關于自動化立體庫升級換代的探討

□ 秦緒偉

(中國人民銀行營業管理部，北京 100045)

1 自動化立體升級換代的必要性分析

2000年以后，隨著物流技術的發展以及業務的需求，國內陸續開始建設自動化立體庫，尤其在煙草、醫藥、批發零售配送等行業應用較多，在此后自動化立體庫為企業的倉庫管理效率提高提供可靠的技術保證，目前早期建設的自動化立體庫都已超過十年，部分設備零部件已經退市、部分設備也需整體更換，倉庫管理系統已經不能滿足現在業務需求，因此，自動化立體庫從軟件到硬件都面臨升級換代的問題。

1.1 自動化設備的零部件需更新換代

電氣類與控制類零部件更新換代比較快，超過十年的自動化立體庫中零部件可能結束了生命周期，無法采購相同型號的產品。為保證系統穩定運行，對于停產的零部件要及時采取應對措施，積極尋找替代產品，硬件設備的零部件升級換代必須的，而且部分零部件替代產品不能與原控制系統兼容，可能會導致控制軟件的升級。

1.2 子系統控制軟件需更新

自動化立體庫包括很多子系統，例如堆垛機子系統、龍門架機械手子系統、托盤輸送線子系統、箱式輸送線子系統、AGV子系統，早期建設的子系統控制軟件運行環境多為個人計算機或工控機，操作系統普遍為windows XP和windows 2003 server，現在更換個人計算機或者工控機已不能安裝此類操作系統，子系統控制軟件需升級去適應新版本的操作系統。有些子系統使用設備已更新，具備先進功能，可提高效率降低成本，控制系統需兼容新設備而進行升級。

1.3 倉庫管理系統需升級

倉庫管理系統是自動化立體庫中的核心軟件,十幾年前建立的倉庫管理系統使用的技術已經逐步淘汰，能維護早期建設的倉庫管理系統的工程師會減少，進而影響自動化立體庫的維保。隨著信息技術的快速發展，新技術的應用對于系統的可維護性、高效性、安全性都有很大提高，很有必要對現有系統進行升級。倉庫管理系統運行的硬件環境，包括服務器、磁盤陣列等設備也需定期更新，防止系統故障。

1.4 業務流程的變化導致的系統升級

企業的業務流程會隨著市場的變化而進行調整，立體庫的庫容、吞吐量、使用的承載單元、揀選流程都可能變化，業務流程的變化可能導致設備增加、減少、調整等，控制軟件與倉庫管理系統也因此會做出相應的變化。

2 自動化立體庫升級換代的難點

自動化立體庫是一個集成軟硬件的項目，大多數項目需要在運行中升級換代，且升級換代涉及軟硬件及各個子系統，需要分步驟、分階段進行，過程較漫長，難度很大。

2.1 需直接在生產環境下升級

自動化立體庫是一個軟硬件集成的系統，硬件設備無法進行模擬，無法建立完整的模擬環境，無法像信息系統通過進行系統升級測試。企業的大多數自動化立體庫升級是在使用狀態下完成，要求系統停運時間盡可能短，一般會在節假日或晚上進行，要求在業務開始前完成，直接在實際的生產環境中升級，這就加大升級的難度和風險。

2.2 部分硬件設備升級和控制軟件升級需同步進行

部分系統設備的更新并不是簡單尋找替代產品即可運行，零部件的更新換代可能會導致控制軟件必須升級。例如AGV中主要的部件主控制器、激光導航、伺服放大器的新產品無法在舊版本的控制軟件中使用，需要整個子系統控制軟件升級到相應版本，為節約成本還需考慮新舊型號的零部件需同時運行的兼容性問題。

2.3 定制子系統的控制軟件升級難度大

自動化立體庫中箱式輸送線、托盤輸送線、龍門架機械手、多軸機械手等子系統的控制軟件是根據項目設備應用情況和業務流程量身定制，集成商在項目建設階段進行程序編寫，甚至部分程序由第三方廠家編寫，經過十余年，原程序員可能已離職，現在對此類控制程序進行重新編譯調試去適應新操作系統難度較大。

3 自動化立體升級換代方案設計

自動化立體庫項目一般會包括軟件部分和硬件部分。軟件部分包括倉庫管理系統和設備管理系統。倉儲管理系統是自動化立體庫的人機界面接口，按照項目業務流程設計，實現貨物的自動出入庫。設備管理系統主要是倉庫管理系統與硬件子系統指令傳輸、信息反饋以及監控設備運行狀況。硬件設備包括立體庫貨架，堆垛機、無人駕駛小車(簡稱AGV)、龍門架機械手、多軸機械手、裝箱站、托盤輸送線、箱式輸送線等設備，每種類型的設備都由其控制軟件控制。軟件部分、硬件設備、控制軟件需要根據實際情況進行升級換代。

3.1 虛擬化技術的應用

信息技術發展迅速，虛擬化技術應用得到普及，例如云計算、云存儲，通過虛擬化的方式構建IT架構資源池，所有模塊資源均可以按需部署，靈活調度，動態擴展，虛擬化平臺融合了計算、網絡、存儲和安全四大特性。

在自動化立體庫升級過程中可以應用虛擬化技術，建設虛擬服務器平臺，按照自動化立體庫各個子系統的要求虛擬操作系統,并為虛擬操作系統分配一定的運行能力、存儲能力、IP地址等。將自動化立體庫中的倉庫管理系統及各個子系統控制軟件部署到虛擬服務器平臺，可以實現服務器資源共享，多個系統共用幾臺服務器，經濟性更高。服務器硬件設備和應用系統相互隔離，服務器設備的不會影響應用系統的運行，應用遷移更簡單，管理效率更高，可維護性更好。服務器設備可放入機房中統一管理，使用環境較好，設備運行更穩定，使用壽命更長。虛擬服務器平臺的安全性更高，服務器互為備份、磁盤陣列互為備份，一臺設備出現故障，其他設備自動承擔其工作，不影響自動化立體庫系統的運行。

3.2 定制的子系統控制軟件直接遷移至虛擬服務器

自動化立體庫中定制子系統控制軟件升級的難度較大，由于其直接鏈接PLC設備，對操作系統版本較敏感，操作系統版本變化需重新編譯與調試，且升級過程風險較大，例如托盤輸送線、箱式輸送線、揀選設備等子系統。虛擬服務器平臺虛擬原操作系統(例如windowsXP和windows2003 server)，那些不直接鏈接硬件設備的控制軟件無需變化，可直接遷移至虛擬服務器方，且實體服務器的更換不影響應用軟件，避免因為設備更換或者操作系統升級導致子系統控制軟件的升級。

3.3 提供標準控制軟件的子系統可直接升級并遷移至虛擬服務器平臺

堆垛機子系統、AGV子系統廠家會提供標準控制軟件，項目應用時根據設備數量、位置、線路等設置系統。此類子系統的廠家會定期升級其控制軟件，新版本會提供更多新功能，也支持停產零部件的替代產品的使用，此類子系統控制軟件可以直接遷移至虛擬服務器平臺。此類控制軟件升級需要考慮的控制軟件版本對于已停止設備和替代產品的相互兼容性問題。堆垛機子系統廠家會定期提供控制軟件的升級版本，適應新的操作系統，也會提供一些新功能，例如，安裝攝像頭、遠程復位控制等。AGV子系統廠家會提供標準控制軟件，各個應用案例根據場地及應用情況，建立自己的數據庫，升級過程只需將數據庫導入新版本的控制軟件，重新進行調試。AGV的主要部件單個價值較高，在升級過程中最好選擇升級的版本能兼容舊型號設備和替代產品同時運行，原設備仍能使用，減少資金浪費。

3.4 倉庫管理軟件的升級

從長遠看應用軟件升級主要考慮的新技術的應用，2000年建設的自動化立體庫倉庫管理系統多采用C/S結構(例如采用Oracle及組件編程的軟件)，現在采用此技術很少，且維護性較差，能維護此類型軟件的工程師也會變少，因此，對于倉庫管理軟件的升級也是必要。倉庫管理系統升級主要考慮新技術的應用，例如，云存儲、云計算、大數據，通過對故障統計、系統設備使用時間等進行分析與預測設備使用情況，建立智能管控平臺，提高系統運行效率，采用新技術后，系統的可維護性也較好，還可對當前業務邏輯進行優化。

3.5 自動化設備零部件的更新換代

機械類硬件設備一般通過預防性維護檢查查看磨損情況，對設備的使用壽命進行預測，提前制定采購和更換計劃，可有效地避免機械故障對系統運行的影響。例如，堆垛機的地軌輪、天軌輪、地軌等設備需在維護中定期檢查，定期更換與維修。堆垛機在使用十年以上需要進行一次大的檢修工作。

電氣類與控制類備件更新換代比較快，設備管理人員需在日常備品備件的管理過程中及時發現已停產設備，并及時找到其替代產品，制定相應的升級方案，電器類與控制設備更新換代的方法可分為以下幾類，見表1。

4 自動化立體庫升級換代的注意事項

自動化立體庫是一個規模較大，集成度較高系統，涉及應用軟件、控制系統、自動化設備、機械設備，日常維護與升級內容較為廣泛，其軟件升級及硬件更新換代也較為復雜和頻繁，對于自動化立體庫的升級換代工作有以下建議。

4.1 提前做好規劃

自動化立體庫設備眾多，集成度較高，升級換代較為復雜且難度較大，需要提前做好調研，根據自動化立體庫設備使用情況及特點，逐項分析，提前做好規劃，選擇適合、穩妥且具有長遠考慮的方案。

4.2 分批、分項進行升級

自動化立體庫是一個整體系統，由子系統和眾多硬件設備構成，通過軟件集成，每個獨立的子系統都有自己的升級難點，升級過程需考慮各個子系統實際情況分批、分項進行升級，降低升級難度，避免出現多系統同時升級后系統故障無法定位的問題。

4.3 做好升級過程中應急準備工作

大多數自動化立體發行庫的升級換代工作都是在系統在用的狀態下進行，升級工作多數選擇在周末節假日或夜晚進行，升級完成后需立刻運行，每次升級前要做好應急準備工作，在升級過程中如發生突發狀況，升級不成功的情況下要及時退回到原系統中，保證自動化立體庫的可用。

4.4 做好日常備品備件管理工作

備品備件管理對于自動化立體庫穩定運作起至關重要的作用，自動化立體庫的零部件種類和數量眾多，備品備件管理既要保證種類也要保證數量，同時，要及時發現已退市的設備，并盡快查找替代產品并制定替換方案。

4.5 日常維護中發現問題

日常維護保養需要對機械設備進行清潔和潤滑，清理電控柜，檢查設備運行狀況，通過日常維護及時發現機械設備的磨損，并維修或更換設備可以降低故障率，防止造成電氣設備的損壞，延長設備使用壽命。

4.6 做好相關財務預算

自動化立體庫升級換代是一個長期過程，需要的費用較多，盡量提前做好規劃，并做好財務預算，盡量做到有序升級、項目支出平滑，避免集中升級換代，避免給單位造成過大的財務壓力。

5 結語

2000年后建立的自動化立體庫運行都已經超過十年，系統的升級換代已經提上日程。隨著物流技術與信息技術的發展自動化立體庫成本在降低，已建或在建自動化立體庫會越來越多，應用會日益普及，經過十幾年運行也會面臨此問題，因此，對于自動化立體庫升級換代的研究很有意義。自動化立體庫的運行始終會伴隨應用軟件的升級和硬件的更新換代，是一個長期且復雜的過程，涉及專業、公司、人員較多，對于自動化立體庫的穩定運行至關重要，作為使用單位應要提前進行調研，做好長遠規劃，實施方案要穩妥且有效，費用節約且合理，確保系統高效穩定運行。