智能制造工程設(shè)計虛擬仿真教學(xué)輔助云平臺整體解決方案

智能制造工程設(shè)計虛擬仿真教學(xué)輔助云平臺

整體解決方案目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"需求分析 3\o"CurrentDocument"痛點與難點 3\o"CurrentDocument"市場需求 3\o"CurrentDocument"解決方案 4\o"CurrentDocument"總體框架 5平臺架構(gòu)圖 6\o"CurrentDocument"整體功能框架 6網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 7\o"CurrentDocument"功能簡介 7\o"CurrentDocument"應(yīng)用場景 8\o"CurrentDocument"優(yōu)勢 8\o"CurrentDocument"打造仿真生態(tài) 9超強的整合能力 10\o"CurrentDocument"方案價值 10智能制造工程設(shè)計虛擬仿真教學(xué)平臺以“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略為核心，結(jié)合當(dāng)前最前沿的智能制造技術(shù)與應(yīng)用，以數(shù)字化工廠和智能制造為主題，為學(xué)校工科、經(jīng)管等專業(yè)群提供基于AR+的場景認(rèn)知的行業(yè)認(rèn)知、工業(yè)4.0技術(shù)認(rèn)知的新型沙盤教學(xué)平臺。學(xué)習(xí)者可以利用AR虛擬仿真教學(xué)平臺了解智能制造工廠的主要元素并自主構(gòu)建虛擬工廠，體驗智能科技與技術(shù)對于制造業(yè)帶來的影響與變化。這種學(xué)習(xí)體驗更易激發(fā)學(xué)生大腦促成參與者主動去學(xué)習(xí)探索，極大擴展學(xué)習(xí)者的知識范圍，訓(xùn)練參與者的素質(zhì)技能。一、背景計算機輔助工程主要用于模擬分析、驗證和改善設(shè)計，CAE這里也稱之為仿真。簡單來說仿真即是虛擬試驗。但凡需要試驗的地方，就需要仿真。仿真技術(shù)在幾乎全部制造業(yè)中都有應(yīng)用。典型客戶包括汽車、航空航天、能源、軍工、醫(yī)療、化工、機械、電子等眾多領(lǐng)域。仿真并不只是在項目結(jié)尾驗證設(shè)計，工程師可以在整個產(chǎn)品開發(fā)周期內(nèi)使用仿真技術(shù)，從而改善流程中每一步的性能和可靠性。在概念設(shè)計過程中使用仿真技術(shù)以了解可行性并確定最佳方法；在詳細(xì)設(shè)計過程中，仿真技術(shù)用于根據(jù)性能和要求制定決策，避免過度設(shè)計；產(chǎn)品設(shè)計完成后，仿真技術(shù)用于進行驗證，從而確保設(shè)計滿足所有要求，然后再進行投資。仿真離不開軟件和硬件，仿真軟件百花齊放，但目前占據(jù)主角的還是國外商業(yè)CAE軟件，采購價動輒幾十萬起步。CAE仿真屬于計算密集型應(yīng)用。一般借助高性能專業(yè)計算服務(wù)器實現(xiàn)，高主頻CPU、大內(nèi)存、超高速內(nèi)網(wǎng)是基本需求，真正有需求的普通中小制造企業(yè)一般無力企及。云技術(shù)將高性能計算能力以較低的成本交付給大眾變成了可能。公司已擁有超過200臺服務(wù)器供公眾仿真使用。提供了超過50個不同的軟件包，包括成熟的商業(yè)軟件、開源軟件以及自主研發(fā)軟件，這些軟件包都可以在云上訪問，并且可以使用高性能計算能力。該平臺允許用戶為他們使用的計算能力和時間付費。軟件方面，用戶可以按次付費，或者攜帶自己的許可證。為計算資源提供每秒的計費，并正在推動軟件許可的每秒計費?！吨袊圃?025》將仿真技術(shù)列為需大力推動并實現(xiàn)突破的重要技術(shù)。仿真上云是我們實現(xiàn)彎道超車的好機會。我們要抓住機遇，落實應(yīng)用。二、需求分析2.1痛點與難點當(dāng)前，企業(yè)在研發(fā)設(shè)計過程中面臨著諸多痛點與難點：.硬件專：設(shè)備高度依賴圖形工作站，成本高。.軟件貴：工業(yè)設(shè)計軟件高度依賴進口，價格昂貴。.協(xié)同無：設(shè)計終端工作環(huán)境相對獨立，資源及數(shù)據(jù)分離。.管理難：軟硬件升級維護復(fù)雜，成本高、效率低。.安全弱：設(shè)計終端無法有效管控，文件傳輸難，安全性弱。2.2市場需求通過對市場進行全面調(diào)研以及與企業(yè)進行深入溝通，了解到企業(yè)對高性能計算設(shè)計仿真云平臺的需求為如下幾點：L提高硬件計算能力。支持2D及3D設(shè)計、仿真分析、圖像處理、項目數(shù)據(jù)管理等設(shè)計仿真軟件的流暢運行，支持多人協(xié)同設(shè)計，可滿足數(shù)十位甚至近百位工程師同時開展設(shè)計工作。.數(shù)據(jù)安全及共享。實現(xiàn)研發(fā)數(shù)據(jù)文件安全管控，構(gòu)建帶有權(quán)限控制的文檔管理系統(tǒng)，可按個人、部門、企業(yè)進行文檔分類與存儲，用戶只能查看與自己相關(guān)的文檔資料，保證核心數(shù)據(jù)不落本地。.設(shè)計環(huán)境高度一致。企業(yè)不同設(shè)計組不同工程師使用的軟件版本可能存在差異，這種不統(tǒng)一或?qū)?dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計出現(xiàn)偏差，因此要求保持設(shè)計環(huán)境的一致性。.簡化維護管理。軟件的安裝、升級及維護由云平臺管理員進行處理，利用云計算技術(shù)釋放用戶計算機能力，減少設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。.高可用保障。當(dāng)某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障停機維護時，需確保所有用戶仍可正常開展工作，保證整個云平臺系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與高可用性。.降低TCO?？筛鶕?jù)業(yè)務(wù)需求進行資源的靈活調(diào)整,企業(yè)無需購置昂貴的專業(yè)設(shè)備或因人員流失而造成昂貴設(shè)備的閑置，降低設(shè)備總體擁有成本。三、解決方案智能制造工程設(shè)計仿真云平臺將為制造企業(yè)提供全網(wǎng)絡(luò)（私有、混合、公有）的云平臺建設(shè)，基于Web提供作業(yè)提交、軟件運行、進度監(jiān)控、文件管理等功能。用戶無需關(guān)注后端資源配置問題，例如license配置、服務(wù)器硬件配置。

用戶基于Web的統(tǒng)一界面柞業(yè)提交軟忤運獰語度監(jiān)性文件管理髓戶道理用戶基于Web的統(tǒng)一界面柞業(yè)提交軟忤運獰語度監(jiān)性文件管理髓戶道理無需關(guān)注后Ml的資源配■: J智能制造工程設(shè)計仿真云平臺將幫助客戶在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下實現(xiàn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建立客戶所在行業(yè)生態(tài)的競爭優(yōu)勢。、總體框架云計算經(jīng)過多年發(fā)展，技術(shù)已非常成熟，在改變原有傳統(tǒng)IT架構(gòu)的同時，也在改變業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用模式。智能制造工程設(shè)計仿真云平臺將傳統(tǒng)固定的IT資源轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的混合云、私有云和公共云資源，其基礎(chǔ)則是高性能計算基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。在平臺上提供成百上千的軟件應(yīng)用，而且通過云端為企業(yè)提供即時支持?？山鉀Q傳統(tǒng)IT架構(gòu)下存在的數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理、資源利用率低下、桌面環(huán)境復(fù)雜等問題，具備高效運維、靈活辦公、數(shù)據(jù)安全等諸多優(yōu)點。4.14.1平臺架構(gòu)圖分下機榭E外九歸侑息中心■據(jù)中心M苴a仿更應(yīng)用辦公應(yīng)用設(shè)計應(yīng)用X|ANSYSw系統(tǒng)PaaS應(yīng)用管理交付肯理YouBox容增聚面F@網(wǎng)4.2整體功能框架， 分下機榭E外九歸侑息中心■據(jù)中心M苴a仿更應(yīng)用辦公應(yīng)用設(shè)計應(yīng)用X|ANSYSw系統(tǒng)PaaS應(yīng)用管理交付肯理YouBox容增聚面F@網(wǎng)4.2整體功能框架， 加史金 施控臂理 管珅程限 日志毒色 費逮幕用 期，統(tǒng)一號錄云平臺夏班環(huán)里：葬CPLI/GPU'，內(nèi)存占'存解R修柞系就 ￡制墻設(shè)推普通員工（高級員工）「系機修理員313I二回）M4.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)五、功能簡介提供統(tǒng)一的門戶訪問，有網(wǎng)就能開啟仿真應(yīng)用，調(diào)用計算資源；高性能計算集群的調(diào)度管理，并行求解云端加速，輕松實現(xiàn)幾千核并行加速計算；通過云桌面方式提供給用戶原生的仿真GUI界面啟適應(yīng)支持1~25個用戶并發(fā)使用，用戶桌面還支持分享；集成網(wǎng)盤功能實現(xiàn)文件云端管理，支持文件夾上傳下載。數(shù)據(jù)支持?jǐn)帱c續(xù)傳，增量實時更新；教案、教輔材料、學(xué)生的實驗工程、軟件介質(zhì)等在云端環(huán)境統(tǒng)一管理。提供資源分享、資源定期備份和資源版本管理功能；?實現(xiàn)教學(xué)情況的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計功能，例如投入仿真實驗的時間、實際進行仿真的次數(shù)等數(shù)據(jù)都可實現(xiàn)全面的跟蹤；?完備的知識管理體系支撐工具，數(shù)據(jù)多地同步，通過用戶分組、資源共享實現(xiàn)團隊協(xié)作。監(jiān)控管理工具可定制，實時監(jiān)控任務(wù)狀態(tài)以及資源使用情況（CPU/內(nèi)存等）；線上直播會議系統(tǒng)支持上傳PDF課件、支持分享屏幕或者應(yīng)用，特別適合1對1、1對多各種情形下的在線培訓(xùn)或者教學(xué)活動。課程管理系統(tǒng)可用于創(chuàng)建基于Internet的課程和網(wǎng)站；包含網(wǎng)站管理、用戶管理、課程管理、作業(yè)模塊、聊天模塊、投票模塊、論壇模塊、測驗?zāi)K、資源模塊、問卷調(diào)查模塊、專題討論等功能。六、應(yīng)用場景支持多種工業(yè)軟件。包括AutoCad、CAXACad、中望Cad、Catia、SolidWorks、UG、PTC.Inventor.Ansys、MSCPatran，以及ERP、PDM、PLM、MES等。主要應(yīng)用行業(yè)。航空航天、機械制造、能源交通、建筑設(shè)計、模具制造設(shè)計、汽車安全與輕量化設(shè)計、電子信息、機器人研發(fā)設(shè)計、壓力容器、裝備制造、礦山開采與冶煉、工業(yè)設(shè)計、內(nèi)燃機等。主要應(yīng)用場景。制造型企業(yè)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以及私有云、公有云等。七、優(yōu)勢7.1打造仿真生態(tài)面向大規(guī)模計算的無封裝Web云端平臺。客戶無需安裝任務(wù)軟件即可使用，仿真計算任務(wù)靈活實現(xiàn)，可快捷完成數(shù)據(jù)管理、作業(yè)管理、前后處理等全部工作,使用該系統(tǒng)將集群系統(tǒng)變得更加簡單，可將更多的精力投入到其他方面，工作效率與產(chǎn)出明顯提升。高性能計功能可以通過網(wǎng)頁端和手機端提交并行計算任務(wù)，并能實時查看收斂曲線和日志。如下圖所示：云桌面功能則能解決包括前后處理和求解計算，適應(yīng)更廣范圍的使用場景。多種應(yīng)用在云桌面的集成也使得復(fù)雜的多物理場耦合計算成為可能。7.2超強的整合能力無縫對接超算資源實現(xiàn)算例的并行加速（目前已實現(xiàn)11種軟件并行），包括云桌面的應(yīng)用也可以實現(xiàn)高性能并行計算（目前已實現(xiàn)Ansys系列、abaqus、starccm等）。各類數(shù)據(jù)，諸如文檔、圖片、視頻等通過網(wǎng)盤在云端中心實現(xiàn)統(tǒng)一。完善的數(shù)據(jù)分享、數(shù)據(jù)歷史信息以及版本信息等功能讓內(nèi)部數(shù)據(jù)管理不再雜亂無序。更進一步提供知識庫管理功能，提供類似于wiki的知識結(jié)構(gòu)化能力。支持節(jié)點使用異構(gòu)的操作系統(tǒng)，無縫接入windows、ubuntu、centos。支持多種類型的控制接入a$卜遠(yuǎn)程命令行控制，vnc、rdp方式的遠(yuǎn)程桌面?；趕lurm的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度策略可實現(xiàn)對Infiniband網(wǎng)絡(luò)的支持，slurm對多種MPI有很好的支持如OpenMPI、MVAPICH2、IntelMPI等