虛擬化技術在卷煙工廠信息化建設中的應用

吳君楠 谷子恒

摘要：文章基于工廠數字化轉型背景下的現狀，重點分析了虛擬化技術在卷煙工廠信息化建設中的應用，希望通過合理利用多種現代化的智能科技，推動卷煙工廠信息化建設水平不斷提升，實現工廠發展的降本增效。

關鍵詞：虛擬化技術；卷煙廠；信息化建設

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.031

中圖分類號：TP 391.9，TS 48? ? ? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）03-00-03

1? ?虛擬化技術應用方向

（1）服務器虛擬化：通過使用虛擬機監視器（VMM）或Hypervisor，將一臺物理服務器劃分成多個虛擬機（VM），每個虛擬機可以運行獨立的操作系統和應用程序[1]。

（2）桌面虛擬化：將桌面環境從本地計算機移動到中央服務器，用戶可以通過遠程訪問協議來訪問和操作虛擬桌面。

（3）網絡虛擬化：通過將物理網絡資源進行虛擬化，將網絡拓撲、帶寬和服務進行隔離和管理，提供更高的網絡靈活性和可擴展性。

（4）存儲虛擬化：將物理存儲資源抽象為邏輯卷或虛擬磁盤，并提供集中化管理和分配。

虛擬化技術的主要好處包括資源的更高利用率、靈活性和可擴展性的提高，以及更好的隔離和安全性。它被廣泛應用于數據中心、云計算、虛擬化桌面基礎設施（VDI）等領域。

2? ?卷煙工廠數字化轉型現狀

（1）在生產管理方面，部分卷煙工廠已經實現了生產管理的信息化。通過ERP系統、MES系統、生產集控系統、能源管理系統等軟件，可以對生產線進行生產信息采集與分析、生產狀態實時監控和追蹤，借助數據進行排產，提高生產效率和質量控制水平。

（2）在訂單管理方面，信息化的訂單管理系統可以幫助卷煙工廠更好地管理訂單和供應鏈，提高訂單處理效率和準確性。

（3）在資產管理方面，卷煙工廠可以通過資產管理系統對設備和設施進行有效管理和維護。通過對設備運行狀態的監測和維護記錄的管理，可以提高設備利用率和延長設備壽命。

（4）在能耗監控方面，借助信息化技術，工廠可以實現對能耗的監測和分析，從而提高能源利用效率，降低能耗成本。

（5）在庫存管理方面，信息化的庫存管理系統可以幫助卷煙工廠對原材料和成品的庫存進行實時監控和管理，以避免出現庫存積壓和缺貨情況。

（6）在質量控制方面，卷煙工廠通過質量控制系統對卷煙質量進行監控和管理。一些工廠采用了傳感器和圖像識別技術來實現質量檢測和分揀，提高了質量控制的自動化水平。

（7）在數據分析和決策支持方面，隨著數據的積累，卷煙工廠可以通過數據分析和挖掘來提取有價值的信息。通過數據分析，工廠可以更好地了解生產過程、產品質量和銷售情況。

另外，卷煙工廠的信息化建設也面臨一些挑戰。例如，傳統模式下，以職能“條線化”建設為主，而信息技術應用則是運用在局部優化、單點創新領域?；谶@樣的思想觀念，逐漸形成了一種單點分析型思維模式，即業務部門提需求，信息部門建系統，以提升業務為目標，信息化建設在業務中進行延伸拓展，這樣的局部范圍在一定程度上會限制信息化建設中的“新連接”作用。

3? ?基于虛擬環境的信息系統架構

隨著云服務、大數據技術日趨成熟，越來越多的工廠接受“云平臺+數據中臺+微服務”的架構理念。這種架構能夠讓信息系統建設有一個基本思路，在這個架構內，思想觀念轉變為以一體化平臺建設為核心、優化全局、系統提升的模式，業務部門和信息部門深度協作，打通壁壘，建立“新連接”，從而實現應用共享、數據共享，數據創新業務需求不斷被激發出來。在這樣架構內的數據中臺和微服務應用中，職能部門所需的數據與生產車間的生產數據邊界更加模糊，數據中臺會抽取生產數據并利用各類報表軟件進行特定業務指標分析，不同部門的數據也可以進行更加靈活的交換調取和應用，這既增加員工對數據的感知力，同時也提高了數據的利用率。

隨著ETL工具、服務器虛擬化等技術的不斷成熟、應用的不斷深入，在工廠內各個小型局域網都可以通過接入交換機連接生產網，這些“新連接”能夠為未來的不同部門之間的新需求提供信息網絡基礎，通過ETL工具或者系統進行虛擬化遷移后統一網絡管理，進而使得原本單機運行的設備或者獨立的局域網與MES、BI、EMS或者ERP實現更加便利和高效的數據相互調用成為可能。

當生產工段的上位網段或者單機運行的設備盡可能多地接入生產網時，可消除物理上的阻隔，各部門就能夠通過網絡連接到各生產車間的數據庫，并且根據需求獲取相關的權限，這樣就提高了獲取數據的可行性。例如，生產部門的系統能夠獲取動力部門的能源耗用數據甚至是更加準確的三級計量數據，據此制作出帶能耗分析的單機報表，這就能幫助管理人員制定維修計劃，同時也可以獲取單臺生產設備能耗實時數據，管理人員就能協助維修人員提供最優參數給動力部門，操作人員據此優化調整方案，保證能源供應的精準性。通過BI或者其他報表分析軟件調取工廠中數量巨大的水電油氣儀表數據并制作數據大屏，進行實時監控和預警，進而實現能源消耗情況可視化。

另一方面，在工廠的數字化轉型升級過程中，勢必伴隨著信息網絡的升級，傳統網絡交換機百兆時代已經過去，更快的萬兆時代已經來臨，這將滿足工廠在信息化建設過程中對數據高速響應和高速傳輸等的需求。在傳統的局域網內，各個系統的通信協議不同以及建造時間有先后，造成連接的節點數較少，不同部門之間的數據相對封閉。只有最大程度地消除各部門數據之間的隔閡，使更多的獨立局域網或者單機設備成為網絡的節點，才能夠最大限度地輔助管理人員做出決策，從而釋放更多的潛能[2]。

4? ?虛擬化技術在卷煙工廠信息化建設中的應用

4.1 服務器虛擬化原理

服務器虛擬化也被稱作硬件虛擬化，是指多個操作系統在同一時間協同運行在同一主機上，以提高信息數據集成效率，讓一臺服務器變成多臺，下達的工作任務在相互隔離的多臺服務器中進行并行處置，使得硬件、內存、存儲、磁盤等變成動態管理的資源池，從而簡化了系統管理程序，實現了多種資源的集聚，提高了資源利用率。

服務器虛擬化是一種理想的信息處理工具，在實際的運行中能夠匹配數十臺甚至是上百臺虛擬機，控制相應虛擬機同時運行，促使資源呈現出分布式、動態可擴展的狀態，整個操作程序非常靈活，部署的工作任務處理效率更高，而且因為各個系統之間相互隔離，不會造成混淆，工作負載的移動性顯著增強。

4.2 虛擬化架構軟件的特點

在卷煙廠信息化建設中虛擬化技術以裸金屬架構以及Hyper-V架構為主，前一種不需要主機操作系統，可以在硬件上直接跑虛擬化管理層，性能比較好，資源集成效率高；后面一種采用硬件輔助虛擬化技術，包含AMD-V、InterVT、DEP等硬件支持，將整個虛擬化系統分成多個分區，邏輯程序清晰，代碼簡單，執行效率高且安全可靠，能夠充分發揮硬件優勢，虛擬系統運行穩定性增強[3]。

4.3 微軟虛擬化技術的特點

4.3.1 基礎技術的特點

Hyper-V全新的64位微內核Hypervisor架構可以將分散的信息收集起來，通過打造資源數據庫，從而提高工作效率。物理硬件支持下的虛擬化技術可以提供更廣泛的設備計算算法，能夠承載更多信息資源處理的任務，而且存儲空間也進一步擴大，系統安全性有效提高。在對稱多處理器支持的環境下，單一一個虛擬工作程序可以實現對四臺虛擬處理器運行的支持與控制，以適應當前能源資源集約利用的發展趨勢，為企業實現降本增效奠定了良好基礎。

Hyper-V廣泛支持在虛擬化環境中同時運行不同類型的操作系統，在Hyper-V中，管理員可以通過設置虛擬機，操作不同服務器平臺系統，這樣能夠在同一時間進行多個事件處理，因為每個虛擬化服務器之間是相互隔離的，因此在實際運行期間并不會發生嚴重的信息安全風險問題。為了保證不同服務器運行負載均衡，Hyper-V可以在NLB群集中跨越多個服務器，為網絡客戶端與服務器應用分配負載，如果負載增高，NLB能夠通過增加額外服務器降低系統運行壓力，若是程序存在故障，用戶替換服務器也比較方便[4]。

通過Hyper-V與SCOM相結合，管理員能夠分別對主機和輔助的虛擬機進行全面管理，通過執行動態監管程序，能夠發現整個系統運行中存在的問題，在一定程度上保證了工廠運行安全，使管理員的工作量減少，能夠更好地把控企業運行成本。Hyper-V為管理員提供了良好的平臺，虛擬化技術的應用使得系統擴展性增強，因此即便是業務量增加，也能夠完成信息的管理和利用。

4.3.2 性能和資源優化

雖然目前虛擬化技術在卷煙廠信息化建設中已經取得一定成績，不過隨著計算機和IT技術不斷發展，為虛擬技術升級提供了更多可能，通過使用更高性能的資源，按用戶需求對特定系統中的更正操作關聯，可進一步提高系統整體運行性能[5]。

在Operations Manager管理包的基礎結構的支持下，性能和資源優化功能所顯現出的性能更為理想，其運行腳本對虛擬化技術進行了進一步的優化，操作控制臺相比于傳統的操作程序多了一個警示預警功能。啟用性能和資源優化后主機和虛擬機會同時發出提醒，主機用戶界面會提示可以執行的操作，管理員在資源重疊或者運行度量值超負載時，可立即將資源遷移到虛擬機，以避免造成信息丟失，等到主機修復后，再將資源轉移回去。

4.3.3 高可用性的特點

虛擬化技術在卷煙廠信息化建設中的目標即是利用其高可用性特點，提升服務器運作效率，避免造成資源浪費。卷煙廠車間管理人員可以通過虛擬化程序進行科學的指揮和調度，假使在物理服務器設備不充足的情況下，利用虛擬機的可擴展性可以對車間生產過程展開監控，從而保證生產的有效性。借助卷煙廠現有資源，打造高可用性虛擬機服務器集群，目的是構建一個更加安全、高效的物理資源環境。機組經過長時間的運行可能會發生不同程度的故障問題，在這樣的情況下，可以使用虛擬機臨時完成發生故障機組的臨時性替代，促使資源管理與分配的效率長期保持在較高水平，也為資源使用安全性的維護提供有力支持。

雖然虛擬機的運行對于物理主機較為依賴，但是其所使用的軟件能夠完成對一個設備系統的所有操作控制，所顯現出的可用性保持在相對較高的水平。與主計算機編制程序與代碼相同的是，虛擬機所編制完成的程序與代碼，也可以在執行指導、管理數據和記憶記錄中顯現出較高的適用性，目前在卷煙廠信息化建設中虛擬化技術主要用在車間管理上，通過集中整合分散資源和信息，實現工作任務的快速部署，根據用戶需求調整生產模式，相比于傳統的人工指令，接收信息和執行信息的效率更高，將資源基本剝離，打破有形結構之間的障礙，使資源分配效率更高，運行穩定性增強。虛擬機屬于一個完整型相對明顯的計算機系統，主要運行在完全隔絕的孤立環境中。

5? ?結束語

總之，隨著虛擬化技術不斷發展，信息網絡系統在卷煙廠中將起到越來越重要的作用。通過全面整合可用性資源，很大程度上可避免資源的浪費。使用虛擬服務器來整合和調配卷煙廠運行機制，能夠減少應用部署及遷移的工作量和時間，整個操作過程簡單，提高了工廠生產效能。

參考文獻

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[3] 王宋，呂永明，紀杰，等．計算機信息技術中虛擬化技術的運用[J]．軟件，2022（7）：169-171.

[4] 楊青，魏秋彥．虛擬化技術在計算機技術中的應用[J]．電子技術與軟件工程，2022（13）：182-185.

[5] 王欣．VMWARE虛擬化在卷煙廠信息化建設中的實際應用[J]．電子技術與軟件工程，2019（18）：140-141.