仿真這頭大象是怎么在云上跳舞的
目前，云計(jì)算作為當(dāng)代IT技術(shù)的新生事物，與任何一種傳統(tǒng)技術(shù)相遇都會(huì)產(chǎn)生新的業(yè)態(tài)，與仿真相遇也是如此。
1、云計(jì)算已成為當(dāng)今仿真領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)
自從云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)后，全球仿真廠商很早就開(kāi)始了相應(yīng)布局。經(jīng)過(guò)最近十年的發(fā)展，多家國(guó)外著名仿真軟件廠商開(kāi)始提供相應(yīng)的云計(jì)算服務(wù)，典型的代表如ANSYS云解決方案、Altair云解決方案和達(dá)索云體驗(yàn)平臺(tái)。
國(guó)家工業(yè)和信息化部發(fā)布的《云計(jì)算發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2017-2019年）》明確指出：計(jì)劃從提升技術(shù)水平、增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)能力、推動(dòng)行業(yè)應(yīng)用、保障網(wǎng)絡(luò)安全、營(yíng)造產(chǎn)業(yè)環(huán)境等多個(gè)方面，推動(dòng)云計(jì)算健康快速發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，基于云計(jì)算的仿真技術(shù)也將迎著東風(fēng)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。
2、仿真工具上云為應(yīng)用企業(yè)帶來(lái)技術(shù)與成本優(yōu)勢(shì)
仿真工具上云可降低仿真的準(zhǔn)入門(mén)檻，免于一次性較高投資就能使用仿真資源。云上資源即取即用，按需付費(fèi)，而不像傳統(tǒng)軟硬件預(yù)先買(mǎi)斷模式必然產(chǎn)生閑置浪費(fèi)。軟硬件的彈性伸縮，能瞬時(shí)響應(yīng)任意種類(lèi)與規(guī)模的需求。所以，仿真云對(duì)于預(yù)算有限的中小企業(yè)來(lái)講是再適合不過(guò)了。
3、仿真云很方便地解決了企業(yè)仿真人才短缺問(wèn)題。
曾經(jīng)的仿真都是企業(yè)內(nèi)的業(yè)務(wù)活動(dòng)，人才只能在企業(yè)內(nèi)解決。如果仿真業(yè)務(wù)量大，還值得養(yǎng)活仿真人員，但對(duì)于需求量不大的企業(yè)偶發(fā)需求，或者仿真需求天然不大的中小企業(yè)，養(yǎng)活全職仿真人員就很不劃算。云讓人才的邊界擴(kuò)大，不需要局限在企業(yè)內(nèi)，而可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得來(lái)自全球的服務(wù)。技術(shù)人才可以隨需使用，對(duì)于只有偶發(fā)需求的企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種服務(wù)所支出的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于養(yǎng)一個(gè)全職人員。
掌握一技之長(zhǎng)的技術(shù)人員在確定邊界內(nèi)所能發(fā)揮的作用有限，價(jià)值無(wú)法發(fā)揮，也不因此帶來(lái)收益。但突破邊界后，可以為全世界企業(yè)提供服務(wù)的時(shí)候，服務(wù)對(duì)象的數(shù)量將巨大增加，服務(wù)收益也隨之增長(zhǎng)。這個(gè)社會(huì)一度要求人向復(fù)合型人才發(fā)展，但在云時(shí)代，專(zhuān)業(yè)人才可以因?yàn)橐患贾L(zhǎng)而獲得足夠回報(bào)，而不需要人人都要變成萬(wàn)金油才能養(yǎng)活自己。所以云反倒可以讓技術(shù)人才向?qū)I(yè)化發(fā)展，而不是必須成為一個(gè)全才。
仿真云平臺(tái)是支持傳統(tǒng)仿真模式向云模式轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，其總體架構(gòu)如下圖所示。該框架既支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同共享特性，又能對(duì)仿真這類(lèi)特殊軟件和技術(shù)提供良好支持，這種特殊性體現(xiàn)在對(duì)交互性、圖形化、計(jì)算性能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸速度等方面的較高要求。
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的仿真云平臺(tái)架構(gòu)
該架構(gòu)是架設(shè)在通用IaaS和通用PaaS之上，但又對(duì)它們做了改造，使其滿足仿真的專(zhuān)業(yè)性要求。首先對(duì)通用IaaS改造，形成兩個(gè)仿真IaaS相關(guān)模塊:云超算和云數(shù)據(jù)。其次對(duì)通用PaaS進(jìn)行改造，形成APP可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境（AppWorx）。終端用戶(hù)面對(duì)的是仿真SaaS，包括仿真云桌面、仿真社區(qū)以及APP交易和應(yīng)用環(huán)境（APPStore）。重量級(jí)仿真工具可在云桌面上運(yùn)行，輕量級(jí)的應(yīng)用可以通過(guò)仿真APP以網(wǎng)頁(yè)模式運(yùn)行。
仿真云平臺(tái)的主要模塊有：仿真云桌面、仿真云數(shù)據(jù)、仿真云超算、仿真社區(qū)、APP交易與應(yīng)用環(huán)境、APP可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境、通用IaaS和通用PaaS。
1、仿真云桌面
雖然云計(jì)算崇尚通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)云中的所有資源，但仿真有兩項(xiàng)重要工作——建模和后處理——均對(duì)人機(jī)交互性和圖形圖像處理的要求非常之高，目前的瀏覽器技術(shù)在這兩方面的支持性均不高。因此，盡管存在純粹的云仿真產(chǎn)品，將建模和后處理用瀏覽器處理，但無(wú)一例外，這些軟件都是功能簡(jiǎn)單或者小眾化的專(zhuān)業(yè)APP。因此，對(duì)仿真云來(lái)講，提供一個(gè)高性能云桌面來(lái)滿足交互式和圖形化處理的需求是非常必要的。
云桌面示意圖
2、仿真云數(shù)據(jù)
既然在仿真云中通過(guò)云桌面來(lái)完成仿真工作，那將仿真數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云上是很自然的事，所以，仿真云提供了云數(shù)據(jù)空間，相當(dāng)于仿真云盤(pán)，工程師仿真計(jì)算的數(shù)據(jù)就像保存在自己的電腦硬盤(pán)中一樣方便。
當(dāng)然仿真數(shù)據(jù)都保存在工程師的電腦這種狀況如果不改變，意味著企業(yè)仍然難以將工程師的工作成果變成企業(yè)資產(chǎn)。傳統(tǒng)上，為改變這種情況，企業(yè)往往都會(huì)引入PDM平臺(tái)（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）或SDM平臺(tái)（仿真數(shù)據(jù)管理）來(lái)管理工程師的仿真數(shù)據(jù)，而且，這種方式能將仿真數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多維度統(tǒng)一管理，建立仿真流程，實(shí)現(xiàn)仿真人員、任務(wù)和數(shù)據(jù)之間的高效協(xié)同。在仿真云中，也可以提供一個(gè)云化SDM平臺(tái)，將工程師的數(shù)據(jù)自然保存為企業(yè)資產(chǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工程師之間的高效協(xié)同。
3、仿真云超算
由于仿真對(duì)建模的交互性和后處理的圖形化要求較高，使得仿真很難通過(guò)純粹的瀏覽器來(lái)完成所有的仿真工作，但利用求解器進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算的任務(wù)卻是可以通過(guò)瀏覽器調(diào)用云上的高性能計(jì)算（HPC）設(shè)備來(lái)完成大規(guī)模計(jì)算。
仿真云超算是基于IaaS提供的基礎(chǔ)設(shè)施打造的一站式公共云超算服務(wù)，用多核并行計(jì)算滿足大規(guī)模計(jì)算需求。云超算的計(jì)算能力可彈性聚散，需要時(shí)可瞬間聚集大規(guī)模的計(jì)算資源，不需要時(shí)可以立刻釋放而不再付費(fèi)。
仿真云超算功能架構(gòu)
4、仿真社區(qū)
仿真社區(qū)可將仿真相關(guān)的人凝聚起來(lái)，交流知識(shí)并相互提供服務(wù)，所以社區(qū)模塊通常需包括知識(shí)交流和服務(wù)交易兩部分功能。中小企業(yè)沒(méi)有足夠的預(yù)算也沒(méi)有必要配置專(zhuān)業(yè)仿真人員，社區(qū)則是幫助他們解決人才短缺問(wèn)題的途徑之一。在社區(qū)中，本企業(yè)的普通仿真人員可以低成本地獲得高手的幫助，如果需要專(zhuān)業(yè)的仿真服務(wù)，譬如需要專(zhuān)業(yè)仿真計(jì)算來(lái)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，則可以在這里尋求仿真服務(wù)交易，獲得一事一議的仿真解決方案，譬如單項(xiàng)任務(wù)外包。
5、APP可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境
仿真APP可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境為仿真工具、算法、模型、流程、知識(shí)等提供APP封裝工具，支持用戶(hù)在可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成工作流程的封裝、多學(xué)科仿真過(guò)程的封裝、仿真模型的封裝、仿真工具的封裝、仿真算法的封裝以及圖形文字的封裝。同時(shí)，提供GUI創(chuàng)建工具，幫助用戶(hù)在圖形化環(huán)境中利用拖拽方式定義仿真APP應(yīng)用界面。
6、APP交易與應(yīng)用環(huán)境
該環(huán)境提供了仿真APP商店（APP Store），APP開(kāi)發(fā)者可以將自己的APP上傳并注冊(cè)到該商店，供有償訂閱。環(huán)境同時(shí)進(jìn)行APP應(yīng)用支持，提供APP的下載、安裝、計(jì)費(fèi)、服務(wù)等支持。
7、通用IaaS和PaaS層
通用IaaS平臺(tái)提供云服務(wù)器、云硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載均衡、云容災(zāi)、云服務(wù)器備份及云服務(wù)器安全等。將仿真云超算和仿真云數(shù)據(jù)加載在通用IaaS之上，形成仿真IaaS。
通用PaaS平臺(tái)提供容器服務(wù)、云數(shù)據(jù)庫(kù)（譬如MySQL、MongoDB、Redis、TSDB等）、大數(shù)據(jù)服務(wù)、軟件開(kāi)發(fā)服務(wù)及微服務(wù)管理。將仿真APP開(kāi)發(fā)環(huán)境架構(gòu)在通用PaaS之上，形成仿真PaaS。
仿真云平臺(tái)的運(yùn)維是與平臺(tái)的開(kāi)發(fā)密切關(guān)聯(lián)的部分。運(yùn)維主要關(guān)注商業(yè)模式及其落地經(jīng)營(yíng)，他們需要依據(jù)商業(yè)模式設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)邏輯。而平臺(tái)開(kāi)發(fā)主要關(guān)注開(kāi)發(fā)技術(shù)，將經(jīng)營(yíng)者設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)邏輯變成軟件產(chǎn)品——云平臺(tái)，這正是這兩者的結(jié)合點(diǎn)。云平臺(tái)的運(yùn)維者與云平臺(tái)的開(kāi)發(fā)者沒(méi)必要是一個(gè)主體。
如果仿真技術(shù)、資源與人是生態(tài)中的眾生與物種，那平臺(tái)就是山川與河流。當(dāng)然，隨著生態(tài)的衍進(jìn)，平臺(tái)應(yīng)逐步發(fā)展演變。
平臺(tái)運(yùn)維者的最大責(zé)任是設(shè)計(jì)一個(gè)讓生態(tài)中所有物種可以賺錢(qián)的模式，并讓這些物種之間形成互惠互利的利益鏈。利益鏈中各方利益如何公平合理的分配是這個(gè)模式的重點(diǎn)之一。
商業(yè)模式的另一個(gè)重點(diǎn)是，如何吸引生態(tài)利益鏈最前端的利益提供者——終端用戶(hù)——來(lái)這個(gè)平臺(tái)上消費(fèi)。這不僅需要本生態(tài)所提供的客戶(hù)價(jià)值足夠大，更重要的是要以較快的速度讓客戶(hù)知曉并成為會(huì)員。在互聯(lián)網(wǎng)世界，客戶(hù)流量（點(diǎn)擊率）是一切的根本，這種點(diǎn)擊率即使會(huì)在未來(lái)爆發(fā)，其成長(zhǎng)過(guò)程往往都有較長(zhǎng)的潛伏期。如何快速?zèng)_過(guò)潛伏期達(dá)到爆點(diǎn)是每個(gè)生態(tài)的運(yùn)維者的最重要課題。我們常?？吹降难a(bǔ)貼大戰(zhàn)，往往都是發(fā)生在潛伏期，其目的就是快速突破潛伏，進(jìn)入爆點(diǎn)。
仿真云平臺(tái)不僅是仿真軟件這頭大象翩翩起舞的舞臺(tái)，更是仿真生態(tài)的基本載體，提供了生態(tài)衍進(jìn)需要的技術(shù)環(huán)境，并隨著生態(tài)衍進(jìn)趨勢(shì)隨時(shí)調(diào)整。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，中臺(tái)是個(gè)重要的存在，仿真云平臺(tái)可以認(rèn)為就是這個(gè)中臺(tái)，它提供了具有共享特征的通用框架、基礎(chǔ)素材和公共資源，各物種在其上繼續(xù)開(kāi)發(fā)和經(jīng)營(yíng)自己的小微生態(tài)。
