设计工程师的工作对象，项目、任务是项目经理的管理目标，这些不同的对象要分别定制不同的权限。同一个对象的不同属性也需要不同的权限管理，一个零部件的设计属性和工艺属性分属于设计工程师和工艺工程师，设计工程师和工艺工程师都能管理同一零部件业务对象，不能修改对方的属性信息。
(5)对象之间的关系可定制对象之间的关系往往表示了不同的业务逻辑，新的业务逻辑需要一些新的关系来表示。例如零部件之间的组成关系表示装配的业务，工艺流程和零件之间的关系描述了零件的制造工艺。
(6)业务对象的结构可定制部件由子部件和零件组成，产品由部件和零件组成;工序由工步组成;有的对象有主对象(Master)和版本对象(Revision)组成。不同的对象的结构组成形式不同。
只有具有了以上特点，可定制的数据模型才有实用的意义。本文提出的基于元模型的可定制产品数据模型很好的满足了以上要求，为产品生命周期的扩展和业务的发展提供了坚实的数据基础。
2 基于元模型的产品数据管理框架结构
为了支持产品数据模型的定制，提出了图1所示的基于元模型的系统框架结构。该结构分为六层：文件系统层、数据层、数据库层、功能构件层、实施理念层和用户层。功能构件层、实施理念层和用户层主要面向业务应用的，不是本文的研究重点，其余三层的具体描述如下：
(1)数据层
该层是数据管理的核心;管理元模型，通过元模型定制出需要的数据模型，数据模型支持业务模型;为应用层提供数据支持;通过文件系统管理电子文档等非结构化数据，利用数据库管理结构化数据。该层包括元模型层、数据模型层和业务模型层。
①元模型层
该层主要管理由元模型形成的产品结构，从最高层次上描述产品的数据模型。元模型(meta-model)是描述数据模型的模型，是关于数据模型的基本概念、基本关系和基本约束的语义，是对数据模型的抽象。元模型有五种类型，实现了五类对象的通用属性和方法。具体某个对象的特殊属性和方法用XML配置文件管理，通用的类和特殊的XML文件结合能详细的描述某个对象的所有属性和方法。
②数据模型层
管理在元模型基础上定制形成的产品数据模型。由元模型类定制出的类来描述，数据模型本身的描述和配置数据用XML文件来管理。
③业务模型层
在数据模型的基础上，形成业务模型，支持业务逻辑。
(2)文件系统层
文件系统是PDM/PLM的文档管理的基础功能，可以管理各种格式的文档，将文档作为一个整体打包管理起来。在这个框架中，这一层的主要功能是管理描述元模型的XML文档。
(3)数据库
数据库可以使各种大型的商用数据库系统，例如Oracle或者Sql Server，除了管理产品数据外，还要管理定制出的数据模型的结构信息。当定制出新的复合对象时，要按照对象的组成建立相应的数据库结构，例如建立该复合对象及其表单、属性的数据表结构。
3 基于元模型的可定制模型
在可定制的数据模型中，共有五类元模型：业务元模型、表单元模型、属性元模型、数据元模型和联系元模型。这五个元模型是建立产品元结构的基础，分别定义如下：
(1)业务元模型
用来描述有关产品的某事物(零件/部件、项目、客户等)或定义组织方面的信息。
(2)表单元模型
管理业务对象某些属性的集合对象，可以单独设定权限。
(3)属性元模型
对象属性的抽象。元模型中包含各种属性的基本形式和操作，包括数据类型、字符串类型和日期类型等属性及其对应的各种操作方法的实现。
(4)数据元模型
数据元模型主要用来描述数据文件的属性、指明数据文件在计算机网络中的存储位置。
(5)联系元模型
描述业务元模型之间及其与数据元模型之间的各种关系，形成一定的约束，将单个的元模型联系起来，形成一个逻辑整体——产品元模型结构。
利用以上五种元模型，在文献的基础上建立了如图2所示的产品元模型结构。为了支持业务对象的属性和权限、操作的灵活定制，由一个业务元模型和多个表单元模型、属性元模型组成一个复合业务对象，来描述业务对象;单独的业务元模型能描述一个业务对象的概念，没法灵活的定制对象的属性、权限和操作，所以需要复合业务对象。复合业务对象是一个逻辑整体，描述一个完整的业务对象;包括主对象和版本对象两个对象，这两个对象都由一个业务对象为主构成，业务对象包含一个或者多个表单对象，表单对象包含多个属性。同理组成了复合联系对象和复合数据对象。
复合联系对象可以描述两个对象之间某种关系，可以是两个复合业务对象之间的关系或者复合业务对象和复合数据对象之间的关系。复合数据对象可以管理物理文档，每个复合数据对象只能管理唯一的物理文档。
产品结构设计阶段的业务对象主要有零组件业务对象和文档业务对象。零组件业务对象主要是对产品、组件和零件的抽象描述，其中产品是一类特殊的组件，具有组件的所有性质，是产品结构树的顶层节点。文档是对各类需要打包管理的电子文件的描述，包括各种需求文档、计算书、说明书、二维图纸、三维模型等;模型业务对象和图纸业务对象是特殊的文档业务对象，通过继承自文档对象产生，具有文档业务对象的所有属性和方法。
零组件业务对象的属性主要有管理属性和设计属性，分别用主表单和设计表单来表示。这两个表单都由表单元模型定制来的。如果到工艺阶段，可以定制出工艺表单;设计表单的权限是面向结构设计人员的，工艺表单的权限是面向工艺设计人员的，可以方便的实现权限的分治。
表单的属性主要有字符串、数据和日期三种类型的属性，这三种属性都通过属性元模型定制的属性字段。如果新的属性，照样可以定制得到，比如二进制类型或者布尔类型。
与业务元模型类似，数据元模型定制出文档元数据，管理普通文档的属性和存储位置等内容，作为特殊的文档，模型元数据和图纸元数据通过再次定制而产生，继承了文档元数据的所有属性和操作。
4 应用
基于元模型的可定制产品数据模型在山东山大华天软件有限公司研发的PLM系统InforCenter中完整的实现，如图4所示。在元模型的基础上，定制成功了新出现的业务对象和数据对象。图4中的Item即为业务元模型，通过继承自Item生成了具有船舶行业特点的船舶、组件、part(零件)、检验、维修、需求、耗材、文档、模型、工程图等对象，满足了船舶行业PLM的需要。每个对象都有Master对象和Revision对象，通过包含对象形成一个逻辑整体。对象的不同表单可以设置不同的权限，例如船舶对象的基本表单由方案设计阶段确定其属性，详细设计表单在详细设计阶段中由设计院管理，生产设计表单由船厂的生产设计处管理。
图5是在图4的基础上建立的某船舶详细设计阶段结构图。利用定制出的各个对象、表单、属性和关系，建立了完整的船舶结构，描述了船舶详细设计中信息，有效地管理了船舶数据，支持了设计过程管理。
5 结束语
该数据模型在山东山大华天软件有限公司的PLM系统lnforCenter中实现。InforCenter在某船厂的实施过程中，很容易的定制出了新出现的对象船舶、专业、分段、检验和维修等对象，并灵活的实现了同一对象的不同属性权限分别属于不同的设计人员，清楚地描述了各种对象之问的复杂关系，有力的支持了架构的定制、业务的扩展和CAD系统的集成。整个实施过程中，没对数据模型层进行任何改动和二次开发，有效地保证了系统的可靠性，缩短了实施周期，降低了系统成本，提高了用户的满意度。
