云技術在軸承領域的應用

蔡向東

(嘉興職業技術學院 信息管理分院，浙江 嘉興 314036)

我國已成為世界軸承生產大國，然而企業數量眾多，優勢相對分散，各企業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作機制，重復化生產十分嚴重，導致大而不強。而且我國的軸承企業普遍存在歷史較短，高端技術人才缺乏等問題，要想迅速提高企業整體水平，僅靠各個企業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的經驗、技術和創造力整合起來，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，將云技術的理念引入軸承行業，利用其海量數據分布存儲、分布式計算模式和平臺管理技術的優勢，將軸承領域的設計、技術等知識系統地匯總于云系統中，使行業資源在企業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 云技術概況

1.1 云技術基本理念

由于云技術尚處于發展階段，各個行業領域對“云”的理解也不盡相同[1-3]。

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

(2)中國云計算網定義：云計算是分布式計算、并行計算和網格計算的發展，或者說是這些科學概念的商業實現[3]。

(3)在綜合多種定義的基礎上，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、開發平臺以及I/O服務)的資源池。這些虛擬資源可以根據不同的負載動態地重新配置，以達到更優化的資源利用率。這種資源池通常由基礎設施提供商按照服務等級協議采用用時付費的模式開發管理[4]。

對比上述定義可以發現，云技術是一種新興的商業計算模式，主要基于資源虛擬和分布式并行架構兩大核心技術，同時網絡上提供了大量的開源軟件為用戶提供支撐。云技術有效地節約了企業在硬件投入、軟件開發和維護方面的成本。

虛擬化技術主要應用于資源管理。虛擬化平臺將服務器虛擬為多個性能可配的虛擬機，對整個系統中所有的存儲和計算資源進行監控和管理，并根據實際資源使用情況對資源進行靈活合理的分配和調度。

分布式并行架構是云技術的另一個核心技術，用于將大量的機器整合為一臺超級計算機，提供海量的數據存儲和處理服務。整合后的超級計算機通過分布式文件系統、分布式數據庫和MapReduce技術(用于將大型的計算任務分解到多臺計算機進行并行計算的技術)，提供海量文件存儲、結構化數據存儲和統一的數據處理編程方法和運行環境[5]。

根據云技術的核心理念和主要技術，其主要具有以下特征：

(1)共享。所有界面、應用程序和文檔均有云技術平臺統一管理，使位于不同地理位置，使用不同操作系統及終端設備的團隊和個人方便地進行信息共享，方便了各方的協作和溝通。

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

(3)經濟。云技術采用新興的共享基礎架構的方法，利用網絡資源提供了超大規模數據存儲、數據處理和網絡服務，避免了企業在硬件設施、軟件開發和系統維護方面的重復投資。

(4)高效。虛擬化技術和分布式并行架構可保證海量數據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，云系統可隨時進行擴充，滿足企業或個人不斷發展的需要。

1.2 云技術發展現狀

“云”作為一種新興的商業服務模式，符合未來產業發展中控制成本、節能減排等多方面的需求。因此，云技術被應用于多種行業，如地震監測、天文信息計算處理、醫學、網絡及圖形圖像處理等。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和谷歌聯合開發進行的“藍云”計劃等，這對云技術的商業價值給予了極大的肯定。與此同時，學術界也紛紛對云技術進行深層次的研究，如谷歌同華盛頓大學、清華大學進行合作，啟動云計算學術合作計劃，推動云技術的普及，加緊對云技術的研究；卡內基梅隆大學等對數據密集型超級計算進行探索，對云技術的核心技術進行深入的研究[6]。

2 云技術在軸承行業的應用

軸承企業是知識密集型的企業，市場需求、行業資源、設計分析理論、試驗檢測手段等各項知識理論體系對企業的發展均至關重要。若要每個企業在這些方面都均衡發展，不僅會造成大量的重復建設和浪費，而且對單個企業來說也不現實，急需一個收集和提供各方面信息的平臺來服務整個行業。另外，要增強國內軸承行業的整體水平，離不開企業間的相互聯系和合作。云技術的出現能解決上述兩個問題，有效整合信息資源，為企業間的合作提供平臺，發揮企業群體優勢，給整個軸承行業帶來更好的經濟性。

2.1 設計云系統基本構成

軸承設計一直是軸承生產過程中的重中之重。由于新產品的設計過程需要從客戶、材料、工藝等諸多方面獲取信息，進行大量的校核計算，并反復與軸承生產的其他各個環節進行溝通，設計周期較長，嚴重影響整個生產流程的效率。云技術可以通過海量存儲技術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計人員隨時調用，節約了大量調研時間，并可隨時與各方面進行溝通。另外，云技術所采用的分布式計算模式可通過服務的方式提供給設計人員，設計人員只需進行簡單的編程，即可將計算任務交付給大型服務器進行運算，既提高了計算效率，又節約了普及高級計算設備的成本損耗。

圖1是軸承企業一般設計云系統的構成，主要包括設計理論數據庫、設計實例數據庫、參數計算校驗平臺。設計理論數據庫包括常用的設計理論、材料、設計方法、試驗檢驗標準等；設計實例數據庫包括汽車、精密機械等多種類型軸承的設計實例；參數計算校驗平臺主要用于設計參數的計算和校核。這是一個公共的平臺，可供設計人員、客戶及其他相關單位或個人通過網絡來獲取資源，也能為平臺提供資源，以實現設計平臺的動態擴充。

圖1 軸承企業設計云系統架構

2.2 試驗檢測云系統基本構成

試驗檢測云系統的建設思路與設計云系統稍有區別。設計云系統重在擴充企業各自的設計研發資源，提升各自的設計水平，試驗檢測云系統是建立在行業的基礎上，整合不同企業在試驗方面的技術優勢，以達到相互協作、取長補短的目的。

試驗檢測云系統方案包括試驗數據中心和實驗室實體兩部分。試驗數據中心的主要構架為硬件(服務器、存儲設備和網絡資源)及管理軟件；具有不同試驗檢測技術優勢的企業可提供相關試驗設備和檢測環境等。相關實驗室可以通過互聯網訪問數據中心，利用虛擬化和云系統資源來提高其信息化集成度和綜合能力，其他企業則通過訪問數據中心，以獲取服務的方式來共享試驗檢測資源。具體方案為采用虛擬化的數據平臺將各企業原有分散管理、應用獨占的基礎架構轉變為統一管理、所有應用共享的資源平臺，通過統一管理平臺，依據不同企業的業務需求動態分配試驗資源?？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界內實現合理的分配。另外，以服務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的業務范圍。

3 云技術在軸承行業的應用案例

圖2為軸承企業試驗檢測云系統架構圖，包括前端桌面虛擬化和后端動態、高效的數據中心以及云資源集中統一的管理，分為物理資源區(試驗資源)、云計算服務核心、虛擬化應用環境和虛擬化終端桌面4部分。

圖2 軸承企業試驗檢測云系統架構

3.1 云系統基本組成

物理資源區包括服務器群、存儲設備、網絡交換設備及軸承試驗資源等。云計算服務核心主要配置VMware軟件，依靠VMware vSphere和VMware View等實現資源池管理、用戶管理、資源部署等。虛擬化應用環境由虛擬機軟件提供虛擬服務器、存儲、網絡等虛擬試驗環境。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。

數據中心對整個云資源進行集中管理，包括用戶管理、基礎網絡、計算資源、存儲資源等。管理員可根據某一用戶需求快速部署應用環境，用戶可以在園區內或者外部(互聯網)調用云平臺資源。

3.2 虛擬化資源配置當量

配置當量(按實際物理資源與產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左右內存。

(3)每個虛擬桌面20 GB存儲空間。

(4)存儲和服務器之間采用FC SAN架構，試驗數據和信息均需要海量存儲。在FC SAN架構中，考慮到虛擬桌面并發啟動對高IOPS的要求，建議配置部分SSD固態硬盤，應對IO峰值要求。另外，存儲最好具備自動分層功能，讓熱點數據和非熱點數據自動在高性能盤和大容量廉價盤之間雙向調度。

(5)每個虛擬桌面需占用200～250 kB/s連接帶寬。

按照以上的配置當量，1臺服務器配置為雙路6核CPU(2 GHz以上)，96 G內存，2HDD，4～8個千兆網口，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，考慮N+1的冗余設計，采用配置見表1。

表1 服務器及安全設備配置

經過估算，云計算環境基礎架構服務器總計需要約5 TB的空間，設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，將用戶數據全部存放于數據中心，每個用戶預留20 GB空間，用戶數據存儲總計需要規劃12 TB。在不考慮存儲災備的情況下，存儲及存儲網絡硬件配置見表2。服務支撐軟件配置見表3。

表2 存儲及存儲網絡硬件配置

表3 云計算軟件配置

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

4 結束語

作為一種新興商業模式，云技術具有的易操作性、服務性、經濟性、高效性和可動態擴展特點為軸承企業的發展和協作提供了廣闊的前景，但是在看到云技術一系列優勢的同時，也要看到云技術本身仍存在著一些問題。首先，數據安全性是多數企業最擔憂的問題。此處的安全性主要包括兩個方面：一是保證企業的信息不外漏；二是當企業需要時，能夠迅速準確地獲取到相關信息。其次是云技術仍缺乏統一的標準。如果企業本地系統與云技術平臺的軟件不兼容，則需要制定相應的標準來解決這一問題。隨著這些難題的解決，云技術必將在軸承行業發揮應有的作用。