第二届中国造纸装备发展坛
・研究报告・
工业云平台的建设与应用实践
杨维明 刘爱军 齐建军
黄松波
［北京数码大方科技股份有限公司（ＣＡＸＡ）］
当今的世界正在进入大数据时代，大数据的产生与应用将会在未来１ ０年改变几乎每一个行 业的业务功能，人们可以把所有的商业活动和组织活动都视为大数据问题来重新审视，并重新 定义、收集、管理和利用各种各样的大数据。而工业云正是大数据时代．利用工业软件和云计 算相结合产生的一种专门服务于制造业的新型ＩＴ服务生态链系统。工业云的应用和发展将大大 促进工业化和信息化的深度融合，提升工业企业尤其是中小微企业的市场竞争能力和创新能力， 甚至催生出大量新的生产性服务业的产业业态，加速整个产业的升级转型发展。
２．３
ＣＡＤ／ａ Ｍ软件云服务技术
图３云服务技术 云服务技术如图３。目前企业用户仍倾向于拥有软件（购买授权）而不是租用软件，且对自 身数据安全比较敏感，公有云的公信力也有待建立等因素，工业软件云服务平台支持公有云、 私有云混合应用模式，涉及以下关键技术： （１）公有云和私有云的协同技术 公有云将提供国家标准、行业规范、工业基础数据等公共资源的订阅服务．并提供多租户 的ＣＡＤ／ＰＬＭ软件服务、数据服务、业务流程服务等；私有云负责提供企业流程服务、企业标准 件资源、企业制造资源、产品图纸、工艺、ＮＣ代码、ＣＡＥ分析等数据服务。同步技术将保障企 业所需的公共资源透过企业防火墙下载到私有云．为企业内部及ＶＰＮ用户提供访问，同时负责 将企业私有数据发布到公有云平台．提供企业用户及合作伙伴透过互联网访问软件和数据服务。
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都不可能做一次性大的资金投入。 （２）对短期回报要求高。由于认识有限、资本有限，中小企业就不可能向大型企业那样几 个月，甚至几年后再计算收益，因此更希望在投入的短时间内就取得效果，而且效果越明显越 好。 （３）对产品稳定性要求高。一般中小企业的ＩＴ专业技术人员少，水平低，对产品的稳定性 要求就非常高。即使出现问题，故障恢复要求简便、快捷、可靠。 （４）对交互界面要求高。由于中小企业许多操作人员，没有受过系统的培训，只懂得最简 单的操作．因此在操作过程中，必须有非常友好的交互界面。 （５）对技术服务要求高。无论是售前、售后服务，在中小企业都可能遇到非常初级的问题． 也可能遇到一些专业人士根本不会遇到的初级错误．这就要求技术服务水平高，支持到位．可 以在尽量短的时间内，通过远程解决。 （６）对产品个性化要求高。由于中小企业千差万别，购买者对软件了解又少，经验参差不 齐，因此经常会提出各种特殊的个性需求，但由于投入少，做较大的定制开发又不可能。 （７）对产品灵活性要求高。中小企业变化非常迅速，部门调整，规模迅速扩张，成立分支 机构，就要求信息化产品能很快“适应”。由于“船小好掉头”，因此可能决策错误，刚做了调 整，发现不合适，又要调整到原来的状态，信息化产品也必须能马上调回去。 归纳起来，中小制造企业实施信息化．要满足其低投入高回报、使用维护可靠便捷、服务 专业到位、个性化和灵活性兼顾等需求，而云服务正是面向中小企业提供信息化公共服务的最 有效模式。
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（１ａａＳ层）
认证和授 权服务
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图２工业软件云服务平台体系架构
（１）服务虚拟化技术 虚拟化（Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充 分整合和高效利用的关键技术。本项目拟采用服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台 虚拟化与桌面虚拟化。 服务器虚拟化技术可以使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用。服务器虚拟化是基础 设施即服务的基础。 存储虚拟化的方式是将整个云系统的存储资源进行统一整合管理，为用户提供一个统一的 存储空间。 应用虚拟化是把应用对底层系统和硬件的依赖抽象出来，从而解除应用与操作系统和硬件 的耦合关系。应用程序运行在本地应用虚拟化环境中时．这个环境为应用程序屏蔽了底层可能 与其他应用产生冲突的内容。应用虚拟化是ＳａａＳ的基础。 平台虚拟化是集成各种开发资源虚拟出的一个面向开发人员的统一接Ｅ１，软件开发人员可 以方便地在这个虚拟平台中开发各种应用并嵌入到云计算系统中，使其成为新的云服务供用户 使用。 桌面虚拟化将用户的桌面环境与其使用的终端设备解耦。服务器上存放的是每个用户的完 整桌面环境。用户可以使用具有足够处理和显示功能的不同终端设备，通过网络访问该桌面环 境。 依据工业云平台应用的特点．研究以虚拟化技术为主要支撑的、对平台的软硬件及虚拟机 等各类资源进行服务化管理的技术，满足灵活管理和高效利用资源的需要．为构建云服务平台 提供资源配置、管理和服务的支撑。主要包括：资源统一管理．即利用作业调度、资源调度和 虚拟机技术实现对物理机、物理存储、物理交换机的动态分配，对虚拟服务器、虚拟交换机和 虚拟存储的产生、变更．以及对所有资源的动态部署和动态回收；应用模板化，即根据不同用
Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｌｉｎｕｘ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｓｅｒｖｅｒ １ ０
ｓｐ２操作系统．其余
５．３操作系统。
采用曙光的ＧｒｉｄＶｉｅｗ机群管理系统对机群进行各类管理操作，采用Ｐｌａｔｆｏｒｍ公司的ＬＳＦ作 业管理系统实现并行作业的调度以及对商业软件基于Ｌｉｃｅｎｓｅ（许可证）的调度，确保动态调度 并行作业．提高平台软硬件资源的利用率．提高系统的作业吞吐率。 部署了ＯＰＥＮＭＰＩ、ＭＰＩＣＨ２等并行环境，并部署了２０余种科学计算和工程计算领域软件为用 户提供应用服务，如Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＮＸ等工业计算的软件、ＮＡＭＤ和ＬＡＭＭＰＳ等分子动力学软件、 ＢＬＡＳＴ等生物计算软件．以及部分试用版商业工业计算软件．如Ａｂａｑｕｓ试用版、Ａｎｓｙｓ软件试 用版等。 ２．２工业软件云服务平台 工业软件云服务平台体系架构如图２。
２
工业云服务平台的架构
２．１工业云计算平台
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图１
工业云平台拓扑结构
工业云计算平台硬件架构技术和总体拓扑结构如图１所示。平台总体上可以分为高性能计 算区和云计算区。目前平台共有刀片服务器３０５片，机架服务器１ ２６台．八路八核胖节点服务 器２台，分为提供计算服务的服务器（计算节点）和提供ＩＯ服务、登录服务、作业调度、身份 认证、Ｗｅｂ等各类服务的服务器（包括云计算服务节点、登陆节点、管理节点、元数据节点和 存储节点等）。 系统采用ＣＰＵ和ＧＰＵ混合异构融合计算机体系结构．拥有５０ＴＦＩｏｐｓ通用处理器，５０ＴＦＩｏｐｓ 加速处理器．ＣＰＵ总核数达４６６８个．ＧＰＵ数达１０７个加速单元，内存总容量１４ＴＢ．高速通信网 络网速达４０Ｇｂ／ｓ．存储容量达２８８ＴＢ。 所有计算节点和一部分管理节点安装了ＳＵＳＥ 管理节点安装了ＲｅｄＨａｔ
无疑“数字化和智能化设计制造”的结果——产品，是制造企业信息化的核心，在市场上
有竞争力的产品是制造企业参与竞争的基础，一流的产品无论何时都是制造企业的生命线。对 于中小型制造业企业而言，产品更是企业长远发展、壮大的根本。
１．２
中小制造企业信息化的实际需要 中小制造企业信息化大致具有以下特点： （１）一次性资金投入少。由于规模有限，中小企业在信息化建设时，无论在硬件和软件上
１
１．１
工业云的发展背景
制造业信息化的迫切需求
制造业信息化是支撑制造业自主创新、实现国际化协作和资源配置、促进制造业优势产业
链和区域特色产业集群形成的主要手段，是国际制造业发展的大趋势，发达国家提出的跨世纪 研究计划均将实现制造业信息化作为重要任务。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中也将 制造业信息化列为制造业发展的三大方向之一，明确提出要“大力推进制造业信息化”，全面提 升制造业整体水平。 在一项对分布在全国２７个省市、覆盖制造业主要行业／Ｉ＂３类的２９６８家企业的制造业信息化 技术需求调研中，统计数据分析表明，围绕产品开发，企业对以三维ＣＡＤ、ＣＡＥ、ＣＡＭ、ＰＬＭ为 代表的数字化与协同化设计、制造技术、产品全生命周期管理技术需求广泛．即希望在实现产 品创新设计开发的同时．可实现企业信息流程的集成，消除信息孤岛，重用既有资源，这也是 《纲要》中将“数字化和智能化设计制造”列为制造业信息化优先主题的依据。
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化与工业化深度融合的若干意见》中明确要求，提高计算机辅助设计应用水平，完善面向中小 企业的研发设计平台．积极推动云计算和物联网应用。 根据工信部《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》要求，依托国家现代服 务业工业云服务平台试点项目．北京数码大方联合北京市计算中心等多家单位在成熟的自主知 识产权的工业软件和强大的云计算基础设施基础上．共同建设工业软件云服务平台，为工业企 业尤其是Ｃ Ｊｊ，型制造企业，提供ＣＡＤ／ＰＬＭ软件服务、工业设计基础数据库、资源信息库以及工 业设计互联网社区等服务。 工业软件云服务平台的建设，通过对最先进、通用的创新设计与协同制造技术的研究和集 成，可以满足制造企业在产品优化、智能设计制造以及企业业务流程的创新管理方面最迫切、 最实际、最核心的需求。 同时，工业软件云服务平台通过共享资源和能力，增强工业企业研发设计能力，加快推进 企业信息化水平，促进产业自主创新和产业链协调发展，并加速推进工业企业从价值链低端向 价值链高端转型升级。 工业软件云服务平台还为工业设计服务、工业内容服务、工业产品服务等生产性服务业提 供支撑平台，加快了云计算应用落地。 １．５发展前景 ”十一五”期间，国家、地方和企业对制造业信息化科技工程累计投人资金百亿元人民币 以上．制造业信息化的发展能积极推动信息化和工业化的深度融合，为制造业转型升级提供科 技支撑。如前述，到２０１ ５年．我国云计算产业链规模将可能达７５００亿至１万亿元，将云计算 技术应用到制造业能极大地推动制造业信息化的发展。面向制造企业的工业软件云服务平台是 一个刚刚兴起的融合了云计算、ＣＡＤ／ＰＬＭ等工业软件技术、互联网、物联网的综合研究领域， 是制造业信息化的核心内容。 工业软件云服务平台支持公有云和私有云混合应用模式，既支持大型企业的私有云应用， 也支持中小微企业的公有云应用，在今后３—５年内会有一个迅速成长的空间，前景广阔。