引言

　　產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)和產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecyele Management.PLM)系統(tǒng)是管理企業(yè)智力資產(chǎn)的主要信息系統(tǒng)。為了支持不同行業(yè)、不同企業(yè)的需求，PDM/PLM系統(tǒng)必須有柔性的架構(gòu);為了滿足現(xiàn)在的企業(yè)需求，并且快速、低成本的滿足企業(yè)將來的需求，PDM/PLM系統(tǒng)必須有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力;為了在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，PDM/PLM系統(tǒng)必須有快速的開發(fā)部署能力;為了真正消除信息孤島，集成企業(yè)中的各種CAX、DFX工具和各種信息管理系統(tǒng)，PDM/PLM系統(tǒng)必須有極強(qiáng)的開放性。滿足以上要求的PDM/PLM才是一個(gè)真正適應(yīng)市場(chǎng)、有競(jìng)爭(zhēng)力的PDM/PLM系統(tǒng)，但是也對(duì)數(shù)據(jù)模型提出了新的要求：支持靈活的架構(gòu)、快速部署、業(yè)務(wù)擴(kuò)展和面向其他系統(tǒng)的開放性，能管理現(xiàn)在和將來的對(duì)象、關(guān)系、屬性和權(quán)限。

　　當(dāng)前產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的研究有很多，研究的內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)也各不相同。蕭塔納和祁國寧等建立了基于元數(shù)據(jù)和元模型的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，很好的解決了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的描述和各種文檔的管理。在此基礎(chǔ)上，紀(jì)楊建等建立了產(chǎn)品族的數(shù)據(jù)模型”，管理產(chǎn)品族數(shù)據(jù)，同時(shí)還能管理產(chǎn)品系列過程的過程及其相互聯(lián)系。很多學(xué)者建立了基于本體論的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，不但能管理實(shí)際存在的物理對(duì)象，還能管理設(shè)計(jì)知識(shí)等抽象的內(nèi)容。有的學(xué)者將產(chǎn)品生命期分為不同的階段，分別建立各個(gè)階段的數(shù)據(jù)模型，從而完整的管理產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)。

　　以上研究很好的管理現(xiàn)有的各種對(duì)象及其屬性，但是定制和擴(kuò)展能力有限，無法有效地應(yīng)付所有的新需求。因此本文提出了基于元模型的可定制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。首先分析了可定制數(shù)據(jù)模型的內(nèi)涵，論述了支持?jǐn)?shù)據(jù)模型定制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的體系結(jié)構(gòu)，建立了產(chǎn)品元模型結(jié)構(gòu)，闡述了數(shù)據(jù)模型定制機(jī)制，通過定制實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)模型，最后在山東山大華天軟件有限公司的PLM系統(tǒng)InforCenter中實(shí)現(xiàn)，并在某船廠成功實(shí)施應(yīng)用。

　　1 可定制數(shù)據(jù)模型的內(nèi)涵

　　從PDM專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)和過程管理，到PLM涵蓋產(chǎn)品全生命周期，管理范圍從設(shè)計(jì)階段逐漸向上游的需求、概念階段和下游的工藝、制造、檢驗(yàn)、使用、維護(hù)維修和報(bào)廢回收階段延伸，這個(gè)過程中可以發(fā)現(xiàn)不論多么完善的業(yè)務(wù)模型，都不能涵蓋所有新出現(xiàn)的需求，在業(yè)務(wù)模型層解決這個(gè)問題是不可能的。因此PDM/PLM系統(tǒng)需要一個(gè)靈活的、可擴(kuò)充的、可自定義的數(shù)據(jù)模型。這個(gè)數(shù)據(jù)模型應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：

　　(1)業(yè)務(wù)對(duì)象可定制新的業(yè)務(wù)需要新的對(duì)象來描述其中的主體，不同的業(yè)務(wù)對(duì)象具有不同的屬性和方法。增加新業(yè)務(wù)對(duì)象最經(jīng)濟(jì)的方式不是修改程序和二次開發(fā)，而是定制數(shù)據(jù)模型。

　　(2)數(shù)據(jù)對(duì)象可定制新的數(shù)據(jù)形式也需要新的數(shù)據(jù)對(duì)象表示。

　　(3)對(duì)象的屬性可定制任何對(duì)象都會(huì)有其特殊的屬性要求，只有支持所有的屬性了，才能很好的支持業(yè)務(wù)。

　　(4)對(duì)象及其屬性的權(quán)限可定制每個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象類、數(shù)據(jù)對(duì)象類都會(huì)有其特殊的權(quán)限要求，例如設(shè)計(jì)零部件是設(shè)計(jì)工程師的工作對(duì)象，項(xiàng)目、任務(wù)是項(xiàng)目經(jīng)理的管理目標(biāo)，這些不同的對(duì)象要分別定制不同的權(quán)限。同一個(gè)對(duì)象的不同屬性也需要不同的權(quán)限管理，一個(gè)零部件的設(shè)計(jì)屬性和工藝屬性分屬于設(shè)計(jì)工程師和工藝工程師，設(shè)計(jì)工程師和工藝工程師都能管理同一零部件業(yè)務(wù)對(duì)象，不能修改對(duì)方的屬性信息。

　　(5)對(duì)象之間的關(guān)系可定制對(duì)象之間的關(guān)系往往表示了不同的業(yè)務(wù)邏輯，新的業(yè)務(wù)邏輯需要一些新的關(guān)系來表示。例如零部件之間的組成關(guān)系表示裝配的業(yè)務(wù)，工藝流程和零件之間的關(guān)系描述了零件的制造工藝。

　　(6)業(yè)務(wù)對(duì)象的結(jié)構(gòu)可定制部件由子部件和零件組成，產(chǎn)品由部件和零件組成;工序由工步組成;有的對(duì)象有主對(duì)象(Master)和版本對(duì)象(Revision)組成。不同的對(duì)象的結(jié)構(gòu)組成形式不同。

　　只有具有了以上特點(diǎn)，可定制的數(shù)據(jù)模型才有實(shí)用的意義。本文提出的基于元模型的可定制產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型很好的滿足了以上要求，為產(chǎn)品生命周期的擴(kuò)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　2 基于元模型的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理框架結(jié)構(gòu)

　　為了支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的定制，提出了圖1所示的基于元模型的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)分為六層：文件系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)庫層、功能構(gòu)件層、實(shí)施理念層和用戶層。功能構(gòu)件層、實(shí)施理念層和用戶層主要面向業(yè)務(wù)應(yīng)用的，不是本文的研究重點(diǎn)，其余三層的具體描述如下：

　　(1)數(shù)據(jù)層

　　該層是數(shù)據(jù)管理的核心;管理元模型，通過元模型定制出需要的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型支持業(yè)務(wù)模型;為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支持;通過文件系統(tǒng)管理電子文檔等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該層包括元模型層、數(shù)據(jù)模型層和業(yè)務(wù)模型層。

　　①元模型層

　　該層主要管理由元模型形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從最高層次上描述產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型。元模型(meta-model)是描述數(shù)據(jù)模型的模型，是關(guān)于數(shù)據(jù)模型的基本概念、基本關(guān)系和基本約束的語義，是對(duì)數(shù)據(jù)模型的抽象。元模型有五種類型，實(shí)現(xiàn)了五類對(duì)象的通用屬性和方法。具體某個(gè)對(duì)象的特殊屬性和方法用XML配置文件管理，通用的類和特殊的XML文件結(jié)合能詳細(xì)的描述某個(gè)對(duì)象的所有屬性和方法。

　?、跀?shù)據(jù)模型層

　　管理在元模型基礎(chǔ)上定制形成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。由元模型類定制出的類來描述，數(shù)據(jù)模型本身的描述和配置數(shù)據(jù)用XML文件來管理。

　?、蹣I(yè)務(wù)模型層

　　在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，形成業(yè)務(wù)模型，支持業(yè)務(wù)邏輯。

　　(2)文件系統(tǒng)層

　　文件系統(tǒng)是PDM/PLM的文檔管理的基礎(chǔ)功能，可以管理各種格式的文檔，將文檔作為一個(gè)整體打包管理起來。在這個(gè)框架中，這一層的主要功能是管理描述元模型的XML文檔。

　　(3)數(shù)據(jù)庫

　　數(shù)據(jù)庫可以使各種大型的商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，例如Oracle或者Sql Server，除了管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)外，還要管理定制出的數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)信息。當(dāng)定制出新的復(fù)合對(duì)象時(shí)，要按照對(duì)象的組成建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，例如建立該復(fù)合對(duì)象及其表單、屬性的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。

　　3 基于元模型的可定制模型

　　在可定制的數(shù)據(jù)模型中，共有五類元模型：業(yè)務(wù)元模型、表單元模型、屬性元模型、數(shù)據(jù)元模型和聯(lián)系元模型。這五個(gè)元模型是建立產(chǎn)品元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，分別定義如下：

　　(1)業(yè)務(wù)元模型

　　用來描述有關(guān)產(chǎn)品的某事物(零件/部件、項(xiàng)目、客戶等)或定義組織方面的信息。

　　(2)表單元模型

　　管理業(yè)務(wù)對(duì)象某些屬性的集合對(duì)象，可以單獨(dú)設(shè)定權(quán)限。

　　(3)屬性元模型

　　對(duì)象屬性的抽象。元模型中包含各種屬性的基本形式和操作，包括數(shù)據(jù)類型、字符串類型和日期類型等屬性及其對(duì)應(yīng)的各種操作方法的實(shí)現(xiàn)。

　　(4)數(shù)據(jù)元模型

　　數(shù)據(jù)元模型主要用來描述數(shù)據(jù)文件的屬性、指明數(shù)據(jù)文件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)位置。

　　(5)聯(lián)系元模型

　　描述業(yè)務(wù)元模型之間及其與數(shù)據(jù)元模型之間的各種關(guān)系，形成一定的約束，將單個(gè)的元模型聯(lián)系起來，形成一個(gè)邏輯整體——產(chǎn)品元模型結(jié)構(gòu)。

　　利用以上五種元模型，在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上建立了如圖2所示的產(chǎn)品元模型結(jié)構(gòu)。為了支持業(yè)務(wù)對(duì)象的屬性和權(quán)限、操作的靈活定制，由一個(gè)業(yè)務(wù)元模型和多個(gè)表單元模型、屬性元模型組成一個(gè)復(fù)合業(yè)務(wù)對(duì)象，來描述業(yè)務(wù)對(duì)象;單獨(dú)的業(yè)務(wù)元模型能描述一個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象的概念，沒法靈活的定制對(duì)象的屬性、權(quán)限和操作，所以需要復(fù)合業(yè)務(wù)對(duì)象。復(fù)合業(yè)務(wù)對(duì)象是一個(gè)邏輯整體，描述一個(gè)完整的業(yè)務(wù)對(duì)象;包括主對(duì)象和版本對(duì)象兩個(gè)對(duì)象，這兩個(gè)對(duì)象都由一個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象為主構(gòu)成，業(yè)務(wù)對(duì)象包含一個(gè)或者多個(gè)表單對(duì)象，表單對(duì)象包含多個(gè)屬性。同理組成了復(fù)合聯(lián)系對(duì)象和復(fù)合數(shù)據(jù)對(duì)象。

　　復(fù)合聯(lián)系對(duì)象可以描述兩個(gè)對(duì)象之間某種關(guān)系，可以是兩個(gè)復(fù)合業(yè)務(wù)對(duì)象之間的關(guān)系或者復(fù)合業(yè)務(wù)對(duì)象和復(fù)合數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系。復(fù)合數(shù)據(jù)對(duì)象可以管理物理文檔，每個(gè)復(fù)合數(shù)據(jù)對(duì)象只能管理唯一的物理文檔。

　　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的業(yè)務(wù)對(duì)象主要有零組件業(yè)務(wù)對(duì)象和文檔業(yè)務(wù)對(duì)象。零組件業(yè)務(wù)對(duì)象主要是對(duì)產(chǎn)品、組件和零件的抽象描述，其中產(chǎn)品是一類特殊的組件，具有組件的所有性質(zhì)，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的頂層節(jié)點(diǎn)。文檔是對(duì)各類需要打包管理的電子文件的描述，包括各種需求文檔、計(jì)算書、說明書、二維圖紙、三維模型等;模型業(yè)務(wù)對(duì)象和圖紙業(yè)務(wù)對(duì)象是特殊的文檔業(yè)務(wù)對(duì)象，通過繼承自文檔對(duì)象產(chǎn)生，具有文檔業(yè)務(wù)對(duì)象的所有屬性和方法。

　　零組件業(yè)務(wù)對(duì)象的屬性主要有管理屬性和設(shè)計(jì)屬性，分別用主表單和設(shè)計(jì)表單來表示。這兩個(gè)表單都由表單元模型定制來的。如果到工藝階段，可以定制出工藝表單;設(shè)計(jì)表單的權(quán)限是面向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的，工藝表單的權(quán)限是面向工藝設(shè)計(jì)人員的，可以方便的實(shí)現(xiàn)權(quán)限的分治。

　　表單的屬性主要有字符串、數(shù)據(jù)和日期三種類型的屬性，這三種屬性都通過屬性元模型定制的屬性字段。如果新的屬性，照樣可以定制得到，比如二進(jìn)制類型或者布爾類型。

　　與業(yè)務(wù)元模型類似，數(shù)據(jù)元模型定制出文檔元數(shù)據(jù)，管理普通文檔的屬性和存儲(chǔ)位置等內(nèi)容，作為特殊的文檔，模型元數(shù)據(jù)和圖紙?jiān)獢?shù)據(jù)通過再次定制而產(chǎn)生，繼承了文檔元數(shù)據(jù)的所有屬性和操作。

　　4 應(yīng)用

　　基于元模型的可定制產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型在山東山大華天軟件有限公司研發(fā)的PLM系統(tǒng)InforCenter中完整的實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。在元模型的基礎(chǔ)上，定制成功了新出現(xiàn)的業(yè)務(wù)對(duì)象和數(shù)據(jù)對(duì)象。圖4中的Item即為業(yè)務(wù)元模型，通過繼承自Item生成了具有船舶行業(yè)特點(diǎn)的船舶、組件、part(零件)、檢驗(yàn)、維修、需求、耗材、文檔、模型、工程圖等對(duì)象，滿足了船舶行業(yè)PLM的需要。每個(gè)對(duì)象都有Master對(duì)象和Revision對(duì)象，通過包含對(duì)象形成一個(gè)邏輯整體。對(duì)象的不同表單可以設(shè)置不同的權(quán)限，例如船舶對(duì)象的基本表單由方案設(shè)計(jì)階段確定其屬性，詳細(xì)設(shè)計(jì)表單在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中由設(shè)計(jì)院管理，生產(chǎn)設(shè)計(jì)表單由船廠的生產(chǎn)設(shè)計(jì)處管理。

　　圖5是在圖4的基礎(chǔ)上建立的某船舶詳細(xì)設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)圖。利用定制出的各個(gè)對(duì)象、表單、屬性和關(guān)系，建立了完整的船舶結(jié)構(gòu)，描述了船舶詳細(xì)設(shè)計(jì)中信息，有效地管理了船舶數(shù)據(jù)，支持了設(shè)計(jì)過程管理。

　　5 結(jié)束語

　　該數(shù)據(jù)模型在山東山大華天軟件有限公司的PLM系統(tǒng)lnforCenter中實(shí)現(xiàn)。InforCenter在某船廠的實(shí)施過程中，很容易的定制出了新出現(xiàn)的對(duì)象船舶、專業(yè)、分段、檢驗(yàn)和維修等對(duì)象，并靈活的實(shí)現(xiàn)了同一對(duì)象的不同屬性權(quán)限分別屬于不同的設(shè)計(jì)人員，清楚地描述了各種對(duì)象之問的復(fù)雜關(guān)系，有力的支持了架構(gòu)的定制、業(yè)務(wù)的擴(kuò)展和CAD系統(tǒng)的集成。整個(gè)實(shí)施過程中，沒對(duì)數(shù)據(jù)模型層進(jìn)行任何改動(dòng)和二次開發(fā)，有效地保證了系統(tǒng)的可靠性，縮短了實(shí)施周期，降低了系統(tǒng)成本，提高了用戶的滿意度。