編者按：

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、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。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創(chuàng )新。智慧系統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)域系統解決方案應用水平，現由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng )新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )主辦，《自動(dòng)化博覽》雜志社&控制網(wǎng)（fcfhome.com）承辦的“2018智慧系統解決方案征集”活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統解決方案。本刊特開(kāi)設智慧系統解決方案專(zhuān)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(cháng)，隨著(zhù)行業(yè)的變動(dòng)，信息化的發(fā)展缺少整體的規劃，導致信息系統架構分散、獨立，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)現有效的數據互融互通，甚至連基礎的數據安全也難以保證，本方案以東北某鋼鐵企業(yè)信息化為例，通過(guò)軟件定義存儲實(shí)現對現有基礎存儲的整合與改造，目的是采用盡可能少的投資和業(yè)務(wù)影響來(lái)實(shí)現架構的整合和升級改造，為大數據與智能制造提供一個(gè)健康的基礎數據平臺。

1 鋼鐵行業(yè)信息化現狀

目前我國鋼鐵企業(yè)一般都采用一級、二級、三級、四級的概念來(lái)對信息化的功能進(jìn)行區分，一級、二級、三級都有了一定的積累，有的已經(jīng)達到比較高的水平，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，基礎自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛應用，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系統的發(fā)展，逐漸地形成了四級系統。這種分層的結構很好的區分了現場(chǎng)控制，過(guò)程控制，制造執行，經(jīng)營(yíng)管理的職能，但是卻也因為發(fā)展的時(shí)期不同，采用的技術(shù)不同，缺少統一的管理規劃等原因，導致各級系統之間缺乏聯(lián)動(dòng)。由于各級使用不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品。上線(xiàn)時(shí)間跨度也比較大，上線(xiàn)系統上線(xiàn)時(shí)缺乏信息化整體規劃概念，各級系統的硬件環(huán)境多為單臺PC服務(wù)器，有些服務(wù)器甚至連硬盤(pán)RAID保護都沒(méi)有，系統上線(xiàn)后硬件缺乏維護，硬件上的應用數據和環(huán)境沒(méi)有備份，使各級系統運行在一個(gè)薄弱而獨立的硬件環(huán)境中。雖然有些鋼鐵企業(yè)的四級網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)有了一定的規模，具備了虛擬化甚至云計算的環(huán)境，但是卻無(wú)法突破一級、二級、三級網(wǎng)絡(luò )之間的物理限制，無(wú)法對下級網(wǎng)絡(luò )中的各系統進(jìn)行管理和運維。

以我看到的環(huán)境為例，一套工業(yè)系統，運行在一臺Dell的pc服務(wù)器上，單機運行，服務(wù)器只有一塊硬盤(pán)，預裝的英文Win2000系統，上面的應用就更為復雜。這樣一臺服務(wù)器放置在生產(chǎn)廠(chǎng)區中，沒(méi)有一個(gè)合格的機房環(huán)境。大約7年后，這臺服務(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)，陳舊的應用系統控制著(zhù)價(jià)值過(guò)千萬(wàn)，甚至上億的設備，但是這些控制系統卻少有備份。

鋼鐵企業(yè)信息化是一項龐大而復雜的系統工程，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)而倉促上馬信息化項目，導致其信息化建設缺乏必要的深入調研，對自身情況、需求以及信息化缺乏深入客觀(guān)的認識，致使其信息化項目的整體規劃不合理。

2 問(wèn)題分析

從上述的現狀中，不難看出鋼鐵行業(yè)中的四級網(wǎng)絡(luò )一般都建設的相對成熟，而二級、三級網(wǎng)絡(luò )因為種種原因，多數處于一個(gè)相對落后，獨立的狀態(tài)，也因為這樣，讓底層各級網(wǎng)絡(luò )暴露出了很多的風(fēng)險和問(wèn)題。

（1）系統獨立，讓各個(gè)信息系統成為了安全孤島

由于缺乏整體規劃，系統上線(xiàn)時(shí)候很少會(huì )考慮到硬件和網(wǎng)絡(luò )層面的架構方案，整個(gè)硬件系統都比較簡(jiǎn)單，缺乏冗余架構的保護，多數都是單臺服務(wù)器運行，讓一個(gè)個(gè)信息系統成為孤島，甚至連基本數據和系統環(huán)境的備份都沒(méi)有。

（2）設備獨立，資源浪費

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，但是對于一個(gè)個(gè)獨立的服務(wù)器來(lái)說(shuō)，更多的硬件資源卻無(wú)法發(fā)揮作用。每套獨立的系統消耗著(zhù)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。

（3）基礎生產(chǎn)數據無(wú)法有效采集、分析、利用

由于基礎工業(yè)控制模塊上線(xiàn)比較早，缺乏整體的規劃，目前鋼鐵行業(yè)中的基礎工業(yè)控制模塊相對都比較獨立，很多地方都是整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，或者整個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)共用一個(gè)工業(yè)儀表，基礎的生產(chǎn)數據無(wú)法準確地反映，缺乏良好的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，讓這些數據也無(wú)法準確有效的傳輸到二級、三級和四級網(wǎng)絡(luò )中用來(lái)做生產(chǎn)數據分析。這就讓管理層與底層的生產(chǎn)數據之間沒(méi)有有效的信息溝通，無(wú)法及時(shí)了解真實(shí)的生產(chǎn)數據，難以做出準確的生產(chǎn)預判。

傳統鋼鐵行業(yè)信息化架構如圖1所示。

圖1 傳統鋼鐵行業(yè)信息化架構

3 方案設計

為了改變現有二級、三級中信息孤島，單一設備，數據，應用缺乏安全保護，存儲資源沒(méi)有充分利用等問(wèn)題，我們把二級、三級、四級結合，搭建一套完善的虛擬化云環(huán)境，將原本獨立分離的各級工業(yè)控制系統遷入到云環(huán)境中，實(shí)現資源池化，統一管控。為了支撐這樣的虛擬云架構，我們采用了IBM SVC虛擬化存儲，通過(guò)SVC實(shí)現兩地三中心架構來(lái)形成一個(gè)堅固的信息化安全架構。

由于鋼鐵行業(yè)受生產(chǎn)廠(chǎng)區影響，信息化網(wǎng)絡(luò )相對都比較集中，根據實(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)現兩地三中心架構，徹底消除了原有網(wǎng)絡(luò )架構中的豎井式架構，如圖2所示。

圖2 新型鋼鐵行業(yè)信息化架構

（1）首先，我們采用IBM SVC設備來(lái)對現有的異構存儲進(jìn)行整合。

鋼鐵行業(yè)的存儲很多時(shí)候都是隨著(zhù)一個(gè)應用項目上線(xiàn)，但缺乏整體考慮的項目上線(xiàn)往往造成了多臺性能不高，資源不足的存儲同時(shí)存在與網(wǎng)絡(luò )中，每套存儲只服務(wù)一個(gè)或者幾個(gè)應用系統，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)整合現有的異構存儲，充分利用現有的硬件資源形成資源池。

要實(shí)現多種品牌、型號的存儲的異構整合，就要解決磁盤(pán)利用率，數據遷移停機時(shí)間，跨存儲數據拷貝，統一管理，擴容許可這些問(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?xún)r(jià)比更高，更穩定高效的基于中間層的虛擬化產(chǎn)品IBM SVC，因為：

SVC具備靈活的磁盤(pán)管理功能，極大地提高了存儲管理的效率，例如可動(dòng)態(tài)創(chuàng )建和擴展邏輯卷等。而且，SVC為各種不同的存儲設備提供了一個(gè)統一的數據復制平臺， 例如瞬間復制FlashCopy和遠程復制Remote Mirroring。這些復制功能都允許源磁盤(pán)卷和目標磁盤(pán)卷可以存在于不同品牌的磁盤(pán)陣列上。

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

IBM SVC是一個(gè)軟硬件集成化的產(chǎn)品，專(zhuān)業(yè)的虛擬存儲軟件運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，運行的存儲操作系統基于Linuxkernel。與SAN網(wǎng)絡(luò )接口是工業(yè)標準的HBA卡。由于SVC是為一個(gè)完全開(kāi)放的存儲環(huán)境設計的，兼容各種不同的存儲設備。用戶(hù)可以將各種存儲方案融合其中，而不用擔心SVC會(huì )有什么封閉性。 SAN Volume Controller天生具備靈活的擴展能力，可以使用戶(hù)在存儲性能和存儲容量方面平滑無(wú)縫地升級。

例如，擴展控制器個(gè)數可以增加性能，而往存儲池中增加磁盤(pán)則可以增加容量，這兩方面的擴張都可以在線(xiàn)完成，不需要中止應用。SVC的主控臺提供了自動(dòng)向IBM服務(wù)中心報警和遠程支持的能力。

靈活開(kāi)放的體系結構； 

易于實(shí)施； 

易于在性能和容量雙向發(fā)展；　

企業(yè)級的高可靠性和穩定性；　 

提供 SSD固態(tài)盤(pán)和 Easy Tier的支持；

對固態(tài)設備（SSD）的創(chuàng )新緊密集成支持專(zhuān)為關(guān)鍵應用程序數據提供超高的性能SVC架構可將SSD的性能和容量擴展至高達2.4TB和每秒800,000次讀I/O，卻只需極小的入門(mén)級配置，這有助于使SSD更加經(jīng)濟實(shí)惠。將數據移入/移出SSD，而不造成中斷；在硬盤(pán)驅動(dòng)器上創(chuàng )建固態(tài)驅動(dòng)器數據的副本。

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

基于vDiskMirror特性，將SVC集群的兩個(gè)節點(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陣列，兩個(gè)站點(diǎn)間的SVC節點(diǎn)處于同一個(gè)集群，每個(gè)站點(diǎn)占一半的SVC節點(diǎn)。通過(guò)這種方式，提供存儲雙活解決方案。

SVC Stretchcluster的風(fēng)險在于同一I/O GROUP只有兩個(gè)SVC節點(diǎn)，本地一個(gè)，災備一個(gè)。本地SVC節點(diǎn)故障，則切往了災備SVC節點(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對兩個(gè)站點(diǎn)間的鏈路要求很高，需要穩定度高，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節點(diǎn)讀寫(xiě)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)主機均通過(guò)SVC節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)存儲，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)基地往往規模都比較大，又相對集中，形成一定規模的區域，網(wǎng)絡(luò )覆蓋距離廣，所有生產(chǎn)信息點(diǎn)的匯聚受地理條件限制，無(wú)法像銀行，政府一類(lèi)的單位實(shí)現大跨度的雙活結構，所以本方案中的雙活機房距離相對較近，兩機房之間有條件直接鋪設多條專(zhuān)用的主干光纜來(lái)既實(shí)現雙活又最大限度的消除延遲，抖動(dòng)等線(xiàn)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模，無(wú)法按照全新網(wǎng)絡(luò )架構一樣去考慮雙活，要做到盡可能小地影響現有的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，又要實(shí)現業(yè)務(wù)的高可用，就只能逐步去改造信息架構，通過(guò)分步實(shí)施來(lái)降低全面的架構改造帶來(lái)的風(fēng)險。

鋼鐵行業(yè)中，多數現存大量的存儲和設備，全新的架構改造會(huì )造成這些設備資源的浪費，通過(guò)分步實(shí)施，充分利用現有的硬件資源逐步實(shí)現雙活，對于低迷的鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，可以一定程度減輕企業(yè)的負擔。

對于鋼鐵行業(yè)，生產(chǎn)、辦公的信息化為內部訪(fǎng)問(wèn)，業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)量相對穩定，業(yè)務(wù)的波動(dòng)也是有跡可循，所以一般不會(huì )出現無(wú)法預估的突發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，引起上層系統由于資源不足而在兩節點(diǎn)中遷移。

綜合這些原因，在方案采用了SVC Stretch Cluster架構。

（3）因為方案中的雙活機房距離較近，為了應對極端情況，如地震、水災等人力可抗因素，方案中又增加了一個(gè)應急數據中心。

在異地建設一套獨立機房，通過(guò)Global Mirror實(shí)現與主生產(chǎn)區中的生產(chǎn)數據同步，作為生產(chǎn)數據的最后屏障，確保生產(chǎn)機房遭遇極端情況時(shí)候臨時(shí)生產(chǎn)指揮中心。在應急中心中，采用全冗余架構來(lái)保證設備的安全性，最大限度保證生產(chǎn)數據安全。

4 方案價(jià)值

在現有的鋼鐵行業(yè)中，可以對整體方案進(jìn)行分步實(shí)施，先進(jìn)行異構存儲整合，然后建立新的生產(chǎn)機房，進(jìn)行線(xiàn)路改造，投入性能更好，更穩定的存儲來(lái)作為第一機房，將原有的核心機房降級為第二機房，與第一機房形成雙活存儲架構，配合上層虛擬云的HA，實(shí)現生產(chǎn)系統的高可用架構。建設應急數據中心，實(shí)現對數據中心的災備環(huán)境。

分步的方案實(shí)施可以最大限度保證項目成功落地運行，充分地利用現有資源完成存儲虛擬化，系統虛擬化的云平臺底層架構，然后建設新的機房來(lái)與現有生產(chǎn)環(huán)境對接形成雙活中心，配合異地的數據容災對生產(chǎn)數據形成全面的保護。而其中最底層也是最重要的，就是存儲虛擬化的架構。通過(guò)SVC實(shí)現存儲虛擬化的私有云環(huán)境擺脫了傳統存儲架構的限制，易于擴展、自動(dòng)化、基于策略或者應用的驅動(dòng)、透明性、虛擬數據路徑等方面都是傳統存儲架構所無(wú)法比擬的，而且還可以將現有的不同規格的舊存儲進(jìn)行統一管理，有效利用現有的資源，這降低了鋼鐵行業(yè)信息化的投入成本，讓那些運行了3年、5年的設備可以作為輔助存儲來(lái)完成新舊存儲的升級更換。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年7月刊