云仿真中的協(xié)同仿真支撐系統(tǒng)研究

0云仿真的主要目標(biāo)云制造是一種基于網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的智能制造新模式。其模式和相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用將促進中國制造業(yè)從“產(chǎn)品與服務(wù)”向“產(chǎn)品與服務(wù)”的轉(zhuǎn)變。加快中國制造業(yè)信息向便捷化、服務(wù)化、協(xié)調(diào)化、綠色化、智能化等方向的發(fā)展，提高制造企業(yè)的市場競爭力。在產(chǎn)品制造全生命周期的各類活動中,仿真一直是不可缺少的技術(shù)與工具,云制造對仿真提出了新的需求,即實現(xiàn)云仿真新模式。(1)敏捷化云制造環(huán)境下產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短,要求規(guī)模龐大的仿真運行環(huán)境和仿真驗證系統(tǒng)可以被快速部署和靈活構(gòu)建。(2)服務(wù)化在當(dāng)今盛行的按需租用服務(wù)模式影響下,為節(jié)省成本并降低投資風(fēng)險,散在個體或者中小企業(yè)對按需獲取仿真服務(wù)以支持制造全生命周期各階段活動的需求大大增加。(3)綠色化面對大量制造用戶同時在線使用仿真服務(wù)的需求,仿真支撐平臺/系統(tǒng)必須支持對分散和集中的各類仿真資源的優(yōu)化管理、共享和經(jīng)營,以降低能耗,提高資源利用率,實現(xiàn)資源增效。(4)虛擬化為便于對資源進行統(tǒng)一管控,需要實現(xiàn)異構(gòu)仿真資源的虛擬化封裝和抽象,以屏蔽各類仿真資源的地域分散、形態(tài)不同等異構(gòu)性。(5)協(xié)同化云制造環(huán)境下被仿真系統(tǒng)(如復(fù)雜產(chǎn)品、生產(chǎn)線等)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)日益擴大和復(fù)雜,迫切需要多用戶獲取持續(xù)穩(wěn)定的仿真服務(wù)來協(xié)作完成仿真任務(wù)。(6)智能化云制造中的仿真應(yīng)用變得愈加復(fù)雜,需要仿真支撐平臺/系統(tǒng)能夠智能地獲取用戶的需求和組織仿真服務(wù),讓用戶可以專注于解決制造任務(wù)空間的問題。云仿真將各類仿真資源服務(wù)化/虛擬化后封裝成服務(wù)云池,并進行統(tǒng)一、集中高效的管理和經(jīng)營,實現(xiàn)了仿真資源的快速部署和虛擬化協(xié)同仿真環(huán)境的智能、靈活構(gòu)建,能夠充分支持多用戶隨時隨地按需獲取仿真服務(wù),增強了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建模仿真方法的能力。因此,云仿真作為云制造典型應(yīng)用的關(guān)鍵支撐技術(shù)和云制造中仿真即服務(wù)(SimulationasaService,SimaaS)的使能技術(shù),為滿足前述云制造對仿真的新需求提供了思路和方法?；谠浦圃旒夹g(shù)的特點,為適應(yīng)其對云仿真的“六化”需求,結(jié)合新興信息技術(shù)如云計算、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)化等,本文在深入研究云仿真、協(xié)同仿真的基礎(chǔ)上,進一步細(xì)化文獻中的云仿真體系結(jié)構(gòu)框架,研究提出云仿真環(huán)境下的協(xié)同仿真支撐系統(tǒng)框架,特別是核心功能層所需包含的核心服務(wù),以及協(xié)同仿真應(yīng)用過程(AppliciationProcessofCollaborativeSimulation,APCS)模型。1云仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由于云仿真系統(tǒng)為云制造的重要組成部分,且是云制造環(huán)境中協(xié)同仿真的直接使能系統(tǒng),本章將圍繞云仿真系統(tǒng)中的協(xié)同仿真來論述,并不考慮云仿真能力要素。云仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架由資源層、云仿真平臺層和服務(wù)應(yīng)用層組成。結(jié)合云制造中復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝和裝備、多任務(wù)生產(chǎn)管理、協(xié)同開發(fā)過程和多渠道供應(yīng)鏈等方面的協(xié)同仿真應(yīng)用需求,將云仿真系統(tǒng)的體系框架進一步具體化,特別是從邏輯視圖上細(xì)化給出協(xié)同仿真核心服務(wù),如圖1所示。圖中主要包括用戶界面、協(xié)同仿真核心服務(wù)和云仿真資源池等,其余部分請參見文獻。(1)界面接口云仿真用戶界面提供用戶使用各種仿真服務(wù)的入口,支持基于瀏覽器形式的仿真活動,例如用戶可以通過用戶界面提交仿真任務(wù)并獲取仿真結(jié)果。(2)模型仿真服務(wù)系統(tǒng)建模服務(wù)能夠提供給用戶系統(tǒng)頂層建模服務(wù)和專業(yè)領(lǐng)域子系統(tǒng)建模服務(wù)。前者支持將復(fù)雜的多學(xué)科耦合系統(tǒng)劃分為各個子系統(tǒng),建立由元素模型、成員模型及成員模型之間交互信息模型組成的頂層系統(tǒng)模型;后者支持利用各專業(yè)領(lǐng)域的商用軟件建立領(lǐng)域子系統(tǒng)的模型。仿真描述解析服務(wù)能夠從配置文件中自動解析并獲取協(xié)同仿真任務(wù)中各個成員模型運行環(huán)境的語義描述信息,為仿真資源的組織服務(wù)提供所需資源的屬性及配置信息。語義本體服務(wù)包括定義仿真領(lǐng)域的概念、建立概念分類與關(guān)系等服務(wù),用于面向語義的資源檢索和不同領(lǐng)域之間仿真數(shù)據(jù)、模型與知識的交換、共享和復(fù)用。仿真資源組織服務(wù)用于組織用戶所需的仿真資源,構(gòu)建仿真系統(tǒng)。仿真資源有不同的形態(tài)(虛擬化、服務(wù)化、物理資源),也有即時可用和部署可用的區(qū)別,該服務(wù)用于組織上述屬性異構(gòu)的仿真資源。成員/組件自動生成服務(wù)提供用戶友好的界面以完成對成員/組件模型框架的個性化定制,用戶在自動生成的成員/組件模型框架的基礎(chǔ)上按照業(yè)務(wù)邏輯集成實體模型,最終生成可執(zhí)行的聯(lián)邦成員或可被仿真引擎組合的仿真組件模型。仿真任務(wù)管理服務(wù)提供對協(xié)同仿真任務(wù)的創(chuàng)建、查看和管理功能,支持仿真任務(wù)發(fā)起者靈活地定制協(xié)同仿真的工作流模型,支持按照流程信息鏈自動調(diào)度上游工作節(jié)點的文檔、模型、數(shù)據(jù)等仿真資源至下游工作節(jié)點,以協(xié)調(diào)地域分布的仿真工作人員共同完成仿真任務(wù)。仿真資源管理服務(wù)包括仿真資源基本管理服務(wù)以及仿真資源監(jiān)控、仿真資源容錯遷移、仿真任務(wù)調(diào)度等服務(wù)。其中,仿真資源基本管理服務(wù)包括仿真資源的搜索/匹配、瀏覽/查看、上傳/下載、更改/刪除、注冊、發(fā)布等;仿真資源監(jiān)控服務(wù)可以實時采集仿真資源的狀態(tài);仿真資源容錯遷移服務(wù)支持仿真資源在非運行狀態(tài)(宕機)下的容錯恢復(fù);仿真任務(wù)調(diào)度服務(wù)能夠利用物理計算節(jié)點的監(jiān)控信息進行仿真任務(wù)的靜態(tài)分配和動態(tài)調(diào)整。虛擬環(huán)境控制服務(wù)包括按需自動構(gòu)建虛擬運行環(huán)境(單機創(chuàng)建以及批量生成虛擬集群)、控制和保存虛擬運行環(huán)境的狀態(tài),以及在仿真任務(wù)完成后撤銷虛擬運行環(huán)境的服務(wù)。遠(yuǎn)程虛擬桌面服務(wù)支持遠(yuǎn)程連接動態(tài)構(gòu)建的虛擬機,獲取運行仿真任務(wù)的虛擬機桌面環(huán)境。通過該服務(wù),用戶可以在瀏覽器中遠(yuǎn)程查看和操作虛擬環(huán)境,進行仿真活動。文件部署服務(wù)支持將資源文件遠(yuǎn)程部署到指定地址機器的文件夾下,以構(gòu)建仿真系統(tǒng)。運行時間框架(RunTimeInfrastructure,RTI)服務(wù)可以支持分布于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的各仿真系統(tǒng)互聯(lián)互操作。廣域網(wǎng)用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)按需獲取WebService形式的RTI六大類管理服務(wù);局域網(wǎng)內(nèi)的仿真系統(tǒng)運行于高性能環(huán)境中,具有較高的性能。仿真運行管理服務(wù)通過RTI的管理對象模型以及自定義用于運行控制的交互類,實現(xiàn)仿真聯(lián)邦運行時的統(tǒng)一控制(如啟動/暫停/繼續(xù)/結(jié)束聯(lián)邦執(zhí)行)和狀態(tài)監(jiān)控(如成員邏輯時間、交互信息數(shù)目等)。數(shù)據(jù)采集與結(jié)果評估服務(wù)通過加入聯(lián)邦仿真系統(tǒng)收集運行過程中動態(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù),支持用戶瀏覽采集感興趣的數(shù)據(jù),以及按照一定方法評估仿真結(jié)果。三維模型遠(yuǎn)程可視化服務(wù)支持用戶通過瀏覽器來遠(yuǎn)程查看三維模型的仿真動態(tài)過程。虛擬化/服務(wù)化封裝服務(wù)包含創(chuàng)建、注冊、發(fā)布虛擬化/服務(wù)化仿真資源的功能。這里虛擬化仿真資源主要指虛擬機鏡像,它支持用戶將常用的仿真軟件資源和操作系統(tǒng)環(huán)境進行組合封裝,以制作虛擬機模板,而每一個虛擬機鏡像都是一種可共享、可重用的仿真運行環(huán)境載體;服務(wù)化仿真資源指符合WebService和JINI規(guī)范的仿真服務(wù),可以是模型服務(wù)、設(shè)備服務(wù)等。仿真引擎服務(wù)支持將仿真組件模型(非服務(wù)化的形式)或者服務(wù)化仿真資源組合,以完成復(fù)雜仿真任務(wù),促進仿真組件模型或服務(wù)化仿真資源的共享與重用。(3)語義本體庫和服務(wù)資源庫云仿真資源池用來存儲虛擬化/服務(wù)化的仿真資源,包括語義本體庫、服務(wù)資源庫、虛擬資源庫等。語義本體庫用來存儲概念定義、專業(yè)領(lǐng)域的分類和概念關(guān)系信息,服務(wù)資源庫用來存儲靜態(tài)服務(wù)資源以及動態(tài)可用服務(wù)資源的目錄信息,虛擬資源庫包含經(jīng)過虛擬化封裝的各類仿真資源。具體實現(xiàn)以上服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)介紹可參見文獻,下面僅給出平臺資源管理關(guān)鍵技術(shù)。2生成動態(tài)擴展的語義為支持對仿真資源全生命周期的統(tǒng)一管理,首先需要對云仿真平臺中涉及的各類仿真資源進行建模,給出仿真資源及資源實例的形式化描述。由于各類仿真資源在形態(tài)、使用方式、運行特征等方面存在明顯差異,將資源劃分為物理計算資源、虛擬資源、服務(wù)資源等進行描述,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)仿真資源的中層分類管理和頂層集中統(tǒng)一管理。在云仿真平臺的系統(tǒng)動態(tài)構(gòu)建過程中,存在復(fù)制、部署、運行仿真資源的行為,因此針對每類仿真資源,將從仿真資源和資源實例兩方面給出形式化描述及其之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以方便模板資源與實例資源的分類管理。其中,資源描述中資源實例集實現(xiàn)了資源與資源實例之間的層次化關(guān)聯(lián),一個仿真資源包括若干個資源實例;而對于每個資源實例,又可以通過索引信息找到其所屬的仿真資源。事實上,不同種類的仿真資源和資源實例,從資源運行角度給出的形式化描述不盡相同,相互之間存在細(xì)微的差別。下面分別針對物理機資源、虛擬機資源、服務(wù)資源給出詳細(xì)的定義。定義1物理機資源和資源實例。物理機資源=?基本信息?資源ID、資源名?、特征信息?是否集群、操作系統(tǒng)類型?、資源實例集?;物理機節(jié)點=?基本信息?實例ID、節(jié)點名、資源ID?、靜態(tài)配置?節(jié)點IP、CPU個數(shù)、CPU速度、內(nèi)存大小?、動態(tài)性能?CPU利用率、內(nèi)存利用率?、狀態(tài){HPC_NOSTATE,HPC_INI,HPC_RUN-NING,HPC_SHUTOFF,HPC_ERR}?。定義2虛擬機資源和資源實例。虛擬機資源=?基本信息?資源ID、模板名?、特征信息?操作系統(tǒng)類型、軟件列表?、資源實例集?;虛擬機節(jié)點=?基本信息?實例ID、節(jié)點名、資源ID?、靜態(tài)配置?節(jié)點IP、CPU個數(shù)、內(nèi)存大小、主機節(jié)點ID?、動態(tài)性能?CPU利用率、內(nèi)存利用率?、狀態(tài){VM_NOSTATE,VM_INI,VM_RUNNING,VM_PAUSE,VM_BLOCKED,VM_SHUTOFF,VM_ERR}?。定義3服務(wù)資源和資源實例。服務(wù)資源=?基本信息?資源ID、資源名?、特征信息?是否并發(fā)、操作系統(tǒng)類型?、資源實例集?;服務(wù)實例=?基本信息?實例ID、實例名、資源ID?、靜態(tài)配置?UDDI、CPU個數(shù)、內(nèi)存大小、主機節(jié)點ID?、動態(tài)性能?、狀態(tài){SVR_NOSTATE,SVR_INI,SVR_IDLE,SVR_RUNNING,SVR_PAUSE,SVR_SHUTOFF,SVR_ERR}??；谏鲜鋈惙抡尜Y源的基本描述,為支持仿真資源的語義搜索和匹配,定義可動態(tài)擴展的語義屬性〈用途、應(yīng)用領(lǐng)域、功能、接口、行為〉。針對每個應(yīng)用領(lǐng)域,用戶可以在語義本體庫中建立對應(yīng)的語義匹配機制,以支持資源的有效檢索?；谏鲜鲑Y源描述方法,在對物理計算資源、虛擬資源、服務(wù)資源進行分類管理的基礎(chǔ)上,通過資源管理中間件實現(xiàn)資源管理服務(wù)(即各類仿真資源的統(tǒng)一管理),同時借助語義本體服務(wù),可以實現(xiàn)仿真資源的語義搜索和匹配,如圖2所示。3在云制造環(huán)境中，應(yīng)用程序流程模型3.1基于apcs模型的仿真活動IEEEStd1516.3標(biāo)準(zhǔn)給出了基于高層體系結(jié)構(gòu)(High-LevelArchitecture,HLA)的FEDEP(federationdevelopmentandexectutionprocess)推薦步驟,可以根據(jù)需要予以裁剪或作為具體系統(tǒng)工程實踐的集成載體。受其啟發(fā),針對云制造對云仿真的六化需求,結(jié)合云制造環(huán)境中協(xié)同仿真核心服務(wù),集成和擴充FEDEP規(guī)范形成APCS模型,其包含的簡明活動如圖3所示,圖中兩處云資源同指云仿真中接入系統(tǒng)的資源。用戶通過仿真任務(wù)管理服務(wù)發(fā)起協(xié)同仿真活動,使得多用戶可以在一個統(tǒng)一的虛擬邏輯組中共享資源和協(xié)同工作。例如,在協(xié)同仿真活動過程中,總體工作人員將步驟(1)和步驟(2)中產(chǎn)生的結(jié)果提交給各分系統(tǒng)設(shè)計/開發(fā)人員。具體地,APCS模型包含的步驟與活動如下:該部分的工作成果形式主要為文檔,通過云仿真中資源管理服務(wù)實現(xiàn)文檔的上傳/下載、注冊/發(fā)布等操作。1)定義協(xié)同目標(biāo)該步驟首先需要確定協(xié)同仿真系統(tǒng)的目標(biāo)。例如,當(dāng)設(shè)計師完成復(fù)雜產(chǎn)品———汽車的多學(xué)科設(shè)計后,選擇使用協(xié)同仿真手段來分析汽車的加速性能、操縱靈敏度等。2)開發(fā)概念模型進行概念模型分析,將協(xié)同目標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為功能和行為描述,如確定協(xié)同仿真系統(tǒng)中包含的對象、對象之間的靜態(tài)關(guān)系和動態(tài)關(guān)系等。(2)基于云仿真的系統(tǒng)設(shè)計1)選擇系統(tǒng)成員考察仿真系統(tǒng)對概念模型中規(guī)定的實體和行為的表示能力,同時兼顧管理、技術(shù)因素,將仿真系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)(聯(lián)邦成員)。2)準(zhǔn)備系統(tǒng)設(shè)計為子系統(tǒng)(聯(lián)邦成員)分配表示系統(tǒng)概念模型中規(guī)定的實體和行為的責(zé)任,同時注意避免因子系統(tǒng)之間的密集交互帶來的通信瓶頸問題。3)完成系統(tǒng)描述按照仿真系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分和責(zé)任分配,通過云仿真門戶中的系統(tǒng)建模核心服務(wù),基于圖形化建模語言完成系統(tǒng)組成和子系統(tǒng)交互描述;然后按照一定的語義本體模板格式,分層次完成對子系統(tǒng)、組成子系統(tǒng)的實體模型以及實體模型之間邏輯關(guān)系的描述。(3)仿真組件模型開發(fā)1)準(zhǔn)備實體(專業(yè))模型基于實體模型規(guī)范化語義描述,使用規(guī)范化描述解析和語義本體服務(wù),分系統(tǒng)工作人員在云仿真資源庫中搜索/匹配得到相關(guān)的實體(專業(yè))模型,實體模型可以是通常意義上的專業(yè)模型,也可以是調(diào)用模型服務(wù)的客戶端。如果沒有搜索到合適的模型,則需要基于系統(tǒng)建模服務(wù)定制虛擬工作環(huán)境和使用其中的商用分系統(tǒng)工具軟件,完成專業(yè)模型的開發(fā)。2)實現(xiàn)子系統(tǒng)開發(fā)基于步驟(2)的系統(tǒng)描述過程中生成的成員對象模型(SimulationObjectModel,SOM)文件,各子系統(tǒng)工作人員使用成員自動生成服務(wù)通過交互界面選擇訂購和發(fā)布的類,生成成員代碼框架;然后基于代碼框架和專業(yè)實體模型完成成員的開發(fā)。另外一種方法是基于組件生成服務(wù)生成仿真組件模型框架,并結(jié)合專業(yè)實體模型完成仿真組件模型的開發(fā),多個仿真組件模型在仿真引擎服務(wù)的支持下組合為聯(lián)邦成員模型。最后工作人員根據(jù)專業(yè)實體模型文件描述運行環(huán)境、計算能力和通信能力的需求,并參照性能評測標(biāo)準(zhǔn),建立成員的需求描述元組RunEnv=?OS,SoftSet,NumCPU,MemSZ,DiskSP,NetBD?,為虛擬機啟動時的資源配置提供依據(jù)。3)完成單點局部測試基于云仿真中的成員自動生成服務(wù),完成單個成員的交互特性測試,方法是通過生成與該成員訂購/發(fā)布互補的測試成員,然后在開發(fā)環(huán)境中協(xié)同運行測試其交互特性是否滿足要求。(4)導(dǎo)致仿真系統(tǒng)運行安全各子系統(tǒng)工作人員分別提交系統(tǒng)描述(系統(tǒng)頂層描述和分系統(tǒng)描述)文件、成員模型文件和實驗數(shù)據(jù)等至仿真任務(wù)管理服務(wù)的門戶,這些文件共同構(gòu)成協(xié)同仿真系統(tǒng)構(gòu)建、測試和運行的基礎(chǔ)。(5)仿真資源管理服務(wù)1)仿真任務(wù)解析仿真描述解析服務(wù)獲取分系統(tǒng)(成員模型)描述文件中各成員模型的運行環(huán)境語義描述信息,即RunEnv。2)虛擬機鏡像的搜索/匹配仿真資源管理服務(wù)將根據(jù)仿真系統(tǒng)中各成員模型運行環(huán)境的語義描述信息來搜索/匹配滿足需求的虛擬機鏡像,并將滿足條件的虛擬機鏡像列表顯示出來供用戶選擇。3)選擇物理計算節(jié)點和啟動虛擬機通過獲取物理節(jié)點的監(jiān)控信息以及負(fù)載的統(tǒng)計和預(yù)測信息,結(jié)合仿真系統(tǒng)的需求,仿真資源管理服務(wù)可以優(yōu)化地選擇最合適的幾個物理計算節(jié)點。仿真資源組織服務(wù)通過部署虛擬機鏡像到已選的物理節(jié)點,使用虛擬環(huán)境控制服務(wù),按照RunEnv信息自動配置和啟動虛擬機,同時為虛擬機自動分配IP地址。4)獲取虛擬機桌面環(huán)境虛擬計算環(huán)境構(gòu)建后,針對以下應(yīng)用需求,通過遠(yuǎn)程虛擬桌面服務(wù)獲取正在運行虛擬機的桌面環(huán)境是有必要的:(1)仿真系統(tǒng)運行前,特殊需求導(dǎo)致需修改虛擬機中仿真軟件的相關(guān)運行設(shè)置,甚至操作系統(tǒng)的配置;(2)針對那些需要用戶和仿真系統(tǒng)之間進行交互的應(yīng)用,用戶需要虛擬機的桌面環(huán)境,以便對仿真系統(tǒng)進行更為精細(xì)的控制;(3)確保仿真結(jié)果的正確性,不僅需要監(jiān)控仿真系統(tǒng)是否處于運行狀態(tài),還要注意仿真系統(tǒng)在運行時是否拋出異常,有些異常不會導(dǎo)致仿真系統(tǒng)崩潰,但是會影響仿真結(jié)果的正確性?；谠摲?wù)用戶可以啟動和配置虛擬機中的仿真工具軟件,建立仿真系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)和軟件環(huán)境,也可以隨時查看虛擬機中仿真系統(tǒng)運行的狀態(tài)。5)部署模型文件和配置仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng)由各仿真成員模型和仿真運行環(huán)境共同組成。在仿真系統(tǒng)運行環(huán)境搭建后,用戶只需利用文件部署服務(wù),將仿真成員模型部署到特定的位置,并配置仿真成員模型以及操作系統(tǒng)和軟件環(huán)境。(6)模擬運行管理服務(wù)由于仿真系統(tǒng)的閉環(huán)測試與協(xié)同運行過程大致相同,閉環(huán)測試部分不再贅述,僅介紹仿真系統(tǒng)的協(xié)同運行步驟,具體如下:1)通過云仿真門戶,使用仿真運行管理服務(wù)和上傳的聯(lián)邦對象模型(FederationObjectModel,FOM)文件創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行,然后基于服務(wù)化接口自動啟動或者手動啟動各個虛擬機中部署的聯(lián)邦成員模型,并加入聯(lián)邦執(zhí)行中。仿真運行管理服務(wù)提供對整個聯(lián)邦的狀態(tài)監(jiān)視和控制等管理服務(wù),以便用戶通過統(tǒng)一的指令管理仿真實驗活動。2)使用數(shù)據(jù)采集與結(jié)果評估服務(wù)作為一個成員加入聯(lián)邦,通過選擇訂購感興趣的對象類和交互類采集仿真運行時產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù),準(zhǔn)備輸出數(shù)據(jù),以備結(jié)果評估使用。3)三維模型遠(yuǎn)程可視化服務(wù)支持用戶通過瀏覽器來遠(yuǎn)程查看三維模型的運動過程。4)在仿真系統(tǒng)協(xié)同運行過程中,仿真資源管理服務(wù)通過仿真資源監(jiān)控功能模塊獲得仿真資源狀態(tài),并支持兩類容錯遷移服務(wù),包括面向負(fù)載均衡的容錯遷移和面向高可用的容錯遷移。(7)動態(tài)數(shù)據(jù)分析評估用戶通過遠(yuǎn)程觀看仿真關(guān)鍵數(shù)據(jù)的三維可視化模型動態(tài)過程,以及利用數(shù)據(jù)采集與結(jié)果評估服務(wù),基于一定算法(如回歸分析或者數(shù)據(jù)挖掘算法等),對動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析和評估。3.2在線協(xié)同仿真平臺APCS模型的特點及對協(xié)同仿真系統(tǒng)開發(fā)與執(zhí)行過程的強有力支持主要表現(xiàn)在以下四方面,從而為進一步實現(xiàn)“六化”提供基礎(chǔ)支撐:(1)仿真應(yīng)用過程自動化在用戶完成少量工作后,系統(tǒng)可以自動生成聯(lián)邦對象模型文件、成員代碼框架以及自動部署和構(gòu)建虛擬化仿真運行環(huán)境等。(2)資源共享和敏捷使用采用虛擬化/服務(wù)化技術(shù)和基于語義本體的檢索技術(shù)等,促進了各種粒度的仿真資源共享(細(xì)粒度資源如節(jié)點內(nèi)CPU核、內(nèi)存、存儲器和專業(yè)實體模型等,粗粒度資源如成員模型),以及根據(jù)資源忙閑不均的感知信息來優(yōu)化調(diào)度任務(wù),促進資源的敏捷使用。(3)按需獲取持續(xù)穩(wěn)定服務(wù)引入虛擬化技術(shù)提交仿真服務(wù)的容錯和高可用性,以及統(tǒng)籌和經(jīng)營仿真資源池,以滿足大量用戶在線使用協(xié)同仿真服務(wù)的需求。(4)兩種類型任務(wù)高效協(xié)同即支持時空一致緊耦合的仿真子系統(tǒng)之間的協(xié)同,以及類似于仿真全生命周期活動的流程性在線協(xié)同。4面向云制造的simaas仿真系統(tǒng)本文所述的協(xié)同仿真部分研究成果已經(jīng)在“大制造”過程中復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計的驗證領(lǐng)域開展了初步應(yīng)用?；谛陆脑品抡嬷纹脚_COSIM-CSP,選擇某飛行器起落架系統(tǒng)作為應(yīng)用對象,研發(fā)其虛擬樣機協(xié)同仿真應(yīng)用系統(tǒng),初步實現(xiàn)了APCS中1~6階段的重要內(nèi)容,為其在面向云制造的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計驗證提供了有力幫助,促進了云制造中特色的SimaaS模式的發(fā)展。(1)虛擬樣機仿真某飛行器起落架虛擬樣機協(xié)同設(shè)計仿真系統(tǒng),旨在通過對起落架機械、控制、液壓等多學(xué)科虛擬樣機的建模和協(xié)同仿真,全面分析評估在各種路面和各種起飛、降落條件下該飛行器起落架的各項性能。確定聯(lián)邦中包含的對象、對象之間的靜態(tài)關(guān)系和動態(tài)關(guān)系等,該系統(tǒng)主要由可視化模型、控制系統(tǒng)模型、多體動力學(xué)模型、液壓模型等多學(xué)科領(lǐng)域的模型組成,詳見文獻。(2)遠(yuǎn)程堂面的仿真資源使用云仿真的系統(tǒng)建模服務(wù),通過定制需要的軟件類型,獲取軟件的虛擬使用環(huán)境,建立研究對象的系統(tǒng)頂層描述模型,如圖4所示。其中用戶選擇的虛擬使用環(huán)境配置為:WindowsXP、系統(tǒng)建模軟件、2CPU、1G內(nèi)存。云仿真資源管理服務(wù)將搜索虛擬資源庫,搜索到滿足要求、占用磁盤空間最小的虛擬機鏡像,然后仿真資源組織服務(wù),將虛擬機鏡像拷貝、部署到負(fù)載較低的物理節(jié)點上,并按照2CPU和1G內(nèi)存的配置啟動虛擬機,而遠(yuǎn)程桌面服務(wù)根據(jù)創(chuàng)建的虛擬節(jié)點ID,采用VNC(virtualnetworkcomputering)協(xié)議方式將虛擬桌面環(huán)境傳送到用戶瀏覽器端,從而實現(xiàn)物理計算資源與虛擬資源的組合,由此用戶就可以使用系統(tǒng)建模服務(wù)。這里將每個學(xué)科的模型劃分為一個獨立的成員模型,從而生成HLA協(xié)同仿真系統(tǒng)的FOM,以及成員模型的相關(guān)描述文件,建立的模型通過仿真任務(wù)管理服務(wù)上傳,以實現(xiàn)工作組內(nèi)的共享。(3)成員需求表達(dá)各專業(yè)仿真研究人員分別通過仿真任務(wù)管理服務(wù)來獲取聯(lián)邦仿真系統(tǒng)的頂層描述模型。根據(jù)成員模型的語義描述,利用系統(tǒng)建模服務(wù)中的商用軟件完成專業(yè)模型開發(fā),并根據(jù)系統(tǒng)頂層描述模型,使用成員自動生成服務(wù),輔助完成基于HLA的成員模型的開發(fā)與測試,然后對成員模型環(huán)境依賴進行描述,如控制系統(tǒng)成員模型需求的實例化描述為RunEnv=?OS:WindowXP,SoftSet:matlab,NumCPU:2CPU,MemSZ:512M,DiskSP:?系統(tǒng)默認(rèn)?,NetBD:?系統(tǒng)默認(rèn)??；谠品抡鎱f(xié)同支撐系統(tǒng)建立控制系統(tǒng)的MATLAB模型及輔助生成成員代碼框架,如圖4所示。在云仿真系統(tǒng)中,有已注冊的動態(tài)可用Adams模型服務(wù),其擴展語義關(guān)鍵描述為?用途:起落架多體動力學(xué)仿真,應(yīng)用領(lǐng)域:機械,功能:起落架收放多體動力學(xué)時間序列解