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企业设计研发平台

2021-12-03易士软件

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本文介绍的易士设计平台,主要是基于企业内部网络的一种设计模式,它通过在企业内部机房整合软硬件和模型数据等设计资源,实现用户在本地无需安装任何设计软件,即可随时随地通过网络访问设计平台,直接打开平台的设计应用软件并操作个人的数据模型,远程实现在设计平台上进行CAD设计。
一、引言

       起步于20世纪60年代的计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力,辅助设计师进行工程和产品的设计与分析,以达到理想目的或取得创新成果的一种技术。经过半个世纪的发展,CAD几乎影响到全部技术领域,成为工程领域不可或缺的一项技术。云计算是近几年急剧升温的一个和网络相关的概念,什么是云计算?至今未见统一的定义,归纳起来可以理解为:云计算是一种基于网络提供软硬件资源服务的计算模式,鉴于网络的不同,“云”可分为公共云和私有云,目前社会上提及的大部分云都是基于Internet的公共云。CAD设计由于涉及2D、3D图形显示和实时的交互式操作,公共的Internet网络由于很难保证稳定的网络而在实时交互体验方面有所欠缺,因此设计平台一般以基于企业内网的私有云为主。

       本文介绍的易士设计平台,主要是基于企业内部网络的一种设计模式,它通过在企业内部机房整合软硬件和模型数据等设计资源,实现用户在本地无需安装任何设计软件,即可随时随地通过网络访问设计平台,直接打开平台的设计应用软件并操作个人的数据模型,远程实现在设计平台上进行CAD设计。

二、传统设计模式

       当今,CAD技术已经广泛地被应用于工程设计领域,尤其是进入上世纪90代,随着CAD三维造型技术、参数化设计技术、变量化技术的成功应用,以及计算机硬件本身性能的快速提高和价格逐步平民化,CAD应用已经完全融入了工程设计领域,成为其不可或缺的一部分。虽然CAD经过了多年的发展,但是设计的模式却未见显著变化,至今单机模式仍然是CAD设计中的主要模式,具体如下图。

单机设计模式

图1 单机设计模式

       在这种模式中,每一个设计人员在本地配置图形服务器都拥有和应用软件及模型相匹配的图形处理能力,并在这些图形服务器上安装诸如AutoCAD、Revit以及Catia等设计应用软件。在此模式下所有图形处理和计算均在本地机器上完成,产生的模型数据一般也存在本地,由各个设计工程师掌握管理。随着人员规模的增加,传统单机设计模式由于软硬件资源分散配置、数据分散管理,所带来的问题逐渐显现,具体表现如下:

       高投入:由于设计软件运行在本地图形服务器,图形处理和计算在本地,模型数据也存放在本地,因此需在本地为每一个设计人员配置具备一定图形处理能力的图形服务器,这导致硬件整体投入高。

       数据安全性:对于传统单机设计模式,由于设计数据在设计、审核等整个设计流程中都存放在设计人员自己的工作站,设计人员可以自由控制和管理,因此数据安全性低、数据安全无法保证。

       管理复杂:IT管理人员需要管理和维护每一台设计人员的图形服务器及其上的设计软件和数据,当CAD人员较多时,如何有效管理软硬件及其模型数据便是相当棘手的问题,工作量大且不方便。

三、易士设计平台

       传统设计模式由于其资源分散,无论是设计应用软件、图形服务器硬件资源以及数据都是分散在个人机器上,由此带来了一系列问题。而云计算技术是一种通过集中布置硬件资源配置应用软件对外提供服务的一种技术,为解决传统设计模式中的问题提供了一个很好的思路,易士设计平台便是基于此构建。

       3.1 易士设计平台基本思路

       易士设计平台的基本思路是软硬件均统一配置并部署在企业内部机房,用户只通过web页面实现访问并操作设计平台的CAD软件,设计的所有模型和数据也均存放于设计平台。由于设计软件运行在机房内的设计平台上,依赖于平台的图形处理能力,在本地无需安装任何设计软件,也无需复杂的图形处理能力,只需要低端的硬件配置如瘦客户机和一个web浏览器即可实现CAD设计。

新设计模式

图2 新设计模式

       基于新设计模式,应用软件的逻辑计算和图形界面的显示分开执行,此时,应用软件的计算和图形处理完全在设计平台图形服务器上完成,将图形界面的更新信息进行压缩并通过优化的网络协议传输到本地端,进行解压并显示在用户界面上,同时,将键盘和鼠标操作等控制信息传输回设计平台图形服务器中交给应用软件来处理。增量变化的图像数据优化后传输规模变小,就无需将整个模型送到地端客户机,也降低了对地端客户机的可视化资源的要求,地端图形操作的速度能够等同或接近图形服务器端的速度。通常企业内部的网络都可以满足要求。

       不同于一般的虚拟化模式,在易士设计模式中对于一台平台上的图形服务器采用的是共享模式。一般的虚拟化模式,是将一台物理机虚拟成几台配置较低的虚拟机,然后供给不同用户来使用(如下图3)。在易士设计平台中,图形服务器资源不采用虚拟化技术进行分割,而是多人共享平台图形服务器物理系统中的资源(如下图4)。

传统单机、虚拟机以及SOA架构之间的对比

图3 传统单机、虚拟机以及SOA架构之间的对比

多用户共享

图4 多用户共享

       此时,平台图形服务器上的内存、处理器、图卡等资源没有像传统虚拟机被人为的分割成几个小资源,分别供给不同的用户使用,而是在一个图形服务器上可以运行多个应用分配给多个用户同时使用,并根据实际应用需求和模型大小,做到实际能用多少就分配多少资源,这样一种共享使用模式既实现了平台资源的共享,也保障了个别用户对于高端资源的需求。

       3.2 易士设计平台软件

       易士设计平台软件主要包括前台普通用户工作模式和后台平台管理模式。

       3.2.1 前台普通用户工作模式

       在普通用户模式中,用户登陆后,在其程序界面直接双击应用软件图标即可打开软件并进行相应的操作和设计。打开软件后的所有操作均和本地一样,同时为确保用户软件操作空间的最大化,应用软件在启动后会和浏览器分离。

设计平台软件应用程序界面

图5 设计平台软件应用程序界面

在平台上打开相关软件

图6 在平台上打开相关软件

       不同于虚拟机提供的是整个虚拟机的操作系统,用户可以直接访问操作系统,在易士设计平台中,用户只能访问授权的应用软件而无法直接访问到操作系统。易士设计平台软件提供用户专门的设计平台文档管理页面,在此页面设计人员可以方便地进行文档和目录的管理操作。

       3.2.2 后台管理模式

       设计平台的后台管理对象有三类,分别包括对应用软件的管理、对平台图形服务器的管理以及对于用户的管理。具体的管理也分为三类,分别是常规管理、实时监控以及统计分析。

       常规管理:包括添加或删除用户、添加删除应用程序以及添加删除平台图形服务器等。同时也可以给不同的用户授权不同的应用程序等,用户只能使用和操作已授权的应用。

       实时监控:在监控模块中,易士设计平台可以实时在线展示所有在线的用户、正在使用的应用软件以及当前设计平台机器的状态。

       历史统计:在统计模块中,可提供平台图形服务器的使用记录,具体包括高负荷、满负荷以及非正常下线的历史频次统计,各个应用软件的使用记录以及用户使用软件和平台的历史记录,为决策提供非常强有力的数据支撑。

       3.3 易士设计平台硬件构架

设计平台硬件架构简图

图7 设计平台硬件架构简图

       易士设计平台的硬件系统架构可参见上图。设计平台的部署分为四个部分,分别是平台管理服务器、图形服务器、存储服务器和设计平台网络。其中,管理服务器负责整个平台的管理、调度等,图形服务器运行设计软件并负责图形处理和计算,存储服务器存放数据供设计人员访问使用,设计平台网络保障平台图形服务器和存储服务器间的高速数据交换以及管理服务器与其他服务器间的数据通讯。

四、易士设计平台的特点

       易士设计平台的特点可以总结为:

       1)高性能

       保证每一个设计分析人员都可用到设计平台最顶级配置的图形服务器来操作复杂模型;模型数据均保留在设计平台,避免了数据的远程传输,提高工作效率。

       2)资源共享,提高利用率

       硬件资源集中存放,形成统一资源池,按需供给;软件统一配置,共享使用。

       完全符合业务特性的资源动态均衡策略,提供最高的资源利用率。

       3)安全可控

       设计数据保存在设计平台存储服务器上,地端客户机上没有任何数据,未经授权无法下载。

       设计工作不受制于某一台平台图形服务器的健康状况(没有断点),设计平台统一调度可用资源提供服务。

       设计工作不受本地机器影响,本地机器出现故障无法继续使用,可在其他任意终端重新登录设计平台继续当前工作。

       软硬资源的使用情况均在平台内有记录。

       用户只能操作授权的应用软件,对于设计平台服务器和图形服务器上的其他未授权的应用程序无法操作。

       用户只通过web页面访问CAD设计软件和个人的数据文件,无法直接接触操作系统,保证系统的稳定性。

       4)简单方便

       一台图形服务器支持多人访问,设计软件只在设计平台集中部署,相教于管理几十倍的个人图形服务器及其应用软件,简单方便得多。

       设计人员无需关心软件和高端硬件的状态,只要网络通,就可随时随地使用CAD设计的软硬件资源。

       5)节约成本

       1台高端平台图形服务器同时为多人提供CAD设计服务,减少软硬件投入。本地端客户机可以为一般瘦客户机满足要求。软硬件资源集中配置且共享使用,管理成本大幅度降低。

       6)易扩展性

       无论是平台图形服务器还是共享存储节点,都可以根据业务需要进行增加,以线性扩充企业设计平台的CAD设计和数据存储能力。

五、应用实践

       5.1 东风商用车

       为了减少东风商用车研发中心的桌面图形工作站投入,规避数据泄密风险,易士软件在近两年的时间内,分两批将千余名研发人员的设计仿真业务平滑迁移至易士云平台。平台运行至今,有效控制了开发设计资源投入,为IT决策提供数据支撑,更提升开发人员设计分析体验。

       关键性收益:

       A.项目建设以来桌面图形工作站投入为零;

       B.延长了传统图形工作站的淘汰时间;

       C.提升了应用软件License的利用率;

       D.对大型装配模型操作体验有极为显著的改善;

       E.数据丢失、泄密等风险得到有效控制;

       F.应用软件使用时间、图形服务器的负载统计为IT决策提供了数据支撑。

       5.2 延锋集团

       从2016年到今天,易士公司分期给延峰集团各个子公司和合资公司实施了研发设计系统、仿真计算系统和定制化的实验管理系统。项目覆盖延锋近800个研发设计用户,逐步将延峰集团各研发中心的设计模式从传统的单机模式转变为共享的云计算模式。通过在集团层面整合软硬件资源,延锋在提升研发效率的基础上,大大降低了投入成本。2017年,延峰江森德国实验室、美国实验室设计研发业务也迁移到云计算平台,实现了全球资源的共享。

       关键性收益:

       A.整合软硬件资源,动态共享,提升使用效率,降低研发成本。

       B.数据不落地,统一管理,大大提升数据安全性。

       C.异地协同,资源共享,实现跨部门协作。

       D.信息化管理手段进一步提升,为研发设计大数据分析提供基础信息。

       5.3 上海电气集团

       为了解决上海电气集团在大型装配模型处理上的用户体验问题,易士软件为上海电气制定了完整的且具有行业特色的解决方案。

       2020年项目进入交付阶段,易士软件克服新冠肺炎疫情带来的影响和困难,通过远程实施方式,按期完成了上海电气集团CAD设计资源共享平台项目的交付,获得了用户的高度认可。

       关键性收益:

       A.极大提升用户体验;

       B.降低数据泄密风险;

       C.应用统计支撑IT决策;

       D.减轻桌面运维投入。

       5.4 中船重工第七一三研究所

       2018年,为了改善七一三所仿真计算环境,易士软件公司经过深入调研分析,对七一三所面临的仿真计算问题和需求进行了详细调研,并经过对七一三所的业务进行特征分析,为七一三所提供完整的、针对性的高性能仿真计算平台解决方案。同年,配合七一三所基于易士仿真分析平台软件架构开发了具有其仿真业务特征的仿真计算平台。

六、总结和展望

       易士企业设计平台真正实现了三维和二维设计软件设计平台访问,便于使用也便于管理,同时,软硬件集中配置既实现了资源共享又确保了安全可控。另外,综合分析现代设计软件技术、CPU技术、图卡技术以及网络技术的发展趋势,可以预见,基于平台的设计将是设计行业的趋势,这正如上世纪九十年代CAD技术逐步开始取代设计人员的图板,方便、灵活、高效的平台设计模式也必将逐步取代传统的CAD设计模式。
 
责任编辑:程玥
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