医院容灾系统建设与虚拟化技术

第一篇：医院容灾系统建设与虚拟化技术

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医院容灾系统建设与虚拟化技术

作者：王欢 高向涛

来源：《现代电子技术》2012年第08期

摘 要：医院的医疗信息覆盖面广，数据量大，一旦数据破坏或丢失、就会给医院造成不可估量的损失，但传统的容灾方案存在建设难度高、成本居高不下、后期系统维护成本高等问题。为了解决这些问题，利用虚拟化技术进行容灾备份系统建设是降低建设成本、提高资源利用率的有效方法。采用持续数据保护和虚拟机技术共同构建医院信息系统高可用集群，充分利用现有设备，可以有效地实现医院信息系统的高可用性和数据的实时备份，同时节约了成本，保证工作的不间断运行。

关键词：容灾； 虚拟化技术； 持续数据保护； 高可用集群； 实时备份

第二篇：医院容灾系统申请报告范文

HIS服务器容灾系统申请报告

尊敬的院领导：

随着我院业务的不断发展，已经建立包括住院医生工作站，住院护士工作站、门诊医生工作站、影像系统（PACS）、检验系统（LIS）、病案系统等信息管理模块，已经实现医院数字化管理以及电子病历的管理。数据库的数据量也越来越大，系统的保护和对数据的防灾越来越显得重要。现急需一套容灾系统,保障信息系统长期稳定运行。

目前的HIS服务器只在1台IBM的PC服务器上单机运行，并且已使用4年（服务器使用年限为5年），相应的硬件步入老年化，故障风险不断增大。数据库的备份还是使用原始的备份方式，费时耗资源，不能实现实时备份，易丢失数据。

信息系统属于7*24小时的关键性不间断业务系统，信息系统的稳定与否，其数据的安全与否，直接影响到我院的正常工作，从另一个角度来讲，还影响到我院的医疗服务水平和管理工作。如果发生信息系统业务中断，会给医院的医疗、管理、收入等方面带来不可估价的损失，甚至会导致重大的医疗事故。因此信息系统的数据是我院的核心业务数据，绝对不能损坏和丢失。

随着HIS服务器的老化，用户数和并发访问量的不断增加，面临的故障风险也随之增多。如何保证我院信息系统的正常稳定运行，如何预防数据因错误或灾难而丢失，成为我院信息系统亟待解决的问题。容灾系统的使用刻不容缓。

经过我们信息科全体同事的不断调研，对比多家知名容灾系统厂家，赛门铁克容灾系统是最佳选择。希院领导批准购买赛门铁克容灾系统，确保HIS服务器长期稳定正常运行。

####医院信息科

2012-05-31

注：具体容灾系统说明见后面附件

第三篇：虚拟加工与装配技术

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目 录

摘要.......................................................................................................................Abstract.................................................................................................................第一章

绪论.....................................................................................................1.1虚拟装配技术...........................................................................................................1.2虚拟制造技术...........................................................................................................第二章 虚拟加工技术及其应用.........................................................................2.1 虚拟加工系统体系结构..........................................................................................2.2 虚拟加工设备建模

..............................................................................................2.3 系统实现................................................................................................................2.4 结语......................................................................................................................第三章 虚拟装配技术及其应用.......................................................................3.1 虚拟装配基本设计思想及内涵............................................................................3.2应用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技术加工活塞...................................................................4.1活塞模型的创建.....................................................................................................结束语.................................................................................................................参考文献.............................................................................................................2

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第一章 绪论

1.1虚拟装配技术

近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品--波音777的展示中，不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT（Integrated Product Development Team）（238个Team）的有效实施，保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”（Virtual Assembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

1.2虚拟制造技术

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第二章 虚拟加工技术及其应用

2.1 虚拟加工系统体系结构

虚拟加工是现实加工过程在计算机上的映射，与真实制造过程相比，具有虚拟性、数字化集成性、依赖性。虚拟加工系统的建立必须基于现实的制造设备及其相关活动，并且可以随着制造设备的改变对虚拟加工系统进行变更。由此，以现实制造过程为基础，本课题组提出了一个开放的、可重组、可扩展的虚拟加工系统体系(图1)。

图1 虚拟加工系统体系结构

体系结构由界面层、功能层和数据层组成。界面层提供用户与系统交互的界面，用户通过该界面可以快速组装一个虚拟加工环境并进行虚拟加工，直观地观看加工过程，对加工过程进行干预，并获取分析结果。

虚拟加工设备建模

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图2 虚拟加工设备模型类结构

虚拟机床是虚拟加工过程的具体实施者。根据机床信息的不同，机床模型分为几何模型和仿真模型，其中几何模型将虚拟机床看成是一个层次式的装配体，包含多个部件和零件，且部件之间存在着相互装配关系和约束条件，组成零部件的三维数字模型根据其实际形状和大小分别建模;机床仿真模型是在NC代码的驱动下，采用一种类似于NC加工插补算法实现各运动部件的平动与转动，以此驱动虚拟机床的运动。本文将仿真模型作为机床的物理属性依附在机床的几何模型上，建立虚拟加工设备模型的类结构(图2）。类结构建立床身、工作台和导轨等基本类，在此基础上建立零部件几何模型类继承基本类；零部件几何模型类与零部件仿真模型类一起形成零件模型类，通过零件、部件之间的包含、聚合关系形成虚拟加工设备。

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特征类CGLFeatBlock记录Block特征特有的参数长宽高。UG/Open API中获取特征类型的函数为UF_MODL_ask_feat_type;获取特征名的函数为UF_MODL_ask_feat_name;

获取参考点坐标的函数，UF_MODL_ask_feat_location;获取特征参数的函数，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具体的特征类型，如为Block，则函数表示获取Block特征的参数。

Step4:应用获取特征关系函数UF_MODL_ask_feat_relatives，获取特征之间的关系，并根据该关系step3创建的各特征对象链接到零部件几何模型对象的特征树的对应位置

显示几何模型只包含三维显示需要的一些数据(如点集、三角面片集、颜色、法矢等)。我们采用VRML文件作为中性文件获得零件的显示几何模型，即在CAD软件中通过对一些规则形状的物体进行几何运算，并导出形成STL、VRML格式的中性文件，记录零部件几何模型的三角面片数据。2.2.2 零件几何模型的建立

获取的显示几何模型实质是一系列离散的面集，而获取的特征数据只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件几何模型。需要根据特征数据来识别并重新组织面集以构造零部件几何模型。

本文采用面向对象的思想分析零件几何模型，为特征造型中常见的几何表面类型及其约束方程分别设计类，利用类和对象间的继承、聚合特性实现零件的可重构和重用性。图4为本文建立的零件几何模型对象结构，描述零件几何模型与工程语义、形状特征之间的对象关系以及该零部件与其它零部件之间的几何约束关系。

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void Init();//零件的初始化，包括零件的空间位置、特征树等相关信息

void PiekMesh();II进行特征匹配与模型重构

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//记录特征信息的节点类型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征数组

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指针链表类型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件场景对象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征数组

CString m_PartName;//零(部)件名称

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的参考点

float m_comparaCoord[4][4];//相对主零(部)件的坐标

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在装配环境中的绝对坐标

BOOL m_CorP;//零件或部件

针对构成机床的零部件的树状层次结构，我们应用多叉树来描述。在每一部件类中，有成员变量m_lPartPointList是一个指针链表，记录所有该子装配体中的零部件指针。如图5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指针链表定义

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指针

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即表面上调用的都是CGLFeature类的绘制函数glDraw()，实际上在执行过程中会根据不同的指针类型调用相应的子类的、改写过的绘制函数glDraw()，进而圆满完成各特征的绘制任务。

图6 虚拟设备几何模型显示流程

对于设备的属性仿真模型而言，运动模型是最基本的。环境中物体运动时，通过运动关系模型计算相关运动物体的空间位姿，调用显示方法不断地刷新屏幕产生连续的动画仿真。

2.3 系统实现

本文应用UG三维造型软件对一套加工设备进行了几何建模，通过文件输

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图8 虚拟加工环境

2.4 结语

虚拟加工系统是虚拟制造研究的主要内容之一，而环境建模是虚拟加工系统仿真、分析的基础。本文通过三维实体建模构造出一套虚拟设备，使设计人员可以借助于一定的软、硬件设备，在虚拟制造环境下对零件加工过程进行仿真，并对设备布局、加工过程等作出分析，以便对整个生产进程进行优化，从而提高生产效率和加工质量。该研究成果已经在某研究所应用，应用表明:本课题组建立的虚拟加工系统可根据实际加工情况快速构建虚拟加工环境，能够有效提升该研究所产品设计制造效率，缩短产品研制时间。

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产品研制是多部门的协同工作过程，各部门间的合作往往受到各个企业的生产条件等方面的限制，结合各个企业的生产能力和生产特性，改进产品设计模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料种类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的Master Model为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品研制的各个部门协同工作，实现CAD/CAM/CAE系统的高度集成，有效提高产品的可制造性和可装配性。

3.1.2以过程控制为中心的虚拟装配

以过程控制为中心的虚拟装配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下两方面内容。

（1）实现对产品总体设计进程的控制

在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程的控制，以及虚拟装配设计流程。

1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空间；进行产品初步的结构、系统总体布局。

2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等）以及应力控制。

3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维实体模型的最终设计，主要包括 ：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。

（2）过程控制管理

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进行管理和传递，保证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确使用的人。因此，采用统一的信息编码系统是一项重要的应用基础环节。

（3）机械通用基础标准。虚拟装配技术如果要实现行业CAD/CAE/CAPP/CAM技术的有效集成和厂所之间的数据交换，必须采用机械通用基础标准。

3.2.2 焊接小车部件级产品实施方法及途径 1。软硬件环境

硬件：COMPAQ服务器一台；P4，2.7G，1M内存的微机8台。

软件：Pro/ENGINEER 2001及其支持环境。2.焊接小车的传动装置虚拟装配技术应用研究

我们选择传动装置的虚拟装配技术应用研究作为工程实例，对虚拟装配技术的工程应用思想、方法、具体实施途径作进一步研究，为下一阶段整个小车的应用提供一种基本的理论支持。

（1）总体设计阶段。IPT根据小车总体设计要求以及基本的总体设计参数，建立蜗轮蜗杆和齿轮的主模型空间，并进行初步的总体布局。总体设计阶段的模型如图2所示。在此阶段，主要包括以下基本步骤：根据已有工程图样建立粗糙模型；布置部分初始模型（蜗轮、蜗杆、齿轮等）；对系统构件进行初步布置、建立初始模型。

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图11 详细设计阶段模型

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第三步

第四步

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第七步

第八步

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结束语

虚拟加工系统是虚拟制造研究的主要内容之一，而环境建模是虚拟加工系统仿真、分析的基础。本文通过三维实体建模构造出一套虚拟设备，使设计人员可以借助于一定的软、硬件设备，在虚拟制造环境下对零件加工过程进行仿真，并对设备布局、加工过程等作出分析，以便对整个生产进程进行优化，从而提高生产效率和加工质量。该研究成果已经在某研究所应用，应用表明:本课题组建立的虚拟加工系统可根据实际加工情况快速构建虚拟加工环境，能够有效提升该研究所产品设计制造效率，缩短产品研制时间。

虚拟装配的应用研究在国内研究所才刚刚起步，无论是在船舶、飞机、机械等领域的产品研制与开发中，还是在其他的轻工艺产品的开发中，人们已经逐渐地认识到虚拟装配所能发挥的巨大作用和发展潜力。在焊接小车的设计过程中采用的装配思想改变了产品研制人员的研制习惯和观念，采用合理的虚拟装配应用方法、建立一定的组织机构是实现虚拟装配的核心，产品数据在研制中的合理管理和流动是实现虚拟装配的基础。

第四篇：基于ProENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

基于Pro/ENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

【摘 要】虚拟装配技术是一种全新的设计概念。它可有效支持自顶向下的并行产品设计以及与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计，以缩短产品开发周期。本文在分析了虚拟装配技术基本思想后，提出了在某型焊接小车设计中实施虚拟装配技术应用的基础环境以及具体的实施方法和途径。

【关键词】 虚拟装配 主模型 并行设计 引言

近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品--波音777的展示中，不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT（Integrated Product Development Team）（238个Team）的有效实施，保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”（Virtual Assembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

本文结合焊接小车研制的特点，给出如下的定义：虚拟装配是在计算机上完成产品零部件的实体造型，并且进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设计过程，实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。虚拟装配技术在机械设计的应用研究中，是一种全新的设计概念，它为产品的研制提供了一种新的设计方法与实施途径，它的成功依赖于对产品总体设计进程的控制。同时，产品的零部件模型数据的合理流动与彼此共享是实现虚拟装配技术的基础。虚拟装配包括设计过程、过程控制和装配仿真三部分。2 虚拟装配基本设计思想及内涵

2.1 以设计为中心的虚拟装配

以设计为中心的虚拟装配（Design-Centered Virtual Assembly）是指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的应用思想，这表现在以下三个层次，如图1所示。

图1 虚拟装配层次图

2.1.1 面向装配的设计（DFA）

即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想，使设计的产品具有良好的结构，能高效地进行物理装配，能在产品研制初期使设计部门与制造部门之间更有效地协同工作。

2.1.2 自顶向下（Top-down）的并行产品设计（CPD）

并行产品设计是对产品及其相关过程集成、并行地进行设计，强调开发人员从一开始就考虑产品从概念设计直至消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误和矛盾尽可能及早发现，以缩短产品开发周期，降低产品成本，提高产品质量。

2.1.3 与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计

产品研制是多部门的协同工作过程，各部门间的合作往往受到各个企业的生产条件等方面的限制，结合各个企业的生产能力和生产特性，改进产品设计模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料种类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的Master Model为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品研制的各个部门协同工作，实现CAD/CAM/CAE系统的高度集成，有效提高产品的可制造性和可装配性。

2.2 以过程控制为中心的虚拟装配 以过程控制为中心的虚拟装配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下两方面内容。

2.2.1 实现对产品总体设计进程的控制

在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程的控制，以及虚拟装配设计流程。

（1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空间；进行产品初步的结构、系统总体布局。

（2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等）以及应力控制。

（3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维实体模型的最终设计，主要包括 ：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。

2.2.2 过程控制管理

过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过程间的协作等方面内容。通过对过程模型的有效管理，实现对工程研制过程中各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的目的。

2.3 仿真为中心的虚拟装配

以仿真为中心的虚拟装配（Simulate-Centered Virtual Assembly）是在产品装配设计模型中，融入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程。其主要目标是评价产品的可装配性。

2.3.1 优化装配过程

目的是使产品能适应当地具体情况，合理划分成装配单元，使装配单元能并行地进行装配。

2.3.2 可装配性评价 主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计是否需要修改。应用研究

3.1 基础应用环境

虚拟装配技术在焊接小车设计中的应用，需要以一定的基础应用环境作为平台，主要包括以下几个方面：协同工作环境、统一的信息编码系统以及机械通用基础标准。

（1）协同工作环境。有一个协同工作的基础环境，实现支持异地设计、异地装配、异地测试的工作环境，特别是基于网络的三维图形的异地快速传递、过程控制、人机交互的基础环境是非常必要的。

（2）统一的信息编码系统。焊接小车的设计是一项复杂的系统工程，各项工程数据在IPT内部以及IPT之间进行合理流动，因此有效的管理是实现虚拟装配技术的重要环节，必须能够实现平台的协同设计，又能对各种产品数据进行管理和传递，保证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确使用的人。因此，采用统一的信息编码系统是一项重要的应用基础环节。

（3）机械通用基础标准。虚拟装配技术如果要实现行业CAD/CAE/CAPP/CAM技术的有效集成和厂所之间的数据交换，必须采用机械通用基础标准。

3.2 焊接小车部件级产品实施方法及途径

3.2.1 软硬件环境

硬件：COMPAQ服务器一台；P4，2.7G，1M内存的微机8台。

软件：Pro/ENGINEER 2001及其支持环境。

3.2.2 焊接小车的传动装置虚拟装配技术应用研究

我们选择传动装置的虚拟装配技术应用研究作为工程实例，对虚拟装配技术的工程应用思想、方法、具体实施途径作进一步研究，为下一阶段整个小车的应用提供一种基本的理论支持。

（1）总体设计阶段。IPT根据小车总体设计要求以及基本的总体设计参数，建立蜗轮蜗杆和齿轮的主模型空间，并进行初步的总体布局。总体设计阶段的模型如图2所示。在此阶段，主要包括以下基本步骤：根据已有工程图样建立粗糙模型；布置部分初始模型（蜗轮、蜗杆、齿轮等）；对系统构件进行初步布置、建立初始模型。

图2 总体设计阶段模型

本阶段结束时，必须冻结已经建立的产品主模型空间，作为模型设计共享的基础。

（2）装配设计阶段。这是小车模型具体建立阶段。本阶段主要包括以下基本步骤：建立各部件的实体模型；定义具体结构装配的分解线路（建立装配层次、装配区域）；建立模型间的具体装配约束（Constraints）关系；从共享数据库中提取相应的结构模型； 进行计算机装配（Computer Mock-Up，简称CMU），以及进行干涉检查。

（3）详细设计阶段。本阶段完成焊接小车所有零件的设计工作，保证小车内所有零件干涉自由，设计模型如图3所示。

图3 详细设计阶段模型 结束语

虚拟装配的应用研究在国内研究所才刚刚起步，无论是在船舶、飞机、机械等领域的产品研制与开发中，还是在其他的轻工艺产品的开发中，人们已经逐渐地认识到虚拟装配所能发挥的巨大作用和发展潜力。在焊接小车的设计过程中采用的装配思想改变了产品研制人员的研制习惯和观念，采用合理的虚拟装配应用方法、建立一定的组织机构是实现虚拟装配的核心，产品数据在研制中的合理管理和流动是实现虚拟装配的基础。

第五篇：农业虚拟化实现技术和业务收益

通过处理器虚拟化实现技术和业务收益

简介： 因服务器 “可能” 需要处理器而为它分配专用处理器的时代已经过去了 — 至少应该过去了。微分区和共享处理器池 的 IBM Power™ 处理器虚拟化技术使从 CFO 到系统管理员的所有人都受益。企业可以回收超过一半的 CPU 容量，这会节约大量资金；同时，管理员只需几次鼠标单击即可添加或删除处理资源。本文介绍 University of Pittsburgh Medical Center(UPMC)如何从专用处理器战略转换到虚拟化处理器战略，同时改进对最终用户的服务质量，从而实现财务和运营双重收益。除了收益之外，本文还解释了处理器虚拟化的风 险和过程以及为管理这种动态环境而开发的工具。

简介

University of Pittsburgh Medical Center 是一家资产高达 80 亿美元的全球性医疗企业，它使用 IBM Power Systems 服务器和 AIX® 运行许多业务关键型数据库和应用程序。UPMC 在硬件和软件两方面都使用了 IBM 的最新产品，尤其是虚拟化技术。这包括 I/O 虚拟化(VIO)、存储虚拟化(SVC)和 CPU 虚拟化。Power 服务器上的微分区、共享和不封顶的 CPU 等技术已出现很多年了，且对该技术的使用限度随客户而有所不同。

UPMC 的所有 CPU 都放在共享处理器池中。通过最大限度地降低 CPU 标称（然而这对虚拟 CPU 设置比较激进），UPMC 在它的许多 Power 服务器上实现或接近了 80% 的 CPU 利用率。这差不多是虚拟服务器上行业平均值（据报告为 40% 到 50%）的两倍。

处理器虚拟化让 UPMC 能够在不增加成本的情况下非常快速、高效地提供容量。如果一个应用程序出乎意外地需要增加两个 CPU，处理器会立即分配 CPU 而无需人工干预。如果计划外的业务功能或应用程序需要联机，支持它所需的基础设施会在同一天得到创建。

Paul Sikora（负责 IT 改革的 UPMC 副总裁）说：“虚拟化的基础设施能够灵活地调整以满足处理高峰；工作人员可以更快地对 UPMC 的需求做出反应。我们的生产效率更高了，更敏捷，更可靠，而且成本更低。”

这种灵活性已经改变了 UPMC IT 专业人员的工作方式，让他们能够把时间和注意力集中于开发、服务改进和解决复杂的问题。CPU 供应不再是大事了；它是一个标准的过程。UPMC 取得的重大技术和业务收益表明了其他人可能悟出的道理，即：该技术应发扬光大！

当然，CPU 虚拟化也会带来风险。本文讨论 UPMC 转换 CPU 战略的原因、取得的成果以及在管理这种技术时面对的挑战。催化剂 —— 为什么要虚拟化？

UPMC 拥有 20 家医院、400 个门诊所、长期健康设备和一个大型保险计划。UPMC 使用大量型号不同的 IBM Power 服务器，从基于 POWER6® 的 595 到 BladeCenters®。大约三年前，UPMC 遇到了容量问题 — 由于业务增长加速，CPU 需求超过预期，CPU 不够用了。由于增长没有放慢的迹象，UPMC 工程团队需要找到一个能够用现有设备支持业务运营的解决方案。

这个解决方案就是采用微分区和 CPU 共享。在当时，我们很保守地使用了微分区，但是还没有采用不封顶特性。在发现容量问题之后的三个月内，UPMC 对 90% 的 LPAR 采用了不封顶设置，回收了 50% 的处理器。

配置

UPMC 拥有多种 Power 服务器，包括基于 POWER5® 和 POWER6 的 595、570、550 和 blade。本文主要讨论一台基于 POWER6 的 595，它有 56 颗 CPU。规格说明见表 1。

表 1.POWER6 595 规格说明

物理 标虚拟 LPAR 型号 内存 环境

CPU 称 CPU 数量 56x 896 Oracle 数据库、应用服务器和 Web 9119-FHA 45.4 210 60 4.2GHz GB 服务器，开发、测试和生产类 这台 Power 595 上驻留 60 个 LPAR。这些 LPAR 涵盖 UPMC 中的各种环境和应用程序类型。这包括 Oracle 数据库、应用服务器和 Web 服务器，它们提供一些对于企业最重要的计算功能。根据设计，UPMC 要把生产和非生产环境放在同一台服务器上，从而尽可能提高资源利用率。通过研究和了解应用程序工作负载的时间规律，UPMC 发现开发和测试工作负载常常出现在生产工作负载高峰之间。根据这一分析结果，我们认为把这些环境放在一起有助于实现更好的全天资源利用率。

另外，这个设计为负载水平变动提供了应变机制。当一台 Power 服务器的利用率接近它的最大容量时，UPMC 工程师开始寻找可以迁移到替代硬件的 LPAR，从而释放 CPU 和内存资源。当需要迁移时，让开发或测试 LPAR 在工作时间停机比安排在生产应用程序停机更容易。

监视、警报、调整、重复

在虚拟化环境中，比较有挑战性的任务之一是监视和警报。如果在有 56 颗 CPU 的服务器上将 LPAR 配置为使用 210 颗 CPU，那么当利用率达到 56 时应该怎么做？答案很简单：不要让它达到 56。

UPMC 使用一套工具和技术确保任何 Power 服务器上的 CPU 利用率不会接近最大可用 CPU 数量。它开发和应用了大量虚拟监视器和自动化警报工具，帮助确保总是有容量可用。

UPMC 使用 Ganglia 监视它的 Power 和 AIX 基础设施。尽管这个工具的基本功能非常强大，但是 UPMC 决定进一步定制它，“围绕” Ganglia 及其他容量和性能监视工具开发了自己的 Web 门户，让它们能够创建定制的视图。（关于 Ganglia 的更多信息见 参考资料。）

它为 UPMC 提供的众多视图之一是 Power Server Overview。这个概况视图显示所有 UPMC Power 系统的服务器级 CPU 利用率。图 1 显示 UPMC 的一台 Power 595 服务器上的典型 CPU 利用率。

图 1.Power 服务器概况

创建这个视图的原因之一是为 CPU 利用率建立缓冲、警告 和危险 阈值。这些阈值都是软限制，都与 Power 服务器概况 视图和 UPMC 的自动监视和警报解决方案相关联。缓冲阈值

在 UPMC，“缓冲” 是 CPU 利用率的一个逻辑阈值，它向 Power 服务器管理员和 UPMC IT 管理层表明服务器满负载。换句话说，如果 CPU 利用率经常达到缓冲阈值，就认为服务器满负载了并禁止构建新的 LPAR。留出 20% 的 CPU 以应对预期的利用率波动。这些使用量波动是某些业务过程造成的，比如月底的结帐和报告。除了应对常规的业务周期之外，留出 20% 还可以让 LPAR 处理器在出现计划外负载增加时有增长空间。警告阈值

当 Power 服务器利用率略微超过缓冲阈值时（准确地说，超过两个 CPU），就会触及警告阈值（在图形上没有显示）。这个事件触发一个警报，这个警报自动进入 UPMC 事件管理系统，进而通知所有 Power 服务器管理员。应该检查警告，但是不一定要采取措施。受过培训的管理员会在服务器触发警告之后密切监视它。管理员会检查一个或多个 LPAR 上是否出现了 CPU 利用率快速增加的趋势。希望 LPAR 只是偶尔出现高峰，因此导致 CPU 利用率超过缓冲阈值并达到警告阈值。但是，如果管理员发现利用率增加的趋势是持续的，就需要采取进一步的措施。这些措施包括：

联系使用这个 LPAR 的应用程序团队，了解是否增加了新的进程或负载。查明是否可以减少负载。

 登录 LPAR 并搜索失控的进程。如果找到了，就停止或调整有问题的进程。 把这个 LPAR 迁移到利用率低的 Power 服务器上。

临界阈值

当 Power 服务器处理器利用率大于或等于可用物理处理器总数的 88% 时，一个危险警报自动进入 UPMC 事件管理系统并通知所有 Power 服务器管理员。临界警报需要立即采取措施。受过培训的管理员把这种警报看作紧急情况，会采取适当措施降低 CPU 利用率。如果警报的原因是一个或多个 LPAR 出现短时间负载高峰，系统常常可以自己处理。但是，与警告警报一样，UPMC IT 人员会与 LPAR 的用户联系，了解使用量超过正常水平的原因。

如果 CPU 利用率长时间保持在临界阈值水平，而且没有下降的趋势，就应该关闭不重要的生产 LPAR 及其进程，从而防止 Power 服务器达到 100% CPU 利用率。分析警报

Ganglia 门户（见图 2）是对 UPMC 的 CPU 警告和临界警报进行分析的首选工具。原因很简单，它可以在几秒内提供 “Server to LPAR” 视图。更具体地说，在 Ganglia 屏幕上，可以简单看到整个画面中每个 LPAR 使用的物理 CPU 数量。

图 2.Ganglia cpu_used 视图：服务器级

这个简单的视图的效果非常好，有助于很快地找到问题。Power 管理员可以快速地查明哪些 LPAR 的 CPU 利用率增加了，哪些没有。了解这些信息之后，可以使用其他工具判断造成利用率增加的原因。权值的作用

权值是一个与不封顶 CPU 结合使用的设置。当有多个 LPAR 争用可用的处理周期时，虚拟机监控程序根据权值分配这些周期。权值越高，LPAR 获得的周期比例越大。

尽管 UPMC 使用权值（见 表 2 和 表 3），但是并不依靠权值确保 LPAR 的服务水平。UPMC 只是考虑到允许 Power 服务器上的所有处理器都被占用太危险了，因此让虚拟机监控程序根据权值分配处理器周期。多个共享处理器池

到撰写本文时，UPMC 的实验室仍然在测试多个共享处理器池特性。这种技术看起来有助于 UPMC 改进使用共享处理器的方式。UPMC 没有非生产 Power 服务器。生产、测试和开发 LPAR 在所有 Power 服务器上混合部署。当 UPMC 实现多个共享处理器池时，它将集成在生产环境中。因此，必须先在实验室环境中进行非常仔细的规划和充分的测试。标准：确保系统不失控

随着虚拟化成为 UPMC 中的常规活动，对虚拟资源的请求越来越常见。当内部客户认识到实现请求是多么简单之后，构建 LPAR、添加 CPU 和内存等请求成了家常便饭。业务实践方式的这种变化暴露出 IT 部门的一个弱点：对分配多少资源和分配给谁缺乏控制能力。随着资源日益紧张，分配决策的制定越来越困难，显然必须开发新的过程来增强责任意识。

这一需求催生出了新规则和新文档。这包括 CPU 和内存的预算模型、标准文档（详细描述客户会得到什么以及谁负责支持它）等许多内容。

Power AIX 管理员设计了他们的 Gold Image LPAR 并编写了文档（表 2 和 表 3）。这定义了 “模板” LPAR 和其他标准，大多数客户在请求构建新的 LPAR 时会默认接受这种标准的 LPAR。这意味着，除非通过应用程序规模审查 发现需要更多资源，一般情况下使用标准的 LPAR CPU 设置。

表 2.Gold Image CPU 设置 标称 虚拟 CPU 模式 类型.2 2 不封顶 共享 SMT

表 3.Gold Image 权值设置

生产 生产数生产应用服务器和 开发/测开发/测试开发/测试应用服务器VIO 据库 Web 服务器 试 VIO 数据库 和 Web 服务器 250 225 200 75 50 25 通过使用 Dynamic Logical Partitioning(DLPAR)，可以经济高效地对每个 LPAR/应用程序进行 load and see 基准测试。如果 UPMC 标准 LPAR 模板无法满足应用程序的 CPU 需求，Power 管理员可以在发现需求后的几分钟内通过 DLPAR 简便地在 LPAR 中添加更多资源，确保分配适当的 CPU 数量。

通过应用这种 CPU 规模调整方法，UPMC 发现许多应用程序并不需要应用程序所有者或应用程序厂商最初请求的 CPU 资源量。建议的资源量常常超过实际需要量 30%。CPU 虚拟化很适合应付这种情况，因为它允许管理员灵活地配置虚拟 CPU 设置，不需要把应用程序可能根本不使用的资源与应用程序绑定在一起。

结束语

人人都知道 Power 处理器虚拟化有许多好处，包括提高利用率、降低成本和提高灵活性。但是，这种技术的限制不太为人所知。这些限制有多严重？到什么程度会抵消掉收益？ UPMC 仍然在研究并与 IBM 探讨这些问题。无论最终答案是什么，目前已经确定运行共享的不封顶微分区处理器环境是正确的选择。

显然，需要以全新的方式管理 CPU 资源。定制的监视和警报是关键：知道您有什么，充分使用所有资源，避免资源耗尽。后续努力方向

处理器虚拟化只是 UPMC IT 转换计划的一小部分。UPMC 还在几个方面使用了虚拟化，包括存储(SVC)和 I/O(VIO)。这显著降低了 IT 成本并提高了效率。以后要采用哪些技术？Active Memory Sharing，它支持在多个 LPAR 之间共享物理内存；高级的虚拟监视系统，这让 UPMC 能够查看所有虚拟和物理设备之间的关系，包括服务器、磁盘、网络、电源等等；以及我们最喜欢的 Live Partition Mobility。在 2008 年，UPMC 把 400 个 LPAR 从基于 POWER5 的服务器迁移到了基于 POWER6 的服务器，每次迁移需要不到一小时的停机时间。在 2011 年，UPMC 还要再做一次迁移，到那时根本不需要停机了。

UPMC 和 IBM 建立了战略伙伴关系，利用他们各自的经验共同为医疗行业开发和推广新技术。