引言
隨著工業4.0與數位轉型的推進，製造執行系統（MES）作為連接企業資源規劃（ERP）與廠房作業的關鍵橋樑，其部署效率與靈活性成為製造業數位化的重要指標。然而，傳統MES部署依賴Windows虛擬機器，導致標準化困難、資源消耗大且手動配置易產生錯誤。本文探討如何透過Kubernetes與DevOps實踐，實現MES的容器化與微服務化，並建構可擴展的雲原生架構，以提升製造現場（Shop Floor）的運營效能。
主要內容
技術定義與核心概念
製造執行系統（MES）：用於監控、管理與優化生產流程的系統，需即時處理廠房數據並與ERP系統整合。
Kubernetes：開源的容器編排平臺，提供自動化部署、擴縮容與服務管理能力，符合雲原生架構需求。
DevOps：透過持續整合（CI）與持續交付（CD）流程，提升軟體開發與運維效率。
CNCF（Cloud Native Computing Foundation）：推動雲原生技術標準化，包含Kubernetes、Helm等工具。
關鍵技術特性與應用場景
- 微服務化與容器化：
- 將MES拆分為200+微服務，並以Docker容器化部署，提升模組化與可維護性。
- 使用Docker Compose與Ansible實現本地端與雲端部署，降低環境差異風險。
- Kubernetes整合策略：
- 遷移至Kubernetes後，採用多集群部署（雲端多節點、本地單節點），並整合BMLP（Bosch製造與物流平臺）作為本地雲端解決方案。
- 透過混合雲部署，將非即時功能（如庫存管理）置於公共雲（如Azure AKS），即時控制功能（如生產線控制）部署於本地Bosch雲平臺。
- Helm Charts模組化部署：
- 建立庫Helm Charts作為核心元件，統一管理微服務部署，並透過Schema驗證確保配置正確性。
- 模組層級Schema由開發團隊提供，全局層級Schema由庫團隊維護，確保版本兼容性。
- 自動化與持續整合：
- 使用Argo實現自動化部署與更新，透過分離關注點（Separation of Concerns）：
- 開發團隊負責模組邏輯與
values.yaml配置。
- 操作團隊管理全局配置（如資料庫連接資訊）。
- Helm模板自動整合數據生成最終部署資源。
實際應用案例與遷移步驟
- 遺留系統遷移：
- 逐步容器化原有MES模組，並遷移至Kubernetes。部分系統重寫以符合雲原生架構，解決狀態管理挑戰。
- 透過DevOps專案交換協助開發團隊適應Kubernetes環境。
- Helm模板性能優化：
- 升級至Helm 3.14後，模板渲染時間從100秒降至10秒以下。
- 使用TPL函數控制模板化範圍，確保品質一致性。
- 混合雲部署與自訂Operator：
- 基礎設施Operator管理資料庫與Schema建立，身份權限Operator整合自訂IAM解決方案，自動註冊模組與管理權限。
技術優勢與挑戰
優勢：
- 提升靈活性與可擴展性：微服務化與容器化實現快速部署與動態資源分配。
- 減少配置錯誤風險：Schema驗證與庫Charts管理降低手動配置錯誤率。
- 自動化部署流程：更新時間從6-10小時縮短至並行部署。
挑戰：
- 需處理狀態管理與資源限制（如Helm狀態管理避免因資源過多導致1MB狀態限制）。
- 開發團隊需適應Kubernetes環境，並遵循標準化模板與Schema驗證流程。
總結
本技術實踐透過Kubernetes與DevOps整合，成功實現MES的容器化與微服務化，提升製造現場的運營效率與系統靈活性。關鍵成功因素包括：模組化Helm Charts設計、混合雲部署策略、Schema驗證機制與自動化持續整合流程。建議企業在遷移時，應先進行遺留系統評估，並建立標準化開發與運維流程，以最大化雲原生架構的效益。