虚拟化技术在卷烟工厂信息化建设中的应用

吴君楠 谷子恒

摘要：文章基于工厂数字化转型背景下的现状，重点分析了虚拟化技术在卷烟工厂信息化建设中的应用，希望通过合理利用多种现代化的智能科技，推动卷烟工厂信息化建设水平不断提升，实现工厂发展的降本增效。

关键词：虚拟化技术；卷烟厂；信息化建设

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.031

中图分类号：TP 391.9，TS 48          文献标志码：B           文章编码：1672-7274（2024）03-00-03

1   虚拟化技术应用方向

（1）服务器虚拟化：通过使用虚拟机监视器（VMM）或Hypervisor，將一台物理服务器划分成多个虚拟机（VM），每个虚拟机可以运行独立的操作系统和应用程序[1]。

（2）桌面虚拟化：将桌面环境从本地计算机移动到中央服务器，用户可以通过远程访问协议来访问和操作虚拟桌面。

（3）网络虚拟化：通过将物理网络资源进行虚拟化，将网络拓扑、带宽和服务进行隔离和管理，提供更高的网络灵活性和可扩展性。

（4）存储虚拟化：将物理存储资源抽象为逻辑卷或虚拟磁盘，并提供集中化管理和分配。

虚拟化技术的主要好处包括资源的更高利用率、灵活性和可扩展性的提高，以及更好的隔离和安全性。它被广泛应用于数据中心、云计算、虚拟化桌面基础设施（VDI）等领域。

2   卷烟工厂数字化转型现状

（1）在生产管理方面，部分卷烟工厂已经实现了生产管理的信息化。通过ERP系统、MES系统、生产集控系统、能源管理系统等软件，可以对生产线进行生产信息采集与分析、生产状态实时监控和追踪，借助数据进行排产，提高生产效率和质量控制水平。

（2）在订单管理方面，信息化的订单管理系统可以帮助卷烟工厂更好地管理订单和供应链，提高订单处理效率和准确性。

（3）在资产管理方面，卷烟工厂可以通过资产管理系统对设备和设施进行有效管理和维护。通过对设备运行状态的监测和维护记录的管理，可以提高设备利用率和延长设备寿命。

（4）在能耗监控方面，借助信息化技术，工厂可以实现对能耗的监测和分析，从而提高能源利用效率，降低能耗成本。

（5）在库存管理方面，信息化的库存管理系统可以帮助卷烟工厂对原材料和成品的库存进行实时监控和管理，以避免出现库存积压和缺货情况。

（6）在质量控制方面，卷烟工厂通过质量控制系统对卷烟质量进行监控和管理。一些工厂采用了传感器和图像识别技术来实现质量检测和分拣，提高了质量控制的自动化水平。

（7）在数据分析和决策支持方面，随着数据的积累，卷烟工厂可以通过数据分析和挖掘来提取有价值的信息。通过数据分析，工厂可以更好地了解生产过程、产品质量和销售情况。

另外，卷烟工厂的信息化建设也面临一些挑战。例如，传统模式下，以职能“条线化”建设为主，而信息技术应用则是运用在局部优化、单点创新领域。基于这样的思想观念，逐渐形成了一种单点分析型思维模式，即业务部门提需求，信息部门建系统，以提升业务为目标，信息化建设在业务中进行延伸拓展，这样的局部范围在一定程度上会限制信息化建设中的“新连接”作用。

3   基于虚拟环境的信息系统架构

随着云服务、大数据技术日趋成熟，越来越多的工厂接受“云平台+数据中台+微服务”的架构理念。这种架构能够让信息系统建设有一个基本思路，在这个架构内，思想观念转变为以一体化平台建设为核心、优化全局、系统提升的模式，业务部门和信息部门深度协作，打通壁垒，建立“新连接”，从而实现应用共享、数据共享，数据创新业务需求不断被激发出来。在这样架构内的数据中台和微服务应用中，职能部门所需的数据与生产车间的生产数据边界更加模糊，数据中台会抽取生产数据并利用各类报表软件进行特定业务指标分析，不同部门的数据也可以进行更加灵活的交换调取和应用，这既增加员工对数据的感知力，同时也提高了数据的利用率。

随着ETL工具、服务器虚拟化等技术的不断成熟、应用的不断深入，在工厂内各个小型局域网都可以通过接入交换机连接生产网，这些“新连接”能够为未来的不同部门之间的新需求提供信息网络基础，通过ETL工具或者系统进行虚拟化迁移后统一网络管理，进而使得原本单机运行的设备或者独立的局域网与MES、BI、EMS或者ERP实现更加便利和高效的数据相互调用成为可能。

当生产工段的上位网段或者单机运行的设备尽可能多地接入生产网时，可消除物理上的阻隔，各部门就能够通过网络连接到各生产车间的数据库，并且根据需求获取相关的权限，这样就提高了获取数据的可行性。例如，生产部门的系统能够获取动力部门的能源耗用数据甚至是更加准确的三级计量数据，据此制作出带能耗分析的单机报表，这就能帮助管理人员制定维修计划，同时也可以获取单台生产设备能耗实时数据，管理人员就能协助维修人员提供最优参数给动力部门，操作人员据此优化调整方案，保证能源供应的精准性。通过BI或者其他报表分析软件调取工厂中数量巨大的水电油气仪表数据并制作数据大屏，进行实时监控和预警，进而实现能源消耗情况可视化。

另一方面，在工厂的数字化转型升级过程中，势必伴随着信息网络的升级，传统网络交换机百兆时代已经过去，更快的万兆时代已经来临，这将满足工厂在信息化建设过程中对数据高速响应和高速传输等的需求。在传统的局域网内，各个系统的通信协议不同以及建造时间有先后，造成连接的节点数较少，不同部门之间的数据相对封闭。只有最大程度地消除各部门数据之间的隔阂，使更多的独立局域网或者单机设备成为网络的节点，才能够最大限度地辅助管理人员做出决策，从而释放更多的潜能[2]。

4   虚拟化技术在卷烟工厂信息化建设中的应用

4.1 服务器虚拟化原理

服务器虚拟化也被称作硬件虚拟化，是指多个操作系统在同一时间协同运行在同一主机上，以提高信息数据集成效率，让一台服务器变成多台，下达的工作任务在相互隔离的多台服务器中进行并行处置，使得硬件、内存、存储、磁盘等变成动态管理的资源池，从而简化了系统管理程序，实现了多种资源的集聚，提高了资源利用率。

服务器虚拟化是一种理想的信息处理工具，在实际的运行中能够匹配数十台甚至是上百台虚拟机，控制相应虚拟机同时运行，促使资源呈现出分布式、动态可扩展的状态，整个操作程序非常灵活，部署的工作任务处理效率更高，而且因为各个系统之间相互隔离，不会造成混淆，工作负载的移动性显著增强。

4.2 虚拟化架构软件的特点

在卷烟厂信息化建设中虛拟化技术以裸金属架构以及Hyper-V架构为主，前一种不需要主机操作系统，可以在硬件上直接跑虚拟化管理层，性能比较好，资源集成效率高；后面一种采用硬件辅助虚拟化技术，包含AMD-V、InterVT、DEP等硬件支持，将整个虚拟化系统分成多个分区，逻辑程序清晰，代码简单，执行效率高且安全可靠，能够充分发挥硬件优势，虚拟系统运行稳定性增强[3]。

4.3 微软虚拟化技术的特点

4.3.1 基础技术的特点

Hyper-V全新的64位微内核Hypervisor架构可以将分散的信息收集起来，通过打造资源数据库，从而提高工作效率。物理硬件支持下的虚拟化技术可以提供更广泛的设备计算算法，能够承载更多信息资源处理的任务，而且存储空间也进一步扩大，系统安全性有效提高。在对称多处理器支持的环境下，单一一个虚拟工作程序可以实现对四台虚拟处理器运行的支持与控制，以适应当前能源资源集约利用的发展趋势，为企业实现降本增效奠定了良好基础。

Hyper-V广泛支持在虚拟化环境中同时运行不同类型的操作系统，在Hyper-V中，管理员可以通过设置虚拟机，操作不同服务器平台系统，这样能够在同一时间进行多个事件处理，因为每个虚拟化服务器之间是相互隔离的，因此在实际运行期间并不会发生严重的信息安全风险问题。为了保证不同服务器运行负载均衡，Hyper-V可以在NLB群集中跨越多个服务器，为网络客户端与服务器应用分配负载，如果负载增高，NLB能够通过增加额外服务器降低系统运行压力，若是程序存在故障，用户替换服务器也比较方便[4]。

通过Hyper-V与SCOM相结合，管理员能够分别对主机和辅助的虚拟机进行全面管理，通过执行动态监管程序，能够发现整个系统运行中存在的问题，在一定程度上保证了工厂运行安全，使管理员的工作量减少，能够更好地把控企业运行成本。Hyper-V为管理员提供了良好的平台，虚拟化技术的应用使得系统扩展性增强，因此即便是业务量增加，也能够完成信息的管理和利用。

4.3.2 性能和资源优化

虽然目前虚拟化技术在卷烟厂信息化建设中已经取得一定成绩，不过随着计算机和IT技术不断发展，为虚拟技术升级提供了更多可能，通过使用更高性能的资源，按用户需求对特定系统中的更正操作关联，可进一步提高系统整体运行性能[5]。

在Operations Manager管理包的基础结构的支持下，性能和资源优化功能所显现出的性能更为理想，其运行脚本对虚拟化技术进行了进一步的优化，操作控制台相比于传统的操作程序多了一个警示预警功能。启用性能和资源优化后主机和虚拟机会同时发出提醒，主机用户界面会提示可以执行的操作，管理员在资源重叠或者运行度量值超负载时，可立即将资源迁移到虚拟机，以避免造成信息丢失，等到主机修复后，再将资源转移回去。

4.3.3 高可用性的特点

虚拟化技术在卷烟厂信息化建设中的目标即是利用其高可用性特点，提升服务器运作效率，避免造成资源浪费。卷烟厂车间管理人员可以通过虚拟化程序进行科学的指挥和调度，假使在物理服务器设备不充足的情况下，利用虚拟机的可扩展性可以对车间生产过程展开监控，从而保证生产的有效性。借助卷烟厂现有资源，打造高可用性虚拟机服务器集群，目的是构建一个更加安全、高效的物理资源环境。机组经过长时间的运行可能会发生不同程度的故障问题，在这样的情况下，可以使用虚拟机临时完成发生故障机组的临时性替代，促使资源管理与分配的效率长期保持在较高水平，也为资源使用安全性的维护提供有力支持。

虽然虚拟机的运行对于物理主机较为依赖，但是其所使用的软件能够完成对一个设备系统的所有操作控制，所显现出的可用性保持在相对较高的水平。与主计算机编制程序与代码相同的是，虚拟机所编制完成的程序与代码，也可以在执行指导、管理数据和记忆记录中显现出较高的适用性，目前在卷烟厂信息化建设中虚拟化技术主要用在车间管理上，通过集中整合分散资源和信息，实现工作任务的快速部署，根据用户需求调整生产模式，相比于传统的人工指令，接收信息和执行信息的效率更高，将资源基本剥离，打破有形结构之间的障碍，使资源分配效率更高，运行稳定性增强。虚拟机属于一个完整型相对明显的计算机系统，主要运行在完全隔绝的孤立环境中。

5   结束语

总之，随着虚拟化技术不断发展，信息网络系统在卷烟厂中将起到越来越重要的作用。通过全面整合可用性资源，很大程度上可避免资源的浪费。使用虚拟服务器来整合和调配卷烟厂运行机制，能够减少应用部署及迁移的工作量和时间，整个操作过程简单，提高了工厂生产效能。

参考文献

[1] 邱龙波，何文婕．基于数字孪生技术的烟草仓储管理系统建设[J]．物流技术与应用，2022，27（11）：110-113.

[2] 赵德华，牛燕丽，陈远超，等．卷烟生产过程批次转序管控模式应用[J]．数字技术与应用，2022，40（8）：25-27.

[3] 王宋，吕永明，纪杰，等．计算机信息技术中虚拟化技术的运用[J]．软件，2022（7）：169-171.

[4] 杨青，魏秋彦．虚拟化技术在计算机技术中的应用[J]．电子技术与软件工程，2022（13）：182-185.

[5] 王欣．VMWARE虚拟化在卷烟厂信息化建设中的实际应用[J]．电子技术与软件工程，2019（18）：140-141.