引言
在“中国制造”向“中国创造”转型的关键时期，中国企业全面引进发达工业国家的工程计算软件及相关研发技术，与之呼应配合的以国内超级计算中心为代表的公共云平台机构亦将CAE、CFD、EDA等工程计算应用作为非常重要的服务内容。
国内超级计算中心借鉴国外超级计算中心的基础架构建设模式，逐步配置了规模庞大的高性能计算服务器集群、丰富的工程计算应用软件、成熟的高性能计算调度技术以及先进的工程计算服务咨询能力，可以帮助企业用户切实解决大规模、高水准的工程计算问题。但是经过多年的公共计算服务实践之后，我们发现这种传统高性能计算服务平台仍然诸多不足，突出表现为以下方面：
1)操作复杂
传统高性能计算平台主要基于Linux系统，适合精通Linux系统的科学研究人员操控使用，而工程计算用户普遍缺乏Linux基础知识，容易困扰于Linux平台上的算例调试及错误分析等技术细节，同时由于国外引进的高性能计算调度软件难以进行二次开发及功能扩展，造成平台用户体验下降，较大程度地影响了超级计算中心的服务推广与技术支持工作。
2)功能局限
传统高性能计算平台仅能用于求解计算，而完整的工程计算过程包含几何建模、前处理（网格剖分及算例设置）、求解计算、后处理这四个重要步骤，因此传统高性能计算平台无法提供完整的工程计算服务。
这种工程计算服务环节的缺失现状导致以下实际情况：
（1）平台用户既需要购买超级计算中心的计算服务，也需要购置工程计算软件或部分模块，用户的计算环境分裂，软件工具碎片化现象严重；
（2）平台用户需要将庞大的仿真计算数据文件在割裂的计算环境中反复传输，耗时极长的网络传输工作加剧了工程计算体验下降，严重制约了研发分析效率。
充分认识并全面分析现有平台服务模式的不足之后，北京市计算中心与上海泛云信息科技有限公司联手协作，成功研发了全新的HY-Cloud工程计算公共云服务平台，业内首家提供一站式工程计算全过程服务，目前HY-Cloud平台服务已经向公众用户全面开放。
平台架构
1系统概览
HY-Cloud平台是云计算模式在工程仿真领域的应用实践，是将多学科仿真应用、高性能计算集群管理、基于工业仿真软件的应用虚拟化、软件许可证管控、管理门户等IT技术高度融合的技术创新，在网络体系架构、软件功能架构等多个层面都实现了崭新的系统设计思路。
系统总体架构如图1所示，其中为了保护北京市计算中心的HPC调度软件历史投资，HY-Cloud平台继续兼容支持并外延扩展了该调度软件的功能。
图1 系统总体架构
2网络架构
HY-Cloud平台针对北京市计算中心的基础架构进行了复用式整合与功能性扩展，既可最大程度地保护既有硬件设备投资，又可满足工程计算全过程服务功能需求。
HY-Cloud平台网络架构如图2所示，平台的中心是HY-Cloud门户及管理组件，负责联通客户端与计算云子平台（高性能计算集群）、应用云子平台（图形工作站集群）、存储云子平台（存储设备集群），实时监控应用软件许可证池资源，并实现用户安全认证、邮件/桌面通知服务、云端仿真流程/数据管理、计算数据存储等功能的表现层服务。
图2 平台网络架构
3节点功能
HY-Cloud平台包括图形节点、计算节点、存储系统，管理节点、AD域服务器、数据库服务端、许可证服务器，防火墙服务器、Web服务器、FTP服务器、硬件防火墙。其中管理节点包括Linux管理节点、Window管理节点、Citrix管理节点等服务器角色，平台的节点分布如图3所示。
图3 平台节点分布
图形节点上安装部署CAD软件及CAE软件前后处理模块，安装的软件包括但不限于UG、ProE、CAXA、AutoCAD、Abaqus、Ansys、LS-Dyna、NX-Nastran、Fluent、Hyperworks等软件，图形节点主要用于CAD建模、CAE前处理、CAE后处理，运行时需要调用安装于许可证服务器的对应License，并将前处理文件直接存储于GPFS并行文件存储系统中，计算结束后也可以直接打开计算结果文件并交互处理。
计算节点上安装部署CAE软件求解模块，安装的软件包括但不限于Abaqus、Ansys、LS-DYNA、NX-Nastran、Fluent等软件；计算节点主要用于CAE求解计算，运行时需要调用安装于许可证服务器的对应License。计算节点包括Linux系统、Windows系统，计算结果文件直接存储于GPFS并行文件存储系统中。
HY-Cloud平台首创计算节点、图形节点共享存储系统的应用模式，大幅简化了工程计算数据在云计算平台上的迁移及转换过程，有效提升平台用户的工程计算应用体验。平台计算数据存储流如图4所示。
图4 计算节点、图形节点共享存储系统
特色服务
HY-CLOUD平台的成功研发为工程计算公共云服务功能扩展及深化提供了资源保障与技术支撑，北京市计算中心研发团队在HY-Cloud基础之上，除了提供常规商业化仿真应用软件云服务之外，还为多个工业领域提供定制化开发了拉丝仿真、焊接仿真、中央空调室通风口布置、建筑风环境评估等15个典型应用模块工业云应用服务，以下为其中部分云应用服务的简单描述：
★拉丝模仿真
拉丝模云应用专门针对高精拉丝模的拉丝过程的模拟仿真；用户通过web输入材料参数、模具参数和工艺参数，由平台进行计算；并自动生成仿真报告；用户可以在线下载仿真报告、动画等。可以记录每一次计算结果。
用户代表北京迪蒙特佳工模具技术有限公司总经理说：“通过该工具，我们在没有专业CAE工程师的情况下，不仅可以进行CAE分析，而且降低了技术创新门槛，缩短了研发周期，提高了研发的成功率，大幅度降低了成本，对提高公司的核心竞争力，抢占行业技术的制高点起到很大的作用。”
★圆筒焊接
圆筒焊接云应用对圆筒形工件的在焊接过程中的温度和应力进行计算，用以改进焊接工艺；用户通过web输入母材参数、焊料参数和焊接参数等，由平台进行计算；并自动生成仿真报告；用户可以在线下载仿真报告、动画等。可以记录每一次计算结果。
★中央空调室通风口布置
中央空调室通风口布置方案云应用主要用于评估写字楼、办公室内中央空调通风口布置方案是否合理；用户通过web即可调整室内空调进风口、出风口布置位置，优化通风口布置方案，从而避免由于通风口布置不合理引起的热岛现象。可以记录每一次计算结果。
★建筑风环境评估
建筑风环境评估云应用主要用于评估建筑物周围的建筑风环境品质。用户通过Web即可调整建筑物几何参数（包括长方型，L型、回字形等楼群建筑模型，用户输入模型、植被模型）、外流场几何参数，边界条件等，由云后台进行计算，并自动生成仿真报告，报告中包括压力分布云图、速度分布云图等信息；用户可以在线下载仿真报告、动画等。可以记录每一次计算结果。
实践总结
HY-Cloud平台是超级计算中心领域的一次颠覆式创新，彻底放弃了既往从高性能计算底层架构出发的学术视角，转变成为以云应用服务过程及用户体验为核心诉求的公共服务平台，并且创新发展了一系列操作简便、功能强大、贴合行业的工程计算云服务。
HY-Cloud平台开发技术的演进与成熟，将促使更多贴近行业用户工程计算应用需求的云服务在平台上的孵化与推广，为中国企业的研发私有云建设提供示范与参考价值，更可为中国工业的创新与腾飞插上工程计算之翼。
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