高校智能控制机房建设探讨

董保香

淄博职业学院 山东淄博 255000

摘要：在总结电气等专业智能控制方向所用应用软件的基础上，提出了采用云机房或采用图形工作站两种解决方案；通过对供应商提出的云机房方案所采用的的核心设备-学生终端机进行详细测试的基础上，得出云机房不适合智能控制软件应用的结论，因此选择采用图形工作站解决方案；对图形工作站的配置进行了虚拟现实应用环境的测试，最后给出适合专业的图形工作站配置。

关键词：机房；图形工作站

一 引言

我院机房大约近80台计算机，目前已到报废年限，随着时间的推移和课程的更新，越来越无法满足应用软件的运行，且计算机故障率较高，长时间的超负荷使用会使得设备发生故障的概率加大，甚至是导致计算机直接不能正常的运行，进而严重的影响了从简单辅助教学向专业课程教学的开展^[1]。机房环境脏乱差，管理混乱^[2]，经过几次维修后，电源采用多个插排串联的方式，且放在电脑桌桌面的下面，曾经发生过短路事件，烧坏了学生的笔记本适配器和几台计算机的电源模块，迫切需要更新计算机，重新建设机房，以满足智能控制方向的发展需求。

二 智能控制方向机房需求分析

目前机房承担了《Solidworks》、《微机技术与仪器系统设计》、《人工智能技术基础》、《电气控制技术与PLC编程》、《计算机绘图》、《MATLAB编程及应用》等课程，需要用到AutoCAD、UGNX、SolidWorks、Matlab、Labview、Visual Studio、Python、博途TIA portal。以及新成立的智能控制专业所需要的的智能制造生产线仿真软件V+Factory或者VisualComponets、机器人方向所需要的机器人离线编程软件RobotSdudio等，大约15种软件。

在教学过程中，机房的利用率非常高，以2020-2021第1学期为例，根据教学科提供的实验计划表，以每次上机2小时来计算，需要上机的人次数是2982次；同时“智能控制系统虚拟仿真设计实训”实训时间5天，人数大约220左右，在该实训中，主要是使用IdeaVR软件进行虚拟仿真实训。按照每人2小时计算，则使用机房的人次数为：220人X5天X8小时/2=4400人次，因此实验实训实训所用计算机总人次数为4400+2982=7382人次。对比学院除上机以外的实验人数为8306人次，两者相差不大。意味着机房承担了学院所有实验人次数的一半。除此以外，还有协会等组织及教师临时用机房，因此机房的利用率远远高于其他实验设备，其重要性不言而喻。

三 云机房解决方案与测试

近年来云机房应用越来越多，总体来说，云机房可以实现统一管理、资源使用方便、升级方便等优点^[3]，在教育行业的应用越来越广泛，在大幅提升灵活性、可靠性的同时，降低了建设、维护成本，有效解决了高校在计算机教学设施建设中所面临的管理和维护困难问题。

云机房供应商提供的方案中，关键的部分是学生用终端，其配置为：1）终端需采用x86架构，软硬件一体化设备，内置虚拟化系统和软件配置≥Intel六核六线程处理器。处理器主频≥2.8GHz，睿频≥4.0G Hz；内存≥8GB，显卡≥Intel HD 630；本地存储≥256 GB SSD。2）USB接口≥8个，包含≥2个USB 3.0接口，≥1个千兆网口，≥1个VGA接口，≥1个HDMI接口，≥1对音频输入输出接口，配置≥1个内存扩展槽，≥1个SATA扩展接口，可扩展1个2.5英寸硬盘。3）支持终端显卡透传，能够将终端物理显卡透传至虚拟机中，支持部分对物理显卡有要求场景，如基础三维软件的运行。4）支持4k清晰度高清视频流畅播放；支持显示信号输出到4K显示器上。

针对云机房供应商的方案，我们索要了相关产品来使用，如图所示，在使用过程中，安装有限几个软件，运行速度尚可，但通过咨询得知，该云桌面系统，只能是集成显卡，无法安装独立显卡，内存最大扩展为16G，如方案中所提到的，对3D的支持比较弱。最重要的是，额外的云桌面管理软件，价格昂贵。因此无论是从性价比还是性能方面，该云机房方案不适合需求，因此需采用图形工作站的方式。

图1云终端

三 图形工作站参数确定

从上面分析中可以看出，所安装的软件众多，不仅仅要考虑计算机的性能，还需考虑软件与软件之间的兼容性，因此需要计算机经过ISV认证。

所安装的应用软件，某些软件对图形显卡有要求，特别是IdeaVR虚拟现实软件，对显卡要求是比较高的，同时计算机还必须支持HTC VIVE Pro eye虚拟现实头盔，同时考虑三维CAD软件的要求，所以选择英伟达Quadro 的P系列显卡，在兼顾价格和性能要求的前提下，选用P2000显卡。在计算机配置如下图2所示的前提下，我们采用Visualcomponents软件自身携带的例子，实现计算机与HTC VIVE Pro eye的连接，在如图3所示的VR环境测试过程中，操作员用头盔浏览的时候，模型场景运行流畅，毫无卡顿的感觉，因此P2000显卡满足要求。

部分所需安装软件大小如下表所示，6个软件，总大小为47.3G，平均每个软件大约8G，因此所需安装的15个软件，总容量大约120G，Win10系统空间按照50G计算，考虑到未来6年中，应用软件的版本会升级，相应的软件容量还会变大。因此系统盘采用至少500G的SSD硬盘。

图2测试VR环境所用计算机配置

图3 HTC VIVE Pro eye构成的VR环境

表1-1 部分软件安装后的所需硬盘大小

软件名称	大小（G）	软件名称	大小（G）
UGNX12	17	AutoCAD2016	2.2
SolidWorks	14	博图V15	7.5
IdeaVR2020	4	V+Factory	2.6

机房一共80台计算机，如果每台都需要人工维护，则会浪费大量人财物，为了维护方便，需要具备网络同传功能，网络同传平均速度至少为2G/分钟，150G需要大约1.5小时，也就是重新安装整个机房的计算机，大约1.5小时左右，每年或者每个学期重新更新软件版本，工作量不算大。但根据以往经验，机房采用网络同传的时候，有时候速度很慢，24小时都无法传输结束，因此采用GHOST为第二方案，通过测试，基于DiskGenius内核开发的易数一键还原，速度快且支持大容量空间的回复，比较适合用于机房维护。

结合以上信息，在京东、淘宝、各品牌计算机的官方商城等，检索到合适的图形工作站如下：1）戴尔Precision T3630塔式服务器图形工作站电脑，适用于设计渲染的3D建模台式机，配置为：i7-9700CPU+16G DDR4内存+256G固态系统盘+1T机械硬盘+P2200-5G图形显卡；2）联想图形工作站P330，配置为：I7-9700CPU + 16G DDR4内存+256G SSD固态系统盘+1T机械硬盘+P2200-5G图形显卡。

四 应用效果

为了压缩成本，购买了图形工作站裸机，然后安装单位提供的Windows专业版与Office。在使用过程中，老师和学生一致反映计算机配置高、速度快、可靠性高。为应用软件的学习、智能控制实训、VR实训，提供了良好的硬件条件。

参考文献：

1. 张瑶,刘树青,陈荷燕.高校机房管理模式的实践与探索[J].中国现代教育装备,2015(09):25-26.

2. 陈清贤.高校计算机实验室管理问题与实践[J].中国现代教育装备,2009(01):122-124.

3. 曾宇胸,马维旻,闫丽华.基于私有云的高校计算机实验资源中心的构建[J].中国现代教育装备,2014(01):23-24.

基金项目：山东省淄博市校城融合项目《客运索道运载设备优化及产业化》（编号：2019ZBXC014）、

教育部产学合作协同育人项目《智能制造VR实验室建设》（编号：202002212025）

作者简介：董保香(1977-)，女，山东省海阳市人，淄博职业学院，副教授（山东淄博255000）。