引言
制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是從企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略到具體生產(chǎn)之間的橋梁和紐帶，其針對企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行與管理信息的之間的脫節(jié)、滯后問題，實現(xiàn)企業(yè)從現(xiàn)場生產(chǎn)與控制平臺到企業(yè)管理平臺的上下連通與信息共享，實現(xiàn)全生產(chǎn)過程的計劃調(diào)度、生產(chǎn)控制管理、物料平衡、能源管理、績效考核、成本監(jiān)測、設(shè)備管理、優(yōu)化控制等功能，從而實現(xiàn)整個企業(yè)信息的綜合集成，達(dá)到對生產(chǎn)過程實現(xiàn)全過程高效協(xié)調(diào)的控制與管理?；贛ES在流程行業(yè)企業(yè)的重要作用，一旦MES服務(wù)器系統(tǒng)停機(jī)或服務(wù)中斷，將造成程序的混亂和數(shù)據(jù)的丟失，直接影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)和協(xié)作。雖然有容錯服務(wù)器等硬件架構(gòu)的出現(xiàn)，從某些方面解決了高可用性的問題，但系統(tǒng)擴(kuò)容并不容易。然而由于MES模塊較多，一次實施完成所有功能模塊的成本和風(fēng)險也非常大，分步實施是一個良好的策略，這就要求MES系統(tǒng)的硬件架構(gòu)具有高可用性之外，還要考慮良好的擴(kuò)展性能、維護(hù)便利性能等多種需求。
1.虛擬化技術(shù)
虛擬化從出現(xiàn)到今天，已經(jīng)進(jìn)入成熟期，開始進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。虛擬化技術(shù)可以看作所有將不同的資源和邏輯單元剝離，形成松耦合關(guān)系的技術(shù)集合。目前，提供虛擬化服務(wù)的廠家也很多，包括VMWare、Citrix、微軟等。對于虛擬化技術(shù)的分類有很多說法，就現(xiàn)行的虛擬化技術(shù)而言，可以分為三類。
1.1存儲虛擬化
在傳統(tǒng)的IT環(huán)境中，計算資源和存儲資源都是運(yùn)行在同一服務(wù)器上的，服務(wù)器訪問自身的存儲設(shè)備，在服務(wù)器升級、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)安全等方面都存在較大問題。存儲虛擬化(storage virtualizafion)按照一定的虛擬存儲體系結(jié)構(gòu)將不同的物理存儲設(shè)備(如RAID、JBOD、磁帶庫等)通過不同的接口協(xié)議(如SCSI、iSCSI、iFCP等)整合成一個虛擬的存儲池，為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)存儲資源的共享。
存儲虛擬化把原本分散在各個單獨服務(wù)器的存儲資源集中起來，提供統(tǒng)一的存儲服務(wù)。這樣一方面滿足了部分應(yīng)用對大存儲容量的需求;另一方面存儲資源集中起來后也利于日常的管理和維護(hù)，同時也便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的備份、恢復(fù)和容災(zāi)管理，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，從而降低故障恢復(fù)時間，提升服務(wù)的可靠性和連續(xù)性。
1.2系統(tǒng)虛擬化
系統(tǒng)虛擬化(System Virtualization)也常被稱為服務(wù)器虛擬化(Server Virtualization)，是把服務(wù)器擁有的各類資源抽象出來，以邏輯服務(wù)器的方式為用戶提供服務(wù)。在用戶面前的不是一個物理上的服務(wù)器，而是在同一物理服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上運(yùn)行著的虛擬服務(wù)層中的一個操作系統(tǒng)實例。
通過系統(tǒng)虛擬化，可以在原本一臺物理服務(wù)器上安裝多個操作系統(tǒng)。管理員可以根據(jù)業(yè)務(wù)大小，分配一定數(shù)量的CPU、內(nèi)存和存儲容量。這樣既提高了系統(tǒng)資源的利用率，同時也可以實現(xiàn)各個邏輯系統(tǒng)文件式的備份和恢復(fù)，降低新業(yè)務(wù)系統(tǒng)安裝配置操作系統(tǒng)的時問，加快新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)試過程，滿足信息化建設(shè)快速發(fā)展的需求。
1.3網(wǎng)絡(luò)虛擬化
IT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并存著服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、科研網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)等多個網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)常存在于同一個物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這就需要在保持網(wǎng)絡(luò)的高可用性、易管理性、安全性和可擴(kuò)展性的前提下，盡可能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和安全策略的集中。
通過VLAN、VPN、MPLS VPN等網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)(Network Virtualization)，可以滿足對網(wǎng)絡(luò)的訪問控制、路徑隔離、集中管理等要求，確保合法的用戶和設(shè)備訪問各自合理的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并集中實施網(wǎng)絡(luò)訪問策略，降低網(wǎng)絡(luò)管理成本。
2.流程行業(yè)MES對系統(tǒng)硬件架構(gòu)的要求
MES對流程企業(yè)生產(chǎn)中的作用非常重要，由于流程行業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，對MES系統(tǒng)的硬件架構(gòu)提出了比一般系統(tǒng)更高的要求。
2.1高可用性
高可用性主要包括四個特性：可靠性、可恢復(fù)性、錨誤檢測和可持續(xù)工作性。
(1)可靠性：可靠性分為硬件可靠性和軟件可靠性。MES整體任一環(huán)節(jié)上的故障都會影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，整體運(yùn)行的可靠性對硬件的可靠性依賴很大。
(2)可恢復(fù)性：當(dāng)故障發(fā)生的時候，及時(即在業(yè)務(wù)需求允許范圍內(nèi))判斷和解決發(fā)生的問題尤為重要，現(xiàn)有的架構(gòu)是否具備在SLA(service Level Agreement)約定時間內(nèi)恢復(fù)的能力。
(3)錯誤檢測：如果在現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中，有某個組件發(fā)生故障，那么快速檢測和發(fā)現(xiàn)是另一個實現(xiàn)快速意外故障恢復(fù)的重要因素。1分鐘內(nèi)可以解決某個特定故障，如果系統(tǒng)需要花1個小時來發(fā)現(xiàn)這個故障，那么很有可能已經(jīng)無法滿足SLA的要求了，所以需要一個可靠監(jiān)控機(jī)制將故障或預(yù)警通知系統(tǒng)管理員。
(4)可持續(xù)工作性：當(dāng)容許的用以進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)的停機(jī)時間非常短的時候，可持續(xù)工作性就很必要，因此諸如數(shù)據(jù)庫軟件升級等維護(hù)工作時，就要求高可用性系統(tǒng)使這樣的維護(hù)盡可能地對用戶透明，也就是沒有影響。
2.2可擴(kuò)展性
可擴(kuò)展性是根據(jù)MES項目的實施特點而形成的要求，包括兩個方面，數(shù)據(jù)存儲的可擴(kuò)展性和計算能力的可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)存儲方面：流程行業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是企業(yè)最寶貴的信息資產(chǎn)，每分鐘都有大量的工廠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被收集到MES系統(tǒng)中，長期運(yùn)行的狀態(tài)下必然需要大容量的存儲才可以保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性。由于IT系統(tǒng)硬件價格的特點(可能一年前和一年后，一塊高端硬盤就會下降到之前一半的價格)，集中采購肯定不是最佳的方案，只有系統(tǒng)良好的擴(kuò)展能力才能保證滿足項目后期逐步增加的存儲需求。
計算能力方面：MES模塊眾多，企業(yè)為了降低項目實施的風(fēng)險和費(fèi)用，也會采用分步實施的策略，隨著工廠進(jìn)入系統(tǒng)的應(yīng)用模塊越來越多，系統(tǒng)負(fù)荷越來越大，MES系統(tǒng)后期計算能力的擴(kuò)展提升潛力也是必須要考慮的一個因素。
在虛擬架構(gòu)上的實現(xiàn)方法
MES性價比是企業(yè)做出方案選擇的出發(fā)點，虛擬化不是目的，而是一個高可用性和可擴(kuò)展性的實現(xiàn)手段?，F(xiàn)給出一種MES系統(tǒng)在虛擬架構(gòu)上性價比較高的一種實現(xiàn)方案。
本方案的主體部分是兩臺安裝了VMware ESX Server的服務(wù)器，并利用一臺普通服務(wù)器安裝vCenter作為管理端。ESX Server為底層虛擬操作系統(tǒng)直接安裝在物理服務(wù)器的裸機(jī)上，將物理服務(wù)器上的處理器、內(nèi)存、存儲器和網(wǎng)絡(luò)資源抽象到多個虛擬機(jī)中，多個虛擬機(jī)封裝為文件存儲于SAN上，通過萬兆交換機(jī)與虛擬服務(wù)器進(jìn)行通訊。在這些虛擬機(jī)上，分別實現(xiàn)流程行業(yè)MES所對應(yīng)的各種功能模塊。
通過高級資源管理、高可用性和安全功能提高了服務(wù)級別。vCenter Server務(wù)器為虛擬環(huán)境提供了集中化管理、操作自動化、資源優(yōu)化和高可用性，降低了維護(hù)成本。方案中，采用基于IP SAN集中存儲方式，這樣可以將每個虛擬機(jī)的文件系統(tǒng)創(chuàng)建在共享的集中存儲陣列上，多個ESX Server同時訪問同一虛擬機(jī)存儲，保證了服務(wù)器硬件宕機(jī)的時候，能夠快速恢復(fù)和啟動MEs服務(wù)。通過VMware的VirtualCenter、VMotion、DRS和HA提供的基于虛擬化的分布式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)，架構(gòu)實現(xiàn)了資源的動態(tài)合理分配，保證了每一個MEs服務(wù)都可以得到所需的計算資源和存儲資源。由于VMware的虛擬架構(gòu)系統(tǒng)中的虛擬機(jī)實際上是被封裝成了一個檔案文件和若干相關(guān)環(huán)境配置文件，通過將這些文件放在存儲陣列上的VMFS文件系統(tǒng)中，可以讓不同服務(wù)器上的虛擬機(jī)都可以訪問到該文件，從而消除了單點故障。
4.結(jié)束語
MES的硬件架構(gòu)對其運(yùn)行和維護(hù)都非常重要，本文針對流程企業(yè)的一些特殊要求，給出了基于虛擬化的一種MES硬件架構(gòu)。系統(tǒng)的整體架構(gòu)中，可以看出存儲是最關(guān)鍵的部分，虛擬機(jī)的正常運(yùn)行完全依賴于存儲上的文件，但這也恰恰改變了以往軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵內(nèi)容分散在整個系統(tǒng)的不同位置，環(huán)節(jié)中多故障點的情況，現(xiàn)在只要簡單備份存儲，即可保證整個MES系統(tǒng)的安全，可以隨時完整恢復(fù)，且該存儲支持RAID5和RAID10，少量硬盤損壞的情況下，系統(tǒng)可自動在線重建，從而很好地保護(hù)了系統(tǒng)的安全，如果用戶需要更高級別的安全性，還可以另行添置遠(yuǎn)程災(zāi)備系統(tǒng)。
（轉(zhuǎn)載）
