桌面云與工業APP集成應用研究

陳 源，任少波

（航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司，四川成都 610091）

0 引言

隨著信息技術的高速發展，云計算已成為企業主要的信息基礎設施而得到廣泛應用。云計算技術通過虛擬化技術，幫助企業把服務器虛擬化。企業無須采購和部署服務器硬件，就可以購買和定制虛擬服務器。其次，以硬盤為代表的存儲器也被云計算提供的網絡存儲器虛擬化，操作系統和應用軟件也被直接配置和部署在云端遠程虛擬服務器上；桌面云技術的出現把用戶桌面也虛擬化，使桌面應用軟件與客戶端實現了物理分離。互聯網的出現實現了全世界人與人之間的連接通信。物聯網的出現實現了物與物的連接。而工業互聯網實現了人、物和數據之間的連接，是互聯網技術發展的更高層次。工業互聯網APP（簡稱“工業APP”）的應用使用戶可以不僅僅使用PC終端，而且能用任何可以連接到桌面云的終端（如智能手機、平板電腦等）獲得與計算機終端相同的使用體驗。桌面云與工業APP的集成應用將逐漸成為工業界軟件開發和使用的主流選擇。

1 桌面云

1.1 云計算

傳統企業的業務信息系統配置往往需要一個專門的技術團隊來負責大量的硬件采購、軟件安裝、環境配置、應用測試、運行維護、系統更新等一系列基礎工作。當業務軟件數量大、更新迭代快時，企業需要一個龐大的IT部門來負責此項工作。這產生企業運行成本高、響應不及時等問題。中小企業配設一個龐大的IT部門十分困難。云計算技術通過網絡為企業提供各種計算資源和存儲資源，并且企業可以根據實際情況訂購云上資源，并按使用量情況付費。計算和存儲資源使用被精確量化，企業可以像使用自來水一樣使用云資源，按需使用，按量計費。

云計算的核心技術是虛擬化技術。虛擬化技術把各種計算和存儲資源，如處理器、內存、硬盤、網絡、操作系統、軟件等進行虛擬化［1］。利用虛擬化技術可以在一臺云服務器上虛擬出多個獨立的操作系統平臺，供多個用戶同時使用，即多個企業用戶可以共享一臺服務器資源而互不干涉。虛擬化技術通過對各種資源（如服務器、內存、硬盤、網絡等）進行抽象，用一臺云服務器構建出多臺獨立運行的主機系統。一個完整的虛擬主機一般由硬件、虛擬機監視器和虛擬機3個部分構成。在傳統的主機環境里，操作系統負責與硬件交互，應用軟件通過與操作系統交互調度硬件資源。在虛擬主機系統里，虛擬機監視器負責與真實的服務器硬件打交道，并為上層的虛擬機構建出一套虛擬的硬件資源。在一個完全虛擬化的主機系統中，客戶操作系統可以如同在一臺普通計算機上一樣被安裝和運行，此時虛擬機完全等同于一臺真實存在的普通計算機硬件，各種應用軟件的安裝和使用和傳統PC完全一樣。

1.2 桌面云

桌面云又稱為云桌面，它使用虛擬化技術把通常需要在本地安裝使用的計算機桌面在云端虛擬化實現［2-3］。桌面云將計算機桌面與計算機終端硬件實現遠程分離，所有的用戶桌面配置信息全部都在云端服務器上實現。云端服務器為所有桌面云用戶分配和設置定制化的桌面系統。用戶通過網絡使用個人定制的桌面云，從使用體驗上，用戶感覺不出桌面云和本地桌面系統之間的差異。桌面云技術改變了傳統個人計算機桌面系統的安裝和部署方式，跨越了傳統使用計算機桌面的空間限制，增強了桌面使用的時間靈活性，提高了桌面系統的安全性。服務器虛擬化和桌面傳輸協議是實現桌面云的兩項關鍵技術。服務器虛擬化技術模糊了傳統主機系統的硬件界限，使一臺服務器可以同時配置多個類型相同或不同的操作系統，并能保證各個系統獨立運行，互不干擾。雖然共享一臺服務器，但各個虛擬主機系統的安裝、升級、卸載甚至崩潰并不影響其他系統的穩定運行。用戶從使用體驗上完全感覺不到其他主機系統用戶的存在，仿佛是獨享云端服務器硬件。服務器虛擬化技術把組成計算機的所有硬件資源，如處理器、存儲器、網絡配置變為可以量化管理和調配的計算機資源，完全顛覆了傳統的PC機運行模式。用戶只要有網絡和上網終端就能靈活獲得強大的計算資源和存儲資源，再也不用為辦公地點的變化而重新購買或搬移各種PC機和服務器硬件。同時，服務器虛擬化把計算機的各種硬件資源如處理器、內存、硬盤等轉換為可以使用按需進行定制或者調配的虛擬化資源，極大提升了硬件使用效率和管理維護的便利性。實現桌面云的另一項關鍵技術是桌面傳輸協議。通過遠程桌面傳輸協議，運行在云端服務器上的虛擬機桌面通過網絡被傳輸到用戶訪問終端，用戶在遠程就能直接操作云端虛擬機上的云桌面。用戶在使用體驗上感覺不到與使用本機計算機桌面的差異。遠程桌面傳輸協議保證了虛擬桌面的快速和安全訪問，保證了用戶使用體驗。桌面傳輸協議實現了云端服務器上的虛擬機桌面與用戶之間的直接連接。遠程用戶的各種操作和輸入信息進行壓縮、加密和打包后按照桌面傳輸協議要求傳輸給云端虛擬機，同時云端虛擬機上的各種業務軟件的計算結果或者各種存儲數據同樣經過壓縮、加密和打包后經過網絡呈現給用戶。

2 工業APP

工業互聯網APP是運行在工業互聯網上，運用工業數據和經驗開發滿足特定工業需求的應用軟件，是工業軟件應用的最新成果［4］。工業互聯網平臺定位為操作系統，工業APP定位為應用程序。工業互聯網平臺為工業APP提供必要的環境支持，工業APP支撐了工業互聯網平臺智能化應用，是工業互聯網平臺的價值出口［5］。工業互聯網平臺構建一個新的工業知識體系（創造體系、交易體系、傳播體系、應用體系），有力改善了工業生產經驗和知識的影響范圍和領域。工業互聯網平臺具有顯著的軟件定義特征，平臺功能完善與否、用戶多少都與軟件息息相關。

工業互聯網是新一代網絡信息技術與制造業深度融合的產物，是實現產業數字化、網絡化、智能化發展的重要基礎設施，利用人員、機器、數據的全方位連接，覆蓋生產過程的全部要素，并助推造就了新的工業生產流程，正成為工業經濟轉型升級的關鍵依托、重要途徑、全新生態。工業互聯網的三要素是人、數據、機器。工業互聯網的本質，就是通過開放的網絡平臺，把各種制造設備、生產線、工人甚至整個工廠、存儲倉庫、產品和設備供應商以及銷售客戶都有效地連接在一起，共享工業生產全流程的各種要素資源，使其數字化、網絡化、自動化、智能化，從而提升效率和降低成本。工業軟件呈現出微型化、平臺化、智能化、云計算化等變革趨勢。傳統工業軟件在體系架構、功能集成、開發成本、應用維護方面的一些不足逐漸難以適應發展需求。

工業APP是工業軟件發展的新形態，在軟件架構、開發定位、開發方式、集成顆粒度、通用性、面向場景等方面與傳統工業軟件存在不同。工業APP一般具有智能化、小型化、便捷化、可定制、可復用等特點。而且各種工業APP能夠在邏輯和功能上進行交互使用，以應對更加復雜的難題，解決工業軟件開發、部署和使用的困難。同時，工業APP還能較好地提高工業企業研發、制造、生產、服務與管理水平以及工業產品使用價值。工業APP能夠促進知識挖掘、傳播，激發萬眾參與、普惠全民受益，是發展軟件產業和制造業的新舉措。工業APP需要面對工業生產全生命周期，包括產品設計、生產制造、實驗測試、產品使用、設備保障、產品交易、產品服務等眾多的場景需求，把工業生產中的各種經驗和數據都集成到軟件中。其本質是企業知識和技術訣竅的模型化、模塊化、標準化和軟件化，能夠有效促進知識的顯性化、公有化、組織化、系統化，極大地便利了知識的應用和復用。工業APP承載了人類在工業生產領域中的各種技術、經驗和知識。隨著信息技術的快速發展，機器學習、大數據分析、云計算和區塊鏈等使得工業技術更加模塊化、標準化、軟件化，形成分布在各行各業的工業APP。工業生產和軟件技術的深度融合會促進工業APP的工業領域的深度應用，并成為工業生產中不可獲取的重要組成部分。

工業生產不但決定了人類物質生活的質量，也極大滿足了人類對精神生活的需要。隨著工業APP日益成為世界工業的核心生產力，工業APP將成為工業獲取人類社會對物質資料需求的紐帶，也成為工業產品服務人類社會的橋梁。工業APP是面向工業場景的應用軟件。工業APP可以針對不同的工業場景，根據各種工業制造需求的不同，圍繞場景分析與建模、開發與使用進行應用。工業APP針對生產和制造領域的問題痛點有針對性地開發，從而成為工業軟件應用的新趨勢［6］。

3 典型集成應用

桌面云的應用改變了傳統計算機桌面實現方式，工業APP的應用改變了傳統工業軟件開發、使用和維護模式。桌面云與工業APP的集成應用使得工業軟件更好地具備了虛擬化、微型化和網絡化特征，深刻影響了工業生產運營的各個環節，提高了便捷性、移動性，提升了運行效率。

目前桌面云與工業APP的集成已在多個場景應用，尤其在研發環節融合創新能力較強。在航空領域，桌面云與工業APP的集成將發動機設計所需要的各種設計流程、設計方法和設計數據以及各種軟件系統進行集中管理，開發出用于發動機總體、流道、結構以及控制、機械等各種工具包，把整個研發設計過程可視化，極大提高了研發效率，改善了工作規范。設備監控管理領域有眾多桌面云與工業APP的集成應用，如優化工作流程，對設備故障進行及時預警、有效管理生產任務等，這類集成應用主要利用歷史記錄數據對企業的各種流程進行優化，預測設備剩余壽命，并能對預測結果與時間進行反饋比較，提升預測準確率。生產車間根據刀具工作記錄數據評估其磨損情況，并對刀具更換做出預警，優化機床運行維護策略。鋼鐵企業利用該集成技術把生成過程可視化，并采用人工智能方法進行產品質檢，既減少了人工費又提高了檢測效率。在交通領域，開發的高鐵故障預測與健康管理系統，將基礎特征和選定的原始數據傳輸到數據中心進行知識挖掘、模型開發和決策支持，通過工業APP與桌面云的集成使得軌道交通系統提高了運行效率，并極大提升了準確率。

通用公司利用工業APP和桌面云技術為航空發動機和醫療設備等高端裝備開發的全生命周期管理集成平臺Predix，能為用戶提供各種應用業務開發環境，提供各類軟件服務，打造產業生態系統。蘋果公司和通用公司合作使得眾多集成應用用戶可以用iPhone或iPad使用Predix平臺獲得預測數據和分析資料。西門子公司開發的相關平臺可以為企業提供各種數字化生產服務，包括能源管理、資源優化以及各種預維護等，覆蓋工程生產過程的各個環節，有效降低設備故障發生率，提升了工廠生產效率。桌面云與工業APP的集成應用必將在工業生產活動的眾多領域得到廣泛應用，徹底改變傳統工業生產模式，極大提高工業生產效率。

4 結語

桌面云是傳統計算機桌面的云計算實現方式，用虛擬技術和桌面傳輸協議讓用戶可以像使用本地計算機桌面一樣操作云端虛擬機上的桌面。我國制造業數字化、網絡化、智能化程度不斷提高，積累了大量數據資源、知識資源、軟件等，相關產業綜合實力持續增強，大數據、人工智能等前沿領域發展勢頭強勁，為我國工業APP發展奠定了數據基礎和技術基礎。桌面云與工業APP的集成應用將改變傳統工業軟件開發和部署方式，使其具備靈活性、便捷性、移動性等優點。