制造執行系統(MES)是從企業經營戰略到具體生產之間的橋梁和紐帶，其針對企業的生產運行與管理信息的之間的脫節、滯后問題，實現企業從現場生產與控制平臺到企業管理平臺的上下連通與信息共享，實現全生產過程的計劃調度、生產控制管理、物料平衡、能源管理、績效考核、成本監測、設備管理、優化控制等功能，從而實現整個企業信息的綜合集成，達到對生產過程實現全過程高效協調的控制與管理。基于MES在流程行業企業的重要作用，一旦MES服務器系統停機或服務中斷，將造成程序的混亂和數據的丟失，直接影響到企業的正常生產和協作。雖然有容錯服務器等硬件架構的出現，從某些方面解決了高可用性的問題，但系統擴容并不容易。然而由于MES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系統的硬件架構具有高可用性之外，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
虛擬化從出現到今天，已經進入成熟期，開始進入大規模應用階段。虛擬化技術可以看作所有將不同的資源和邏輯單元剝離，形成松耦合關系的技術集合。目前，提供虛擬化服務的廠家也很多，包括VMWare、Citrix、微軟等。對于虛擬化技術的分類有很多說法，就現行的虛擬化技術而言，可以分為三類。
1.1存儲虛擬化
在傳統的IT環境中，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、數據共享和數據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構將不同的物理存儲設備(如RAID、JBOD、磁帶庫等)通過不同的接口協議(如SCSI、iSCSI、iFCP等)整合成一個虛擬的存儲池，為用戶提供統一的數據服務，實現存儲資源的共享。
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，同時也便于對數據進行統一的備份、恢復和容災管理，提高業務系統的數據安全性，從而降低故障恢復時間，提升服務的可靠性和連續性。
1.2系統虛擬化
系統虛擬化(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之上運行著的虛擬服務層中的一個操作系統實例。
通過系統虛擬化，可以在原本一臺物理服務器上安裝多個操作系統。管理員可以根據業務大小，分配一定數量的CPU、內存和存儲容量。這樣既提高了系統資源的利用率，同時也可以實現各個邏輯系統文件式的備份和恢復，降低新業務系統安裝配置操作系統的時問，加快新業務系統的調試過程，滿足信息化建設快速發展的需求。
1.3網絡虛擬化
IT網絡環境中，并存著服務網絡、科研網絡、辦公網絡、生產網絡等多個網絡，這些網絡常存在于同一個物理網絡環境中，這就需要在保持網絡的高可用性、易管理性、安全性和可擴展性的前提下，盡可能實現網絡服務和安全策略的集中。
通過VLAN、VPN、MPLS VPN等網絡虛擬化技術(Network Virtualization)，可以滿足對網絡的訪問控制、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絡服務，并集中實施網絡訪問策略，降低網絡管理成本。
2.流程行業MES對系統硬件架構的要求
MES對流程企業生產中的作用非常重要，由于流程行業生產的連續性，對MES系統的硬件架構提出了比一般系統更高的要求。
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整體任一環節上的故障都會影響到系統的正常運行，整體運行的可靠性對硬件的可靠性依賴很大。
(2)可恢復性：當故障發生的時候，及時(即在業務需求允許范圍內)判斷和解決發生的問題尤為重要，現有的架構是否具備在SLA(service Level Agreement)約定時間內恢復的能力。
(3)錯誤檢測：如果在現有基礎架構中，有某個組件發生故障，那么快速檢測和發現是另一個實現快速意外故障恢復的重要因素。1分鐘內可以解決某個特定故障，如果系統需要花1個小時來發現這個故障，那么很有可能已經無法滿足SLA的要求了，所以需要一個可靠監控機制將故障或預警通知系統管理員。
(4)可持續工作性：當容許的用以進行系統維護的停機時間非常短的時候，可持續工作性就很必要，因此諸如數據庫軟件升級等維護工作時，就要求高可用性系統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MES項目的實施特點而形成的要求，包括兩個方面，數據存儲的可擴展性和計算能力的可擴展性。數據存儲方面：流程行業的生產數據是企業寶貴的信息資產，每分鐘都有大量的工廠基礎數據被收集到MES系統中，長期運行的狀態下必然需要大容量的存儲才可以保證系統的數據完整性。由于IT系統硬件價格的特點(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)，集中采購肯定不是方案，只有系統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模塊眾多，企業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，隨著工廠進入系統的應用模塊越來越多，系統負荷越來越大，MES系統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在虛擬架構上的實現方法
MES性價比是企業做出方案選擇的出發點，虛擬化不是目的，而是一個高可用性和可擴展性的實現手段。現給出一種MES系統在虛擬架構上性價比較高的一種實現方案。
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、內存、存儲器和網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，分別實現流程行業MES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務器為虛擬環境提供了集中化管理、操作自動化、資源優化和高可用性，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創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構服務，架構實現了資源的動態合理分配，保證了每一個MEs服務都可以得到所需的計算資源和存儲資源。由于VMware的虛擬架構系統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環境配置文件，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.結束語
MES的硬件架構對其運行和維護都非常重要，本文針對流程企業的一些特殊要求，給出了基于虛擬化的一種MES硬件架構。系統的整體架構中，可以看出存儲是關鍵的部分，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和數據庫等關鍵內容分散在整個系統的不同位置，環節中多故障點的情況，現在只要簡單備份存儲，即可保證整個MES系統的安全，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，系統可自動在線重建，從而很好地保護了系統的安全，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。
