云技术在轴承领域的应用

蔡向东

(嘉兴职业技术学院 信息管理分院，浙江 嘉兴 314036)

我国已成为世界轴承生产大国，然而企业数量众多，优势相对分散，各企业普遍缺乏有效的知识积累和管理手段，相互间也缺少合适的协作机制，重复化生产十分严重，导致大而不强。而且我国的轴承企业普遍存在历史较短，高端技术人才缺乏等问题，要想迅速提高企业整体水平，仅靠各个企业的单打独斗是不行的，需要通过一个有效的平台将整个行业的经验、技术和创造力整合起来，形成一个有机整体，才能在严酷的国际竞争中有所作为。

因此，将云技术的理念引入轴承行业，利用其海量数据分布存储、分布式计算模式和平台管理技术的优势，将轴承领域的设计、技术等知识系统地汇总于云系统中，使行业资源在企业间得到充分共享和有效利用，而不受空间和人力资源的制约。

1 云技术概况

1.1 云技术基本理念

由于云技术尚处于发展阶段，各个行业领域对“云”的理解也不尽相同[1-3]。

(1)维基百科定义：云计算将IT相关的能力以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关知识及设备操作能力的情况下，通过因特网获取需要的服务[2]。

(2)中国云计算网定义：云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些科学概念的商业实现[3]。

(3)在综合多种定义的基础上，Vaquero等给出的定义如下：云是一个包含大量可用虚拟资源(例如硬件、开发平台以及I/O服务)的资源池。这些虚拟资源可以根据不同的负载动态地重新配置，以达到更优化的资源利用率。这种资源池通常由基础设施提供商按照服务等级协议采用用时付费的模式开发管理[4]。

对比上述定义可以发现，云技术是一种新兴的商业计算模式，主要基于资源虚拟和分布式并行架构两大核心技术，同时网络上提供了大量的开源软件为用户提供支撑。云技术有效地节约了企业在硬件投入、软件开发和维护方面的成本。

虚拟化技术主要应用于资源管理。虚拟化平台将服务器虚拟为多个性能可配的虚拟机，对整个系统中所有的存储和计算资源进行监控和管理，并根据实际资源使用情况对资源进行灵活合理的分配和调度。

分布式并行架构是云技术的另一个核心技术，用于将大量的机器整合为一台超级计算机，提供海量的数据存储和处理服务。整合后的超级计算机通过分布式文件系统、分布式数据库和MapReduce技术(用于将大型的计算任务分解到多台计算机进行并行计算的技术)，提供海量文件存储、结构化数据存储和统一的数据处理编程方法和运行环境[5]。

根据云技术的核心理念和主要技术，其主要具有以下特征：

(1)共享。所有界面、应用程序和文档均有云技术平台统一管理，使位于不同地理位置，使用不同操作系统及终端设备的团队和个人方便地进行信息共享，方便了各方的协作和沟通。

(2)服务。云技术的本质是一种服务，其实现机制对用户透明，用户无需了解云技术的具体机制，只需简单编写自己的云计算程序，在云系统中执行，就可以获得需要的服务。

(3)经济。云技术采用新兴的共享基础架构的方法，利用网络资源提供了超大规模数据存储、数据处理和网络服务，避免了企业在硬件设施、软件开发和系统维护方面的重复投资。

(4)高效。虚拟化技术和分布式并行架构可保证海量数据的灵活存储和有效管理，简化了资源利用程序，可有效提高企业的整体运行效率。

(5)扩展。类似“云”的特性，随着资源及需求的扩大，云系统可随时进行扩充，满足企业或个人不断发展的需要。

1.2 云技术发展现状

“云”作为一种新兴的商业服务模式，符合未来产业发展中控制成本、节能减排等多方面的需求。因此，云技术被应用于多种行业，如地震监测、天文信息计算处理、医学、网络及图形图像处理等。目前，亚马逊、微软、谷歌、IBM和英特尔等公司纷纷提出了“云计划”。如亚马逊的AWS，IBM和谷歌联合开发进行的“蓝云”计划等，这对云技术的商业价值给予了极大的肯定。与此同时，学术界也纷纷对云技术进行深层次的研究，如谷歌同华盛顿大学、清华大学进行合作，启动云计算学术合作计划，推动云技术的普及，加紧对云技术的研究；卡内基梅隆大学等对数据密集型超级计算进行探索，对云技术的核心技术进行深入的研究[6]。

2 云技术在轴承行业的应用

轴承企业是知识密集型的企业，市场需求、行业资源、设计分析理论、试验检测手段等各项知识理论体系对企业的发展均至关重要。若要每个企业在这些方面都均衡发展，不仅会造成大量的重复建设和浪费，而且对单个企业来说也不现实，急需一个收集和提供各方面信息的平台来服务整个行业。另外，要增强国内轴承行业的整体水平，离不开企业间的相互联系和合作。云技术的出现能解决上述两个问题，有效整合信息资源，为企业间的合作提供平台，发挥企业群体优势，给整个轴承行业带来更好的经济性。

2.1 设计云系统基本构成

轴承设计一直是轴承生产过程中的重中之重。由于新产品的设计过程需要从客户、材料、工艺等诸多方面获取信息，进行大量的校核计算，并反复与轴承生产的其他各个环节进行沟通，设计周期较长，严重影响整个生产流程的效率。云技术可以通过海量存储技术和虚拟化管理的方式来汇总来自不同方面的信息资源供设计人员随时调用，节约了大量调研时间，并可随时与各方面进行沟通。另外，云技术所采用的分布式计算模式可通过服务的方式提供给设计人员，设计人员只需进行简单的编程，即可将计算任务交付给大型服务器进行运算，既提高了计算效率，又节约了普及高级计算设备的成本损耗。

图1是轴承企业一般设计云系统的构成，主要包括设计理论数据库、设计实例数据库、参数计算校验平台。设计理论数据库包括常用的设计理论、材料、设计方法、试验检验标准等；设计实例数据库包括汽车、精密机械等多种类型轴承的设计实例；参数计算校验平台主要用于设计参数的计算和校核。这是一个公共的平台，可供设计人员、客户及其他相关单位或个人通过网络来获取资源，也能为平台提供资源，以实现设计平台的动态扩充。

图1 轴承企业设计云系统架构

2.2 试验检测云系统基本构成

试验检测云系统的建设思路与设计云系统稍有区别。设计云系统重在扩充企业各自的设计研发资源，提升各自的设计水平，试验检测云系统是建立在行业的基础上，整合不同企业在试验方面的技术优势，以达到相互协作、取长补短的目的。

试验检测云系统方案包括试验数据中心和实验室实体两部分。试验数据中心的主要构架为硬件(服务器、存储设备和网络资源)及管理软件；具有不同试验检测技术优势的企业可提供相关试验设备和检测环境等。相关实验室可以通过互联网访问数据中心，利用虚拟化和云系统资源来提高其信息化集成度和综合能力，其他企业则通过访问数据中心，以获取服务的方式来共享试验检测资源。具体方案为采用虚拟化的数据平台将各企业原有分散管理、应用独占的基础架构转变为统一管理、所有应用共享的资源平台，通过统一管理平台，依据不同企业的业务需求动态分配试验资源。可以有效降低维护人员的工作量，提高管理效率，提高可靠性，确保试验检测资源在轴承业界内实现合理的分配。另外，以服务的方式管理试验检测资源，亦有效拓展了试验检测资源拥有企业的业务范围。

3 云技术在轴承行业的应用案例

图2为轴承企业试验检测云系统架构图，包括前端桌面虚拟化和后端动态、高效的数据中心以及云资源集中统一的管理，分为物理资源区(试验资源)、云计算服务核心、虚拟化应用环境和虚拟化终端桌面4部分。

图2 轴承企业试验检测云系统架构

3.1 云系统基本组成

物理资源区包括服务器群、存储设备、网络交换设备及轴承试验资源等。云计算服务核心主要配置VMware软件，依靠VMware vSphere和VMware View等实现资源池管理、用户管理、资源部署等。虚拟化应用环境由虚拟机软件提供虚拟服务器、存储、网络等虚拟试验环境。用户通过虚拟化桌面，可以采用独立PC或瘦客户(Thin Client)终端的方式，访问云计算平台资源。

数据中心对整个云资源进行集中管理，包括用户管理、基础网络、计算资源、存储资源等。管理员可根据某一用户需求快速部署应用环境，用户可以在园区内或者外部(互联网)调用云平台资源。

3.2 虚拟化资源配置当量

配置当量(按实际物理资源与产生虚拟桌面资源的比例)如下：

(1)每颗物理CPU可以带3～4个VM(Virtual Machine虚拟机)。

(2)每个虚拟桌面需分配1 000 MB左右内存。

(3)每个虚拟桌面20 GB存储空间。

(4)存储和服务器之间采用FC SAN架构，试验数据和信息均需要海量存储。在FC SAN架构中，考虑到虚拟桌面并发启动对高IOPS的要求，建议配置部分SSD固态硬盘，应对IO峰值要求。另外，存储最好具备自动分层功能，让热点数据和非热点数据自动在高性能盘和大容量廉价盘之间双向调度。

(5)每个虚拟桌面需占用200～250 kB/s连接带宽。

按照以上的配置当量，1台服务器配置为双路6核CPU(2 GHz以上)，96 G内存，2HDD，4～8个千兆网口，2口HBA卡的物理，即可拖动30～50个虚拟终端桌面，供50个用户同时使用。

3.3 云计算资源配置

对于总计有600个终端用户的园区，考虑N+1的冗余设计，采用配置见表1。

表1 服务器及安全设备配置

经过估算，云计算环境基础架构服务器总计需要约5 TB的空间，设计为每个虚拟桌面需要分配3 G存储用于存放缓存文件，总计缓存需求约为1.8 TB。从安全方面考虑，将用户数据全部存放于数据中心，每个用户预留20 GB空间，用户数据存储总计需要规划12 TB。在不考虑存储灾备的情况下，存储及存储网络硬件配置见表2。服务支撑软件配置见表3。

表2 存储及存储网络硬件配置

表3 云计算软件配置

按照以上硬件、软件、存储和网络的配置，即可实现同时支持600个终端用户的云计算资源平台。此方案仍属行业私有云的范畴，可为轴承企业提供设计和试验检测等方面的IT支持和服务。

4 结束语

作为一种新兴商业模式，云技术具有的易操作性、服务性、经济性、高效性和可动态扩展特点为轴承企业的发展和协作提供了广阔的前景，但是在看到云技术一系列优势的同时，也要看到云技术本身仍存在着一些问题。首先，数据安全性是多数企业最担忧的问题。此处的安全性主要包括两个方面：一是保证企业的信息不外漏；二是当企业需要时，能够迅速准确地获取到相关信息。其次是云技术仍缺乏统一的标准。如果企业本地系统与云技术平台的软件不兼容，则需要制定相应的标准来解决这一问题。随着这些难题的解决，云技术必将在轴承行业发挥应有的作用。