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(duì)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(shí)現(xiàn)企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與控制平臺(tái)到企業(yè)管理平臺(tái)的上下連通與信息共享,，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過程的計(jì)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(cè),、設(shè)備管理,、優(yōu)化控制等功能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)信息的綜合集成,，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全過程高效協(xié)調(diào)的控制與管理,。基于MES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(cuò)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(shí)施完成所有功能模塊的成本和風(fēng)險(xiǎn)也非常大，分步實(shí)施是一個(gè)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?jiǎng)冸x，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(duì)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(chǔ)虛擬化

　　在傳統(tǒng)的IT環(huán)境中，計(jì)算資源和存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備,，在服務(wù)器升級(jí)、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(chǔ)虛擬化(storage virtualizafion)按照一定的虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)將不同的物理存儲(chǔ)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(gè)虛擬的存儲(chǔ)池，為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù),，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的共享,。

　　存儲(chǔ)虛擬化把原本分散在各個(gè)單獨(dú)服務(wù)器的存儲(chǔ)資源集中起來，提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)服務(wù),。這樣一方面滿足了部分應(yīng)用對(duì)大存儲(chǔ)容量的需求;另一方面存儲(chǔ)資源集中起來后也利于日常的管理和維護(hù),，同時(shí)也便于對(duì)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(shí)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(gè)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(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例。

　　通過系統(tǒng)虛擬化,，可以在原本一臺(tái)物理服務(wù)器上安裝多個(gè)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(chǔ)容量,。這樣既提高了系統(tǒng)資源的利用率，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò),，這些網(wǎng)絡(luò)常存在于同一個(gè)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(shí)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(duì)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(shí)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(duì)系統(tǒng)硬件架構(gòu)的要求

　　MES對(duì)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(duì)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(gè)特性：可靠性,、可恢復(fù)性、錨誤檢測(cè)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(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，整體運(yùn)行的可靠性對(duì)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(shí)候,，及時(shí)(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(shí)間內(nèi)恢復(fù)的能力,。

　　(3)錯(cuò)誤檢測(cè)：如果在現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中,，有某個(gè)組件發(fā)生故障，那么快速檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)是另一個(gè)實(shí)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(gè)特定故障，如果系統(tǒng)需要花1個(gè)小時(shí)來發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(gè)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(shí)間非常短的時(shí)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(jí)等維護(hù)工作時(shí)，就要求高可用性系統(tǒng)使這樣的維護(hù)盡可能地對(duì)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(xiàng)目的實(shí)施特點(diǎn)而形成的要求,，包括兩個(gè)方面，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可擴(kuò)展性和計(jì)算能力的可擴(kuò)展性,。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面：流程行業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是企業(yè)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(chǔ)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(jià)格的特點(diǎn)(可能一年前和一年后,，一塊高端硬盤就會(huì)下降到之前一半的價(jià)格)，集中采購肯定不是方案,，只有系統(tǒng)良好的擴(kuò)展能力才能保證滿足項(xiàng)目后期逐步增加的存儲(chǔ)需求,。

　　計(jì)算能力方面：MES模塊眾多，企業(yè)為了降低項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用,，也會(huì)采用分步實(shí)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(jì)算能力的擴(kuò)展提升潛力也是必須要考慮的一個(gè)因素,。

　　3.MES在虛擬架構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)方法

　　MES性價(jià)比是企業(yè)做出方案選擇的出發(fā)點(diǎn)，虛擬化不是目的,，而是一個(gè)高可用性和可擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)手段?，F(xiàn)給出一種MES系統(tǒng)在虛擬架構(gòu)上性價(jià)比較高的一種實(shí)現(xiàn)方案。

　　本方案的主體部分是兩臺(tái)安裝了VMware ESX Server的服務(wù)器,，并利用一臺(tái)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(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中，多個(gè)虛擬機(jī)封裝為文件存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)流程行業(yè)MES所對(duì)應(yīng)的各種功能模塊,。

　　通過高級(jí)資源管理,、高可用性和安全功能提高了服務(wù)級(jí)別。vCenter Server務(wù)器為虛擬環(huán)境提供了集中化管理,、操作自動(dòng)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(chǔ)方式，這樣可以將每個(gè)虛擬機(jī)的文件系統(tǒng)創(chuàng)建在共享的集中存儲(chǔ)陣列上,，多個(gè)ESX Server同時(shí)訪問同一虛擬機(jī)存儲(chǔ),，保證了服務(wù)器硬件宕機(jī)的時(shí)候,，能夠快速恢復(fù)和啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)了資源的動(dòng)態(tài)合理分配,，保證了每一個(gè)MEs服務(wù)都可以得到所需的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源,。由于VMware的虛擬架構(gòu)系統(tǒng)中的虛擬機(jī)實(shí)際上是被封裝成了一個(gè)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(chǔ)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(diǎn)故障。

　　4.結(jié)束語

　　MES的硬件架構(gòu)對(duì)其運(yùn)行和維護(hù)都非常重要,，本文針對(duì)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(chǔ)是關(guān)鍵的部分,，虛擬機(jī)的正常運(yùn)行完全依賴于存儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng)的不同位置,，環(huán)節(jié)中多故障點(diǎn)的情況,，現(xiàn)在只要簡單備份存儲(chǔ)，即可保證整個(gè)MES系統(tǒng)的安全,，可以隨時(shí)完整恢復(fù),，且該存儲(chǔ)支持RAID5和RAID10，少量硬盤損壞的情況下,，系統(tǒng)可自動(dòng)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(jí)別的安全性,，還可以另行添置遠(yuǎn)程災(zāi)備系統(tǒng),。