关于自动化立体库升级换代的探讨

□ 秦绪伟

(中国人民银行营业管理部，北京 100045)

1 自动化立体升级换代的必要性分析

2000年以后，随着物流技术的发展以及业务的需求，国内陆续开始建设自动化立体库，尤其在烟草、医药、批发零售配送等行业应用较多，在此后自动化立体库为企业的仓库管理效率提高提供可靠的技术保证，目前早期建设的自动化立体库都已超过十年，部分设备零部件已经退市、部分设备也需整体更换，仓库管理系统已经不能满足现在业务需求，因此，自动化立体库从软件到硬件都面临升级换代的问题。

1.1 自动化设备的零部件需更新换代

电气类与控制类零部件更新换代比较快，超过十年的自动化立体库中零部件可能结束了生命周期，无法采购相同型号的产品。为保证系统稳定运行，对于停产的零部件要及时采取应对措施，积极寻找替代产品，硬件设备的零部件升级换代必须的，而且部分零部件替代产品不能与原控制系统兼容，可能会导致控制软件的升级。

1.2 子系统控制软件需更新

自动化立体库包括很多子系统，例如堆垛机子系统、龙门架机械手子系统、托盘输送线子系统、箱式输送线子系统、AGV子系统，早期建设的子系统控制软件运行环境多为个人计算机或工控机，操作系统普遍为windows XP和windows 2003 server，现在更换个人计算机或者工控机已不能安装此类操作系统，子系统控制软件需升级去适应新版本的操作系统。有些子系统使用设备已更新，具备先进功能，可提高效率降低成本，控制系统需兼容新设备而进行升级。

1.3 仓库管理系统需升级

仓库管理系统是自动化立体库中的核心软件,十几年前建立的仓库管理系统使用的技术已经逐步淘汰，能维护早期建设的仓库管理系统的工程师会减少，进而影响自动化立体库的维保。随着信息技术的快速发展，新技术的应用对于系统的可维护性、高效性、安全性都有很大提高，很有必要对现有系统进行升级。仓库管理系统运行的硬件环境，包括服务器、磁盘阵列等设备也需定期更新，防止系统故障。

1.4 业务流程的变化导致的系统升级

企业的业务流程会随着市场的变化而进行调整，立体库的库容、吞吐量、使用的承载单元、拣选流程都可能变化，业务流程的变化可能导致设备增加、减少、调整等，控制软件与仓库管理系统也因此会做出相应的变化。

2 自动化立体库升级换代的难点

自动化立体库是一个集成软硬件的项目，大多数项目需要在运行中升级换代，且升级换代涉及软硬件及各个子系统，需要分步骤、分阶段进行，过程较漫长，难度很大。

2.1 需直接在生产环境下升级

自动化立体库是一个软硬件集成的系统，硬件设备无法进行模拟，无法建立完整的模拟环境，无法像信息系统通过进行系统升级测试。企业的大多数自动化立体库升级是在使用状态下完成，要求系统停运时间尽可能短，一般会在节假日或晚上进行，要求在业务开始前完成，直接在实际的生产环境中升级，这就加大升级的难度和风险。

2.2 部分硬件设备升级和控制软件升级需同步进行

部分系统设备的更新并不是简单寻找替代产品即可运行，零部件的更新换代可能会导致控制软件必须升级。例如AGV中主要的部件主控制器、激光导航、伺服放大器的新产品无法在旧版本的控制软件中使用，需要整个子系统控制软件升级到相应版本，为节约成本还需考虑新旧型号的零部件需同时运行的兼容性问题。

2.3 定制子系统的控制软件升级难度大

自动化立体库中箱式输送线、托盘输送线、龙门架机械手、多轴机械手等子系统的控制软件是根据项目设备应用情况和业务流程量身定制，集成商在项目建设阶段进行程序编写，甚至部分程序由第三方厂家编写，经过十余年，原程序员可能已离职，现在对此类控制程序进行重新编译调试去适应新操作系统难度较大。

3 自动化立体升级换代方案设计

自动化立体库项目一般会包括软件部分和硬件部分。软件部分包括仓库管理系统和设备管理系统。仓储管理系统是自动化立体库的人机界面接口，按照项目业务流程设计，实现货物的自动出入库。设备管理系统主要是仓库管理系统与硬件子系统指令传输、信息反馈以及监控设备运行状况。硬件设备包括立体库货架，堆垛机、无人驾驶小车(简称AGV)、龙门架机械手、多轴机械手、装箱站、托盘输送线、箱式输送线等设备，每种类型的设备都由其控制软件控制。软件部分、硬件设备、控制软件需要根据实际情况进行升级换代。

3.1 虚拟化技术的应用

信息技术发展迅速，虚拟化技术应用得到普及，例如云计算、云存储，通过虚拟化的方式构建IT架构资源池，所有模块资源均可以按需部署，灵活调度，动态扩展，虚拟化平台融合了计算、网络、存储和安全四大特性。

在自动化立体库升级过程中可以应用虚拟化技术，建设虚拟服务器平台，按照自动化立体库各个子系统的要求虚拟操作系统,并为虚拟操作系统分配一定的运行能力、存储能力、IP地址等。将自动化立体库中的仓库管理系统及各个子系统控制软件部署到虚拟服务器平台，可以实现服务器资源共享，多个系统共用几台服务器，经济性更高。服务器硬件设备和应用系统相互隔离，服务器设备的不会影响应用系统的运行，应用迁移更简单，管理效率更高，可维护性更好。服务器设备可放入机房中统一管理，使用环境较好，设备运行更稳定，使用寿命更长。虚拟服务器平台的安全性更高，服务器互为备份、磁盘阵列互为备份，一台设备出现故障，其他设备自动承担其工作，不影响自动化立体库系统的运行。

3.2 定制的子系统控制软件直接迁移至虚拟服务器

自动化立体库中定制子系统控制软件升级的难度较大，由于其直接链接PLC设备，对操作系统版本较敏感，操作系统版本变化需重新编译与调试，且升级过程风险较大，例如托盘输送线、箱式输送线、拣选设备等子系统。虚拟服务器平台虚拟原操作系统(例如windowsXP和windows2003 server)，那些不直接链接硬件设备的控制软件无需变化，可直接迁移至虚拟服务器方，且实体服务器的更换不影响应用软件，避免因为设备更换或者操作系统升级导致子系统控制软件的升级。

3.3 提供标准控制软件的子系统可直接升级并迁移至虚拟服务器平台

堆垛机子系统、AGV子系统厂家会提供标准控制软件，项目应用时根据设备数量、位置、线路等设置系统。此类子系统的厂家会定期升级其控制软件，新版本会提供更多新功能，也支持停产零部件的替代产品的使用，此类子系统控制软件可以直接迁移至虚拟服务器平台。此类控制软件升级需要考虑的控制软件版本对于已停止设备和替代产品的相互兼容性问题。堆垛机子系统厂家会定期提供控制软件的升级版本，适应新的操作系统，也会提供一些新功能，例如，安装摄像头、远程复位控制等。AGV子系统厂家会提供标准控制软件，各个应用案例根据场地及应用情况，建立自己的数据库，升级过程只需将数据库导入新版本的控制软件，重新进行调试。AGV的主要部件单个价值较高，在升级过程中最好选择升级的版本能兼容旧型号设备和替代产品同时运行，原设备仍能使用，减少资金浪费。

3.4 仓库管理软件的升级

从长远看应用软件升级主要考虑的新技术的应用，2000年建设的自动化立体库仓库管理系统多采用C/S结构(例如采用Oracle及组件编程的软件)，现在采用此技术很少，且维护性较差，能维护此类型软件的工程师也会变少，因此，对于仓库管理软件的升级也是必要。仓库管理系统升级主要考虑新技术的应用，例如，云存储、云计算、大数据，通过对故障统计、系统设备使用时间等进行分析与预测设备使用情况，建立智能管控平台，提高系统运行效率，采用新技术后，系统的可维护性也较好，还可对当前业务逻辑进行优化。

3.5 自动化设备零部件的更新换代

机械类硬件设备一般通过预防性维护检查查看磨损情况，对设备的使用寿命进行预测，提前制定采购和更换计划，可有效地避免机械故障对系统运行的影响。例如，堆垛机的地轨轮、天轨轮、地轨等设备需在维护中定期检查，定期更换与维修。堆垛机在使用十年以上需要进行一次大的检修工作。

电气类与控制类备件更新换代比较快，设备管理人员需在日常备品备件的管理过程中及时发现已停产设备，并及时找到其替代产品，制定相应的升级方案，电器类与控制设备更新换代的方法可分为以下几类，见表1。

4 自动化立体库升级换代的注意事项

自动化立体库是一个规模较大，集成度较高系统，涉及应用软件、控制系统、自动化设备、机械设备，日常维护与升级内容较为广泛，其软件升级及硬件更新换代也较为复杂和频繁，对于自动化立体库的升级换代工作有以下建议。

4.1 提前做好规划

自动化立体库设备众多，集成度较高，升级换代较为复杂且难度较大，需要提前做好调研，根据自动化立体库设备使用情况及特点，逐项分析，提前做好规划，选择适合、稳妥且具有长远考虑的方案。

4.2 分批、分项进行升级

自动化立体库是一个整体系统，由子系统和众多硬件设备构成，通过软件集成，每个独立的子系统都有自己的升级难点，升级过程需考虑各个子系统实际情况分批、分项进行升级，降低升级难度，避免出现多系统同时升级后系统故障无法定位的问题。

4.3 做好升级过程中应急准备工作

大多数自动化立体发行库的升级换代工作都是在系统在用的状态下进行，升级工作多数选择在周末节假日或夜晚进行，升级完成后需立刻运行，每次升级前要做好应急准备工作，在升级过程中如发生突发状况，升级不成功的情况下要及时退回到原系统中，保证自动化立体库的可用。

4.4 做好日常备品备件管理工作

备品备件管理对于自动化立体库稳定运作起至关重要的作用，自动化立体库的零部件种类和数量众多，备品备件管理既要保证种类也要保证数量，同时，要及时发现已退市的设备，并尽快查找替代产品并制定替换方案。

4.5 日常维护中发现问题

日常维护保养需要对机械设备进行清洁和润滑，清理电控柜，检查设备运行状况，通过日常维护及时发现机械设备的磨损，并维修或更换设备可以降低故障率，防止造成电气设备的损坏，延长设备使用寿命。

4.6 做好相关财务预算

自动化立体库升级换代是一个长期过程，需要的费用较多，尽量提前做好规划，并做好财务预算，尽量做到有序升级、项目支出平滑，避免集中升级换代，避免给单位造成过大的财务压力。

5 结语

2000年后建立的自动化立体库运行都已经超过十年，系统的升级换代已经提上日程。随着物流技术与信息技术的发展自动化立体库成本在降低，已建或在建自动化立体库会越来越多，应用会日益普及，经过十几年运行也会面临此问题，因此，对于自动化立体库升级换代的研究很有意义。自动化立体库的运行始终会伴随应用软件的升级和硬件的更新换代，是一个长期且复杂的过程，涉及专业、公司、人员较多，对于自动化立体库的稳定运行至关重要，作为使用单位应要提前进行调研，做好长远规划，实施方案要稳妥且有效，费用节约且合理，确保系统高效稳定运行。