云技術(shù)在軸承領(lǐng)域的應(yīng)用

蔡向東

(嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息管理分院，浙江 嘉興 314036)

我國已成為世界軸承生產(chǎn)大國，然而企業(yè)數(shù)量眾多，優(yōu)勢相對分散，各企業(yè)普遍缺乏有效的知識積累和管理手段，相互間也缺少合適的協(xié)作機制，重復(fù)化生產(chǎn)十分嚴重，導(dǎo)致大而不強。而且我國的軸承企業(yè)普遍存在歷史較短，高端技術(shù)人才缺乏等問題，要想迅速提高企業(yè)整體水平，僅靠各個企業(yè)的單打獨斗是不行的，需要通過一個有效的平臺將整個行業(yè)的經(jīng)驗、技術(shù)和創(chuàng)造力整合起來，形成一個有機整體，才能在嚴酷的國際競爭中有所作為。

因此，將云技術(shù)的理念引入軸承行業(yè)，利用其海量數(shù)據(jù)分布存儲、分布式計算模式和平臺管理技術(shù)的優(yōu)勢，將軸承領(lǐng)域的設(shè)計、技術(shù)等知識系統(tǒng)地匯總于云系統(tǒng)中，使行業(yè)資源在企業(yè)間得到充分共享和有效利用，而不受空間和人力資源的制約。

1 云技術(shù)概況

1.1 云技術(shù)基本理念

由于云技術(shù)尚處于發(fā)展階段，各個行業(yè)領(lǐng)域?qū)Α霸啤钡睦斫庖膊槐M相同[1-3]。

(1)維基百科定義：云計算將IT相關(guān)的能力以服務(wù)的方式提供給用戶，允許用戶在不了解提供服務(wù)的技術(shù)、沒有相關(guān)知識及設(shè)備操作能力的情況下，通過因特網(wǎng)獲取需要的服務(wù)[2]。

(2)中國云計算網(wǎng)定義：云計算是分布式計算、并行計算和網(wǎng)格計算的發(fā)展，或者說是這些科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn)[3]。

(3)在綜合多種定義的基礎(chǔ)上，Vaquero等給出的定義如下：云是一個包含大量可用虛擬資源(例如硬件、開發(fā)平臺以及I/O服務(wù))的資源池。這些虛擬資源可以根據(jù)不同的負載動態(tài)地重新配置，以達到更優(yōu)化的資源利用率。這種資源池通常由基礎(chǔ)設(shè)施提供商按照服務(wù)等級協(xié)議采用用時付費的模式開發(fā)管理[4]。

對比上述定義可以發(fā)現(xiàn)，云技術(shù)是一種新興的商業(yè)計算模式，主要基于資源虛擬和分布式并行架構(gòu)兩大核心技術(shù)，同時網(wǎng)絡(luò)上提供了大量的開源軟件為用戶提供支撐。云技術(shù)有效地節(jié)約了企業(yè)在硬件投入、軟件開發(fā)和維護方面的成本。

虛擬化技術(shù)主要應(yīng)用于資源管理。虛擬化平臺將服務(wù)器虛擬為多個性能可配的虛擬機，對整個系統(tǒng)中所有的存儲和計算資源進行監(jiān)控和管理，并根據(jù)實際資源使用情況對資源進行靈活合理的分配和調(diào)度。

分布式并行架構(gòu)是云技術(shù)的另一個核心技術(shù)，用于將大量的機器整合為一臺超級計算機，提供海量的數(shù)據(jù)存儲和處理服務(wù)。整合后的超級計算機通過分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫和MapReduce技術(shù)(用于將大型的計算任務(wù)分解到多臺計算機進行并行計算的技術(shù))，提供海量文件存儲、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理編程方法和運行環(huán)境[5]。

根據(jù)云技術(shù)的核心理念和主要技術(shù)，其主要具有以下特征：

(1)共享。所有界面、應(yīng)用程序和文檔均有云技術(shù)平臺統(tǒng)一管理，使位于不同地理位置，使用不同操作系統(tǒng)及終端設(shè)備的團隊和個人方便地進行信息共享，方便了各方的協(xié)作和溝通。

(2)服務(wù)。云技術(shù)的本質(zhì)是一種服務(wù)，其實現(xiàn)機制對用戶透明，用戶無需了解云技術(shù)的具體機制，只需簡單編寫自己的云計算程序，在云系統(tǒng)中執(zhí)行，就可以獲得需要的服務(wù)。

(3)經(jīng)濟。云技術(shù)采用新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，利用網(wǎng)絡(luò)資源提供了超大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，避免了企業(yè)在硬件設(shè)施、軟件開發(fā)和系統(tǒng)維護方面的重復(fù)投資。

(4)高效。虛擬化技術(shù)和分布式并行架構(gòu)可保證海量數(shù)據(jù)的靈活存儲和有效管理，簡化了資源利用程序，可有效提高企業(yè)的整體運行效率。

(5)擴展。類似“云”的特性，隨著資源及需求的擴大，云系統(tǒng)可隨時進行擴充，滿足企業(yè)或個人不斷發(fā)展的需要。

1.2 云技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

“云”作為一種新興的商業(yè)服務(wù)模式，符合未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展中控制成本、節(jié)能減排等多方面的需求。因此，云技術(shù)被應(yīng)用于多種行業(yè)，如地震監(jiān)測、天文信息計算處理、醫(yī)學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及圖形圖像處理等。目前，亞馬遜、微軟、谷歌、IBM和英特爾等公司紛紛提出了“云計劃”。如亞馬遜的AWS，IBM和谷歌聯(lián)合開發(fā)進行的“藍云”計劃等，這對云技術(shù)的商業(yè)價值給予了極大的肯定。與此同時，學(xué)術(shù)界也紛紛對云技術(shù)進行深層次的研究，如谷歌同華盛頓大學(xué)、清華大學(xué)進行合作，啟動云計算學(xué)術(shù)合作計劃，推動云技術(shù)的普及，加緊對云技術(shù)的研究；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等對數(shù)據(jù)密集型超級計算進行探索，對云技術(shù)的核心技術(shù)進行深入的研究[6]。

2 云技術(shù)在軸承行業(yè)的應(yīng)用

軸承企業(yè)是知識密集型的企業(yè)，市場需求、行業(yè)資源、設(shè)計分析理論、試驗檢測手段等各項知識理論體系對企業(yè)的發(fā)展均至關(guān)重要。若要每個企業(yè)在這些方面都均衡發(fā)展，不僅會造成大量的重復(fù)建設(shè)和浪費，而且對單個企業(yè)來說也不現(xiàn)實，急需一個收集和提供各方面信息的平臺來服務(wù)整個行業(yè)。另外，要增強國內(nèi)軸承行業(yè)的整體水平，離不開企業(yè)間的相互聯(lián)系和合作。云技術(shù)的出現(xiàn)能解決上述兩個問題，有效整合信息資源，為企業(yè)間的合作提供平臺，發(fā)揮企業(yè)群體優(yōu)勢，給整個軸承行業(yè)帶來更好的經(jīng)濟性。

2.1 設(shè)計云系統(tǒng)基本構(gòu)成

軸承設(shè)計一直是軸承生產(chǎn)過程中的重中之重。由于新產(chǎn)品的設(shè)計過程需要從客戶、材料、工藝等諸多方面獲取信息，進行大量的校核計算，并反復(fù)與軸承生產(chǎn)的其他各個環(huán)節(jié)進行溝通，設(shè)計周期較長，嚴重影響整個生產(chǎn)流程的效率。云技術(shù)可以通過海量存儲技術(shù)和虛擬化管理的方式來匯總來自不同方面的信息資源供設(shè)計人員隨時調(diào)用，節(jié)約了大量調(diào)研時間，并可隨時與各方面進行溝通。另外，云技術(shù)所采用的分布式計算模式可通過服務(wù)的方式提供給設(shè)計人員，設(shè)計人員只需進行簡單的編程，即可將計算任務(wù)交付給大型服務(wù)器進行運算，既提高了計算效率，又節(jié)約了普及高級計算設(shè)備的成本損耗。

圖1是軸承企業(yè)一般設(shè)計云系統(tǒng)的構(gòu)成，主要包括設(shè)計理論數(shù)據(jù)庫、設(shè)計實例數(shù)據(jù)庫、參數(shù)計算校驗平臺。設(shè)計理論數(shù)據(jù)庫包括常用的設(shè)計理論、材料、設(shè)計方法、試驗檢驗標(biāo)準等；設(shè)計實例數(shù)據(jù)庫包括汽車、精密機械等多種類型軸承的設(shè)計實例；參數(shù)計算校驗平臺主要用于設(shè)計參數(shù)的計算和校核。這是一個公共的平臺，可供設(shè)計人員、客戶及其他相關(guān)單位或個人通過網(wǎng)絡(luò)來獲取資源，也能為平臺提供資源，以實現(xiàn)設(shè)計平臺的動態(tài)擴充。

圖1 軸承企業(yè)設(shè)計云系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 試驗檢測云系統(tǒng)基本構(gòu)成

試驗檢測云系統(tǒng)的建設(shè)思路與設(shè)計云系統(tǒng)稍有區(qū)別。設(shè)計云系統(tǒng)重在擴充企業(yè)各自的設(shè)計研發(fā)資源，提升各自的設(shè)計水平，試驗檢測云系統(tǒng)是建立在行業(yè)的基礎(chǔ)上，整合不同企業(yè)在試驗方面的技術(shù)優(yōu)勢，以達到相互協(xié)作、取長補短的目的。

試驗檢測云系統(tǒng)方案包括試驗數(shù)據(jù)中心和實驗室實體兩部分。試驗數(shù)據(jù)中心的主要構(gòu)架為硬件(服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源)及管理軟件；具有不同試驗檢測技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)可提供相關(guān)試驗設(shè)備和檢測環(huán)境等。相關(guān)實驗室可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)中心，利用虛擬化和云系統(tǒng)資源來提高其信息化集成度和綜合能力，其他企業(yè)則通過訪問數(shù)據(jù)中心，以獲取服務(wù)的方式來共享試驗檢測資源。具體方案為采用虛擬化的數(shù)據(jù)平臺將各企業(yè)原有分散管理、應(yīng)用獨占的基礎(chǔ)架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一管理、所有應(yīng)用共享的資源平臺，通過統(tǒng)一管理平臺，依據(jù)不同企業(yè)的業(yè)務(wù)需求動態(tài)分配試驗資源?？梢杂行Ы档途S護人員的工作量，提高管理效率，提高可靠性，確保試驗檢測資源在軸承業(yè)界內(nèi)實現(xiàn)合理的分配。另外，以服務(wù)的方式管理試驗檢測資源，亦有效拓展了試驗檢測資源擁有企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍。

3 云技術(shù)在軸承行業(yè)的應(yīng)用案例

圖2為軸承企業(yè)試驗檢測云系統(tǒng)架構(gòu)圖，包括前端桌面虛擬化和后端動態(tài)、高效的數(shù)據(jù)中心以及云資源集中統(tǒng)一的管理，分為物理資源區(qū)(試驗資源)、云計算服務(wù)核心、虛擬化應(yīng)用環(huán)境和虛擬化終端桌面4部分。

圖2 軸承企業(yè)試驗檢測云系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 云系統(tǒng)基本組成

物理資源區(qū)包括服務(wù)器群、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備及軸承試驗資源等。云計算服務(wù)核心主要配置VMware軟件，依靠VMware vSphere和VMware View等實現(xiàn)資源池管理、用戶管理、資源部署等。虛擬化應(yīng)用環(huán)境由虛擬機軟件提供虛擬服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等虛擬試驗環(huán)境。用戶通過虛擬化桌面，可以采用獨立PC或瘦客戶(Thin Client)終端的方式，訪問云計算平臺資源。

數(shù)據(jù)中心對整個云資源進行集中管理，包括用戶管理、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計算資源、存儲資源等。管理員可根據(jù)某一用戶需求快速部署應(yīng)用環(huán)境，用戶可以在園區(qū)內(nèi)或者外部(互聯(lián)網(wǎng))調(diào)用云平臺資源。

3.2 虛擬化資源配置當(dāng)量

配置當(dāng)量(按實際物理資源與產(chǎn)生虛擬桌面資源的比例)如下：

(1)每顆物理CPU可以帶3～4個VM(Virtual Machine虛擬機)。

(2)每個虛擬桌面需分配1 000 MB左右內(nèi)存。

(3)每個虛擬桌面20 GB存儲空間。

(4)存儲和服務(wù)器之間采用FC SAN架構(gòu)，試驗數(shù)據(jù)和信息均需要海量存儲。在FC SAN架構(gòu)中，考慮到虛擬桌面并發(fā)啟動對高IOPS的要求，建議配置部分SSD固態(tài)硬盤，應(yīng)對IO峰值要求。另外，存儲最好具備自動分層功能，讓熱點數(shù)據(jù)和非熱點數(shù)據(jù)自動在高性能盤和大容量廉價盤之間雙向調(diào)度。

(5)每個虛擬桌面需占用200～250 kB/s連接帶寬。

按照以上的配置當(dāng)量，1臺服務(wù)器配置為雙路6核CPU(2 GHz以上)，96 G內(nèi)存，2HDD，4～8個千兆網(wǎng)口，2口HBA卡的物理，即可拖動30～50個虛擬終端桌面，供50個用戶同時使用。

3.3 云計算資源配置

對于總計有600個終端用戶的園區(qū)，考慮N+1的冗余設(shè)計，采用配置見表1。

表1 服務(wù)器及安全設(shè)備配置

經(jīng)過估算，云計算環(huán)境基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器總計需要約5 TB的空間，設(shè)計為每個虛擬桌面需要分配3 G存儲用于存放緩存文件，總計緩存需求約為1.8 TB。從安全方面考慮，將用戶數(shù)據(jù)全部存放于數(shù)據(jù)中心，每個用戶預(yù)留20 GB空間，用戶數(shù)據(jù)存儲總計需要規(guī)劃12 TB。在不考慮存儲災(zāi)備的情況下，存儲及存儲網(wǎng)絡(luò)硬件配置見表2。服務(wù)支撐軟件配置見表3。

表2 存儲及存儲網(wǎng)絡(luò)硬件配置

表3 云計算軟件配置

按照以上硬件、軟件、存儲和網(wǎng)絡(luò)的配置，即可實現(xiàn)同時支持600個終端用戶的云計算資源平臺。此方案仍屬行業(yè)私有云的范疇，可為軸承企業(yè)提供設(shè)計和試驗檢測等方面的IT支持和服務(wù)。

4 結(jié)束語

作為一種新興商業(yè)模式，云技術(shù)具有的易操作性、服務(wù)性、經(jīng)濟性、高效性和可動態(tài)擴展特點為軸承企業(yè)的發(fā)展和協(xié)作提供了廣闊的前景，但是在看到云技術(shù)一系列優(yōu)勢的同時，也要看到云技術(shù)本身仍存在著一些問題。首先，數(shù)據(jù)安全性是多數(shù)企業(yè)最擔(dān)憂的問題。此處的安全性主要包括兩個方面：一是保證企業(yè)的信息不外漏；二是當(dāng)企業(yè)需要時，能夠迅速準確地獲取到相關(guān)信息。其次是云技術(shù)仍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準。如果企業(yè)本地系統(tǒng)與云技術(shù)平臺的軟件不兼容，則需要制定相應(yīng)的標(biāo)準來解決這一問題。隨著這些難題的解決，云技術(shù)必將在軸承行業(yè)發(fā)揮應(yīng)有的作用。