免费工业云平台（工业云平台的建设与应用实践）
免费工业云平台（工业云平台的建设与应用实践）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。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50TFlops通用处理器，50TFlops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 Linux Enterprise Server 10 sp2操作系统，其余管理节点安装了RedHat Enterprise 5.3操作系统。
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10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。
1工业云的发展背景
1.1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。
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50TFlops通用处理器，50TFlops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 Linux Enterprise Server 10 sp2操作系统，其余管理节点安装了RedHat Enterprise 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。
(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口，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，即根据不同用户群的需求定制不同的虚拟机模板，通过虚拟机池动态的使用这些模板，实现操作系统、应用软件资源的动态迁移，最大化的利用物理机资源，实现应用与硬件资源、虚拟资源的映射管理；应用软件资源云服务化研究，即利用对基于FlexLM浮动许可证的调度来实现商业应用软件服务的动态分配应用，提供开发接口实现扩展应用软件的服务化，标准化封装应用服务模块实现应用服务的定制构建等。
(2）云服务管理技术
在虚拟化基础上，针对云服务使用方、提供方和运营方使用、开发封装发布和管理服务的特点，研究云端接入技术、云端服务定义、云端服务发布管理、资源提供商定价与结算管理和资源分割管理等，以及云服务标准化与测试管理、接口管理、用户管理、系统管理、数据管理、云任务管理、高性能计算调度管理等。
2.3CAD/PLM软件云服务技术
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。发布技术将对企业核心数据进行轻量化和IP保护处理，充分保护企业知识资产。
(2）CAD/CAM/CAPP等软件的云服务技术
公司拥有自主知识产权的二维和三维CAD软件、CAPP、CAM、DNC、PDM、MPM等PLM软件产品和解决方案，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域。目前在市场上热销的产品有16款，分别为：CAXA电子图板、CAXA工艺图表、CAXA实体设计、CAXA工艺汇总表、CAXA图文档管理、CAXA制造工程师、CAXA线切割、CAXA网络DNC、CAXA数控车、CAXA V5 PDM、CAXA V5 CAPP、CAXA V5 MPM等。
CAD/CAM/CAPP等软件，对本地计算资源有较高的要求，数据模型较大，并且有很强的交互特点，在目前的带宽约束下将所有的计算能力全部转移到云端不现实，项目中将采用上图中的“蓝点”技术，将桌面工具软件与云端连接在一起，实现工具软件与公有云和私有云的协同。工具软件做相关技术改造，以支持云授权、云存储、云端资源访问、云端业务协同等能力。
(3）PLM云服务技术
基于工业云平台，重构PLM体系架构，支持多租户技术，为企业用户提供数据银行服务、业务流程定义及管理服务以及跨部门、跨企业的产品数据消费服务。PLM云服务技术平台如图4。
2.4工业内容服务技术
工业内容服务平台如图5。内容服务将向用户提供各类数字化的工业内容服务，包括标准、手册、标准零部件库、图纸模板、工艺规程模板、成功应用案例等，内容服务涉及内容的数字化定义、内容数字化发布机制、内容数字化订阅、内容与CAD/CAM/CAPP等软件集成应用等关键技术。
2.5行业应用模板
对工业应用按照行业进行分类。制造业可以分成多个行业，从大的分类来看，可分成装备制造、电子电器、国防军工、汽车及零部件等。每个大行业内又可细分为不同的子行业，如装配制造包括石油机械、矿山机械、起重运输机械、通用机械、通用零部件、包装机械等；电子行业包括电子元器件、电子消费品、计算机及外设；电器包括输配电、发电设备、家电等；国防军工包括航空、航天等；汽车零件包括汽车整车、摩托车、特种车、配套零部件等。
针对不同行业的应用特点，PLM云服务平台在产品数据模型的构造上，采用元模型驱动技术，通过元模型定义工具，定义出不同行业对应的业务域，以及领域内的数据类、关系模型、行为及方法，并通过应用元模型定义工具设定该领域对应的界面表现方式。数据元模型与应用元模型一起构成行业应用模板，不同的客户可以选择云计算服务器上不同的行业应用模板，获得最佳的行业应用实践体验。
2.6运维服务和推广体系
工业云服务平台还将建立健全工业软件云服务的运维服务体系，结合各地已有的基础，构建当地的工业软件服务网络，负责为区域用户提供面对面的技术支持服务，包括系统运行故障处理、系统维护及优化、系统功能完善、人员应用培训、应用总结和规划等服务，循序渐进地持续推进用户应用。
工业云服务平台将在全国重要的产业基地（珠三角、长三角、环渤海等区域），利用区域内的现有场所，建设工业软件体验中心，通过物理环境、软件环境的建设为用户提供一个学习和体验工业软件的场所，定期向区域企业提供工业软件培训，提高企业对两化融合的认识水平，指导企业信息化建设。
开展工业软件云服务平台的应用示范。选择若干家有代表性的制造企业，通过基于行业应用最佳业务实践模板的创新设计与协同制造业务流程的动态、快速构建和部署、云服务运营策略、服务模式、计收费模式等研究，开展工业软件云服务平台的应用示范，推动平台的产业化应用。
在此基础上，进一步选择区域或行业云服务典型用户，总结企业成功经验和有效做法，积极通过媒体、网上展示和体验中心体验等形式推广，形成面向市场的规模效应，实现工业软件云服务的规模成长。
以体验中心和典型示范应用为展示工业软件云服务的窗口，以多模式、全方位的运维服务体系为基础支撑，从而为工业软件云服务的普及和推广、为推进工业软件云服务的专业化进程提供保障。
3工业云服务内容和应用
3.1基本情况和功能介绍
工业云服务平台是专门面向工业企业，尤其是对制造型中小企业提供产品创新的公共服务平台。它涵盖了企业设计、制造、营销等主要产品创新流程所需要的各种工具和服务，基于SaaS模式，通过互联网向广大用户提供产品创新的新型IT服务。目前该平台已可以提供的服务和资源，包括：
3.1.1云设计
● 二维CAD服务
二维CAD是工程师进行产品和工程设计的基本工具。包括符合国家标准的绘图、编辑、工程标注、打印输出、数据接口等强大功能，兼容各种流行CAD的数据格式，完全满足机械工程师设计绘图的CAD需要，并能大幅提高绘图和设计的效率。
● 三维CAD服务
三维CAD是工程师进行产品设计和创新的强大利器，可以直观地进行三维产品可视化设计，建立三维数字化样机，通过仿真模拟，减少设计错误，优化产品结构，降低产品成本。
包括直接建模、参数化建模和混合建模等多种强大的3D建模和编辑能力；能够读入各种流行的三维CAD数据，将3D模型转成标准二维工程绘图，并实现打印输出的强大功能；能够处理实体、曲面、线框等多种模型数据，实现机构仿真、装配干涉检查、物性计算高级渲染、动画模拟等功能。
● 工程分析计算服务
工程分析计算服务，可以分析计算在各种温度场、电磁场、流体场情况下的关键零部件和机械结构的强度、刚度和疲劳情况，分析可能的失效模式，从而优化产品结构设计方案。可广泛应用于航空航天、汽车、机械装备和工程建设领域。
平台服务能够提供典型零部件的自动有限元分析计算，并自动输出计算分析报告。也可提供用户远程访问大型工程分析计算软件，以及用户自主分析计算的环境。还可以针对用户的专业工程问题，按项目提供专家进行有限元工程分析计算服务。
3.1.2云制造
● 数控编程服务
可根据用户的需要，提供各种数控加工机床的编程服务。包括提供2～4轴线切割编程服务，2～4轴数控车编程服务，3～5轴加工中心数控编程服务，以及相关的数控工艺规划、数控切削仿真模拟、特定机床的数控后置处理等服务。
● 制造资源协同
制造设备尤其是高档数控机床等由于采购成本巨大，中小企业很难承受。平台整合分散在区域内的具备各种制造资源如高档数控机床等的企业形成合力，为区域中小微企业提供3～5轴数控加工、传统机械加工的设备和加工能力的资源服务。
● 数控设备联网和运维监控服务
大量使用数控机床的生产型企业，可以通过将设备联网，并将现场生产加工的数据实时采集，并通过工业云实现对生产车间现场的远程运维监控和数据分析，进而改善和提高设备效率。
3.1.3云协同
● 协同营销服务
在人力成本和沟通成本大幅攀升的今天，利用协同营销服务，企业可以利用PC、平板电脑、智能手机构筑自己的移动工作管理和营销管理协同平台，提高内部沟通效率，快速响应市场需求。
可以方便地在组织内部进行工作记录和信息共享、客户沟通记录和项目跟踪，并自动沉淀与积累工作相关的知识和经验。
● 数据管理服务
用户可以利用工业云服务平台的云存储空间，实现资料的共享和协同，以及访问授权的管理，实现CAD图纸和模型的在线看图浏览，满足互联网时代处处协同、时时共享、安全交流的需求。企业可以在数据集中管理的基础上，根据自身的需求逐步建立自己的产品数据管理和产品生命周期管理系统。
3.1.4云资源
● 计算资源
用户自备工具软件、需要大规模计算资源时，能够远程登录高性能计算系统，部署私有环境实施计算处理，有良好的信息安全保障环境。目前拥有每秒200万亿次的计算能力，可提供超级计算机的机时租用服务。
● 存储资源
提供大规模云主机部署及弹性计算需求；支持组建虚拟私有云；提供大规模云存储测试环境；网络虚拟化支持；高可用、负载均衡测试环境以及大规模负载发生器环境。目前拥有100万G存储空间，可提供云端资源存储租用服务。
● 零部件库
提供包括国家标准GB、机械行业标准JB以及常用零部件的2000多种二维CAD、三维CAD软件的零部件图库，可以大幅提高企业设计效率。
● 专业应用构件
提供10多种基于二维CAD、三维CAD软件平台的专业构件，如压力容器设计、常用典型机械计算和典型结构绘图等专业应用构件。
● 产品模型
提供数百种二维CAD、三维CAD的典型机械的二维图纸、三维模型资料，方便用户参考和重用。模型总量还在持续积累过程中。
● 设计标准和手册
提供设计人员常用的数十种设计标准。如常用机械设计绘图国家标准、机械标准、化工标准、轻工标准等。
提供机械设计人员常用的设计手册，如机械设计手册、五金设计手册、机械加工工艺手册等。
● 电子产品目录
提供多种常用共性的零部件供应商的电子产品目录，方便设计人员查阅零部件的性能、规格和参数资料。如气动、液压、密封件、电机、减速器、齿轮、链轮、同步带等零部件的规格参数等信息。
3.1.5云社区
● 工业设计服务
工业设计服务包括机械设计、外形设计、结构设计、三维建模、动画模拟、机构仿真、工程绘图、渲染效果处理、可视化维修维护手册编制等多种服务。可针对用户各种设计的不同需求，按项目方式提供。
● 3D打印服务
针对在工业产品开模打样或设计评审、市场沟通、个性化定制等需要，3D打印的增材制造方式可以缩短企业产品设计周期、降低设计成本。3D打印服务拥有多种规格的熔融挤压快速成型设备和3D打印设备，以及多种成型材料、完整的快速成型和3D打印的工艺流程。可根据用户提供的3D模型和制作要求，进行不同颜色、不同材料和不同精度与尺寸规格的3D打印。
● 三维扫描服务
三维扫描广泛应用于工业检测、工业设计、快速成型、医学仿生等众多领域。针对客户的需求，还提供不同行业系列产品三维扫描仪，如制鞋行业、叶片系列产品、人脸等三维扫描产品及服务。三维扫描服务针对不同需求提供多种三维扫描产品和建模服务。
● 采购服务
覆盖企业“紧急采购”、“常规采购”、“大额采购”、“地缘性采购”多层次的采购需求，提供集多种采购信息发布、个性化定制采购、专场采购会、采购资源管理、供应商管理等功能为一体的全价值链网上采购解决方案服务。
● 培训服务
针对平台上各种常用的软件应用，按入门、提高、高级不同级别的需求安排课程。平台提供数百种软件在线软件培训、案例培训视频资料服务，并且每周持续提供常用工业软件的在线培训课程服务。
3.2工业云目前应用情况
工业云服务平台自2012年第一期建设目标完成并开始运行以来，平台上专业服务和专业资源不断丰富完善，目前已有各类软件服务超过20多种，零部件图库超过2000多种，图纸模型、手册标准超过1300多个、培训视频超过700个。平台注册会员快速增加，目前已超过7万，平台累计访问人次超过300万。在较短的时间里，就已取得良好的应用效果。
4结束语
工业云服务是大数据时代下诞生的新型制造业IT服务，虽然才刚刚起步，但是随着我国工业化和信息化的深度融合发展、工业云平台建设和应用的持续完善和发展，相信很快将会有越来越多的应用和服务会集成在这个平台上，越来越多的用户会链接到这个平台。创新的门槛将会大幅度降低，供需链产业链协同的效率将大大提高，一个人人创新、处处协同、时时共享的智慧工业时代即将到来。
