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 MES系統(tǒng) （www.hzjux.com）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。基于MES系統(tǒng)在流程行業(yè)企業(yè)的重要作用，一旦MES系統(tǒng)服務器系統(tǒng)停機或服務中斷，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)擴容并不容易。然而由于MES系統(tǒng)模塊較多，一次實施完成所有功能模塊的成本和風險也非常大，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，還要考慮良好的擴展性能、維護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)進入成熟期，開始進入大規(guī)模應用階段。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行在同一服務器上的，服務器訪問自身的存儲設備，在服務器升級、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，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器的存儲資源集中起來，提供統(tǒng)一的存儲服務。這樣一方面滿足了部分應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，同時也便于對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的備份、恢復和容災管理，提高業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，從而降低故障恢復時間，提升服務的可靠性和連續(xù)性。

1.2系統(tǒng)虛擬化
系統(tǒng)虛擬化（System Virtualization）也常被稱為服務器虛擬化（Server Virtualization），是把服務器擁有的各類資源抽象出來，以邏輯服務器的方式為用戶提供服務。在用戶面前的不是一個物理上的服務器，而是在同一物理服務器的操作系統(tǒng)之上運行著的虛擬服務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器上安裝多個操作系統(tǒng)。管理員可以根據(jù)業(yè)務大小，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，降低新業(yè)務系統(tǒng)安裝配置操作系統(tǒng)的時問，加快新業(yè)務系統(tǒng)的調(diào)試過程，滿足信息化建設快速發(fā)展的需求。

1.3網(wǎng)絡虛擬化
IT網(wǎng)絡環(huán)境中，并存著服務網(wǎng)絡、科研網(wǎng)絡、辦公網(wǎng)絡、生產(chǎn)網(wǎng)絡等多個網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡常存在于同一個物理網(wǎng)絡環(huán)境中，這就需要在保持網(wǎng)絡的高可用性、易管理性、安全性和可擴展性的前提下，盡可能實現(xiàn)網(wǎng)絡服務和安全策略的集中。
通過VLAN、VPN、MPLS VPN等網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)（Network Virtualization），可以滿足對網(wǎng)絡的訪問控制、路徑隔離、集中管理等要求，確保合法的用戶和設備訪問各自合理的網(wǎng)絡服務，并集中實施網(wǎng)絡訪問策略，降低網(wǎng)絡管理成本。

2、流程行業(yè)MES系統(tǒng)對系統(tǒng)硬件架構(gòu)的要求

MES系統(tǒng)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系統(tǒng)整體任一環(huán)節(jié)上的故障都會影響到系統(tǒng)的正常運行，整體運行的可靠性對硬件的可靠性依賴很大。
（2）可恢復性：當故障發(fā)生的時候，及時（即在業(yè)務需求允許范圍內(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)恢復的能力。
（3）錯誤檢測：如果在現(xiàn)有基礎架構(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)控機制將故障或預警通知系統(tǒng)管理員。
（4）可持續(xù)工作性：當容許的用以進行系統(tǒng)維護的停機時間非常短的時候，可持續(xù)工作性就很必要，因此諸如數(shù)據(jù)庫軟件升級等維護工作時，就要求高可用性系統(tǒng)使這樣的維護盡可能地對用戶透明，也就是沒有影響。

2.2可擴展性
可擴展性是根據(jù)MES系統(tǒng)項目的實施特點而形成的要求，包括兩個方面，數(shù)據(jù)存儲的可擴展性和計算能力的可擴展性。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數(shù)據(jù)被收集到MES系統(tǒng)中，長期運行的狀態(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系統(tǒng)模塊眾多，企業(yè)為了降低項目實施的風險和費用，也會采用分步實施的策略，隨著工廠進入系統(tǒng)的應用模塊越來越多，系統(tǒng)負荷越來越大，MES系統(tǒng)后期計算能力的擴展提升潛力也是必須要考慮的一個因素。

3、MES系統(tǒng)在虛擬架構(gòu)上的實現(xiàn)方法

MES系統(tǒng)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展性的實現(xiàn)手段。現(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的服務器，并利用一臺普通服務器安裝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器的裸機上，將物理服務器上的處理器、內(nèi)存、存儲器和網(wǎng)絡資源抽象到多個虛擬機中，多個虛擬機封裝為文件存儲于SAN上，通過萬兆交換機與虛擬服務器進行通訊。在這些虛擬機上，分別實現(xiàn)流程行業(yè)MES系統(tǒng)所對應的各種功能模塊。

通過高級資源管理、高可用性和安全功能提高了服務級別。vCenter Server務器為虛擬環(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存儲，保證了服務器硬件宕機的時候，能夠快速恢復和啟動MES系統(tǒng)服務。通過VMware的VirtualCenter、VMotion、DRS和HA提供的基于虛擬化的分布式基礎結(jié)構(gòu)服務，架構(gòu)實現(xiàn)了資源的動態(tài)合理分配，保證了每一個MES系統(tǒng)服務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，可以讓不同服務器上的虛擬機都可以訪問到該文件，從而消除了單點故障。

4、結(jié)束語

MES系統(tǒng)的硬件架構(gòu)對其運行和維護都非常重要，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系統(tǒng)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，虛擬機的正常運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，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，還可以另行添置遠程災備系統(tǒng)。

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