導(dǎo)讀：

在國(guó)家大力推動(dòng)信息技術(shù)自主化的背景下，制造業(yè)也在積極尋找自身信息化改革的路線。作為信息化技術(shù)的基石，虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)替換迫在眉睫。本文將從技術(shù)層面詳細(xì)介紹VMware遷移至 ZStack Cloud 云平臺(tái)的方案，助力制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“信息技術(shù)自由”。

MES系統(tǒng)：在變革中登場(chǎng)，在發(fā)展中創(chuàng)新

18世紀(jì)60年代，第一次工業(yè)革命爆發(fā)，這是人類發(fā)展歷史上里程碑式的一次革命，開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工生產(chǎn)的時(shí)代。技術(shù)的變革催化制造業(yè)的發(fā)展，人類歷史從此實(shí)現(xiàn)飛躍式的發(fā)展。

19世紀(jì)70年代，隨著電力技術(shù)的應(yīng)用，制造業(yè)進(jìn)入第二次工業(yè)革命，由“蒸汽時(shí)代”邁向“電氣時(shí)代”，生產(chǎn)力得到迅猛提升，自動(dòng)化從此具備了重要發(fā)展的基礎(chǔ)。

20世紀(jì)40年代，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得卓越進(jìn)步和應(yīng)用，制造業(yè)實(shí)現(xiàn)邁向真正自動(dòng)化的跨越式發(fā)展，人類進(jìn)入第三次工業(yè)革命。

隨著近幾十年科學(xué)技術(shù)的飛躍式發(fā)展，制造業(yè)逐漸從自動(dòng)化進(jìn)化成為信息化、數(shù)字化和智能化。在此背景下，越來(lái)越多的優(yōu)秀生產(chǎn)軟件應(yīng)運(yùn)而生，MES系統(tǒng)軟件也在這場(chǎng)變革中登場(chǎng)。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)AMR公司在MRP發(fā)展的基礎(chǔ)上，提出了MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的概念，目的是加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能，將MRP計(jì)劃與生產(chǎn)車(chē)間的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起來(lái)。

1997年，MESA(制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì))發(fā)布修訂后的6個(gè)關(guān)于MES的白皮書(shū)，提出的MES功能組件和集成模型，包括11個(gè)功能，又稱之為MESA-11模型。只要具備11個(gè)功能中的某一個(gè)或幾個(gè)，也屬于MES系列的單一功能產(chǎn)品。

11個(gè)功能主要包括：(1) 資源分配和狀態(tài);(2) 操作/詳細(xì)排序;(3)派遣?產(chǎn)單位 ;(4) ?件控制;(5) 數(shù)據(jù)收集/獲取;(6)勞動(dòng)管理;(7)質(zhì)量管理;(8) 流程管理;(9) 維修管理;(10) 產(chǎn)品追蹤和家譜;(11)性能分析。

1999年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)在MESA白皮書(shū)的基礎(chǔ)上，發(fā)布有關(guān)MES模型的報(bào)告，將MES有關(guān)概念標(biāo)準(zhǔn)化。

2004 年，MESA更新了MES模型，提出了協(xié)同MES體系結(jié)構(gòu)(C-MES)，該模型側(cè)重于核心業(yè)務(wù)活動(dòng)如何與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)交互集成。

當(dāng)前MESA采用的最新MES模型為2008年開(kāi)發(fā)，該模型涵蓋了從企業(yè)級(jí)戰(zhàn)略計(jì)劃到業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、工廠運(yùn)營(yíng)和實(shí)際生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，它顯示了戰(zhàn)略、企業(yè)級(jí)運(yùn)營(yíng)和工廠運(yùn)營(yíng)之間的相互關(guān)系。

如今，工業(yè)制造業(yè)已經(jīng)正式進(jìn)入智能化生產(chǎn)階段，無(wú)論是德國(guó)的工業(yè)4.0，還是美國(guó)的制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，還是中國(guó)智能制造2025，都旨在將互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)融入生產(chǎn)制造中，實(shí)現(xiàn)真正意義的工廠智能化目標(biāo)，讓生產(chǎn)與需求對(duì)接，建立個(gè)性化和柔性化生產(chǎn)關(guān)系。

在智能化體系中，MES是核心和靈魂，打通了生產(chǎn)計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)控制，應(yīng)用信息化技術(shù)按需調(diào)整生產(chǎn)管控計(jì)劃，以降低生產(chǎn)制造成本和提升效率，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的目標(biāo)。作為工廠生產(chǎn)的核心，MES系統(tǒng)在制造業(yè)智能化和智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)中扮演者越來(lái)越重要的角色。

目前，國(guó)家大力發(fā)展制造業(yè)，以實(shí)現(xiàn)向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型的目標(biāo)，充分挖掘MES系統(tǒng)的價(jià)值，結(jié)合中國(guó)制造業(yè)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，融合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)，讓MES系統(tǒng)真正成為智能制造承上啟下的核心紐帶，滿足中國(guó)制造向高端智能化轉(zhuǎn)型的需求。

兩套方案，ZStack 打造制造業(yè)專屬的上云路徑

MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造車(chē)間的生產(chǎn)計(jì)劃管理和生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度，是生產(chǎn)側(cè)的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)之一，跟蹤和記錄產(chǎn)品從原料到成品的整個(gè)過(guò)程。制造工廠生產(chǎn)線除計(jì)劃性停車(chē)檢修外，必須24小時(shí)不間斷，一旦意外停車(chē)會(huì)造成巨大損失，甚至可能引發(fā)人員傷亡事故，所以除自動(dòng)化控制系統(tǒng)以外，也應(yīng)具備保障MES系統(tǒng)連續(xù)服務(wù)的能力。

MES系統(tǒng)面向生產(chǎn)車(chē)間生產(chǎn)信息系統(tǒng)，其涉及生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程、產(chǎn)品配方、生產(chǎn)技術(shù)等重要信息，是一個(gè)制造業(yè)企業(yè)核心的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。此外，MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中各種數(shù)據(jù)、分析與管理，直接影響生產(chǎn)管控一體化大系統(tǒng)。所以在MES系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，基礎(chǔ)架構(gòu)的選擇尤為重要，如何保證MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全成為建設(shè)過(guò)程中研究的重要內(nèi)容之一。

針對(duì)上述MES系統(tǒng)的需求和痛點(diǎn)，ZStack 結(jié)合制造業(yè)行業(yè)特點(diǎn)、MES軟件屬性和自身IT基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)和產(chǎn)品，以及多年的行業(yè)軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，整理了一套適用于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)的MES系統(tǒng)通用上云方案。

MES系統(tǒng)私有云方案

針對(duì)常規(guī)MES系統(tǒng)部署模式，采用 ZStack Cube 超融合一體機(jī)部署方式，利用超融合平臺(tái)高可用機(jī)制和分布式存儲(chǔ)三副本模式，有效保證了MES系統(tǒng)各軟件組件的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性，保障了MES系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行能力。

整個(gè)MES系統(tǒng)軟件包括實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、WEB發(fā)布、業(yè)務(wù)集成、文件管理和數(shù)據(jù)管理等組件，考慮到部署的需求，每個(gè)組件均安裝在各自獨(dú)立的操作系統(tǒng)中。

ZStack Cube 超融合一體機(jī)提供硬件資源基礎(chǔ)管理，基于硬件構(gòu)建池化的虛擬資源，包括服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和監(jiān)控/運(yùn)維系統(tǒng)等。通過(guò)虛擬化技術(shù)，在超融合平臺(tái)按需拉起相應(yīng)云主機(jī)，快速部署MES系統(tǒng)相關(guān)軟件組件。

MES系統(tǒng)混合云方案

隨著制造業(yè)企業(yè)規(guī)模的不斷壯大，生產(chǎn)線越來(lái)越復(fù)雜，MES系統(tǒng)功能和架構(gòu)也變得異常龐大，傳統(tǒng)的私有云部署模式可能不能滿足日益變化的業(yè)務(wù)模式。雖然制造業(yè)企業(yè)的部分系統(tǒng)已經(jīng)成功遷移至公有云端，但是監(jiān)管障礙、安全問(wèn)題、對(duì)遺留應(yīng)用程序的依賴、異常數(shù)據(jù)集或工作流等依然制約著制造業(yè)企業(yè)業(yè)務(wù)向公有云端遷移。此時(shí)，混合云架構(gòu)一方面可以保持私有云架構(gòu)可靠性、響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全，另一方面還可利用公有云提供的數(shù)據(jù)和應(yīng)用共享、快速資源配置、按需付費(fèi)獲取資源和維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)。

MES系統(tǒng)混合云部署架構(gòu)提供完整的私有云構(gòu)建方案，以及公共云的調(diào)度能力(以阿里云為例)，提供完整的云計(jì)算資源異地/異構(gòu)的管理平臺(tái)。制造業(yè)用戶可以按需部署MES業(yè)務(wù)組件。

公有云提供標(biāo)準(zhǔn)化的MES系統(tǒng)功能組件和MES開(kāi)發(fā)商個(gè)性化功能組件及APP，用戶可使用公有云中標(biāo)準(zhǔn)的MES功能組件。而對(duì)于不同制造業(yè)行業(yè)和工廠的定制需求，則采用私有云的部署方式，制造企業(yè)通過(guò)混合云部署模式，既可減少建設(shè)初期的IT基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，又可獲得專屬的私有云功能，滿足工廠對(duì)MES系統(tǒng)快速響應(yīng)和多元化定制功能的需求。

由于制造業(yè)數(shù)據(jù)中心私有云與公有云之間會(huì)有MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互、云平臺(tái)服務(wù)調(diào)用、日志備份和數(shù)據(jù)備份的需要，混合云內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建議采用 ZStack Cloud 混合云高速通道專線，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的私網(wǎng)通信，既可以避免繞行公網(wǎng)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題，也可以規(guī)避數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取的風(fēng)險(xiǎn)。

考慮到網(wǎng)絡(luò)的可靠性，還需配置工廠數(shù)據(jù)中心到阿里云的備用線路，這可以通過(guò)IPsec VPN隧道實(shí)現(xiàn)。VPN通路也可用于日常運(yùn)維使用，需要在VPC內(nèi)部的虛擬機(jī)上部署VPN網(wǎng)關(guān)軟件，調(diào)整vRouter路由規(guī)則，并設(shè)置VPN相應(yīng)協(xié)議參數(shù)。阿里云公有云上，用戶可申請(qǐng)VPC的VPN網(wǎng)關(guān)與阿里云直接通過(guò)高速通道互聯(lián)，也可以根據(jù)客戶預(yù)算，通過(guò)POP點(diǎn)實(shí)現(xiàn)VPN連接后，利用POP點(diǎn)與阿里云公有云實(shí)現(xiàn)專線互通。

多場(chǎng)景適用，簡(jiǎn)易運(yùn)維、降本增效不再是難題

MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)是制造業(yè)企業(yè)重要的數(shù)據(jù)資產(chǎn)之一，不僅有從過(guò)程計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)或直接從現(xiàn)場(chǎng)PLC中獲取的諸如“人機(jī)料法環(huán)”等工廠運(yùn)轉(zhuǎn)的基本數(shù)據(jù)，還會(huì)觸達(dá)一些敏感的生產(chǎn)工藝信息，因此MES系統(tǒng)的安全性尤為重要。對(duì)于一些關(guān)注信息安全、MES應(yīng)用規(guī)模較小的場(chǎng)景和多工廠場(chǎng)景，私有云部署方式更為適用。

此外，隨著應(yīng)用程度的提升，單工廠MES系統(tǒng)已逐漸無(wú)法滿足制造企業(yè)的需求，如何規(guī)劃多工廠集團(tuán)級(jí)MES系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，是當(dāng)前MES軟件開(kāi)發(fā)商和云服務(wù)提供商的共同研究方向之一。

私有云部署模式

集團(tuán)與多工廠MES應(yīng)用場(chǎng)景可以選擇企業(yè)分布式專有云，集團(tuán)和每個(gè)工廠建設(shè)自有專用私有云平臺(tái)，通過(guò)專線、SDWAN、DCI或VPN方式連接，打通各個(gè)專用私有云平臺(tái)間的通道，把集團(tuán)和各地工廠連接在一個(gè)大的“局域網(wǎng)”內(nèi)。對(duì)于需求較為簡(jiǎn)單的區(qū)域，可以通過(guò)開(kāi)放MES服務(wù)器IP和端口，以客戶端連接方式接入MES系統(tǒng)平臺(tái)。對(duì)于規(guī)模較大、需求較多的場(chǎng)景，可建設(shè)自有MES平臺(tái)，以增加額外功能。

混合云部署模式

私有云部署方式除了具備強(qiáng)大的云計(jì)算能力外，還可以保障數(shù)據(jù)安全。精簡(jiǎn)的IT架構(gòu)、彈性的擴(kuò)展能力、卓越的計(jì)算和存儲(chǔ)能力可消除性能瓶頸，在滿足MES系統(tǒng)對(duì)IT基礎(chǔ)架構(gòu)需求的同時(shí)大大降低運(yùn)維難度，減少運(yùn)維工作量，降低前期建設(shè)和后期維護(hù)成本。

ZStack Cloud 云平臺(tái)提供的高可用架構(gòu)和存儲(chǔ)多副本機(jī)制，能夠保障MES系統(tǒng)組件穩(wěn)定可靠運(yùn)行、數(shù)據(jù)安全有效，搭配ZStack CDP模塊，可以輕松搭建MES災(zāi)備系統(tǒng)，相較于復(fù)雜的第三方災(zāi)備系統(tǒng)軟件，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、成本低、兼容性強(qiáng)、拉起恢復(fù)快速等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于單一MES系統(tǒng)而言是極為合適的災(zāi)備方案之一。

混合云部署方式具備私有云部署方式的諸多優(yōu)點(diǎn)，還具備公有云快速高效建設(shè)MES系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，可靈活獲得MES系統(tǒng)各功能服務(wù)，對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)期短、系統(tǒng)上線壓力大等場(chǎng)景有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)論私有云、混合云或是全公有云模式下的MES系統(tǒng)，都是為工廠生產(chǎn)提供服務(wù)，以降低生產(chǎn)成本、提升生產(chǎn)效率為主要任務(wù)。ZStack 深耕工業(yè)和制造業(yè)多年，以“讓每一家企業(yè)都擁有自己的云”為使命，總結(jié)了一整套從自動(dòng)化過(guò)程控制、制造執(zhí)行到企業(yè)管理的上云解決方案，為客戶上云提供了更成熟、更安全、定制化的上云服務(wù)!

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