0 引言
隨著云計算各種核心技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，制造領(lǐng)域出現(xiàn)了云制造技術(shù)。李伯虎等認(rèn)為，云制造是一種為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。楊海成認(rèn)為，云制造是把“軟件即服務(wù)”的理念拓展至“制造即服務(wù)”，為產(chǎn)品提供高附加值、低成本和全球化制造的服務(wù)。目前，國內(nèi)很多高校與研究所對云制造的服務(wù)模式、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索口。結(jié)合科技部云制造主題項目。本文主要探索云制造環(huán)境下的資源服務(wù)管理及其遠(yuǎn)程使用的實(shí)現(xiàn)方法。利用云計算的核心技術(shù)——虛擬化和軟件即服務(wù)(software as a serv—ice，SaaS)技術(shù)，構(gòu)建虛擬機(jī)群集及其虛擬桌面池；基于GFS(Go091e file system)技術(shù)以及MySQL的二次開發(fā)，研究開發(fā)了一種基于云制造平臺的云資源管理及其資源匹配調(diào)度方法；在．Net環(huán)境下，利用PowerShell技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了云制造資源的遠(yuǎn)程共享。
1 云計算與云制造服務(wù)模式對比
云計算服務(wù)模式的核心思想是將海量的由網(wǎng)絡(luò)連接的計算(包括存儲)資源統(tǒng)一起來進(jìn)行管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計算資源池向用戶提供即時按需服務(wù)。云制造服務(wù)模式的核心思想是將海量的與產(chǎn)品全生命周期有關(guān)的產(chǎn)品論證、設(shè)計、生產(chǎn)、仿真、管理等階段的軟硬件資源通過服務(wù)化封裝，形成一個個制造服務(wù)池，并通過云平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，向服務(wù)需求企業(yè)提供即時按需的制造服務(wù)。云制造與云計算的最大不同是所提供的資源服務(wù)的不同，除了云計算中的計算和存儲等資源服務(wù)外，云制造還加入海量的硬軟件制造資源(各種加工設(shè)備、檢測設(shè)備、專業(yè)設(shè)計分析軟件、管理軟件等)。云制造和云計算服務(wù)模式的概要對比如表1所示。
表1 云制造和云計算的初步對比
云制造的關(guān)鍵技術(shù)包括云制造模式設(shè)計及其平臺構(gòu)建、硬軟件制造資源虛擬化及其云端接入、云資源感知和適配、云資源的綜合管理和調(diào)度使用等。本文針對制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、仿真、論證、管理等過程中所需要的軟件資源的虛擬化及其優(yōu)化管理、遠(yuǎn)程共享調(diào)用等進(jìn)行初步研究和應(yīng)用開發(fā)。
2 虛擬化集群及云制造平臺架構(gòu)
云計算中的虛擬化是一個抽象層，它主要將具體的物理硬件與相應(yīng)的操作管理系統(tǒng)分開，從而提供動態(tài)的資源配置及其高效的資源利用能力。目前用于構(gòu)建虛擬機(jī)系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)已經(jīng)有很多，如VMware公司的Workstation、ESXServer，開源Xen、KVM、QEMU等。
VMware公司的V13(VMware Infrastruc—ture 3)是一種基于X86的企業(yè)級服務(wù)器虛擬化軟件，它由ESX Server、virtual Center(VCenter)、Consolidated Backup三個產(chǎn)品組成。ESX Server是虛擬化的基礎(chǔ)平臺，提供對服務(wù)器CPU、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源的管理及虛擬化，虛擬機(jī)(VM)運(yùn)行在ESX Server之上；Virtual Cen—ter Management Server是對企業(yè)的虛擬架構(gòu)進(jìn)行集中管理的控制臺，通過它提供的圖形界面，可
以對企業(yè)的虛擬機(jī)架構(gòu)進(jìn)行配置、監(jiān)控及優(yōu)化，管理每臺ESX Server；Cons01idated Backup可以實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)的集中備份，使虛擬機(jī)能夠通過一個集中化的代理服務(wù)器進(jìn)行備份。
本文利用V13解決方案分別建立了架構(gòu)即服務(wù)(infrastructure as a service，IaaS)、平臺即服務(wù)(platform as a service，PaaS)及SaaS群集，如圖1所示，并基于虛擬機(jī)集群構(gòu)建了初步的云制造服務(wù)平臺，如圖2所示。利用ESX Sever建立多個虛擬基礎(chǔ)平臺，然后分別在每個虛擬基礎(chǔ)平臺上建立了多臺虛擬機(jī)，并利用VCenter集中管理群集中的所有虛擬機(jī)；各種制造軟件資源存在于虛擬機(jī)中，并將各虛擬機(jī)文件存儲在外部實(shí)體存儲設(shè)備中，以防止資源的丟失。圖1所示為本文所構(gòu)建的基于V13架構(gòu)的虛擬機(jī)群集，圖2所示為基于虛擬機(jī)群集的云制造服務(wù)平臺架構(gòu)。所構(gòu)建的云制造平臺中，SaaS群集包括2個ESXServer虛擬基礎(chǔ)平臺，2個基礎(chǔ)平臺上共運(yùn)行6臺虛擬機(jī)(3臺提供分布式計算的服務(wù)，3臺提供遠(yuǎn)程電磁計算的服務(wù))。
圖1 基于V13架構(gòu)的虛擬機(jī)群集
圖2 基于虛擬機(jī)群集的云制造服務(wù)平臺
3 云制造平臺軟件資源管理和調(diào)度
3.1云資源存儲方式及其搜索算法
GFS是Google提出的分布式文件系統(tǒng)，它的主要特點(diǎn)是海量文件數(shù)據(jù)的安全存儲及其高效快捷的查詢、讀寫。一個GFS群集包含一個主服務(wù)器和多個文件塊服務(wù)器；客戶端與主服務(wù)器只進(jìn)行少量的元數(shù)據(jù)交互和操作，而所有具體文件數(shù)據(jù)訪問及其傳輸通信都是直接和塊服務(wù)器進(jìn)行的。借鑒GFS的原理，本文構(gòu)建了云制造環(huán)境下海量云資源的存儲方式及其訪問搜索算法。
云制造系統(tǒng)中需要管理海量的各種各樣的共享硬軟件云資源。本文基于開放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MySQL，為海量云資源構(gòu)建了一個主服務(wù)器(mainServer)和若干分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)器(nodeServer)。主服務(wù)器存放云平臺可提供的所有云資源服務(wù)的元數(shù)據(jù)，每個節(jié)點(diǎn)服務(wù)器提供相應(yīng)。
云資源服務(wù)的所有虛擬機(jī)的名稱、物理地址、狀態(tài)信息、執(zhí)行服務(wù)的SheU關(guān)鍵代碼等。通過上述主服務(wù)器和節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上的兩套數(shù)據(jù)庫表，可以保證對云制造系統(tǒng)中海量云資源的快速查詢和訪問。云資源的存儲及其訪問架構(gòu)如圖3所示。遠(yuǎn)程客戶根據(jù)所需資源服務(wù)的類型，首先在主服務(wù)器中搜索相應(yīng)的資源服務(wù)類型的狀態(tài)值state；state8-2表示該資源服務(wù)使用量已達(dá)極限，暫時不能提供該類型的服務(wù)，反饋“等待”信息；statee-1表示目前云平臺可提供相應(yīng)資源服務(wù)，所以從相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器中獲得該資源服務(wù)的詳細(xì)信息，并形成具體的資源服務(wù)命令(Shell代碼)，以及提供該資源服務(wù)的具體虛擬機(jī)的物理地址(VM標(biāo)識)。遠(yuǎn)程客戶根據(jù)反饋的Shell代碼及相應(yīng)VM標(biāo)識信息，執(zhí)行相應(yīng)的資源服務(wù)。
圖3 云服務(wù)的存儲及其搜索過程
基于上述云資源的存放數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，通過下述findidandshell算法可以實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程客戶服務(wù)請求的云平臺的相應(yīng)服務(wù)檢索：
3.2制造云資源服務(wù)的調(diào)度執(zhí)行
基于遠(yuǎn)程Web客戶端的服務(wù)請求的云資源服務(wù)的調(diào)度執(zhí)行方法如圖4所示。具體通過下述scheduling算法實(shí)現(xiàn)：
圖4 云資源調(diào)度原理圖
TypeCmd是云資源服務(wù)的調(diào)用主程序，它采用VB. Net多線程編程，避免了大量請求情況下TypeC-and服務(wù)響應(yīng)過慢的問題。對于升peCmd主程序，不同的用戶云資源服務(wù)請求有不同的“Shell代碼”及其“VMid"，它們決定了用戶的某個服務(wù)請求具體用什么命令，在哪臺虛擬機(jī)上執(zhí)行。
如果用戶所請求的服務(wù)為軟件資源服務(wù)，那么可以安排到合適的虛擬機(jī)運(yùn)行。虛擬機(jī)服務(wù)啟動后，在VCenter的管理下，可以保證動態(tài)遷移和7×24h的可靠運(yùn)行，而資源使用方并不關(guān)注具體是哪臺虛擬機(jī)在提供服務(wù)。當(dāng)虛擬機(jī)中的資源服務(wù)結(jié)束后，平臺獲得服務(wù)完畢信息并修改相應(yīng)nodeServer表中的資源服務(wù)狀態(tài)信息。
如果用戶所請求的資源服務(wù)是機(jī)床加工、實(shí)物測試一類的硬件資源服務(wù)，TypeCmd主程序的執(zhí)行結(jié)果可能是一個短信通知、一個遠(yuǎn)程的串口通信指令或發(fā)給遠(yuǎn)程硬件設(shè)備終端的一份任務(wù)單等，用于通知或啟動相應(yīng)的設(shè)備(或人員)進(jìn)行相應(yīng)的資源服務(wù)。
4 基于云制造平臺的遠(yuǎn)程電磁分析服務(wù)
電機(jī)設(shè)計制造過程中，其電磁分析設(shè)計是一個關(guān)鍵步驟。Ansoft是一套電機(jī)設(shè)計軟件，包括MAXWELL、SIMPLORER、RMxprt和PExprt等模塊，可用于高頻產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品等的分析設(shè)計。本文提供的遠(yuǎn)程電磁計算服務(wù)基于對RMx—prt和MAXWELL的調(diào)用和操作，研究開發(fā)的TypeCmd程序可以利用RMxprt自動生成計算元模型，并自動進(jìn)行材料等屬性的配置，最后自動調(diào)用MAXWELL進(jìn)行電磁分析計算服務(wù)。
客戶瀏覽器端發(fā)出服務(wù)請求，并從云平臺獲取到相應(yīng)的Shell代碼后，云平臺將調(diào)用與之對應(yīng)的TypeCmd程序并執(zhí)行PowerShell命令，以啟動相對應(yīng)的虛擬機(jī)及其包含的應(yīng)用軟件資源。
該資源服務(wù)相應(yīng)的執(zhí)行主程序(TypeCmd程序)的偽代碼如下：
MaxWellCmd．psl中的以上關(guān)鍵信息來自遠(yuǎn)程客戶端的Shell代碼里的動態(tài)信息，從而可保證及時啟動相應(yīng)虛擬機(jī)上的相應(yīng)服務(wù)。
為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的電磁計算分析服務(wù)，本文通過對MaxweU執(zhí)行程序的各種配置文件及其輸入文件的分析，建立電磁計算的元模型，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶對該應(yīng)用軟件的客戶化參數(shù)設(shè)置。遠(yuǎn)程虛擬機(jī)啟動電磁計算程序時，自動讀取遠(yuǎn)程客戶端所輸入的電磁計算所需要的各種配置信息，實(shí)現(xiàn)電磁計算軟件所需要的客戶化配置，避免了應(yīng)用軟件的本地化人機(jī)對話式操作。
電磁分析計算服務(wù)完成之后，其計算結(jié)果以兩種方式反饋給遠(yuǎn)程客戶：一種是直接將計算完成之后生成的如pwrlos．dat、current．dat等dat文件(文本文件)上傳到云平臺服務(wù)器，供遠(yuǎn)程客戶通過Web瀏覽器下載；另一種是在Web瀏覽器端以文本和圖形方式直接顯示。圖5所示為程客戶下載的電磁分析結(jié)果數(shù)據(jù)文件片段及其結(jié)果曲線的顯示片段。
圖5 遠(yuǎn)程客戶下載的數(shù)據(jù)文件片段及其曲線顯示
5 結(jié)語
云制造是基于云計算的一種新的制造模式，目前還處于初級發(fā)展階段；如何構(gòu)建各種云制造服務(wù)平臺并為分布式客戶提供各種制造資源服務(wù)還有待深入研究和實(shí)踐。本文基于Ⅵ3架構(gòu)初步建立了一個云制造服務(wù)平臺，針對云制造海量資源的管理和調(diào)度特別是SaaS服務(wù)調(diào)度，依據(jù)GFS分布式文件存儲的原理提出了一種滿足云制造要求的云中軟件資源管理和調(diào)用方法，在一定程度上能快速高效地調(diào)度云資源并為遠(yuǎn)程客戶提供資源服務(wù)�；谠撈脚_的Ansoft電磁計算軟件的遠(yuǎn)程調(diào)用驗證了本文所研究方法的可行性。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(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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