第一篇：醫院容災系統建設與虛擬化技術

龍源期刊網 http://.cn

醫院容災系統建設與虛擬化技術

作者：王歡 高向濤

來源：《現代電子技術》2012年第08期

摘 要：醫院的醫療信息覆蓋面廣，數據量大，一旦數據破壞或丟失、就會給醫院造成不可估量的損失，但傳統的容災方案存在建設難度高、成本居高不下、后期系統維護成本高等問題。為了解決這些問題，利用虛擬化技術進行容災備份系統建設是降低建設成本、提高資源利用率的有效方法。采用持續數據保護和虛擬機技術共同構建醫院信息系統高可用集群，充分利用現有設備，可以有效地實現醫院信息系統的高可用性和數據的實時備份，同時節約了成本，保證工作的不間斷運行。

關鍵詞：容災； 虛擬化技術； 持續數據保護； 高可用集群； 實時備份

第二篇：醫院容災系統申請報告范文

HIS服務器容災系統申請報告

尊敬的院領導：

隨著我院業務的不斷發展，已經建立包括住院醫生工作站，住院護士工作站、門診醫生工作站、影像系統（PACS）、檢驗系統（LIS）、病案系統等信息管理模塊，已經實現醫院數字化管理以及電子病歷的管理。數據庫的數據量也越來越大，系統的保護和對數據的防災越來越顯得重要。現急需一套容災系統,保障信息系統長期穩定運行。

目前的HIS服務器只在1臺IBM的PC服務器上單機運行，并且已使用4年（服務器使用年限為5年），相應的硬件步入老年化，故障風險不斷增大。數據庫的備份還是使用原始的備份方式，費時耗資源，不能實現實時備份，易丟失數據。

信息系統屬于7*24小時的關鍵性不間斷業務系統，信息系統的穩定與否，其數據的安全與否，直接影響到我院的正常工作，從另一個角度來講，還影響到我院的醫療服務水平和管理工作。如果發生信息系統業務中斷，會給醫院的醫療、管理、收入等方面帶來不可估價的損失，甚至會導致重大的醫療事故。因此信息系統的數據是我院的核心業務數據，絕對不能損壞和丟失。

隨著HIS服務器的老化，用戶數和并發訪問量的不斷增加，面臨的故障風險也隨之增多。如何保證我院信息系統的正常穩定運行，如何預防數據因錯誤或災難而丟失，成為我院信息系統亟待解決的問題。容災系統的使用刻不容緩。

經過我們信息科全體同事的不斷調研，對比多家知名容災系統廠家，賽門鐵克容災系統是最佳選擇。希院領導批準購買賽門鐵克容災系統，確保HIS服務器長期穩定正常運行。

####醫院信息科

2012-05-31

注：具體容災系統說明見后面附件

第三篇：虛擬加工與裝配技術

哈爾濱理工大學

目 錄

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

緒論.....................................................................................................1.1虛擬裝配技術...........................................................................................................1.2虛擬制造技術...........................................................................................................第二章 虛擬加工技術及其應用.........................................................................2.1 虛擬加工系統體系結構..........................................................................................2.2 虛擬加工設備建模

..............................................................................................2.3 系統實現................................................................................................................2.4 結語......................................................................................................................第三章 虛擬裝配技術及其應用.......................................................................3.1 虛擬裝配基本設計思想及內涵............................................................................3.2應用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技術加工活塞...................................................................4.1活塞模型的創建.....................................................................................................結束語.................................................................................................................參考文獻.............................................................................................................2

哈爾濱理工大學

第一章 緒論

1.1虛擬裝配技術

近年來，世界機械制造業市場的競爭日趨激烈，為了適應變化迅速的市場需求，產品研制周期、質量、成本、服務成為每一個現代企業必須面對的問題。近20年來的實踐證明，將信息技術應用于新產品研制以及實施途徑的改造，是現代化企業生存、發展的必由之路。同時，先進的產品研制方法、手段以及實施途徑，實際上是產品研制質量、成本、設計周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數字化代表產品--波音777的展示中，不像以往那樣重點宣傳新型飛機本身性能如何優越，而是強調他們如何充分利用數字化研制技術以及產品研發人員的重新編隊等方面。波音777飛機項目順利完成的關鍵是依賴三維數字化設計與集成產品開發團隊IPT（Integrated Product Development Team）（238個Team）的有效實施，保證了飛機設計、裝配、測試以及試飛均在計算機上完成。研制周期從過去的8年時間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設計思想在研制過程中發揮了巨大的作用。“虛擬裝配”（Virtual Assembly）是產品數字化定義中的一個重要環節，在虛擬技術領域和仿真領域中得到了廣泛的應用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。該定義強調虛擬裝配技術是一種模型重新進行定位、分析過程。

(2)虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

1.2虛擬制造技術

哈爾濱理工大學

第二章 虛擬加工技術及其應用

2.1 虛擬加工系統體系結構

虛擬加工是現實加工過程在計算機上的映射，與真實制造過程相比，具有虛擬性、數字化集成性、依賴性。虛擬加工系統的建立必須基于現實的制造設備及其相關活動，并且可以隨著制造設備的改變對虛擬加工系統進行變更。由此，以現實制造過程為基礎，本課題組提出了一個開放的、可重組、可擴展的虛擬加工系統體系(圖1)。

圖1 虛擬加工系統體系結構

體系結構由界面層、功能層和數據層組成。界面層提供用戶與系統交互的界面，用戶通過該界面可以快速組裝一個虛擬加工環境并進行虛擬加工，直觀地觀看加工過程，對加工過程進行干預，并獲取分析結果。

虛擬加工設備建模

哈爾濱理工大學

圖2 虛擬加工設備模型類結構

虛擬機床是虛擬加工過程的具體實施者。根據機床信息的不同，機床模型分為幾何模型和仿真模型，其中幾何模型將虛擬機床看成是一個層次式的裝配體，包含多個部件和零件，且部件之間存在著相互裝配關系和約束條件，組成零部件的三維數字模型根據其實際形狀和大小分別建模;機床仿真模型是在NC代碼的驅動下，采用一種類似于NC加工插補算法實現各運動部件的平動與轉動，以此驅動虛擬機床的運動。本文將仿真模型作為機床的物理屬性依附在機床的幾何模型上，建立虛擬加工設備模型的類結構(圖2）。類結構建立床身、工作臺和導軌等基本類，在此基礎上建立零部件幾何模型類繼承基本類；零部件幾何模型類與零部件仿真模型類一起形成零件模型類，通過零件、部件之間的包含、聚合關系形成虛擬加工設備。

哈爾濱理工大學

特征類CGLFeatBlock記錄Block特征特有的參數長寬高。UG/Open API中獲取特征類型的函數為UF_MODL_ask_feat_type;獲取特征名的函數為UF_MODL_ask_feat_name;

獲取參考點坐標的函數，UF_MODL_ask_feat_location;獲取特征參數的函數，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具體的特征類型，如為Block，則函數表示獲取Block特征的參數。

Step4:應用獲取特征關系函數UF_MODL_ask_feat_relatives，獲取特征之間的關系，并根據該關系step3創建的各特征對象鏈接到零部件幾何模型對象的特征樹的對應位置

顯示幾何模型只包含三維顯示需要的一些數據(如點集、三角面片集、顏色、法矢等)。我們采用VRML文件作為中性文件獲得零件的顯示幾何模型，即在CAD軟件中通過對一些規則形狀的物體進行幾何運算，并導出形成STL、VRML格式的中性文件，記錄零部件幾何模型的三角面片數據。2.2.2 零件幾何模型的建立

獲取的顯示幾何模型實質是一系列離散的面集，而獲取的特征數據只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件幾何模型。需要根據特征數據來識別并重新組織面集以構造零部件幾何模型。

本文采用面向對象的思想分析零件幾何模型，為特征造型中常見的幾何表面類型及其約束方程分別設計類，利用類和對象間的繼承、聚合特性實現零件的可重構和重用性。圖4為本文建立的零件幾何模型對象結構，描述零件幾何模型與工程語義、形狀特征之間的對象關系以及該零部件與其它零部件之間的幾何約束關系。

0

哈爾濱理工大學

void Init();//零件的初始化，包括零件的空間位置、特征樹等相關信息

void PiekMesh();II進行特征匹配與模型重構

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//記錄特征信息的節點類型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征數組

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指針鏈表類型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件場景對象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征數組

CString m_PartName;//零(部)件名稱

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的參考點

float m_comparaCoord[4][4];//相對主零(部)件的坐標

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在裝配環境中的絕對坐標

BOOL m_CorP;//零件或部件

針對構成機床的零部件的樹狀層次結構，我們應用多叉樹來描述。在每一部件類中，有成員變量m_lPartPointList是一個指針鏈表，記錄所有該子裝配體中的零部件指針。如圖5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指針鏈表定義

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指針

哈爾濱理工大學

即表面上調用的都是CGLFeature類的繪制函數glDraw()，實際上在執行過程中會根據不同的指針類型調用相應的子類的、改寫過的繪制函數glDraw()，進而圓滿完成各特征的繪制任務。

圖6 虛擬設備幾何模型顯示流程

對于設備的屬性仿真模型而言，運動模型是最基本的。環境中物體運動時，通過運動關系模型計算相關運動物體的空間位姿，調用顯示方法不斷地刷新屏幕產生連續的動畫仿真。

2.3 系統實現

本文應用UG三維造型軟件對一套加工設備進行了幾何建模，通過文件輸

哈爾濱理工大學

圖8 虛擬加工環境

2.4 結語

虛擬加工系統是虛擬制造研究的主要內容之一，而環境建模是虛擬加工系統仿真、分析的基礎。本文通過三維實體建模構造出一套虛擬設備，使設計人員可以借助于一定的軟、硬件設備，在虛擬制造環境下對零件加工過程進行仿真，并對設備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產進程進行優化，從而提高生產效率和加工質量。該研究成果已經在某研究所應用，應用表明:本課題組建立的虛擬加工系統可根據實際加工情況快速構建虛擬加工環境，能夠有效提升該研究所產品設計制造效率，縮短產品研制時間。

哈爾濱理工大學

產品研制是多部門的協同工作過程，各部門間的合作往往受到各個企業的生產條件等方面的限制，結合各個企業的生產能力和生產特性，改進產品設計模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數量和特殊類型，減少材料種類，使用標準化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產品研制的不同階段數據結構完整一致，保證產品研制的各個部門協同工作，實現CAD/CAM/CAE系統的高度集成，有效提高產品的可制造性和可裝配性。

3.1.2以過程控制為中心的虛擬裝配

以過程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內容。

（1）實現對產品總體設計進程的控制

在產品數字化定義過程中，結合產品研制特點，人為地將虛擬裝配技術應用于產品設計過程，該過程可以劃分為三個階段：總體設計階段、裝配設計階段和詳細設計階段。通過對三個設計階段的控制，實現對產品總體設計進程的控制，以及虛擬裝配設計流程。

1）總體設計階段。總體設計階段是產品研制的初期階段，在此階段進行產品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進行產品初步的結構、系統總體布局。

2）裝配設計階段。裝配設計階段為產品研制的主要階段，在此階段產品三維實體模型設計已經基本完成，主要包括：產品模型空間分配（裝配區域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關系、三維實體模型等）以及應力控制。

3）詳細設計階段。詳細設計階段為產品研制的完善階段，在此階段完成產品三維實體模型的最終設計，主要包括 ：完成產品三維實體模型的最終設計，進行產品模型的計算機裝配，進行全機干涉檢查。

（2）過程控制管理

哈爾濱理工大學

進行管理和傳遞，保證在正確的時間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統一的信息編碼系統是一項重要的應用基礎環節。

（3）機械通用基礎標準。虛擬裝配技術如果要實現行業CAD/CAE/CAPP/CAM技術的有效集成和廠所之間的數據交換，必須采用機械通用基礎標準。

3.2.2 焊接小車部件級產品實施方法及途徑 1。軟硬件環境

硬件：COMPAQ服務器一臺；P4，2.7G，1M內存的微機8臺。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環境。2.焊接小車的傳動裝置虛擬裝配技術應用研究

我們選擇傳動裝置的虛擬裝配技術應用研究作為工程實例，對虛擬裝配技術的工程應用思想、方法、具體實施途徑作進一步研究，為下一階段整個小車的應用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設計階段。IPT根據小車總體設計要求以及基本的總體設計參數，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進行初步的總體布局。總體設計階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對系統構件進行初步布置、建立初始模型。

0

哈爾濱理工大學

圖11 詳細設計階段模型

哈爾濱理工大學

第三步

第四步

哈爾濱理工大學

第七步

第八步

哈爾濱理工大學

結束語

虛擬加工系統是虛擬制造研究的主要內容之一，而環境建模是虛擬加工系統仿真、分析的基礎。本文通過三維實體建模構造出一套虛擬設備，使設計人員可以借助于一定的軟、硬件設備，在虛擬制造環境下對零件加工過程進行仿真，并對設備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產進程進行優化，從而提高生產效率和加工質量。該研究成果已經在某研究所應用，應用表明:本課題組建立的虛擬加工系統可根據實際加工情況快速構建虛擬加工環境，能夠有效提升該研究所產品設計制造效率，縮短產品研制時間。

虛擬裝配的應用研究在國內研究所才剛剛起步，無論是在船舶、飛機、機械等領域的產品研制與開發中，還是在其他的輕工藝產品的開發中，人們已經逐漸地認識到虛擬裝配所能發揮的巨大作用和發展潛力。在焊接小車的設計過程中采用的裝配思想改變了產品研制人員的研制習慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應用方法、建立一定的組織機構是實現虛擬裝配的核心，產品數據在研制中的合理管理和流動是實現虛擬裝配的基礎。

第四篇：基于ProENGINEER系統的虛擬裝配技術應用研究

基于Pro/ENGINEER系統的虛擬裝配技術應用研究

【摘 要】虛擬裝配技術是一種全新的設計概念。它可有效支持自頂向下的并行產品設計以及與Master Model相關的可制造性設計和可裝配性設計，以縮短產品開發周期。本文在分析了虛擬裝配技術基本思想后，提出了在某型焊接小車設計中實施虛擬裝配技術應用的基礎環境以及具體的實施方法和途徑。

【關鍵詞】 虛擬裝配 主模型 并行設計 引言

近年來，世界機械制造業市場的競爭日趨激烈，為了適應變化迅速的市場需求，產品研制周期、質量、成本、服務成為每一個現代企業必須面對的問題。近20年來的實踐證明，將信息技術應用于新產品研制以及實施途徑的改造，是現代化企業生存、發展的必由之路。同時，先進的產品研制方法、手段以及實施途徑，實際上是產品研制質量、成本、設計周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數字化代表產品--波音777的展示中，不像以往那樣重點宣傳新型飛機本身性能如何優越，而是強調他們如何充分利用數字化研制技術以及產品研發人員的重新編隊等方面。波音777飛機項目順利完成的關鍵是依賴三維數字化設計與集成產品開發團隊IPT（Integrated Product Development Team）（238個Team）的有效實施，保證了飛機設計、裝配、測試以及試飛均在計算機上完成。研制周期從過去的8年時間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設計思想在研制過程中發揮了巨大的作用。“虛擬裝配”（Virtual Assembly）是產品數字化定義中的一個重要環節，在虛擬技術領域和仿真領域中得到了廣泛的應用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。該定義強調虛擬裝配技術是一種模型重新進行定位、分析過程。

(2)虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

本文結合焊接小車研制的特點，給出如下的定義：虛擬裝配是在計算機上完成產品零部件的實體造型，并且進行計算機裝配、干涉分析等多次協調的設計過程，實現產品的三維設計過程與零部件裝配過程的高度統一。虛擬裝配技術在機械設計的應用研究中，是一種全新的設計概念，它為產品的研制提供了一種新的設計方法與實施途徑，它的成功依賴于對產品總體設計進程的控制。同時，產品的零部件模型數據的合理流動與彼此共享是實現虛擬裝配技術的基礎。虛擬裝配包括設計過程、過程控制和裝配仿真三部分。2 虛擬裝配基本設計思想及內涵

2.1 以設計為中心的虛擬裝配

以設計為中心的虛擬裝配（Design-Centered Virtual Assembly）是指在產品三維數字化定義應用于產品研制過程中，結合產品研制的具體情況，突出以設計為核心的應用思想，這表現在以下三個層次，如圖1所示。

圖1 虛擬裝配層次圖

2.1.1 面向裝配的設計（DFA）

即在設計初期把產品設計過程與制造裝配過程有機結合，從設計的角度來保證產品的可裝配性。引入面向產品裝配過程的設計思想，使設計的產品具有良好的結構，能高效地進行物理裝配，能在產品研制初期使設計部門與制造部門之間更有效地協同工作。

2.1.2 自頂向下（Top-down）的并行產品設計（CPD）

并行產品設計是對產品及其相關過程集成、并行地進行設計，強調開發人員從一開始就考慮產品從概念設計直至消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤和矛盾盡可能及早發現，以縮短產品開發周期，降低產品成本，提高產品質量。

2.1.3 與Master Model相關的可制造性設計和可裝配性設計

產品研制是多部門的協同工作過程，各部門間的合作往往受到各個企業的生產條件等方面的限制，結合各個企業的生產能力和生產特性，改進產品設計模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數量和特殊類型，減少材料種類，使用標準化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產品研制的不同階段數據結構完整一致，保證產品研制的各個部門協同工作，實現CAD/CAM/CAE系統的高度集成，有效提高產品的可制造性和可裝配性。

2.2 以過程控制為中心的虛擬裝配 以過程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內容。

2.2.1 實現對產品總體設計進程的控制

在產品數字化定義過程中，結合產品研制特點，人為地將虛擬裝配技術應用于產品設計過程，該過程可以劃分為三個階段：總體設計階段、裝配設計階段和詳細設計階段。通過對三個設計階段的控制，實現對產品總體設計進程的控制，以及虛擬裝配設計流程。

（1）總體設計階段。總體設計階段是產品研制的初期階段，在此階段進行產品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進行產品初步的結構、系統總體布局。

（2）裝配設計階段。裝配設計階段為產品研制的主要階段，在此階段產品三維實體模型設計已經基本完成，主要包括：產品模型空間分配（裝配區域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關系、三維實體模型等）以及應力控制。

（3）詳細設計階段。詳細設計階段為產品研制的完善階段，在此階段完成產品三維實體模型的最終設計，主要包括 ：完成產品三維實體模型的最終設計，進行產品模型的計算機裝配，進行全機干涉檢查。

2.2.2 過程控制管理

過程模型包含了產品開發的過程描述、過程內部相互關系和過程間的協作等方面內容。通過對過程模型的有效管理，實現對工程研制過程中各種產品設計結果和加工工藝等產品相關信息的管理，從而實現優化產品開發過程的目的。

2.3 仿真為中心的虛擬裝配

以仿真為中心的虛擬裝配（Simulate-Centered Virtual Assembly）是在產品裝配設計模型中，融入仿真技術，并以此來評估和優化裝配過程。其主要目標是評價產品的可裝配性。

2.3.1 優化裝配過程

目的是使產品能適應當地具體情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元能并行地進行裝配。

2.3.2 可裝配性評價 主要是評價產品裝配的相對難易程度，計算裝配費用，并以此決定產品設計是否需要修改。應用研究

3.1 基礎應用環境

虛擬裝配技術在焊接小車設計中的應用，需要以一定的基礎應用環境作為平臺，主要包括以下幾個方面：協同工作環境、統一的信息編碼系統以及機械通用基礎標準。

（1）協同工作環境。有一個協同工作的基礎環境，實現支持異地設計、異地裝配、異地測試的工作環境，特別是基于網絡的三維圖形的異地快速傳遞、過程控制、人機交互的基礎環境是非常必要的。

（2）統一的信息編碼系統。焊接小車的設計是一項復雜的系統工程，各項工程數據在IPT內部以及IPT之間進行合理流動，因此有效的管理是實現虛擬裝配技術的重要環節，必須能夠實現平臺的協同設計，又能對各種產品數據進行管理和傳遞，保證在正確的時間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統一的信息編碼系統是一項重要的應用基礎環節。

（3）機械通用基礎標準。虛擬裝配技術如果要實現行業CAD/CAE/CAPP/CAM技術的有效集成和廠所之間的數據交換，必須采用機械通用基礎標準。

3.2 焊接小車部件級產品實施方法及途徑

3.2.1 軟硬件環境

硬件：COMPAQ服務器一臺；P4，2.7G，1M內存的微機8臺。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環境。

3.2.2 焊接小車的傳動裝置虛擬裝配技術應用研究

我們選擇傳動裝置的虛擬裝配技術應用研究作為工程實例，對虛擬裝配技術的工程應用思想、方法、具體實施途徑作進一步研究，為下一階段整個小車的應用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設計階段。IPT根據小車總體設計要求以及基本的總體設計參數，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進行初步的總體布局。總體設計階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對系統構件進行初步布置、建立初始模型。

圖2 總體設計階段模型

本階段結束時，必須凍結已經建立的產品主模型空間，作為模型設計共享的基礎。

（2）裝配設計階段。這是小車模型具體建立階段。本階段主要包括以下基本步驟：建立各部件的實體模型；定義具體結構裝配的分解線路（建立裝配層次、裝配區域）；建立模型間的具體裝配約束（Constraints）關系；從共享數據庫中提取相應的結構模型； 進行計算機裝配（Computer Mock-Up，簡稱CMU），以及進行干涉檢查。

（3）詳細設計階段。本階段完成焊接小車所有零件的設計工作，保證小車內所有零件干涉自由，設計模型如圖3所示。

圖3 詳細設計階段模型 結束語

虛擬裝配的應用研究在國內研究所才剛剛起步，無論是在船舶、飛機、機械等領域的產品研制與開發中，還是在其他的輕工藝產品的開發中，人們已經逐漸地認識到虛擬裝配所能發揮的巨大作用和發展潛力。在焊接小車的設計過程中采用的裝配思想改變了產品研制人員的研制習慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應用方法、建立一定的組織機構是實現虛擬裝配的核心，產品數據在研制中的合理管理和流動是實現虛擬裝配的基礎。

第五篇：農業虛擬化實現技術和業務收益

通過處理器虛擬化實現技術和業務收益

簡介： 因服務器 “可能” 需要處理器而為它分配專用處理器的時代已經過去了 — 至少應該過去了。微分區和共享處理器池 的 IBM Power? 處理器虛擬化技術使從 CFO 到系統管理員的所有人都受益。企業可以回收超過一半的 CPU 容量，這會節約大量資金；同時，管理員只需幾次鼠標單擊即可添加或刪除處理資源。本文介紹 University of Pittsburgh Medical Center(UPMC)如何從專用處理器戰略轉換到虛擬化處理器戰略，同時改進對最終用戶的服務質量，從而實現財務和運營雙重收益。除了收益之外，本文還解釋了處理器虛擬化的風 險和過程以及為管理這種動態環境而開發的工具。

簡介

University of Pittsburgh Medical Center 是一家資產高達 80 億美元的全球性醫療企業，它使用 IBM Power Systems 服務器和 AIX? 運行許多業務關鍵型數據庫和應用程序。UPMC 在硬件和軟件兩方面都使用了 IBM 的最新產品，尤其是虛擬化技術。這包括 I/O 虛擬化(VIO)、存儲虛擬化(SVC)和 CPU 虛擬化。Power 服務器上的微分區、共享和不封頂的 CPU 等技術已出現很多年了，且對該技術的使用限度隨客戶而有所不同。

UPMC 的所有 CPU 都放在共享處理器池中。通過最大限度地降低 CPU 標稱（然而這對虛擬 CPU 設置比較激進），UPMC 在它的許多 Power 服務器上實現或接近了 80% 的 CPU 利用率。這差不多是虛擬服務器上行業平均值（據報告為 40% 到 50%）的兩倍。

處理器虛擬化讓 UPMC 能夠在不增加成本的情況下非常快速、高效地提供容量。如果一個應用程序出乎意外地需要增加兩個 CPU，處理器會立即分配 CPU 而無需人工干預。如果計劃外的業務功能或應用程序需要聯機，支持它所需的基礎設施會在同一天得到創建。

Paul Sikora（負責 IT 改革的 UPMC 副總裁）說：“虛擬化的基礎設施能夠靈活地調整以滿足處理高峰；工作人員可以更快地對 UPMC 的需求做出反應。我們的生產效率更高了，更敏捷，更可靠，而且成本更低。”

這種靈活性已經改變了 UPMC IT 專業人員的工作方式，讓他們能夠把時間和注意力集中于開發、服務改進和解決復雜的問題。CPU 供應不再是大事了；它是一個標準的過程。UPMC 取得的重大技術和業務收益表明了其他人可能悟出的道理，即：該技術應發揚光大！

當然，CPU 虛擬化也會帶來風險。本文討論 UPMC 轉換 CPU 戰略的原因、取得的成果以及在管理這種技術時面對的挑戰。催化劑 —— 為什么要虛擬化？

UPMC 擁有 20 家醫院、400 個門診所、長期健康設備和一個大型保險計劃。UPMC 使用大量型號不同的 IBM Power 服務器，從基于 POWER6? 的 595 到 BladeCenters?。大約三年前，UPMC 遇到了容量問題 — 由于業務增長加速，CPU 需求超過預期，CPU 不夠用了。由于增長沒有放慢的跡象，UPMC 工程團隊需要找到一個能夠用現有設備支持業務運營的解決方案。

這個解決方案就是采用微分區和 CPU 共享。在當時，我們很保守地使用了微分區，但是還沒有采用不封頂特性。在發現容量問題之后的三個月內，UPMC 對 90% 的 LPAR 采用了不封頂設置，回收了 50% 的處理器。

配置

UPMC 擁有多種 Power 服務器，包括基于 POWER5? 和 POWER6 的 595、570、550 和 blade。本文主要討論一臺基于 POWER6 的 595，它有 56 顆 CPU。規格說明見表 1。

表 1.POWER6 595 規格說明

物理 標虛擬 LPAR 型號 內存 環境

CPU 稱 CPU 數量 56x 896 Oracle 數據庫、應用服務器和 Web 9119-FHA 45.4 210 60 4.2GHz GB 服務器，開發、測試和生產類 這臺 Power 595 上駐留 60 個 LPAR。這些 LPAR 涵蓋 UPMC 中的各種環境和應用程序類型。這包括 Oracle 數據庫、應用服務器和 Web 服務器，它們提供一些對于企業最重要的計算功能。根據設計，UPMC 要把生產和非生產環境放在同一臺服務器上，從而盡可能提高資源利用率。通過研究和了解應用程序工作負載的時間規律，UPMC 發現開發和測試工作負載常常出現在生產工作負載高峰之間。根據這一分析結果，我們認為把這些環境放在一起有助于實現更好的全天資源利用率。

另外，這個設計為負載水平變動提供了應變機制。當一臺 Power 服務器的利用率接近它的最大容量時，UPMC 工程師開始尋找可以遷移到替代硬件的 LPAR，從而釋放 CPU 和內存資源。當需要遷移時，讓開發或測試 LPAR 在工作時間停機比安排在生產應用程序停機更容易。

監視、警報、調整、重復

在虛擬化環境中，比較有挑戰性的任務之一是監視和警報。如果在有 56 顆 CPU 的服務器上將 LPAR 配置為使用 210 顆 CPU，那么當利用率達到 56 時應該怎么做？答案很簡單：不要讓它達到 56。

UPMC 使用一套工具和技術確保任何 Power 服務器上的 CPU 利用率不會接近最大可用 CPU 數量。它開發和應用了大量虛擬監視器和自動化警報工具，幫助確保總是有容量可用。

UPMC 使用 Ganglia 監視它的 Power 和 AIX 基礎設施。盡管這個工具的基本功能非常強大，但是 UPMC 決定進一步定制它，“圍繞” Ganglia 及其他容量和性能監視工具開發了自己的 Web 門戶，讓它們能夠創建定制的視圖。（關于 Ganglia 的更多信息見 參考資料。）

它為 UPMC 提供的眾多視圖之一是 Power Server Overview。這個概況視圖顯示所有 UPMC Power 系統的服務器級 CPU 利用率。圖 1 顯示 UPMC 的一臺 Power 595 服務器上的典型 CPU 利用率。

圖 1.Power 服務器概況

創建這個視圖的原因之一是為 CPU 利用率建立緩沖、警告 和危險 閾值。這些閾值都是軟限制，都與 Power 服務器概況 視圖和 UPMC 的自動監視和警報解決方案相關聯。緩沖閾值

在 UPMC，“緩沖” 是 CPU 利用率的一個邏輯閾值，它向 Power 服務器管理員和 UPMC IT 管理層表明服務器滿負載。換句話說，如果 CPU 利用率經常達到緩沖閾值，就認為服務器滿負載了并禁止構建新的 LPAR。留出 20% 的 CPU 以應對預期的利用率波動。這些使用量波動是某些業務過程造成的，比如月底的結帳和報告。除了應對常規的業務周期之外，留出 20% 還可以讓 LPAR 處理器在出現計劃外負載增加時有增長空間。警告閾值

當 Power 服務器利用率略微超過緩沖閾值時（準確地說，超過兩個 CPU），就會觸及警告閾值（在圖形上沒有顯示）。這個事件觸發一個警報，這個警報自動進入 UPMC 事件管理系統，進而通知所有 Power 服務器管理員。應該檢查警告，但是不一定要采取措施。受過培訓的管理員會在服務器觸發警告之后密切監視它。管理員會檢查一個或多個 LPAR 上是否出現了 CPU 利用率快速增加的趨勢。希望 LPAR 只是偶爾出現高峰，因此導致 CPU 利用率超過緩沖閾值并達到警告閾值。但是，如果管理員發現利用率增加的趨勢是持續的，就需要采取進一步的措施。這些措施包括：

聯系使用這個 LPAR 的應用程序團隊，了解是否增加了新的進程或負載。查明是否可以減少負載。

? 登錄 LPAR 并搜索失控的進程。如果找到了，就停止或調整有問題的進程。? 把這個 LPAR 遷移到利用率低的 Power 服務器上。?

臨界閾值

當 Power 服務器處理器利用率大于或等于可用物理處理器總數的 88% 時，一個危險警報自動進入 UPMC 事件管理系統并通知所有 Power 服務器管理員。臨界警報需要立即采取措施。受過培訓的管理員把這種警報看作緊急情況，會采取適當措施降低 CPU 利用率。如果警報的原因是一個或多個 LPAR 出現短時間負載高峰，系統常常可以自己處理。但是，與警告警報一樣，UPMC IT 人員會與 LPAR 的用戶聯系，了解使用量超過正常水平的原因。

如果 CPU 利用率長時間保持在臨界閾值水平，而且沒有下降的趨勢，就應該關閉不重要的生產 LPAR 及其進程，從而防止 Power 服務器達到 100% CPU 利用率。分析警報

Ganglia 門戶（見圖 2）是對 UPMC 的 CPU 警告和臨界警報進行分析的首選工具。原因很簡單，它可以在幾秒內提供 “Server to LPAR” 視圖。更具體地說，在 Ganglia 屏幕上，可以簡單看到整個畫面中每個 LPAR 使用的物理 CPU 數量。

圖 2.Ganglia cpu_used 視圖：服務器級

這個簡單的視圖的效果非常好，有助于很快地找到問題。Power 管理員可以快速地查明哪些 LPAR 的 CPU 利用率增加了，哪些沒有。了解這些信息之后，可以使用其他工具判斷造成利用率增加的原因。權值的作用

權值是一個與不封頂 CPU 結合使用的設置。當有多個 LPAR 爭用可用的處理周期時，虛擬機監控程序根據權值分配這些周期。權值越高，LPAR 獲得的周期比例越大。

盡管 UPMC 使用權值（見 表 2 和 表 3），但是并不依靠權值確保 LPAR 的服務水平。UPMC 只是考慮到允許 Power 服務器上的所有處理器都被占用太危險了，因此讓虛擬機監控程序根據權值分配處理器周期。多個共享處理器池

到撰寫本文時，UPMC 的實驗室仍然在測試多個共享處理器池特性。這種技術看起來有助于 UPMC 改進使用共享處理器的方式。UPMC 沒有非生產 Power 服務器。生產、測試和開發 LPAR 在所有 Power 服務器上混合部署。當 UPMC 實現多個共享處理器池時，它將集成在生產環境中。因此，必須先在實驗室環境中進行非常仔細的規劃和充分的測試。標準：確保系統不失控

隨著虛擬化成為 UPMC 中的常規活動，對虛擬資源的請求越來越常見。當內部客戶認識到實現請求是多么簡單之后，構建 LPAR、添加 CPU 和內存等請求成了家常便飯。業務實踐方式的這種變化暴露出 IT 部門的一個弱點：對分配多少資源和分配給誰缺乏控制能力。隨著資源日益緊張，分配決策的制定越來越困難，顯然必須開發新的過程來增強責任意識。

這一需求催生出了新規則和新文檔。這包括 CPU 和內存的預算模型、標準文檔（詳細描述客戶會得到什么以及誰負責支持它）等許多內容。

Power AIX 管理員設計了他們的 Gold Image LPAR 并編寫了文檔（表 2 和 表 3）。這定義了 “模板” LPAR 和其他標準，大多數客戶在請求構建新的 LPAR 時會默認接受這種標準的 LPAR。這意味著，除非通過應用程序規模審查 發現需要更多資源，一般情況下使用標準的 LPAR CPU 設置。

表 2.Gold Image CPU 設置 標稱 虛擬 CPU 模式 類型.2 2 不封頂 共享 SMT

表 3.Gold Image 權值設置

生產 生產數生產應用服務器和 開發/測開發/測試開發/測試應用服務器VIO 據庫 Web 服務器 試 VIO 數據庫 和 Web 服務器 250 225 200 75 50 25 通過使用 Dynamic Logical Partitioning(DLPAR)，可以經濟高效地對每個 LPAR/應用程序進行 load and see 基準測試。如果 UPMC 標準 LPAR 模板無法滿足應用程序的 CPU 需求，Power 管理員可以在發現需求后的幾分鐘內通過 DLPAR 簡便地在 LPAR 中添加更多資源，確保分配適當的 CPU 數量。

通過應用這種 CPU 規模調整方法，UPMC 發現許多應用程序并不需要應用程序所有者或應用程序廠商最初請求的 CPU 資源量。建議的資源量常常超過實際需要量 30%。CPU 虛擬化很適合應付這種情況，因為它允許管理員靈活地配置虛擬 CPU 設置，不需要把應用程序可能根本不使用的資源與應用程序綁定在一起。

結束語

人人都知道 Power 處理器虛擬化有許多好處，包括提高利用率、降低成本和提高靈活性。但是，這種技術的限制不太為人所知。這些限制有多嚴重？到什么程度會抵消掉收益？ UPMC 仍然在研究并與 IBM 探討這些問題。無論最終答案是什么，目前已經確定運行共享的不封頂微分區處理器環境是正確的選擇。

顯然，需要以全新的方式管理 CPU 資源。定制的監視和警報是關鍵：知道您有什么，充分使用所有資源，避免資源耗盡。后續努力方向

處理器虛擬化只是 UPMC IT 轉換計劃的一小部分。UPMC 還在幾個方面使用了虛擬化，包括存儲(SVC)和 I/O(VIO)。這顯著降低了 IT 成本并提高了效率。以后要采用哪些技術？Active Memory Sharing，它支持在多個 LPAR 之間共享物理內存；高級的虛擬監視系統，這讓 UPMC 能夠查看所有虛擬和物理設備之間的關系，包括服務器、磁盤、網絡、電源等等；以及我們最喜歡的 Live Partition Mobility。在 2008 年，UPMC 把 400 個 LPAR 從基于 POWER5 的服務器遷移到了基于 POWER6 的服務器，每次遷移需要不到一小時的停機時間。在 2011 年，UPMC 還要再做一次遷移，到那時根本不需要停機了。

UPMC 和 IBM 建立了戰略伙伴關系，利用他們各自的經驗共同為醫療行業開發和推廣新技術。