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化工过程虚拟工厂云计算平台构建的技术研究

2013/2/5    来源:万方数据    作者:万锋  罗娜  祁荣宾  叶贞成  杜文莉      
关键字:虚拟工厂  云计算  服务组合  Web服务  
针对化工过程虚拟工厂的特点,探讨了云计算技术和面向服务的架构。提出扁平化管理的虚拟工厂云计算平台架构模型,使其具有动态扩展、弹性伸缩和易于部署的特性。并以乙烯三维云端与云计算平台的交互为例,具体介绍了虚拟工厂云计算平台的实现方案。

1 引言

    化工过程虚拟工厂(Virtual Plant,VP)是一种面向石油化工集成化的实时动态仿真环境,具有硬件在回路仿真系统的技术特征,它涉及流程级稳态与动态模拟、软件与硬件实时接口技术、自动控制技术、人工智能技术和工程安全技术,根据物料平衡、能量平衡原则,模拟工业现场。借助建模与仿真技术,能够及时并行地模拟出设备生产过程乃至整个流程的各种条件下可能出现的各种情况,预测、检测、评价工艺方案的优劣,并提出优化方案,从而更加有效、经济、柔性地组织生产,增强决策与控制水平,达到生产质量的最优化、生产效率的最大化。

    在虚拟工厂的构建中需要集成各种数据,包括现场采集的实时数据、仿真模型的数据、实时数据库的信息,以及CRM等管理数据。以前对这些数据集成的方式主要分为孤立的数据组织方式和自然演化的数据组织方式,这些数据组织方式都是针对具体的应用而建立的,缺乏全局性和扩展性。这极大的限制了资源利用的有效性、灵活性和廉价性。因此,本文作者针对化工过程虚拟工厂的建设,提出了具有自组织、自配置的数据集成云计算平台,为虚拟工厂三维云端的数据展示和操控,提供了一个强兼容性、高可扩展性和经济的数据集成平台。

2 相关工作

    2.1云计算技术

    根据美国国家标准与技术研究院(mst)的定义,云计算是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池(如计算设施、存储设备、应用程序等)的计算模式。计算机资源服务化是云计算重要的表现形式,它为用户屏蔽了数据中心管理、大规模数据处理、应用程序部署等问题。通过云计算,用户可以根据其业务负载快速申请或释放资源,并以按需支付的方式对所使用的资源付费,在提高服务质量的同时降低运维成本。云计算通过将所有资源虚拟化、服务化,将这些虚拟资源聚集在一个虚拟资源池中,再根据业务应用的需求进行资源分配、和组合,以实现资源的扁平化管理和组合。云计算的特征主要表现为以下3点。

    (1)弹性伸缩

    云计算可以根据访问用户的多少,增减相应的IT资源,使得IT资源的规模可以动态伸缩,满足应用和用户规模变化的需要。

    (2)快速部署

    云计算模式具有极大的灵活性,足以适应各个开发和部署阶段的各种类型和规模的应用程序。提供者可以根据用户的需要及时部署资源,最终用户也可以按需选择。

    (3)资源抽象

    最终用户不必知道云上应用的具体物理资源位置,同时云计算支持用户在任意位置使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”,而不是固定的有形实体。应用在“云”中某处运行,但实际上用户无须了解,也不必考虑应用运行的具体位置。

    根据云计算的定义,可分为3种类型,如图1所示。

    (1)云软件,也称为软件即服务(Software as aService,SaaS),它主要提供服务化的应用软件,如CRM、ERP、字处理等应用软件。

    (2)云平台,也称为平台即服务(Plateform aS aService,PaaS),它主要提供服务开发工具和基础软件,如数据库、分布式操作系统等。

    (3)云设备,也称为基础设施即服务(Infrastructure as a Service.IaaS),它主要提供虚拟化和服务化的计算机资源,包括服务器、网络设备、存储设备等硬件设施,它是云计算的数据中心。在IaaS层,虚拟技术是最为关键的技术,常用的开源虚拟技术有KVM和Xen等。

 云计算类型

图1 云计算类型

    2.2面向服务的架构

    云计算提供了一个通用平台用以集成和调整不同业务的流程与系统,快速、灵活地交付新的系统。云计算本身就是一个大的系统集成环境,一个融合了底层IaaS中间层PaaS到上层SaaS的一整套服务集,能为企业提供从底层基础设施的集成到中间层应用平台的集成再到应用层的应用集成全套的集成服务,但前提是这个集成需要在企业拥有清晰完善的基于服务架构的rr框架的背景下才能最高效的发挥作用。

    面向服务的架构(Service-Oriented Architecture,SOA)是一种由彼此之间可通信的具有特定功能的服务构成的灵活抽象的分布式IT架构模式,允许软件以服务的方式提供给合适的安全授权用户使用。数据和功能以可重用的并且使用标准格式描述的、抽象的服务形式提供,底层实现的具体细节被屏蔽。服务之间以松耦合的形式互联和互操作,从而完成特定的业务需求。相互通信的服务之间具有灵活的松散耦合关系,资源具有较高的可重用性、开放性和互操作性。因此SOA使得企业能够迅速地应对业务变化。

    面向服务的体系结构中的角色包括:服务使用者、服务提供者和服务注册中心。

    (1)服务使用者:服务使用者可以是一个应用程序,也可以是需要一个服务的另一个服务。它根据需求向服务注册中心进行服务的查询,通过传输绑定服务,并且执行服务功能。服务使用者根据接口契约来执行服务。

    (2)服务提供者:服务提供者是一个可通过网络寻址的实体,它接受和执行来自使用者的请求。它将自己的服务和接口契约发布到服务注册中心,以便服务使用者可以发现和访问该服务。

    (3)服务注册中心:服务注册中心是服务发现的支持者。它包含一个可用服务的存储库,并允许感兴趣的服务使用者查找服务提供者接口。

 

责任编辑:赵蔓
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