引言
在“中國制造”向“中國創造”轉型的關鍵時期，中國企業全面引進發達工業國家的工程計算軟件及相關研發技術，與之呼應配合的以國內超級計算中心為代表的公共云平臺機構亦將CAE、CFD、EDA等工程計算應用作為非常重要的服務內容。
國內超級計算中心借鑒國外超級計算中心的基礎架構建設模式，逐步配置了規模龐大的高性能計算服務器集群、豐富的工程計算應用軟件、成熟的高性能計算調度技術以及先進的工程計算服務咨詢能力，可以幫助企業用戶切實解決大規模、高水準的工程計算問題。但是經過多年的公共計算服務實踐之后，我們發現這種傳統高性能計算服務平臺仍然諸多不足，突出表現為以下方面：
1)操作復雜
傳統高性能計算平臺主要基于Linux系統，適合精通Linux系統的科學研究人員操控使用，而工程計算用戶普遍缺乏Linux基礎知識，容易困擾于Linux平臺上的算例調試及錯誤分析等技術細節，同時由于國外引進的高性能計算調度軟件難以進行二次開發及功能擴展，造成平臺用戶體驗下降，較大程度地影響了超級計算中心的服務推廣與技術支持工作。
2)功能局限
傳統高性能計算平臺僅能用于求解計算，而完整的工程計算過程包含幾何建模、前處理（網格剖分及算例設置）、求解計算、后處理這四個重要步驟，因此傳統高性能計算平臺無法提供完整的工程計算服務。
這種工程計算服務環節的缺失現狀導致以下實際情況：
（1）平臺用戶既需要購買超級計算中心的計算服務，也需要購置工程計算軟件或部分模塊，用戶的計算環境分裂，軟件工具碎片化現象嚴重；
（2）平臺用戶需要將龐大的仿真計算數據文件在割裂的計算環境中反復傳輸，耗時極長的網絡傳輸工作加劇了工程計算體驗下降，嚴重制約了研發分析效率。
充分認識并全面分析現有平臺服務模式的不足之后，北京市計算中心與上海泛云信息科技有限公司聯手協作，成功研發了全新的HY-Cloud工程計算公共云服務平臺，業內首家提供一站式工程計算全過程服務，目前HY-Cloud平臺服務已經向公眾用戶全面開放。
平臺架構
1系統概覽
HY-Cloud平臺是云計算模式在工程仿真領域的應用實踐，是將多學科仿真應用、高性能計算集群管理、基于工業仿真軟件的應用虛擬化、軟件許可證管控、管理門戶等IT技術高度融合的技術創新，在網絡體系架構、軟件功能架構等多個層面都實現了嶄新的系統設計思路。
系統總體架構如圖1所示，其中為了保護北京市計算中心的HPC調度軟件歷史投資，HY-Cloud平臺繼續兼容支持并外延擴展了該調度軟件的功能。
圖1 系統總體架構
2網絡架構
HY-Cloud平臺針對北京市計算中心的基礎架構進行了復用式整合與功能性擴展，既可最大程度地保護既有硬件設備投資，又可滿足工程計算全過程服務功能需求。
HY-Cloud平臺網絡架構如圖2所示，平臺的中心是HY-Cloud門戶及管理組件，負責聯通客戶端與計算云子平臺（高性能計算集群）、應用云子平臺（圖形工作站集群）、存儲云子平臺（存儲設備集群），實時監控應用軟件許可證池資源，并實現用戶安全認證、郵件/桌面通知服務、云端仿真流程/數據管理、計算數據存儲等功能的表現層服務。
圖2 平臺網絡架構
3節點功能
HY-Cloud平臺包括圖形節點、計算節點、存儲系統，管理節點、AD域服務器、數據庫服務端、許可證服務器，防火墻服務器、Web服務器、FTP服務器、硬件防火墻。其中管理節點包括Linux管理節點、Window管理節點、Citrix管理節點等服務器角色，平臺的節點分布如圖3所示。
圖3 平臺節點分布
圖形節點上安裝部署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，圖形節點主要用于CAD建模、CAE前處理、CAE后處理，運行時需要調用安裝于許可證服務器的對應License，并將前處理文件直接存儲于GPFS并行文件存儲系統中，計算結束后也可以直接打開計算結果文件并交互處理。
計算節點上安裝部署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；計算節點主要用于CAE求解計算，運行時需要調用安裝于許可證服務器的對應License。計算節點包括Linux系統、Windows系統，計算結果文件直接存儲于GPFS并行文件存儲系統中。
HY-Cloud平臺首創計算節點、圖形節點共享存儲系統的應用模式，大幅簡化了工程計算數據在云計算平臺上的遷移及轉換過程，有效提升平臺用戶的工程計算應用體驗。平臺計算數據存儲流如圖4所示。
圖4 計算節點、圖形節點共享存儲系統
特色服務
HY-CLOUD平臺的成功研發為工程計算公共云服務功能擴展及深化提供了資源保障與技術支撐，北京市計算中心研發團隊在HY-Cloud基礎之上，除了提供常規商業化仿真應用軟件云服務之外，還為多個工業領域提供定制化開發了拉絲仿真、焊接仿真、中央空調室通風口布置、建筑風環境評估等15個典型應用模塊工業云應用服務，以下為其中部分云應用服務的簡單描述：
★拉絲模仿真
拉絲模云應用專門針對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、模具參數和工藝參數，由平臺進行計算；并自動生成仿真報告；用戶可以在線下載仿真報告、動畫等。可以記錄每一次計算結果。
用戶代表北京迪蒙特佳工模具技術有限公司總經理說：“通過該工具，我們在沒有專業CAE工程師的情況下，不僅可以進行CAE分析，而且降低了技術創新門檻，縮短了研發周期，提高了研發的成功率，大幅度降低了成本，對提高公司的核心競爭力，搶占行業技術的制高點起到很大的作用。”
★圓筒焊接
圓筒焊接云應用對圓筒形工件的在焊接過程中的溫度和應力進行計算，用以改進焊接工藝；用戶通過web輸入母材參數、焊料參數和焊接參數等，由平臺進行計算；并自動生成仿真報告；用戶可以在線下載仿真報告、動畫等。可以記錄每一次計算結果。
★中央空調室通風口布置
中央空調室通風口布置方案云應用主要用于評估寫字樓、辦公室內中央空調通風口布置方案是否合理；用戶通過web即可調整室內空調進風口、出風口布置位置，優化通風口布置方案，從而避免由于通風口布置不合理引起的熱島現象。可以記錄每一次計算結果。
★建筑風環境評估
建筑風環境評估云應用主要用于評估建筑物周圍的建筑風環境品質。用戶通過Web即可調整建筑物幾何參數（包括長方型，L型、回字形等樓群建筑模型，用戶輸入模型、植被模型）、外流場幾何參數，邊界條件等，由云后臺進行計算，并自動生成仿真報告，報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告、動畫等。可以記錄每一次計算結果。
實踐總結
HY-Cloud平臺是超級計算中心領域的一次顛覆式創新，徹底放棄了既往從高性能計算底層架構出發的學術視角，轉變成為以云應用服務過程及用戶體驗為核心訴求的公共服務平臺，并且創新發展了一系列操作簡便、功能強大、貼合行業的工程計算云服務。
HY-Cloud平臺開發技術的演進與成熟，將促使更多貼近行業用戶工程計算應用需求的云服務在平臺上的孵化與推廣，為中國企業的研發私有云建設提供示范與參考價值，更可為中國工業的創新與騰飛插上工程計算之翼。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：2014產品創新數字化征文：HY-Cloud工程計算公共云服務平臺創新實踐
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