本期焦點

某制造業上市集團開始全面推進數字化變革，全方位構建數字化營銷、研發、制造、供應鏈、服務等數字化經營能力，旨在建立具有持續創新能力的自進化型的數字化企業。

集團數字化進程在加速，加之原有VMware架構面臨的諸多狀況，為了讓企業信息流更加暢通，提高生產效率和質量，降低生產成本和風險，集團決定使用深信服超融合替換原有IT架構，承載核心MES系統。

Part1 MES系統介紹

MES系統概述

MES（Manufacturing Execution System）：制造執行系統，是一個用于生產過程控制和管理的信息系統，起著承上啟下的調度作用，類似于排期的課程表，告訴你在什么節點該執行什么任務。

MES填補了ERP等上層管理系統與生產控制之間的信息“斷層”，使企業信息流更加暢通，提高生產效率和質量，降低生產成本和風險。

如上圖，MES系統向上承接ERP下達的生產計劃，與APS系統集成進行生產排程，MES系統根據現場任務的進度安排向ERP系統提供領料需求，ERP系統向MES系統提供零件領料的詳細信息，使車間及時了解生產準備情況。

MES系統向下與自動化控制系統集成，提供生產執行指令，自動化控制系統向MES實時反饋執行結果及工藝參數、設備性能參數，WMS系統向MES提供物料相關信息，根據MES系統的生產調度指令，按需進行物料配送；QMS系統向MES系統實時提供質量檢測結果，并根據MES系統提供的質量相關數據進行質量分析。

生產任務完成后，MES向WMS提供完工產品信息及數量，WMS完成自動入庫，并將完工信息反饋給ERP系統：ERP自動關聯到相應訂單并進行完工處理，從而打通生產環節的物流與信息流，實現計劃、物流、生產的閉環管理。

此外，CÁPP及PDM/PLM等系統通過與MES系統的集成，向MES系統提供產品的加工圖紙、工藝信息、作業指導書等，保障MES系統能夠展開工藝級別的生產排產和調度，MES系統也會收集反饋生產現場各類數據，用于后期產品的設計與工藝優化。

MES系統功能架構

MES涉及車間現場管理的人、機、料、法、環、測、能(5M2E)，從生產排產、生產計劃執行、生產工藝指導、生產過程追溯、車間現場數據采集、生產物料供應、設備管控、生產質量管控、在制品管理、人員排班、生產績效分析等多個維度對生產現場進行集成管理。制造企業應用MES系統的核心價值在于實現生產現場的透明化，實現生產過程的全程追溯,提升產品的按期交付率遵從行業法規與標準，提高設備和人員績效，提高生產質量等。

MES是工業4.0實現縱向集成的樞紐，也是智能工程建設的核心系統。廣泛用于制造業，包括機械、電子、汽車、家電、電氣、造船等離散制造行業，化工、鋼鐵、石化、水泥等流程制造行業，制藥、食品飲料、煙酒、輪胎、日用消費品等混合制造行業。

MES部署資源要求及業務架構

（1）MES系統架構：

MES屬于生產環節最經典且最重要的系統，管控著整個生產流程，數據量大、實時性強、并發訪問頻繁且數據吞吐量大，需要保證數據存取的高效響應時間、高可靠性，以及系統抵御數據丟失風險的能力和系統的容災能力。

MES系統數據總量（每月）換算公式為以下三個指標相加之和：

• 過站數據=每月產量*每產品工序數

• 追溯數據=每月產量*關鍵部件數

• 測試數據=每月產量*測試工序*每工序測試項目

核心系統MES都是采用關系型數據庫（SQL Server /Oracle），業務邏輯除了應用層會完成部分外，還有多數業務邏輯運算在數據庫層中實現，非常依賴于數據庫服務器的性能。

（2）MES系統對IT資源的需求：

1. MES WIP(OLTP)數據90%都是寫操作，故OLTP 存儲需要進行寫操作優化，ODS必須保證與WIP(OLTP)性能一致。

2. 備份作業盡量少地影響存儲性能。

3. 有足夠的備用磁盤，單個磁盤損壞能快速重構。

4. IOPS 最低要求：MES OLTP 1500 以上，ODS 2000 IOPS 以上。

Part2 集團MES建設思考

集團簡介

該集團正全面推進數字化變革，運用前沿數字化技術，全方位構建數字化營銷、數字化研發、數字化制造、數字化供應鏈、數字化服務等數字化經營能力，建立具有持續創新能力的自進化型的數字化企業，為客戶持續創造價值，推動時代進步。

集團當前服務器已超過100臺，業務部署較為分散，主要分布在集團總部、國內及海外各事業部，本次為下屬某工廠新建MES系統。

如圖所示，該工廠MES系統為傳統架構，前端終端操作人員負責提交生產指令，通過PDA等設備錄入生產信息；排產系統負責排程，數采將現場采集數據推送反饋到MES系統；后端MES數據庫采用Oracle RAC部署，保障高可用。

集團MES承載架構的選擇

（1）原IT架構介紹：

該工廠原有IT情況：

如上圖所示，用戶原來采用3臺物理服務器組建VMware集群，單臺服務器為192G內存，架構為vSphere+外置SAN存儲，應用主要分為應用服務器和數據庫服務器兩類，均采用單臺虛擬機部署，共運行有13臺虛擬機，總存儲空間為10.06 T。

（2）原架構存在的挑戰：

1. 集群老舊，平臺維護成本高：集群搭建于2017年左右（部分服務器采購于2016年之前），版本為vCenter 6.0，集群老舊且VMware升級維護成本很高，面對集團產能增加，現有集群難以滿足未來業務承載需要。
2. SAN存儲架構可靠性不足，早期建設存儲因成本原因沒有做主備或者集群，形成了單點故障，一旦存儲網絡或者存儲本身出現問題會直接影響產線生產工作開展，造成巨大經濟損失。
3. 存儲性能&容量瓶頸，這幾年隨著業務快速發展，性能已經出現瓶頸，但原本采用的外掛SAN存儲受限于存儲控制器，性能無法隨著業務升級演進進行快速擴展。而且因為盤柜數量有限，當前已經無法繼續擴容，只能更換規格更大的存儲設備，還面臨更換存儲過程中數據遷移慢，業務中斷時間長的問題。

（3）超融合架構的選擇與資源配置

架構選擇及設計：

• 在規劃新的承載平臺時，考慮到生產系統產能提升，以及資源冗余、高可靠等因素，因此新建平臺采用超融合集群。

• 考慮到MES為核心生產系統，因此考慮采用3副本，提升數據可靠性?；?副本的選擇，本次集群也擴展為5節點，使得該場景下同時兩臺服務器出現故障仍可以正常進行業務訪問和數據讀寫。

• 考慮MES的數據庫高性能訪問，在每臺主機中配置6塊SSD、4塊SATA。其中每臺提供4塊SSD，共20塊SSD形成全閃分卷。另外每臺提供2塊SSD、4塊SATA形成混閃分卷。全閃用來作為數據庫的業務分卷、混閃作為普通業務分卷。既保障業務承載的性能，也一定程度上幫助用戶降低硬盤成本。

Part3 集團MES承載實踐

MES實際承載資源配置

整個資源池已穩定承載MES近一年時間，集群中共有5個主機，CPU總量1.1THz，內存總量1.9TB。

平臺有2個存儲，其中虛擬存儲2個，1個為全閃，1個為混閃，外置存儲0個，存儲總容量為133.3 TB。

共運行21臺業務虛擬機，虛擬機在線率達90.5%。

MES承載生產運行過程數據記錄與分析

（1）MES承載關鍵能力

MES系統與生產設備正常工作關聯度較高，因此在MES系統上線驗證、運行過程中核心關注兩個指標：

1. 業務運行可靠性，本次已經采用超融合集群三副本+Oracle RAC多活架構，進行了主機中斷故障等場景模擬，均不影響業務運行。

2. 需要驗證MES運行過程中的時延，通常不同產線的要求不同，但一般都不應超過15ms，否則會影響數據庫性能進而導致前端生產線受到影響。

（2）MES生產運行性能

混合磁盤讀寫時延↑

混合磁盤命中率↑

全閃磁盤IO吞吐↑

全閃磁盤IO時延↑

1. 混閃資源池（應用）：平均IO速率在2MB/s左右，平均IO讀時延在3 ms，寫時延在0.5~1.8ms之間，主機命中率達99%。

2. 全閃資源池（數據庫）：平均IO速率在100MB/s左右，平均IO讀時延在0.5 ms，寫時延在1~2ms之間。

（3）MES承載數據分析

從實際運行來看，混閃集群因為都是小應用服務，主要是小塊IO，IOPS與吞吐量較低，業務訪問都可以命中SSD緩存，整體服務效果很好。

而全閃集群因為有核心數據庫訪問，IO吞吐量較高，目前基本已經跑滿千兆網絡，但因為已經采用了高性能卷，所以實際讀寫時延并沒有因為壓力的大幅增加，整體控制在2ms以內。

生成環境數據，充分驗證了該方案在MES業務系統承載過程中突出性能表現，而且根據當前資源狀況，后續隨著產線數量增加或者業務壓力增大，現有超融合集群還可以承接3-5倍當前壓力的業務。

Part4 場景價值

• 滿足該集團產能擴張需求，通過低時延、高性能確保MES高峰期業務運行，支持300以上的MES并發。

• 通過三副本集群模式大幅提升數據可靠性和業務可靠性能，幫助MES系統規避單點故障風險，保障集團生產業務連續性。

• 新架構平臺擴展性好，廠區后續新業務可以快速部署，按需增加節點滿足容量和性能的擴展。

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