1、智能制造工程设计虚拟仿真教学辅助云平台整体解决方案智能制造工程设计虚拟仿真教学辅助云平台整体解决方案智能制造工程设计虚拟仿真教学平台以“中国制造 2025”发展战略为核心，结合当前最前沿的智能制造技术与应用，以数字化工厂和智能制造为主题，为学校工科、经管等专业群提供基于AR+的场景认知的行业认知、工业 4.0 技术认知的新型沙盘教学平台。学习者可以利用AR虚拟仿真教学平台了解智能制造工厂的主要元素并自主构建虚拟工厂，体验智能科技与技术对于制造业带来的影响与变化。这种学习体验更易激发学生大脑促成参与者主动去学习探索，极大扩展学习者的知识范围，训练参与者的素质技能。一、背景计算机辅助工程主要用于模
2、拟分析、验证和改善设计，CAE这里也称之为仿真。简单来说仿真即是虚拟试验。但凡需要试验的地方，就需要仿真。仿真技术在几乎全部制造业中都有应用。典型客户包括汽车、航空航天、能源、军工、医疗、化工、机械、电子等众多领域。仿真并不只是在项目结尾验证设计，工程师可以在整个产品开发周期内使用仿真技术，从而改善流程中每一步的性能和可靠性。在概念设计过程中使用仿真技术以了解可行性并确定最佳方法；在详细设计过程中，仿真技术用于根据性能和要求制定决策，避免过度设计；产品设计完成后，仿真技术用于进行验证，从而确保设计满足所有要求，然后再进行投资。仿真离不开软件和硬件，仿真软件百花齐放，但目前占据主角的还是国外商业
3、CAE软件，采购价动辄几十万起步。CAE仿真属于计算密集型应用。一般借助高性能专业计算服务器实现，高主频CPU、大内存、超高速内网是基本需求，真正有需求的普通中小制造企业一般无力企及。云技术将高性能计算能力以较低的成本交付给大众变成了可能。公司已拥有超过200台服务器供公众仿真使用。提供了超过50个不同的软件包，包括成熟的商业软件、开源软件以及自主研发软件，这些软件包都可以在云上访问，并且可以使用高性能计算能力。该平台允许用户为他们使用的计算能力和时间付费。软件方面，用户可以按次付费，或者携带自己的许可证。为计算资源提供每秒的计费，并正在推动软件许可的每秒计费。中国制造2025将仿真技术列为需
4、大力推动并实现突破的重要技术。仿真上云是我们实现弯道超车的好机会。我们要抓住机遇，落实应用。二、需求分析2.1痛点与难点当前，企业在研发设计过程中面临着诸多痛点与难点：1.硬件专：设备高度依赖图形工作站，成本高。2.软件贵：工业设计软件高度依赖进口，价格昂贵。3.协同无：设计终端工作环境相对独立，资源及数据分离。4.管理难：软硬件升级维护复杂，成本高、效率低。5.安全弱：设计终端无法有效管控，文件传输难，安全性弱。2.2市场需求通过对市场进行全面调研以及与企业进行深入沟通，了解到企业对高性能计算设计仿真云平台的需求为如下几点：1.提高硬件计算能力。支持2D及3D设计、仿真分析、图像处理、项目数
5、据管理等设计仿真软件的流畅运行，支持多人协同设计，可满足数十位甚至近百位工程师同时开展设计工作。2.数据安全及共享。实现研发数据文件安全管控，构建带有权限控制的文档管理系统，可按个人、部门、企业进行文档分类与存储，用户只能查看与自己相关的文档资料，保证核心数据不落本地。3.设计环境高度一致。企业不同设计组不同工程师使用的软件版本可能存在差异，这种不统一或将导致产品设计出现偏差，因此要求保持设计环境的一致性。4.简化维护管理。软件的安装、升级及维护由云平台管理员进行处理，利用云计算技术释放用户计算机能力，减少设备出现故障的概率。5.高可用保障。当某台服务器出现故障停机维护时，需确保所有用户仍可正
6、常开展工作，保证整个云平台系统的稳定运行与高可用性。6.降低TCO。可根据业务需求进行资源的灵活调整，企业无需购置昂贵的专业设备或因人员流失而造成昂贵设备的闲置，降低设备总体拥有成本。三、解决方案智能制造工程设计仿真云平台将为制造企业提供全网络（私有、混合、公有）的云平台建设，基于Web提供作业提交、软件运行、进度监控、文件管理等功能。用户无需关注后端资源配置问题，例如license配置、服务器硬件配置。智能制造工程设计仿真云平台将帮助客户在工业互联网下实现的数字化转型，建立客户所在行业生态的竞争优势。四、总体框架云计算经过多年发展，技术已非常成熟，在改变原有传统IT架构的同时，也在改变业务系
7、统的使用模式。智能制造工程设计仿真云平台将传统固定的IT资源转变为灵活的混合云、私有云和公共云资源，其基础则是高性能计算基础设施网络。在平台上提供成百上千的软件应用，而且通过云端为企业提供即时支持。可解决传统IT架构下存在的数据缺乏统一管理、资源利用率低下、桌面环境复杂等问题，具备高效运维、灵活办公、数据安全等诸多优点。4.1 平台架构图4.2 整体功能框架4.3 网络架构五、功能简介提供统一的门户访问，有网就能开启仿真应用，调用计算资源；高性能计算集群的调度管理，并行求解云端加速，轻松实现几千核并行加速计算;通过云桌面方式提供给用户原生的仿真GUI界面，自适应支持125个用户并发使用，用户桌
8、面还支持分享；集成网盘功能实现文件云端管理，支持文件夹上传下载。数据支持断点续传，增量实时更新；教案、教辅材料、学生的实验工程、软件介质等在云端环境统一管理。提供资源分享、资源定期备份和资源版本管理功能；实现教学情况的数据分析统计功能，例如投入仿真实验的时间、实际进行仿真的次数等数据都可实现全面的跟踪；完备的知识管理体系支撑工具，数据多地同步，通过用户分组、资源共享实现团队协作。监控管理工具可定制，实时监控任务状态以及资源使用情况（CPU/内存等）；线上直播会议系统支持上传PDF课件、支持分享屏幕或者应用，特别适合1对1、1对多各种情形下的在线培训或者教学活动。课程管理系统可用于创建基于Int
9、ernet的课程和网站；包含网站管理、用户管理、课程管理、作业模块、聊天模块、投票模块、论坛模块、测验模块、资源模块、问卷调查模块、专题讨论等功能。六、应用场景支持多种工业软件。包括AutoCad、CAXA Cad、中望Cad、Catia、SolidWorks、UG、PTC、Inventor、Ansys、MSC Patran，以及ERP、PDM、PLM、MES等。主要应用行业。航空航天、机械制造、能源交通、建筑设计、模具制造设计、汽车安全与轻量化设计、电子信息、机器人研发设计、压力容器、装备制造、矿山开采与冶炼、工业设计、内燃机等。主要应用场景。制造型企业、产业园区、工业互联网平台，以及私有云
10、、公有云等。七、优势7.1 打造仿真生态面向大规模计算的无封装Web云端平台。客户无需安装任务软件即可使用，仿真计算任务灵活实现，可快捷完成数据管理、作业管理、前后处理等全部工作，使用该系统将集群系统变得更加简单，可将更多的精力投入到其他方面，工作效率与产出明显提升。高性能计功能可以通过网页端和手机端提交并行计算任务，并能实时查看收敛曲线和日志。如下图所示：云桌面功能则能解决包括前后处理和求解计算，适应更广范围的使用场景。多种应用在云桌面的集成也使得复杂的多物理场耦合计算成为可能。7.2超强的整合能力无缝对接超算资源实现算例的并行加速（目前已实现11种软件并行），包括云桌面的应用也可以实现高性
11、能并行计算（目前已实现Ansys系列、abaqus、starccm等）。 各类数据，诸如文档、图片、视频等通过网盘在云端中心实现统一。完善的数据分享、数据历史信息以及版本信息等功能让内部数据管理不再杂乱无序。更进一步提供知识库管理功能，提供类似于wiki的知识结构化能力。支持节点使用异构的操作系统，无缝接入windows、ubuntu、centos。支持多种类型的控制接入：ssh远程命令行控制，vnc、rdp方式的远程桌面。基于slurm的作业调度系统，调度策略可实现对Infiniband网络的支持，slurm对多种MPI有很好的支持如OpenMPI、MVAPICH2、IntelMPI等支持上百种仿真软件的集成应用。八、方案价值降本省硬件：产品生命周期长，降低整体拥有成本70%以上省软件：软件安装于服务器端，采用分时共享，大幅提高正版软件使用效率省维护：前端轻量化，后台集中部署与统一维护，节省80%以上运维成本增效高安全：设计成果共享，设计终端统一管控，内外网隔离，保障数据安全高效能：云化模式及异构多GPU高性能计算，有效提升资源使用效能高协同：设计资源及设计文档统一管理，可低成本实现设计协同
