高性能3D设计仿真云平台解决方案

一

相关背景

智能制造是推进中国制造强国建设的主攻方向，复杂系统仿真是实现智能制造的重要使能技术，高性能计算是支撑复杂系统仿真和智能制造的关键技术，高性能计算设计仿真云平台则是实现高性能计算能力、工业设计与仿真能力，以及智能制造相关使能技术及资源的优化与共享的重要枢纽和机制。

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。

二

需求分析

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

星联智云工业互联网平台提供的高性能3D设计仿真云平台解决方案，集图形图像处理、性能优化和设计研发数据安全协同于一体，以云化方式实现多人协同三维设计与仿真分析，具有应用面广、综合成本低、高性能计算、架构易扩展、便捷易维护等特点，能够有效处理企业在数字化转型过程中面临的困境与挑战。

1.平台介绍

高性能3D设计仿真云平台是星联智云根据新一代容器共享桌面模式，提出的适用于三维设计与仿真分析的高性能云化企业应用解决方案，由YouBox应用交付系统、YouBox容器云桌面和高性能计算服务器组成。

▲ 平台架构图

YouBox应用交付系统是以用户为中心且具有运营属性的综合管理软件，以低成本、一次性、大规模交付方式，为用户批量打造专属工作空间。系统由资源管理、应用管理、交付管理三大核心模块组成。资源管理模块主要实现设备集群计算、存储资源和网络通讯的监控和管理，应用管理模块实现各类实训软件的整合、分组与维护，交付管理模块实现容器桌面的批量交付及账号的安全管控。

YouBox容器云桌面采用微服务架构，以容器封装应用运行环境为根本，实现服务独立组件化，每组服务组件单独支撑一位用户正常使用。支持三维设计、仿真分析、办公工具、图像编辑、业务系统等应用正常运行，为用户打造专属工作空间。

高性能3D设计仿真云平台为上层的各类软件提供承载与运行环境，针对企业不同部门的使用需求，以模板形式一次性批量交付一致的容器桌面应用环境。用户可通过C/S客户端或B/S浏览器方式登录云桌面工作空间进行本地或互联网云端接入，即可获得高性能设计仿真等应用计算资源支持，实现硬件资源的高效集约利用。

2.平台功能

高性能3D设计仿真云平台采用CPU+GPU混合架构，内置图形加速卡、容器发布及承载器，提供出色的计算性能和灵活性，为企业完成研发创新提供重要支撑。具体而言，高性能3D设计仿真云平台具有如下功能。

▲ 定制工作空间

■定制工作空间。应用容器工作桌面是星联智云研发的容器工作环境，可按企业各部门工作差异属性进行分类交付。用户可自定义修改工作空间的背景、企业LOGO、平台名称、部门标识、应用分组编码等。

■CPU+GPU异构助力高性能计算。GPU的并行处理能力能将复杂的计算任务细分成数以千计的可并行处理的小任务，可将目前的计算速度提升几个数量级。

■高效文件传输。数据传输性能通过高速硬盘多级缓存技术加速，可以实现大文件压缩包传输性能在1GB/S以上。

■数据存储集中管理。按企业组织架构搭建文档管理体系，集中保存、统一管理。用户可在相应文件夹中共享资料，研发过程中产生的设计、仿真、测试数据都能得到有效利用，打破信息孤岛模式。

■高性能GPU动态共享。可实现高性能GPU资源的动态多人共享使用，企业无需为每位设计人员购置昂贵的设备，有效降低企业成本。

■动态资源分配提升运力。支持资源的动态分配与回收，实现设计资源实时动态分布，满足用户在多种应用业务场景下的各种需求，业务可扩展性极强，资源利用率高。

3.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、公有云等。

4.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

四

实施案例

1.某避雷器公司仿真设计云平台项目

某避雷器公司研发部的工作是避雷器产品的研发、设计、仿真。随着产品研发任务体量逐渐增大、设计仿真软件升级，现有计算设备已无法满足应用需求。为应对公司的高速发展带来的研发压力，公司决定对研发部进行数字化升级，升级的具体需求为：1.在云化模式下实现避雷器产品的电磁及结构力学仿真计算，以及资源的调度与仿真可视化界面，并可支持多路并行计算；2.用户数据、业务数据保存在云端，并按员工岗位权限建立文档系统；3.可同时满足25名工程师进行产品设计研发，设备硬件可支持常用设计软件的流畅运行，并弹性应对不同项目规模对运力的需求。

▲ 改造前后架构对比图

经过反复调研后，某避雷器公司采用了星联智云高性能3D设计仿真云平台解决方案，将多台多路服务器进行计算资源共享提升运力，不但可以通过应用容器技术实现多人同时三维设计、仿真分析及日常办公，又能实现服务器资源池化、服务器集群管理、数据集中存储、移动办公、员工文档权限管理，满足公司应用实际需求，还可以进行研发人员帐号化统一管理、高速存储、构建企业文档管理系统，实现数据资源的按需快速归类与共享，满足研发项目管理需求。

2.某重工企业工业设计云平台项目

某重工企业出于业务发展的需求，要求构建一个可以协同武汉与襄阳两地的工业设计云平台，实现两地数据互通。客户的具体需求是：1.大幅提升设计中心三维设计、仿真分析计算能力；2.要求保持两地设计应用环境的一致性；3.要求保障设计数据的安全性并可支持文件的在线审阅。

针对某重工企业提出的需求，星联智云为其提供了定制化的解决方案：1.计算资源快速获取：云平台由计算中心支持，计算能力、应用软件如电力一般在网络中流通，设计人员只需账号密码即可开始设计；2.存储资源云盘协同：云平台提供多级操作权限的云盘，构建企业文件体系，并辅助多级缓存加速文件流转，数据不会落地本地；3.设计环境高度一致：云平台构建在武汉机房内，在襄阳仍可以使用同样的设计环境，保障设计环境的高度一致性不受地域影响。

具体实施步骤及结果如下：1.内外网隔离，保障数据安全。因某重工企业设计工作涉及到保密性质，需要内外网予以隔离。高性能云平台帮助其实现了内外网的隔离，有效的保证数据的安全性；2.协同办公，便捷高效。某重工企业目前研发分布在武汉和襄阳两地，通过部署高性能云平台，利用其高性能运算及便捷共享方式，每个月减少了往返差旅5人次，极大地提升了工作效率；3.安全稳定，保证工作不中断。某重工企业部署高性能云平台后，已经无故障运行至今，保证了工作的连续性。