桌面云与工业APP集成应用研究

陈 源，任少波

（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都 610091）

0 引言

随着信息技术的高速发展，云计算已成为企业主要的信息基础设施而得到广泛应用。云计算技术通过虚拟化技术，帮助企业把服务器虚拟化。企业无须采购和部署服务器硬件，就可以购买和定制虚拟服务器。其次，以硬盘为代表的存储器也被云计算提供的网络存储器虚拟化，操作系统和应用软件也被直接配置和部署在云端远程虚拟服务器上；桌面云技术的出现把用户桌面也虚拟化，使桌面应用软件与客户端实现了物理分离。互联网的出现实现了全世界人与人之间的连接通信。物联网的出现实现了物与物的连接。而工业互联网实现了人、物和数据之间的连接，是互联网技术发展的更高层次。工业互联网APP（简称“工业APP”）的应用使用户可以不仅仅使用PC终端，而且能用任何可以连接到桌面云的终端（如智能手机、平板电脑等）获得与计算机终端相同的使用体验。桌面云与工业APP的集成应用将逐渐成为工业界软件开发和使用的主流选择。

1 桌面云

1.1 云计算

传统企业的业务信息系统配置往往需要一个专门的技术团队来负责大量的硬件采购、软件安装、环境配置、应用测试、运行维护、系统更新等一系列基础工作。当业务软件数量大、更新迭代快时，企业需要一个庞大的IT部门来负责此项工作。这产生企业运行成本高、响应不及时等问题。中小企业配设一个庞大的IT部门十分困难。云计算技术通过网络为企业提供各种计算资源和存储资源，并且企业可以根据实际情况订购云上资源，并按使用量情况付费。计算和存储资源使用被精确量化，企业可以像使用自来水一样使用云资源，按需使用，按量计费。

云计算的核心技术是虚拟化技术。虚拟化技术把各种计算和存储资源，如处理器、内存、硬盘、网络、操作系统、软件等进行虚拟化［1］。利用虚拟化技术可以在一台云服务器上虚拟出多个独立的操作系统平台，供多个用户同时使用，即多个企业用户可以共享一台服务器资源而互不干涉。虚拟化技术通过对各种资源（如服务器、内存、硬盘、网络等）进行抽象，用一台云服务器构建出多台独立运行的主机系统。一个完整的虚拟主机一般由硬件、虚拟机监视器和虚拟机3个部分构成。在传统的主机环境里，操作系统负责与硬件交互，应用软件通过与操作系统交互调度硬件资源。在虚拟主机系统里，虚拟机监视器负责与真实的服务器硬件打交道，并为上层的虚拟机构建出一套虚拟的硬件资源。在一个完全虚拟化的主机系统中，客户操作系统可以如同在一台普通计算机上一样被安装和运行，此时虚拟机完全等同于一台真实存在的普通计算机硬件，各种应用软件的安装和使用和传统PC完全一样。

1.2 桌面云

桌面云又称为云桌面，它使用虚拟化技术把通常需要在本地安装使用的计算机桌面在云端虚拟化实现［2-3］。桌面云将计算机桌面与计算机终端硬件实现远程分离，所有的用户桌面配置信息全部都在云端服务器上实现。云端服务器为所有桌面云用户分配和设置定制化的桌面系统。用户通过网络使用个人定制的桌面云，从使用体验上，用户感觉不出桌面云和本地桌面系统之间的差异。桌面云技术改变了传统个人计算机桌面系统的安装和部署方式，跨越了传统使用计算机桌面的空间限制，增强了桌面使用的时间灵活性，提高了桌面系统的安全性。服务器虚拟化和桌面传输协议是实现桌面云的两项关键技术。服务器虚拟化技术模糊了传统主机系统的硬件界限，使一台服务器可以同时配置多个类型相同或不同的操作系统，并能保证各个系统独立运行，互不干扰。虽然共享一台服务器，但各个虚拟主机系统的安装、升级、卸载甚至崩溃并不影响其他系统的稳定运行。用户从使用体验上完全感觉不到其他主机系统用户的存在，仿佛是独享云端服务器硬件。服务器虚拟化技术把组成计算机的所有硬件资源，如处理器、存储器、网络配置变为可以量化管理和调配的计算机资源，完全颠覆了传统的PC机运行模式。用户只要有网络和上网终端就能灵活获得强大的计算资源和存储资源，再也不用为办公地点的变化而重新购买或搬移各种PC机和服务器硬件。同时，服务器虚拟化把计算机的各种硬件资源如处理器、内存、硬盘等转换为可以使用按需进行定制或者调配的虚拟化资源，极大提升了硬件使用效率和管理维护的便利性。实现桌面云的另一项关键技术是桌面传输协议。通过远程桌面传输协议，运行在云端服务器上的虚拟机桌面通过网络被传输到用户访问终端，用户在远程就能直接操作云端虚拟机上的云桌面。用户在使用体验上感觉不到与使用本机计算机桌面的差异。远程桌面传输协议保证了虚拟桌面的快速和安全访问，保证了用户使用体验。桌面传输协议实现了云端服务器上的虚拟机桌面与用户之间的直接连接。远程用户的各种操作和输入信息进行压缩、加密和打包后按照桌面传输协议要求传输给云端虚拟机，同时云端虚拟机上的各种业务软件的计算结果或者各种存储数据同样经过压缩、加密和打包后经过网络呈现给用户。

2 工业APP

工业互联网APP是运行在工业互联网上，运用工业数据和经验开发满足特定工业需求的应用软件，是工业软件应用的最新成果［4］。工业互联网平台定位为操作系统，工业APP定位为应用程序。工业互联网平台为工业APP提供必要的环境支持，工业APP支撑了工业互联网平台智能化应用，是工业互联网平台的价值出口［5］。工业互联网平台构建一个新的工业知识体系（创造体系、交易体系、传播体系、应用体系），有力改善了工业生产经验和知识的影响范围和领域。工业互联网平台具有显著的软件定义特征，平台功能完善与否、用户多少都与软件息息相关。

工业互联网是新一代网络信息技术与制造业深度融合的产物，是实现产业数字化、网络化、智能化发展的重要基础设施，利用人员、机器、数据的全方位连接，覆盖生产过程的全部要素，并助推造就了新的工业生产流程，正成为工业经济转型升级的关键依托、重要途径、全新生态。工业互联网的三要素是人、数据、机器。工业互联网的本质，就是通过开放的网络平台，把各种制造设备、生产线、工人甚至整个工厂、存储仓库、产品和设备供应商以及销售客户都有效地连接在一起，共享工业生产全流程的各种要素资源，使其数字化、网络化、自动化、智能化，从而提升效率和降低成本。工业软件呈现出微型化、平台化、智能化、云计算化等变革趋势。传统工业软件在体系架构、功能集成、开发成本、应用维护方面的一些不足逐渐难以适应发展需求。

工业APP是工业软件发展的新形态，在软件架构、开发定位、开发方式、集成颗粒度、通用性、面向场景等方面与传统工业软件存在不同。工业APP一般具有智能化、小型化、便捷化、可定制、可复用等特点。而且各种工业APP能够在逻辑和功能上进行交互使用，以应对更加复杂的难题，解决工业软件开发、部署和使用的困难。同时，工业APP还能较好地提高工业企业研发、制造、生产、服务与管理水平以及工业产品使用价值。工业APP能够促进知识挖掘、传播，激发万众参与、普惠全民受益，是发展软件产业和制造业的新举措。工业APP需要面对工业生产全生命周期，包括产品设计、生产制造、实验测试、产品使用、设备保障、产品交易、产品服务等众多的场景需求，把工业生产中的各种经验和数据都集成到软件中。其本质是企业知识和技术诀窍的模型化、模块化、标准化和软件化，能够有效促进知识的显性化、公有化、组织化、系统化，极大地便利了知识的应用和复用。工业APP承载了人类在工业生产领域中的各种技术、经验和知识。随着信息技术的快速发展，机器学习、大数据分析、云计算和区块链等使得工业技术更加模块化、标准化、软件化，形成分布在各行各业的工业APP。工业生产和软件技术的深度融合会促进工业APP的工业领域的深度应用，并成为工业生产中不可获取的重要组成部分。

工业生产不但决定了人类物质生活的质量，也极大满足了人类对精神生活的需要。随着工业APP日益成为世界工业的核心生产力，工业APP将成为工业获取人类社会对物质资料需求的纽带，也成为工业产品服务人类社会的桥梁。工业APP是面向工业场景的应用软件。工业APP可以针对不同的工业场景，根据各种工业制造需求的不同，围绕场景分析与建模、开发与使用进行应用。工业APP针对生产和制造领域的问题痛点有针对性地开发，从而成为工业软件应用的新趋势［6］。

3 典型集成应用

桌面云的应用改变了传统计算机桌面实现方式，工业APP的应用改变了传统工业软件开发、使用和维护模式。桌面云与工业APP的集成应用使得工业软件更好地具备了虚拟化、微型化和网络化特征，深刻影响了工业生产运营的各个环节，提高了便捷性、移动性，提升了运行效率。

目前桌面云与工业APP的集成已在多个场景应用，尤其在研发环节融合创新能力较强。在航空领域，桌面云与工业APP的集成将发动机设计所需要的各种设计流程、设计方法和设计数据以及各种软件系统进行集中管理，开发出用于发动机总体、流道、结构以及控制、机械等各种工具包，把整个研发设计过程可视化，极大提高了研发效率，改善了工作规范。设备监控管理领域有众多桌面云与工业APP的集成应用，如优化工作流程，对设备故障进行及时预警、有效管理生产任务等，这类集成应用主要利用历史记录数据对企业的各种流程进行优化，预测设备剩余寿命，并能对预测结果与时间进行反馈比较，提升预测准确率。生产车间根据刀具工作记录数据评估其磨损情况，并对刀具更换做出预警，优化机床运行维护策略。钢铁企业利用该集成技术把生成过程可视化，并采用人工智能方法进行产品质检，既减少了人工费又提高了检测效率。在交通领域，开发的高铁故障预测与健康管理系统，将基础特征和选定的原始数据传输到数据中心进行知识挖掘、模型开发和决策支持，通过工业APP与桌面云的集成使得轨道交通系统提高了运行效率，并极大提升了准确率。

通用公司利用工业APP和桌面云技术为航空发动机和医疗设备等高端装备开发的全生命周期管理集成平台Predix，能为用户提供各种应用业务开发环境，提供各类软件服务，打造产业生态系统。苹果公司和通用公司合作使得众多集成应用用户可以用iPhone或iPad使用Predix平台获得预测数据和分析资料。西门子公司开发的相关平台可以为企业提供各种数字化生产服务，包括能源管理、资源优化以及各种预维护等，覆盖工程生产过程的各个环节，有效降低设备故障发生率，提升了工厂生产效率。桌面云与工业APP的集成应用必将在工业生产活动的众多领域得到广泛应用，彻底改变传统工业生产模式，极大提高工业生产效率。

4 结语

桌面云是传统计算机桌面的云计算实现方式，用虚拟技术和桌面传输协议让用户可以像使用本地计算机桌面一样操作云端虚拟机上的桌面。我国制造业数字化、网络化、智能化程度不断提高，积累了大量数据资源、知识资源、软件等，相关产业综合实力持续增强，大数据、人工智能等前沿领域发展势头强劲，为我国工业APP发展奠定了数据基础和技术基础。桌面云与工业APP的集成应用将改变传统工业软件开发和部署方式，使其具备灵活性、便捷性、移动性等优点。