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編者按：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，《自動(dòng)化博覽》雜志社&控制網(wǎng)（www.miconline.com.cn）承辦的“2018智慧系統(tǒng)解決方案征集”活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開(kāi)設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

鋼鐵行業(yè)的信息化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展周期一般都比較長(zhǎng)，隨著行業(yè)的變動(dòng)，信息化的發(fā)展缺少整體的規(guī)劃，導(dǎo)致信息系統(tǒng)架構(gòu)分散、獨(dú)立，業(yè)務(wù)積累到一定程度之后，形成了多個(gè)信息孤島，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)互融互通，甚至連基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)安全也難以保證，本方案以東北某鋼鐵企業(yè)信息化為例，通過(guò)軟件定義存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)存儲(chǔ)的整合與改造，目的是采用盡可能少的投資和業(yè)務(wù)影響來(lái)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的整合和升級(jí)改造，為大數(shù)據(jù)與智能制造提供一個(gè)健康的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。

1 鋼鐵行業(yè)信息化現(xiàn)狀

目前我國(guó)鋼鐵企業(yè)一般都采用一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)的概念來(lái)對(duì)信息化的功能進(jìn)行區(qū)分，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)都有了一定的積累，有的已經(jīng)達(dá)到比較高的水平，雖然不同鋼鐵企業(yè)具體自動(dòng)化程度有所不同，但從整個(gè)行業(yè)看，基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并伴隨自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而逐步加深，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推動(dòng)了無(wú)紙化辦公，推動(dòng)了各種生產(chǎn)管控，推動(dòng)了ERP系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸地形成了四級(jí)系統(tǒng)。這種分層的結(jié)構(gòu)很好的區(qū)分了現(xiàn)場(chǎng)控制，過(guò)程控制，制造執(zhí)行，經(jīng)營(yíng)管理的職能，但是卻也因?yàn)榘l(fā)展的時(shí)期不同，采用的技術(shù)不同，缺少統(tǒng)一的管理規(guī)劃等原因，導(dǎo)致各級(jí)系統(tǒng)之間缺乏聯(lián)動(dòng)。由于各級(jí)使用不同廠家的產(chǎn)品。上線時(shí)間跨度也比較大，上線系統(tǒng)上線時(shí)缺乏信息化整體規(guī)劃概念，各級(jí)系統(tǒng)的硬件環(huán)境多為單臺(tái)PC服務(wù)器，有些服務(wù)器甚至連硬盤RAID保護(hù)都沒(méi)有，系統(tǒng)上線后硬件缺乏維護(hù)，硬件上的應(yīng)用數(shù)據(jù)和環(huán)境沒(méi)有備份，使各級(jí)系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)薄弱而獨(dú)立的硬件環(huán)境中。雖然有些鋼鐵企業(yè)的四級(jí)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有了一定的規(guī)模，具備了虛擬化甚至云計(jì)算的環(huán)境，但是卻無(wú)法突破一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間的物理限制，無(wú)法對(duì)下級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的各系統(tǒng)進(jìn)行管理和運(yùn)維。

以我看到的環(huán)境為例，一套工業(yè)系統(tǒng)，運(yùn)行在一臺(tái)Dell的pc服務(wù)器上，單機(jī)運(yùn)行，服務(wù)器只有一塊硬盤，預(yù)裝的英文Win2000系統(tǒng)，上面的應(yīng)用就更為復(fù)雜。這樣一臺(tái)服務(wù)器放置在生產(chǎn)廠區(qū)中，沒(méi)有一個(gè)合格的機(jī)房環(huán)境。大約7年后，這臺(tái)服務(wù)器硬件故障，配套的硬件早已經(jīng)停產(chǎn)了，上面的整套系統(tǒng)根本無(wú)法遷移出來(lái)。這種情況在鋼鐵行業(yè)中并不少見(jiàn)，陳舊的應(yīng)用系統(tǒng)控制著價(jià)值過(guò)千萬(wàn)，甚至上億的設(shè)備，但是這些控制系統(tǒng)卻少有備份。

鋼鐵企業(yè)信息化是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，然而信息化浪潮的快速襲來(lái)使部分鋼鐵企業(yè)為趕潮流不落后于其他企業(yè)而倉(cāng)促上馬信息化項(xiàng)目，導(dǎo)致其信息化建設(shè)缺乏必要的深入調(diào)研，對(duì)自身情況、需求以及信息化缺乏深入客觀的認(rèn)識(shí)，致使其信息化項(xiàng)目的整體規(guī)劃不合理。

2 問(wèn)題分析

從上述的現(xiàn)狀中，不難看出鋼鐵行業(yè)中的四級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般都建設(shè)的相對(duì)成熟，而二級(jí)、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榉N種原因，多數(shù)處于一個(gè)相對(duì)落后，獨(dú)立的狀態(tài)，也因?yàn)檫@樣，讓底層各級(jí)網(wǎng)絡(luò)暴露出了很多的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題。

（1）系統(tǒng)獨(dú)立，讓各個(gè)信息系統(tǒng)成為了安全孤島

由于缺乏整體規(guī)劃，系統(tǒng)上線時(shí)候很少會(huì)考慮到硬件和網(wǎng)絡(luò)層面的架構(gòu)方案，整個(gè)硬件系統(tǒng)都比較簡(jiǎn)單，缺乏冗余架構(gòu)的保護(hù)，多數(shù)都是單臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行，讓一個(gè)個(gè)信息系統(tǒng)成為孤島，甚至連基本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)環(huán)境的備份都沒(méi)有。

（2）設(shè)備獨(dú)立，資源浪費(fèi)

硬件的發(fā)展和成本的降低讓服務(wù)器的配置越來(lái)越高，但是對(duì)于一個(gè)個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器來(lái)說(shuō)，更多的硬件資源卻無(wú)法發(fā)揮作用。每套獨(dú)立的系統(tǒng)消耗著電力，溫度，環(huán)境等無(wú)形的資源卻只能發(fā)揮出不到一半的效率，這種情況造成了極大的浪費(fèi)。

（3）基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法有效采集、分析、利用

由于基礎(chǔ)工業(yè)控制模塊上線比較早，缺乏整體的規(guī)劃，目前鋼鐵行業(yè)中的基礎(chǔ)工業(yè)控制模塊相對(duì)都比較獨(dú)立，很多地方都是整個(gè)生產(chǎn)線，或者整個(gè)生產(chǎn)廠共用一個(gè)工業(yè)儀表，基礎(chǔ)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確地反映，缺乏良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓這些數(shù)據(jù)也無(wú)法準(zhǔn)確有效的傳輸?shù)蕉?jí)、三級(jí)和四級(jí)網(wǎng)絡(luò)中用來(lái)做生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析。這就讓管理層與底層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間沒(méi)有有效的信息溝通，無(wú)法及時(shí)了解真實(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，難以做出準(zhǔn)確的生產(chǎn)預(yù)判。

傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)信息化架構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)信息化架構(gòu)

3 方案設(shè)計(jì)

為了改變現(xiàn)有二級(jí)、三級(jí)中信息孤島，單一設(shè)備，數(shù)據(jù)，應(yīng)用缺乏安全保護(hù)，存儲(chǔ)資源沒(méi)有充分利用等問(wèn)題，我們把二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)合，搭建一套完善的虛擬化云環(huán)境，將原本獨(dú)立分離的各級(jí)工業(yè)控制系統(tǒng)遷入到云環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)資源池化，統(tǒng)一管控。為了支撐這樣的虛擬云架構(gòu)，我們采用了IBM SVC虛擬化存儲(chǔ)，通過(guò)SVC實(shí)現(xiàn)兩地三中心架構(gòu)來(lái)形成一個(gè)堅(jiān)固的信息化安全架構(gòu)。

由于鋼鐵行業(yè)受生產(chǎn)廠區(qū)影響，信息化網(wǎng)絡(luò)相對(duì)都比較集中，根據(jù)實(shí)際的需求以及地域性的限制，方案采用SVC Stretch Cluster，和Global Mirror的方式實(shí)現(xiàn)兩地三中心架構(gòu)，徹底消除了原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的豎井式架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 新型鋼鐵行業(yè)信息化架構(gòu)

（1）首先，我們采用IBM SVC設(shè)備來(lái)對(duì)現(xiàn)有的異構(gòu)存儲(chǔ)進(jìn)行整合。

鋼鐵行業(yè)的存儲(chǔ)很多時(shí)候都是隨著一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目上線，但缺乏整體考慮的項(xiàng)目上線往往造成了多臺(tái)性能不高，資源不足的存儲(chǔ)同時(shí)存在與網(wǎng)絡(luò)中，每套存儲(chǔ)只服務(wù)一個(gè)或者幾個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，無(wú)法發(fā)揮更好的性能，形成了一個(gè)個(gè)的單點(diǎn)故障。為了解決這種情況。我們首先要先通過(guò)SVC來(lái)整合現(xiàn)有的異構(gòu)存儲(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的硬件資源形成資源池。

要實(shí)現(xiàn)多種品牌、型號(hào)的存儲(chǔ)的異構(gòu)整合，就要解決磁盤利用率，數(shù)據(jù)遷移停機(jī)時(shí)間，跨存儲(chǔ)數(shù)據(jù)拷貝，統(tǒng)一管理，擴(kuò)容許可這些問(wèn)題。而要解決這些問(wèn)題也有多種的虛擬化方式來(lái)解決，這里我們選用了性價(jià)比更高，更穩(wěn)定高效的基于中間層的虛擬化產(chǎn)品IBM SVC，因?yàn)椋?

SVC具備靈活的磁盤管理功能，極大地提高了存儲(chǔ)管理的效率，例如可動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和擴(kuò)展邏輯卷等。而且，SVC為各種不同的存儲(chǔ)設(shè)備提供了一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)復(fù)制平臺(tái)， 例如瞬間復(fù)制FlashCopy和遠(yuǎn)程復(fù)制Remote Mirroring。這些復(fù)制功能都允許源磁盤卷和目標(biāo)磁盤卷可以存在于不同品牌的磁盤陣列上。

透明的數(shù)據(jù)遷移：當(dāng)SVC被加入到一個(gè)現(xiàn)有的SAN環(huán)境中時(shí)，不需要做數(shù)據(jù)遷移，SVC把現(xiàn)有的磁盤配置原封不動(dòng)的繼承下來(lái)（這是SVC的Imagemode），這樣對(duì)服務(wù)器上的應(yīng)用是完全透明的。當(dāng)SVC完全配置好以后，它又可以將原先磁盤上的卷及數(shù)據(jù)透明地遷移到其他真正的虛擬卷中。所有的遷移過(guò)程對(duì)服務(wù)器透明，因此不需要中止應(yīng)用。

IBM SVC是一個(gè)軟硬件集成化的產(chǎn)品，專業(yè)的虛擬存儲(chǔ)軟件運(yùn)行在集群式的硬件引擎上。它使用了定制的IBM System x服務(wù)器，運(yùn)行的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)基于Linuxkernel。與SAN網(wǎng)絡(luò)接口是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HBA卡。由于SVC是為一個(gè)完全開(kāi)放的存儲(chǔ)環(huán)境設(shè)計(jì)的，兼容各種不同的存儲(chǔ)設(shè)備。用戶可以將各種存儲(chǔ)方案融合其中，而不用擔(dān)心SVC會(huì)有什么封閉性。 SAN Volume Controller天生具備靈活的擴(kuò)展能力，可以使用戶在存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)容量方面平滑無(wú)縫地升級(jí)。

例如，擴(kuò)展控制器個(gè)數(shù)可以增加性能，而往存儲(chǔ)池中增加磁盤則可以增加容量，這兩方面的擴(kuò)張都可以在線完成，不需要中止應(yīng)用。SVC的主控臺(tái)提供了自動(dòng)向IBM服務(wù)中心報(bào)警和遠(yuǎn)程支持的能力。

靈活開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)； 

易于實(shí)施； 

易于在性能和容量雙向發(fā)展；　

企業(yè)級(jí)的高可靠性和穩(wěn)定性；　 

提供 SSD固態(tài)盤和 Easy Tier的支持；

對(duì)固態(tài)設(shè)備（SSD）的創(chuàng)新緊密集成支持專為關(guān)鍵應(yīng)用程序數(shù)據(jù)提供超高的性能SVC架構(gòu)可將SSD的性能和容量擴(kuò)展至高達(dá)2.4TB和每秒800,000次讀I/O，卻只需極小的入門級(jí)配置，這有助于使SSD更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。將數(shù)據(jù)移入/移出SSD，而不造成中斷；在硬盤驅(qū)動(dòng)器上創(chuàng)建固態(tài)驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)的副本。

（2）為了消除突發(fā)故障導(dǎo)致的核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)中斷，方案中采用SVC StretchCluster拉伸式集群架構(gòu)來(lái)搭建生產(chǎn)中心第二機(jī)房，與第一機(jī)房形成雙活架構(gòu)。

基于vDiskMirror特性，將SVC集群的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別部署在兩個(gè)站點(diǎn)。兩個(gè)站點(diǎn)間通過(guò)光纖連接，形成集群。在兩個(gè)站點(diǎn)分別連接不同的存儲(chǔ)陣列，兩個(gè)站點(diǎn)間的SVC節(jié)點(diǎn)處于同一個(gè)集群，每個(gè)站點(diǎn)占一半的SVC節(jié)點(diǎn)。通過(guò)這種方式，提供存儲(chǔ)雙活解決方案。

SVC Stretchcluster的風(fēng)險(xiǎn)在于同一I/O GROUP只有兩個(gè)SVC節(jié)點(diǎn)，本地一個(gè)，災(zāi)備一個(gè)。本地SVC節(jié)點(diǎn)故障，則切往了災(zāi)備SVC節(jié)點(diǎn)，冗余度來(lái)說(shuō)，本地有點(diǎn)單點(diǎn)的感覺(jué)；另外SVC Stretch cluster對(duì)兩個(gè)站點(diǎn)間的鏈路要求很高，需要穩(wěn)定度高，時(shí)延和抖動(dòng)盡量小，如果兩中心間鏈路中斷，那么兩個(gè)中心的SVC節(jié)點(diǎn)讀寫將HOLD住，直到第三站點(diǎn)仲裁選舉出勝利站點(diǎn)，如果所有業(yè)務(wù)主機(jī)均通過(guò)SVC節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)存儲(chǔ)，所有業(yè)務(wù)將有一段時(shí)間被中斷，中斷時(shí)間取決于兩個(gè)站點(diǎn)間距和仲裁時(shí)間。而在本方案中之所以選用這種方式，是基于鋼鐵行業(yè)的特點(diǎn)考慮

鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)基地往往規(guī)模都比較大，又相對(duì)集中，形成一定規(guī)模的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離廣，所有生產(chǎn)信息點(diǎn)的匯聚受地理?xiàng)l件限制，無(wú)法像銀行，政府一類的單位實(shí)現(xiàn)大跨度的雙活結(jié)構(gòu)，所以本方案中的雙活機(jī)房距離相對(duì)較近，兩機(jī)房之間有條件直接鋪設(shè)多條專用的主干光纜來(lái)既實(shí)現(xiàn)雙活又最大限度的消除延遲，抖動(dòng)等線路質(zhì)量的影響。

鋼鐵行業(yè)的信息化發(fā)展參差不齊，但基本上都有了一定規(guī)模，無(wú)法按照全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一樣去考慮雙活，要做到盡可能小地影響現(xiàn)有的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，又要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的高可用，就只能逐步去改造信息架構(gòu)，通過(guò)分步實(shí)施來(lái)降低全面的架構(gòu)改造帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

鋼鐵行業(yè)中，多數(shù)現(xiàn)存大量的存儲(chǔ)和設(shè)備，全新的架構(gòu)改造會(huì)造成這些設(shè)備資源的浪費(fèi)，通過(guò)分步實(shí)施，充分利用現(xiàn)有的硬件資源逐步實(shí)現(xiàn)雙活，對(duì)于低迷的鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，可以一定程度減輕企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

對(duì)于鋼鐵行業(yè)，生產(chǎn)、辦公的信息化為內(nèi)部訪問(wèn)，業(yè)務(wù)訪問(wèn)量相對(duì)穩(wěn)定，業(yè)務(wù)的波動(dòng)也是有跡可循，所以一般不會(huì)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)估的突發(fā)訪問(wèn)，引起上層系統(tǒng)由于資源不足而在兩節(jié)點(diǎn)中遷移。

綜合這些原因，在方案采用了SVC Stretch Cluster架構(gòu)。

（3）因?yàn)榉桨钢械碾p活機(jī)房距離較近，為了應(yīng)對(duì)極端情況，如地震、水災(zāi)等人力可抗因素，方案中又增加了一個(gè)應(yīng)急數(shù)據(jù)中心。

在異地建設(shè)一套獨(dú)立機(jī)房，通過(guò)Global Mirror實(shí)現(xiàn)與主生產(chǎn)區(qū)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)同步，作為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的最后屏障，確保生產(chǎn)機(jī)房遭遇極端情況時(shí)候臨時(shí)生產(chǎn)指揮中心。在應(yīng)急中心中，采用全冗余架構(gòu)來(lái)保證設(shè)備的安全性，最大限度保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。

4 方案價(jià)值

在現(xiàn)有的鋼鐵行業(yè)中，可以對(duì)整體方案進(jìn)行分步實(shí)施，先進(jìn)行異構(gòu)存儲(chǔ)整合，然后建立新的生產(chǎn)機(jī)房，進(jìn)行線路改造，投入性能更好，更穩(wěn)定的存儲(chǔ)來(lái)作為第一機(jī)房，將原有的核心機(jī)房降級(jí)為第二機(jī)房，與第一機(jī)房形成雙活存儲(chǔ)架構(gòu)，配合上層虛擬云的HA，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高可用架構(gòu)。建設(shè)應(yīng)急數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心的災(zāi)備環(huán)境。

分步的方案實(shí)施可以最大限度保證項(xiàng)目成功落地運(yùn)行，充分地利用現(xiàn)有資源完成存儲(chǔ)虛擬化，系統(tǒng)虛擬化的云平臺(tái)底層架構(gòu)，然后建設(shè)新的機(jī)房來(lái)與現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境對(duì)接形成雙活中心，配合異地的數(shù)據(jù)容災(zāi)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)形成全面的保護(hù)。而其中最底層也是最重要的，就是存儲(chǔ)虛擬化的架構(gòu)。通過(guò)SVC實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化的私有云環(huán)境擺脫了傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)的限制，易于擴(kuò)展、自動(dòng)化、基于策略或者應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)、透明性、虛擬數(shù)據(jù)路徑等方面都是傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)所無(wú)法比擬的，而且還可以將現(xiàn)有的不同規(guī)格的舊存儲(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)一管理，有效利用現(xiàn)有的資源，這降低了鋼鐵行業(yè)信息化的投入成本，讓那些運(yùn)行了3年、5年的設(shè)備可以作為輔助存儲(chǔ)來(lái)完成新舊存儲(chǔ)的升級(jí)更換。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年7月刊