導讀：
在國家大力推動信息技術自主化的背景下，制造業(yè)也在積極尋找自身信息化改革的路線。作為信息化技術的基石，虛擬化基礎架構替換迫在眉睫。本文將從技術層面詳細介紹VMware遷移至 ZStack Cloud 云平臺的方案，助力制造業(yè)實現“信息技術自由”。
MES系統(tǒng)：在變革中登場，在發(fā)展中創(chuàng)新
18世紀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，開創(chuàng)了機器代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工生產的時代。技術的變革催化制造業(yè)的發(fā)展，人類歷史從此實現飛躍式的發(fā)展。
19世紀70年代，隨著電力技術的應用，制造業(yè)進入第二次工業(yè)革命，由“蒸汽時代”邁向“電氣時代”，生產力得到迅猛提升，自動化從此具備了重要發(fā)展的基礎。
20世紀40年代，電子計算機技術獲得卓越進步和應用，制造業(yè)實現邁向真正自動化的跨越式發(fā)展，人類進入第三次工業(yè)革命。
隨著近幾十年科學技術的飛躍式發(fā)展，制造業(yè)逐漸從自動化進化成為信息化、數字化和智能化。在此背景下，越來越多的優(yōu)秀生產軟件應運而生，MES系統(tǒng)軟件也在這場變革中登場。20世紀90年代初，美國AMR公司在MRP發(fā)展的基礎上，提出了MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的概念，目的是加強MRP計劃的執(zhí)行功能，將MRP計劃與生產車間的現場控制系統(tǒng)聯動起來。
1997年，MESA(制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會)發(fā)布修訂后的6個關于MES的白皮書，提出的MES功能組件和集成模型，包括11個功能，又稱之為MESA-11模型。只要具備11個功能中的某一個或幾個，也屬于MES系列的單一功能產品。
11個功能主要包括：(1) 資源分配和狀態(tài);(2) 操作/詳細排序;(3)派遣?產單位 ;(4) ?件控制;(5) 數據收集/獲取;(6)勞動管理;(7)質量管理;(8) 流程管理;(9) 維修管理;(10) 產品追蹤和家譜;(11)性能分析。
1999年，美國國家標準與技術研究所(NIST)在MESA白皮書的基礎上，發(fā)布有關MES模型的報告，將MES有關概念標準化。
2004 年，MESA更新了MES模型，提出了協(xié)同MES體系結構(C-MES)，該模型側重于核心業(yè)務活動如何與業(yè)務運營交互集成。
當前MESA采用的最新MES模型為2008年開發(fā)，該模型涵蓋了從企業(yè)級戰(zhàn)略計劃到業(yè)務運營、工廠運營和實際生產的環(huán)節(jié)，它顯示了戰(zhàn)略、企業(yè)級運營和工廠運營之間的相互關系。
如今，工業(yè)制造業(yè)已經正式進入智能化生產階段，無論是德國的工業(yè)4.0，還是美國的制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃，還是中國智能制造2025，都旨在將互聯網、云計算、大數據、人工智能等新技術融入生產制造中，實現真正意義的工廠智能化目標，讓生產與需求對接，建立個性化和柔性化生產關系。
在智能化體系中，MES是核心和靈魂，打通了生產計劃與現場控制，應用信息化技術按需調整生產管控計劃，以降低生產制造成本和提升效率，實現精益生產的目標。作為工廠生產的核心，MES系統(tǒng)在制造業(yè)智能化和智慧化轉型升級中扮演者越來越重要的角色。
目前，國家大力發(fā)展制造業(yè)，以實現向高端制造業(yè)轉型的目標，充分挖掘MES系統(tǒng)的價值，結合中國制造業(yè)優(yōu)勢和特點，融合云計算、大數據、工業(yè)物聯網等先進技術，與時俱進，讓MES系統(tǒng)真正成為智能制造承上啟下的核心紐帶，滿足中國制造向高端智能化轉型的需求。
兩套方案，ZStack 打造制造業(yè)專屬的上云路徑
MES系統(tǒng)負責生產制造車間的生產計劃管理和生產任務調度，是生產側的核心業(yè)務系統(tǒng)之一，跟蹤和記錄產品從原料到成品的整個過程。制造工廠生產線除計劃性停車檢修外，必須24小時不間斷，一旦意外停車會造成巨大損失，甚至可能引發(fā)人員傷亡事故，所以除自動化控制系統(tǒng)以外，也應具備保障MES系統(tǒng)連續(xù)服務的能力。
MES系統(tǒng)面向生產車間生產信息系統(tǒng)，其涉及生產工藝、生產流程、產品配方、生產技術等重要信息，是一個制造業(yè)企業(yè)核心的數據資產。此外，MES系統(tǒng)負責統(tǒng)計生產過程中各種數據、分析與管理，直接影響生產管控一體化大系統(tǒng)。所以在MES系統(tǒng)建設時，基礎架構的選擇尤為重要，如何保證MES系統(tǒng)數據和網絡安全成為建設過程中研究的重要內容之一。
針對上述MES系統(tǒng)的需求和痛點，ZStack 結合制造業(yè)行業(yè)特點、MES軟件屬性和自身IT基礎架構技術和產品，以及多年的行業(yè)軟件系統(tǒng)基礎架構建設經驗，整理了一套適用于大多數制造業(yè)企業(yè)的MES系統(tǒng)通用上云方案。
MES系統(tǒng)私有云方案
針對常規(guī)MES系統(tǒng)部署模式，采用 ZStack Cube 超融合一體機部署方式，利用超融合平臺高可用機制和分布式存儲三副本模式，有效保證了MES系統(tǒng)各軟件組件的可靠性和數據的安全性，保障了MES系統(tǒng)的連續(xù)運行能力。
整個MES系統(tǒng)軟件包括實時歷史數據庫、業(yè)務數據庫、WEB發(fā)布、業(yè)務集成、文件管理和數據管理等組件，考慮到部署的需求，每個組件均安裝在各自獨立的操作系統(tǒng)中。
ZStack Cube 超融合一體機提供硬件資源基礎管理，基于硬件構建池化的虛擬資源，包括服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化和監(jiān)控/運維系統(tǒng)等。通過虛擬化技術，在超融合平臺按需拉起相應云主機，快速部署MES系統(tǒng)相關軟件組件。
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，生產線越來越復雜，MES系統(tǒng)功能和架構也變得異常龐大，傳統(tǒng)的私有云部署模式可能不能滿足日益變化的業(yè)務模式。雖然制造業(yè)企業(yè)的部分系統(tǒng)已經成功遷移至公有云端，但是監(jiān)管障礙、安全問題、對遺留應用程序的依賴、異常數據集或工作流等依然制約著制造業(yè)企業(yè)業(yè)務向公有云端遷移。此時，混合云架構一方面可以保持私有云架構可靠性、響應速度和數據及網絡安全，另一方面還可利用公有云提供的數據和應用共享、快速資源配置、按需付費獲取資源和維護成本低等優(yōu)勢。
MES系統(tǒng)混合云部署架構提供完整的私有云構建方案，以及公共云的調度能力(以阿里云為例)，提供完整的云計算資源異地/異構的管理平臺。制造業(yè)用戶可以按需部署MES業(yè)務組件。
公有云提供標準化的MES系統(tǒng)功能組件和MES開發(fā)商個性化功能組件及APP，用戶可使用公有云中標準的MES功能組件。而對于不同制造業(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)通過混合云部署模式，既可減少建設初期的IT基礎設施投資成本，又可獲得專屬的私有云功能，滿足工廠對MES系統(tǒng)快速響應和多元化定制功能的需求。
由于制造業(yè)數據中心私有云與公有云之間會有MES系統(tǒng)業(yè)務數據交互、云平臺服務調用、日志備份和數據備份的需要，混合云內部網絡建議采用 ZStack Cloud 混合云高速通道專線，實現兩側的私網通信，既可以避免繞行公網帶來的網絡質量不穩(wěn)定問題，也可以規(guī)避數據在傳輸過程中被竊取的風險。
考慮到網絡的可靠性，還需配置工廠數據中心到阿里云的備用線路，這可以通過IPsec VPN隧道實現。VPN通路也可用于日常運維使用，需要在VPC內部的虛擬機上部署VPN網關軟件，調整vRouter路由規(guī)則，并設置VPN相應協(xié)議參數。阿里云公有云上，用戶可申請VPC的VPN網關與阿里云直接通過高速通道互聯，也可以根據客戶預算，通過POP點實現VPN連接后，利用POP點與阿里云公有云實現專線互通。
多場景適用，簡易運維、降本增效不再是難題
MES系統(tǒng)數據是制造業(yè)企業(yè)重要的數據資產之一，不僅有從過程計算機的數據庫或直接從現場PLC中獲取的諸如“人機料法環(huán)”等工廠運轉的基本數據，還會觸達一些敏感的生產工藝信息，因此MES系統(tǒng)的安全性尤為重要。對于一些關注信息安全、MES應用規(guī)模較小的場景和多工廠場景，私有云部署方式更為適用。
此外，隨著應用程度的提升，單工廠MES系統(tǒng)已逐漸無法滿足制造企業(yè)的需求，如何規(guī)劃多工廠集團級MES系統(tǒng)基礎架構，是當前MES軟件開發(fā)商和云服務提供商的共同研究方向之一。
私有云部署模式
集團與多工廠MES應用場景可以選擇企業(yè)分布式專有云，集團和每個工廠建設自有專用私有云平臺，通過專線、SDWAN、DCI或VPN方式連接，打通各個專用私有云平臺間的通道，把集團和各地工廠連接在一個大的“局域網”內。對于需求較為簡單的區(qū)域，可以通過開放MES服務器IP和端口，以客戶端連接方式接入MES系統(tǒng)平臺。對于規(guī)模較大、需求較多的場景，可建設自有MES平臺，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大的云計算能力外，還可以保障數據安全。精簡的IT架構、彈性的擴展能力、卓越的計算和存儲能力可消除性能瓶頸，在滿足MES系統(tǒng)對IT基礎架構需求的同時大大降低運維難度，減少運維工作量，降低前期建設和后期維護成本。
ZStack Cloud 云平臺提供的高可用架構和存儲多副本機制，能夠保障MES系統(tǒng)組件穩(wěn)定可靠運行、數據安全有效，搭配ZStack CDP模塊，可以輕松搭建MES災備系統(tǒng)，相較于復雜的第三方災備系統(tǒng)軟件，具有實施簡單、成本低、兼容性強、拉起恢復快速等諸多優(yōu)點，對于單一MES系統(tǒng)而言是極為合適的災備方案之一。
混合云部署方式具備私有云部署方式的諸多優(yōu)點，還具備公有云快速高效建設MES系統(tǒng)的優(yōu)勢，可靈活獲得MES系統(tǒng)各功能服務，對于項目建設期短、系統(tǒng)上線壓力大等場景有著巨大的優(yōu)勢。
無論私有云、混合云或是全公有云模式下的MES系統(tǒng)，都是為工廠生產提供服務，以降低生產成本、提升生產效率為主要任務。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，總結了一整套從自動化過程控制、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!
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