引言

    在“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，中國(guó)企業(yè)全面引進(jìn)發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的工程計(jì)算軟件及相關(guān)研發(fā)技術(shù)，與之呼應(yīng)配合的以國(guó)內(nèi)超級(jí)計(jì)算中心為代表的公共云平臺(tái)機(jī)構(gòu)亦將CAE、CFD、EDA等工程計(jì)算應(yīng)用作為非常重要的服務(wù)內(nèi)容。

    國(guó)內(nèi)超級(jí)計(jì)算中心借鑒國(guó)外超級(jí)計(jì)算中心的基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)模式，逐步配置了規(guī)模龐大的高性能計(jì)算服務(wù)器集群、豐富的工程計(jì)算應(yīng)用軟件、成熟的高性能計(jì)算調(diào)度技術(shù)以及先進(jìn)的工程計(jì)算服務(wù)咨詢能力，可以幫助企業(yè)用戶切實(shí)解決大規(guī)模、高水準(zhǔn)的工程計(jì)算問題。但是經(jīng)過多年的公共計(jì)算服務(wù)實(shí)踐之后，我們發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)高性能計(jì)算服務(wù)平臺(tái)仍然諸多不足，突出表現(xiàn)為以下方面：

    1)操作復(fù)雜

    傳統(tǒng)高性能計(jì)算平臺(tái)主要基于Linux系統(tǒng)，適合精通Linux系統(tǒng)的科學(xué)研究人員操控使用，而工程計(jì)算用戶普遍缺乏Linux基礎(chǔ)知識(shí)，容易困擾于Linux平臺(tái)上的算例調(diào)試及錯(cuò)誤分析等技術(shù)細(xì)節(jié)，同時(shí)由于國(guó)外引進(jìn)的高性能計(jì)算調(diào)度軟件難以進(jìn)行二次開發(fā)及功能擴(kuò)展，造成平臺(tái)用戶體驗(yàn)下降，較大程度地影響了超級(jí)計(jì)算中心的服務(wù)推廣與技術(shù)支持工作。

    2)功能局限

    傳統(tǒng)高性能計(jì)算平臺(tái)僅能用于求解計(jì)算，而完整的工程計(jì)算過程包含幾何建模、前處理（網(wǎng)格剖分及算例設(shè)置）、求解計(jì)算、后處理這四個(gè)重要步驟，因此傳統(tǒng)高性能計(jì)算平臺(tái)無法提供完整的工程計(jì)算服務(wù)。

    這種工程計(jì)算服務(wù)環(huán)節(jié)的缺失現(xiàn)狀導(dǎo)致以下實(shí)際情況：

    （1）平臺(tái)用戶既需要購(gòu)買超級(jí)計(jì)算中心的計(jì)算服務(wù)，也需要購(gòu)置工程計(jì)算軟件或部分模塊，用戶的計(jì)算環(huán)境分裂，軟件工具碎片化現(xiàn)象嚴(yán)重；

    （2）平臺(tái)用戶需要將龐大的仿真計(jì)算數(shù)據(jù)文件在割裂的計(jì)算環(huán)境中反復(fù)傳輸，耗時(shí)極長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸工作加劇了工程計(jì)算體驗(yàn)下降，嚴(yán)重制約了研發(fā)分析效率。

    充分認(rèn)識(shí)并全面分析現(xiàn)有平臺(tái)服務(wù)模式的不足之后，北京市計(jì)算中心與上海泛云信息科技有限公司聯(lián)手協(xié)作，成功研發(fā)了全新的HY-Cloud工程計(jì)算公共云服務(wù)平臺(tái)，業(yè)內(nèi)首家提供一站式工程計(jì)算全過程服務(wù)，目前HY-Cloud平臺(tái)服務(wù)已經(jīng)向公眾用戶全面開放。

平臺(tái)架構(gòu)

    1系統(tǒng)概覽

    HY-Cloud平臺(tái)是云計(jì)算模式在工程仿真領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，是將多學(xué)科仿真應(yīng)用、高性能計(jì)算集群管理、基于工業(yè)仿真軟件的應(yīng)用虛擬化、軟件許可證管控、管理門戶等IT技術(shù)高度融合的技術(shù)創(chuàng)新，在網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、軟件功能架構(gòu)等多個(gè)層面都實(shí)現(xiàn)了嶄新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

    系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，其中為了保護(hù)北京市計(jì)算中心的HPC調(diào)度軟件歷史投資，HY-Cloud平臺(tái)繼續(xù)兼容支持并外延擴(kuò)展了該調(diào)度軟件的功能。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

    2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    HY-Cloud平臺(tái)針對(duì)北京市計(jì)算中心的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行了復(fù)用式整合與功能性擴(kuò)展，既可最大程度地保護(hù)既有硬件設(shè)備投資，又可滿足工程計(jì)算全過程服務(wù)功能需求。

    HY-Cloud平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，平臺(tái)的中心是HY-Cloud門戶及管理組件，負(fù)責(zé)聯(lián)通客戶端與計(jì)算云子平臺(tái)（高性能計(jì)算集群）、應(yīng)用云子平臺(tái)（圖形工作站集群）、存儲(chǔ)云子平臺(tái)（存儲(chǔ)設(shè)備集群），實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用軟件許可證池資源，并實(shí)現(xiàn)用戶安全認(rèn)證、郵件/桌面通知服務(wù)、云端仿真流程/數(shù)據(jù)管理、計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能的表現(xiàn)層服務(wù)。

圖2 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    3節(jié)點(diǎn)功能

    HY-Cloud平臺(tái)包括圖形節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)系統(tǒng)，管理節(jié)點(diǎn)、AD域服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)端、許可證服務(wù)器，防火墻服務(wù)器、Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、硬件防火墻。其中管理節(jié)點(diǎn)包括Linux管理節(jié)點(diǎn)、Window管理節(jié)點(diǎn)、Citrix管理節(jié)點(diǎn)等服務(wù)器角色，平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)分布如圖3所示。

圖3 平臺(tái)節(jié)點(diǎn)分布

    圖形節(jié)點(diǎn)上安裝部署CAD軟件及CAE軟件前后處理模塊，安裝的軟件包括但不限于UG、ProE、CAXA、AutoCAD、Abaqus、Ansys、LS-Dyna、NX-Nastran、Fluent、Hyperworks等軟件，圖形節(jié)點(diǎn)主要用于CAD建模、CAE前處理、CAE后處理，運(yùn)行時(shí)需要調(diào)用安裝于許可證服務(wù)器的對(duì)應(yīng)License，并將前處理文件直接存儲(chǔ)于GPFS并行文件存儲(chǔ)系統(tǒng)中，計(jì)算結(jié)束后也可以直接打開計(jì)算結(jié)果文件并交互處理。

    計(jì)算節(jié)點(diǎn)上安裝部署CAE軟件求解模塊，安裝的軟件包括但不限于Abaqus、Ansys、LS-DYNA、NX-Nastran、Fluent等軟件；計(jì)算節(jié)點(diǎn)主要用于CAE求解計(jì)算，運(yùn)行時(shí)需要調(diào)用安裝于許可證服務(wù)器的對(duì)應(yīng)License。計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括Linux系統(tǒng)、Windows系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果文件直接存儲(chǔ)于GPFS并行文件存儲(chǔ)系統(tǒng)中。

    HY-Cloud平臺(tái)首創(chuàng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、圖形節(jié)點(diǎn)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用模式，大幅簡(jiǎn)化了工程計(jì)算數(shù)據(jù)在云計(jì)算平臺(tái)上的遷移及轉(zhuǎn)換過程，有效提升平臺(tái)用戶的工程計(jì)算應(yīng)用體驗(yàn)。平臺(tái)計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流如圖4所示。

圖4 計(jì)算節(jié)點(diǎn)、圖形節(jié)點(diǎn)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)

特色服務(wù)

    HY-CLOUD平臺(tái)的成功研發(fā)為工程計(jì)算公共云服務(wù)功能擴(kuò)展及深化提供了資源保障與技術(shù)支撐，北京市計(jì)算中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)在HY-Cloud基礎(chǔ)之上，除了提供常規(guī)商業(yè)化仿真應(yīng)用軟件云服務(wù)之外，還為多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供定制化開發(fā)了拉絲仿真、焊接仿真、中央空調(diào)室通風(fēng)口布置、建筑風(fēng)環(huán)境評(píng)估等15個(gè)典型應(yīng)用模塊工業(yè)云應(yīng)用服務(wù)，以下為其中部分云應(yīng)用服務(wù)的簡(jiǎn)單描述：

    ★拉絲模仿真

    拉絲模云應(yīng)用專門針對(duì)高精拉絲模的拉絲過程的模擬仿真；用戶通過web輸入材料參數(shù)、模具參數(shù)和工藝參數(shù)，由平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算；并自動(dòng)生成仿真報(bào)告；用戶可以在線下載仿真報(bào)告、動(dòng)畫等�？梢杂涗浢恳淮斡�(jì)算結(jié)果。

    用戶代表北京迪蒙特佳工模具技術(shù)有限公司總經(jīng)理說：“通過該工具，我們?cè)跊]有專業(yè)CAE工程師的情況下，不僅可以進(jìn)行CAE分析，而且降低了技術(shù)創(chuàng)新門檻，縮短了研發(fā)周期，提高了研發(fā)的成功率，大幅度降低了成本，對(duì)提高公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力，搶占行業(yè)技術(shù)的制高點(diǎn)起到很大的作用。”

    ★圓筒焊接

    圓筒焊接云應(yīng)用對(duì)圓筒形工件的在焊接過程中的溫度和應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，用以改進(jìn)焊接工藝；用戶通過web輸入母材參數(shù)、焊料參數(shù)和焊接參數(shù)等，由平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算；并自動(dòng)生成仿真報(bào)告；用戶可以在線下載仿真報(bào)告、動(dòng)畫等�？梢杂涗浢恳淮斡�(jì)算結(jié)果。

    ★中央空調(diào)室通風(fēng)口布置

    中央空調(diào)室通風(fēng)口布置方案云應(yīng)用主要用于評(píng)估寫字樓、辦公室內(nèi)中央空調(diào)通風(fēng)口布置方案是否合理；用戶通過web即可調(diào)整室內(nèi)空調(diào)進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口布置位置，優(yōu)化通風(fēng)口布置方案，從而避免由于通風(fēng)口布置不合理引起的熱島現(xiàn)象�？梢杂涗浢恳淮斡�(jì)算結(jié)果。

    ★建筑風(fēng)環(huán)境評(píng)估

    建筑風(fēng)環(huán)境評(píng)估云應(yīng)用主要用于評(píng)估建筑物周圍的建筑風(fēng)環(huán)境品質(zhì)。用戶通過Web即可調(diào)整建筑物幾何參數(shù)（包括長(zhǎng)方型，L型、回字形等樓群建筑模型，用戶輸入模型、植被模型）、外流場(chǎng)幾何參數(shù)，邊界條件等，由云后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，并自動(dòng)生成仿真報(bào)告，報(bào)告中包括壓力分布云圖、速度分布云圖等信息；用戶可以在線下載仿真報(bào)告、動(dòng)畫等。可以記錄每一次計(jì)算結(jié)果。

實(shí)踐總結(jié)

    HY-Cloud平臺(tái)是超級(jí)計(jì)算中心領(lǐng)域的一次顛覆式創(chuàng)新，徹底放棄了既往從高性能計(jì)算底層架構(gòu)出發(fā)的學(xué)術(shù)視角，轉(zhuǎn)變成為以云應(yīng)用服務(wù)過程及用戶體驗(yàn)為核心訴求的公共服務(wù)平臺(tái)，并且創(chuàng)新發(fā)展了一系列操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大、貼合行業(yè)的工程計(jì)算云服務(wù)。

    HY-Cloud平臺(tái)開發(fā)技術(shù)的演進(jìn)與成熟，將促使更多貼近行業(yè)用戶工程計(jì)算應(yīng)用需求的云服務(wù)在平臺(tái)上的孵化與推廣，為中國(guó)企業(yè)的研發(fā)私有云建設(shè)提供示范與參考價(jià)值，更可為中國(guó)工業(yè)的創(chuàng)新與騰飛插上工程計(jì)算之翼。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：2014產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化征文：HY-Cloud工程計(jì)算公共云服務(wù)平臺(tái)創(chuàng)新實(shí)踐

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