docs(ft546): design shadow-first safe cutover
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@@ -0,0 +1,367 @@
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# FT546 调度中心影子先行安全接入设计
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> 状态：已确认
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> 确认日期：2026-08-12
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> 实施分支：`optimize/wcs`
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> 现场原则：稳定版本始终是唯一生产调度者和唯一 PLC 写入者，直到受控切换完成
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## 1. 背景与决策
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`javaTest` 中心调度已经覆盖父任务阶段、选车、路径规划、交通资源、换层、二段式任务、避让、故障注入和历史回放。`ruoyi-wcs` 与 FT546 Admin 已完成一部分标准内核、PLC 编码、Outbox、运行模式和内存端到端测试，但生产适配器、现场事实对账和运行模式隔离仍不完整。
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本设计采用“影子先行”路线：
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1. 现场稳定版本不改动、不停机，继续独占现场任务、业务表、WMS 回调和 PLC 写入。
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2. 先运行独立 `javaTest` 离线影子，建立确定性算法基线。
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3. 再实现与生产控制进程隔离的实时只读采集与同核影子计算。
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4. 先根据现场差异证据决定算法和适配器修改，不预设新算法一定优于旧算法。
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5. 通过 SQL Server 集成、现场影子和 HIL 门禁后，才允许在维护窗口内由 `LEGACY` 受控切换到 `STANDARD`。
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截至确认日，不能直接把 `ruoyi-admin --ft546.wcs.runtime-mode=SHADOW` 部署为现场影子。当前实现没有为 `SHADOW` 装配标准核心，却仍会在 `ScheduleThread.@PostConstruct` 中查询设备、构造 PLC reader、注册设备运行时并构造旧业务线程；无权限保护的线程操作接口还可以手动启动 PLC reader 和旧调度线程。模式名称本身不构成安全隔离。
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## 2. 目标与非目标
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### 2.1 目标
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- 将 `javaTest` 已验证的调度语义逐步接入 `ruoyi-wcs`，不破坏 FT546 现有业务。
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- 保持 `LEGACY` 为默认模式和可验证回退路径。
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- 使 `SHADOW` 与未来 `STANDARD` 复用同一调度核心，只在出站能力和状态所有权上不同。
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- 在影子阶段强制实现零 PLC 写入、零 WMS 回调、零生产业务表写入和零旧业务调度线程。
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- 对旧队列字段和 PLC 地址、数据类型、值、顺序形成可审计差异报告。
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- 完整表达父任务阶段、同车绑定、换层、二段下发、避让、业务完成、车辆释放、Outbox 和重启恢复。
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- 在缺少真实 PLC 或隔离 SQL Server 时明确证据边界，不把内存测试或历史回放声明为可投产证明。
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### 2.2 非目标
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- 不在影子采集前主动修改调度规则来追求结果一致。
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- 不在现场稳定分支上开发、试验或合并未验收代码。
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- 不修改 FT546 PLC 控制流程、安全联锁和既有寄存器语义。
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- 不做 `LEGACY` 与 `STANDARD` 并行 PLC 双写。
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- 不做运行中热切换或遇错自动切回。
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- 不用历史 `agv_id`、`path_info`、完成状态或 `finish_date` 强制新调度作出相同选择。
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## 3. 方案比较
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### 3.1 采用：同核只读影子后受控接管
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未来 `SHADOW` 与 `STANDARD` 使用同一个任务、调度、交通和恢复核心。`SHADOW` 只消费不可变现场事实并生成虚拟命令；`STANDARD` 在就绪、恢复和单写者门禁全部通过后才装配真实出站适配器。
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优点是算法差异可以在无现场控制权的条件下观察，切换前能证明协议和值的一致性，切换后也没有第二套调度语义。代价是必须先完成持久化、只读采集、差异报告和运行模式硬隔离。
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### 3.2 不采用：直接启用当前 STANDARD
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当前 `STANDARD` 绑定的多个 Repository、Gateway、Snapshot 和 Recovery 端口尚无生产实现，不能证明应用可启动、SQL Server 事务可恢复或真实 PLC 语义可靠。直接启用可能造成启动失败、首单失败或发送后结果不明。
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### 3.3 不采用：把旧队列线程包装成新调度中心
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这种做法会保留旧线程和新内核对任务、车辆、资源和完成事实的双重所有权，无法证明唯一调度者，也无法解决阶段语义、Outbox、`UNKNOWN` 和重启恢复问题。
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## 4. 运行模式与单写者边界
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| 模式 | 调度所有者 | 现场事实来源 | 核心状态写入 | PLC/WMS 写入 | 用途 |
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| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
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| `LEGACY` | 旧线程 | 现有 PLC reader 与业务表 | 旧表 | 允许，唯一写者 | 当前生产和回退 |
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| `SHADOW` | 标准核心，仅计算 | 离线快照或只读采集 | 独立影子库/Schema | 禁止 | 差异采集与准入 |
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| `STANDARD` | 标准核心 | 标准快照采集器 | WCS 核心表 | 通过 Outbox 允许 | 最终受控接管 |
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强制规则：
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1. 默认值保持 `LEGACY`。
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2. `SHADOW` 不创建真实 `DeviceCommandGateway`、`WmsNotificationGateway`、旧业务调度线程或 PLC reader。
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3. `SHADOW` 的禁止写入必须同时由 Bean 装配、数据库权限、网络 ACL 和自动化测试保证。
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4. `STANDARD` 缺少任何必需端口、端点、能力证据或恢复条件时必须启动失败或保持未激活，不能降级为“首单运行时失败”。
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5. `LEGACY` 与 `STANDARD` 不能同时拥有有效调度租约或有效 PLC 写通道。
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6. 切换采用配置变更加进程重启，不支持运行中热切换。
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## 5. 现场稳定版本保护
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### 5.1 代码与制品
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- 开发只在 `optimize/wcs` worktree 进行，不修改、合并或推送到现场稳定分支。
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- 设计确认时，本地远端跟踪引用 `origin/main` 为提交 `652607c`。现场回退必须锁定实际已部署制品、提交号、配置和校验和；不能只依赖可能移动或过期的分支名称。
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- 本地 `main` 与 `origin/main` 已分叉，不能把本地 `main` 当作现场回退来源。
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- 数据库迁移只允许新增表、列、索引和约束，不删除、不重命名现场旧对象。
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### 5.2 进程、网络与数据库
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- 实时影子使用独立进程、服务端口、日志目录和部署目录，优先部署在独立主机。
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- 影子数据库账号只允许读取批准的现场事实视图；禁止写现场订单、队列、设备、资源、Outbox 和回调表。
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- 影子结果写入独立数据库或独立 Schema，不能与生产核心表共用写权限。
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- 网络 ACL 禁止影子主机访问 PLC 写端口和生产 WMS 回调地址。
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- 影子查询使用独立连接池、短超时、限速和熔断；积压或超时时停止影子计算，不持续压迫生产数据库。
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- 影子进程的崩溃、阻塞、快照过期或输出磁盘故障不能反向暂停或修改现场稳定程序。
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### 5.3 当前可运行边界
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独立 `javaTest` 可以立即运行。它只读取打包的历史与地图资源，使用内存车辆、队列、PLC、WMS 和资源账本，不启动 Spring、不连接 SQL Server/PLC/WMS，只写命令参数指定的本地输出目录。
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当前 `ruoyi-admin` 的 `SHADOW` 不允许直接运行现场影子，必须先完成以下整改：
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- `ScheduleThread` 按模式装配，`SHADOW` 不执行 `plcReadInit()` 和 `scheduleInit()`。
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- `ThreadOperationController` 在 `SHADOW` 禁止启动 PLC reader 和旧调度；接口恢复权限校验并按模式返回明确状态。
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- 建立专用 `Ft546ShadowConfiguration`，只装配只读快照源、同核调度、记录型命令网关和差异仓储。
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- 影子启动自检必须证明无 PLC/WMS 真实 Bean、无生产写权限和无旧调度线程。
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## 6. 父任务与阶段模型
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一个业务请求只创建一个父任务，阶段不会重新进入全局业务队列，也不会重新创建 WMS 任务：
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```text
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WAITING_ASSIGNMENT
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-> 可选 FLOOR_TRANSFER_TO_PICKUP
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-> EMPTY_TO_PICKUP
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-> PICKUP_CONFIRMED
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-> 可选 LOADED_RETURN_TO_SOURCE_FRONT
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-> LOADED_TO_PLACE
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-> CARGO_DEPOSITED / BUSINESS_COMPLETED
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-> 可选 EMPTY_RETURN_TO_TARGET_FRONT
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-> VEHICLE_RELEASED
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```
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规则：
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- `task_type` 表示执行阶段，业务类型取 `default02`；入库、出库、移库分别为 `1/2/7`。
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- 取货确认后载货状态由 `EMPTY` 变为 `LOADED`，车辆与父任务锁定；普通等待、断线和重启不能自动换车。
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- 到放货点并取得可靠完成事实后记录 `CARGO_DEPOSITED`，只归档一次并只产生一次 WMS 业务效果。
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- 车辆可能在业务完成后继续空车返回目标通道前端，车辆释放时间与业务完成时间分别记录。
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- 每个阶段从设备确认的实际位置重新规划，不复用历史路径或上一阶段估算位置。
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- 命令身份至少包含 `parentTaskId + phase + routeVersion + commandSegment`；旧 ACK 不能推进新阶段。
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- 不需要的阶段必须记录明确跳过原因，不能无痕跳过。
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## 7. 选车、路径与避让
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- 车辆硬过滤包含在线、自动、健康、已同步、空闲、电量、载货、能力和可达性。
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- 同层和跨层可行车辆进入同一稳定选车策略；历史车辆只用于对比。
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- 候选路径限制在最短物理距离的 `110%` 内，最多 32 条，按对向风险、占用节点、不兼容预约、活动路线重叠、转弯、距离和站点序列作确定性字典序比较。
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- 临时交通冲突只进入 `HOLD`，不能误判为 `NO_ROUTE`。
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- 同一任务、车辆、阻塞资源和原因连续三次交通 `HOLD` 后，才允许从实际位置重规划尚未承诺的剩余路线。
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- 已发送、已接受或结果为 `UNKNOWN` 的动作不能被新路线覆盖。
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- 路线预约必须原子替换；失败时完整保留旧路线和旧预约。
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- 只有拓扑中存在经过验证的安全让行点，才创建 `CLEARANCE` 运行步骤；不能临时选择任意空点。
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- 避让不创建新 WMS 业务任务，不重复归档或回调。
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## 8. 换层编排
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提升机不是普通地图边。跨层任务使用幂等换层子作业，并联合保护源入口、提升机本体和目标出口：
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```text
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预约源入口 + 提升机 + 目标出口
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-> 创建幂等换层子作业并锁车
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-> 等待旧提升机协议执行事实
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-> 核对车辆、楼层、门、端口和实际出口
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-> 从实际出口重新规划当前业务阶段
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```
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- 任一资源预约失败时保持 `BLOCKED`，不发送进入提升机动作。
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- 作业提交后断线、故障或重启不释放车辆锁，不创建第二个换层作业。
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- 完成事实必须包含匹配车辆、目标层和实际出口；重复完成只推进一次。
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- 目标出口占用时保持换层完成待提交状态，不能让车辆出现在已占节点。
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- 事实不确定时进入恢复工单，隔离车辆、提升机和相关端口，不盲目释放。
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## 9. FT546 旧 PLC 与二段任务
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标准核心生成强类型命令意图，FT546 Adapter 负责映射旧寄存器。核心不伪装旧 PLC 不具备的候选缓冲、Prepare/Commit、命令幂等或有序快照能力。
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必须保持并逐项回归的写入序列：
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```text
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普通主任务：4004 -> 4000 -> 4002 -> 4021
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跨层任务： 普通主任务序列 + 4020=1 -> 4022=8
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二段第一段：4404 -> 4422=1 -> 4402=1 -> 4400
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二段第二段：4404 -> 4422=2 -> 4423=99 -> 4402=9 -> 4400
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```
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对每次虚拟或真实协议发送，证据至少包含：
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```text
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deviceId
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parentTaskId
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phase
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commandKey
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routeVersion
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taskNo
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taskType
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pathPoints
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registerAddress
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dataType
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values
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writeSequence
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triggerValue
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相同车辆、路径、阶段和任务输入下，队列字段、寄存器地址、数据类型、值和顺序必须与旧实现逐项一致。新算法可以选择不同车辆或安全路径，但差异必须归类为算法决策差异，不能混入协议不一致。
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旧 PLC 不识别 `commandKey`。发送前能证明未发送的失败可以重试；任何写入开始后无法证明结果的命令进入 `UNKNOWN`，保护完整点到点或二段任务路径，不补写单个寄存器、不自动重发。
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## 10. 设备事实、Outbox 与恢复
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每个标准调度 tick 的因果顺序为：
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```text
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采集不可变设备事实
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-> 校验新鲜度和恢复门禁
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-> 加载候选任务、资源和活动命令
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-> 生成调度授权或 HOLD
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-> 同事务持久化绑定、预约、DeviceCommand 和 CommandOutbox
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-> 出站分发
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-> 使用新设备事实推进步骤、订单和资源
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-> 独立分发 WMS NotificationOutbox
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```
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- `send` 成功只表示通信层受理，不表示物理完成。
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- 订单、步骤、设备命令、设备事实和资源预约保持独立状态。
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- 设备事实必须校验设备、任务号、阶段、预期端点、载货变化、模式和时间新鲜度。
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- 重复、乱序、倒退、旧阶段或不能关联当前命令的事实只记录审计，不推进状态。
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- `UNKNOWN` 保留车辆和未确认资源，只允许继续只读采集、诊断和受控恢复。
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- WMS 回调失败不回滚物理任务，只重试通知 Outbox。
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- 核心 tick 失败时不创建新设备动作；已存在的 WMS 通知 Outbox 可以独立投递。
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- 重启时先取得租约并保持全局调度暂停，加载活动状态、采集设备快照、完成对账，再局部启用安全设备。
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## 11. 影子数据与差异报告
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### 11.1 数据来源顺序
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1. 已打包的历史队列、地图和通道前端快照，用于可重复离线基线。
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2. 现场稳定程序已经落库的只读事实，用于实时影子比较。
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3. 经过审批的原始报文副本，用于协议和故障审计。
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影子不直接增加 PLC 连接。实时事实缺失、过期或互相矛盾时，本轮结果标记为 `INSUFFICIENT_FACTS`，不产生误导性可比结论。
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### 11.2 比较维度
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协议一致性：
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- 队列业务字段、默认字段和阶段字段；
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- PLC 地址、数据类型、值、顺序和触发值；
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- 换层、二段任务和旧任务号编码；
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- 完成、归档和回调的幂等键。
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调度合理性：
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- 任务到达与父任务归并；
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- 车辆资格、选车和同车绑定；
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- 每阶段路径、候选质量和资源保护；
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- 换层入口/出口、二段、HOLD、避让和重规划；
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- 业务完成与车辆释放。
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每个差异必须保存相同输入快照、旧结果、新结果、差异类别和可解释原因。协议差异与算法差异分别统计。
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### 11.3 已建立的离线基线
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2026-08-12 在提交 `f66585f` 上执行：
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```text
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javaTest tests: 549
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failures/errors/skipped: 0/0/0
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raw snapshots / unique GUID / duplicates: 240 / 98 / 142
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business tasks / operational queues: 76 / 17
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completed / waiting / failed: 76 / 0 / 0
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incomplete vehicle releases: 0
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total safety violations / deadlocks: 0 / 0
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archive count / WMS effects / duplicate effects: 76 / 76 / 0
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```
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本地证据目录：`javaTest/outputs/wcs-history-business-shadow-20260812-f66585f/`。六个报告文件的 `manifest.sha256` 校验结果为零不匹配。该目录是开发机生成证据，不随本设计文档提交。
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报告明确标注：这是“真实历史负载驱动纯内存仿真”，不是现场 `SHADOW`、HIL 或 `ACTIVE` 验收。
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## 12. 故障隔离
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| 故障 | 处理 | 禁止行为 |
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| --- | --- | --- |
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| 影子快照缺失/过期 | 标记 `INSUFFICIENT_FACTS`，暂停该对象计算 | 猜测设备状态 |
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| 影子数据库超时 | 熔断、退避并记录采集缺口 | 加速重试压迫生产库 |
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| 命令发送结果不明 | `UNKNOWN`、隔离设备和资源 | 自动重发或释放 |
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| 换层事实不一致 | 隔离车辆、提升机和端口，创建 RecoveryCase | 重建换层任务 |
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| 二段任务部分写入不明 | 保护整个二段任务范围 | 补写单寄存器 |
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||||
| WMS 回调失败 | 重试通知 Outbox | 回滚物理完成 |
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| 影子进程崩溃 | 只影响影子报告 | 影响现场调度或告警处置 |
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||||
| 输出磁盘满 | 停止新影子计算并告警 | 丢弃差异后继续宣称健康 |
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## 13. STANDARD 切换与回退
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现场不做热切换。维护窗口内按以下顺序交接：
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```text
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LEGACY 正常运行
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-> STANDARD 以控制关闭方式启动并完成恢复对账
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-> 暂停新任务进入
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-> 等待或人工核对活动命令
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||||
-> 停止 LEGACY 调度写入
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||||
-> 获取数据库租约和 fencing token
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||||
-> 再次验证旧写者失效
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||||
-> 开放 STANDARD 真实出站网关
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||||
-> 恢复新任务进入
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```
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回退规则：
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||||
- `STANDARD` 取得写入权之前失败时，`LEGACY` 不停止。
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- `STANDARD` 取得写入权之后失败时，先禁止新命令并对账所有活动命令。
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||||
- 存在 `UNKNOWN` 时禁止自动切回 `LEGACY`，必须先完成现场对账，避免重复动作。
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||||
- 确认无未决物理动作后，释放 `STANDARD` 租约，恢复锁定的稳定制品和 `LEGACY` 配置。
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||||
- 回退不回滚新增数据库结构，只停止使用；避免数据库降级造成更大不可用。
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||||
- 切换和回退演练必须记录制品校验和、配置快照、操作者、时间、活动任务清单和对账证据。
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## 14. 测试与准入门禁
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### 14.1 自动化分层
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1. 领域测试：父任务阶段、同车绑定、业务完成与车辆释放、换层、避让、HOLD、资源容量和死锁。
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2. 协议测试：队列字段、寄存器地址、数据类型、值和顺序逐项对比。
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||||
3. 故障测试：重复/旧/乱序 ACK、断线、超时、部分写入、重启、乱序快照、Outbox 和 `UNKNOWN`。
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||||
4. 模式隔离测试：`SHADOW` 上下文无 PLC/WMS 真实 Bean、无生产写入、无旧调度线程，线程操作接口 fail-closed。
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||||
5. SQL Server 集成测试：事务、唯一键、乐观锁、资源并发、Outbox、租约、fencing token 和重启持久性。
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||||
6. 模拟端到端：入库、出库、移库、同层、跨层、二段、通道前端返回和共享资源避让。
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||||
7. 历史回放：240 条原始记录归并、76 个父任务全阶段和所有不变量。
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||||
8. 实时影子：旧队列与新虚拟队列的连续差异采集，且副作用为零。
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||||
9. HIL：隔离 PLC 或测试设备上的寄存器时序、断线、重启和部分写入。
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10. 切换演练：单写者交接、启动失败不影响 LEGACY、对账后回退。
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### 14.2 STANDARD 硬门槛
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- 安全不变量违规数为 0。
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- 现场表写入、PLC 写入和 WMS 回调等影子副作用为 0。
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- 可比较场景的队列业务字段、PLC 地址、数据类型、值和顺序不一致数为 0。
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||||
- 所有算法差异都有输入、旧结果、新结果和决策原因；未经审核的差异数为 0。
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||||
- 所有生产 Adapter、Repository、端点、拓扑、能力证据和恢复门禁均就绪。
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||||
- SQL Server 集成、现场影子和 HIL 任一缺失时，只能声明本地实现或相应层级验收完成，不能声明可投产。
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## 15. 实施顺序
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### 阶段 A：离线影子基线
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- 保持现场稳定程序不变。
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- 固化 `javaTest` 输入清单、测试结果、报告和校验和。
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- 建立队列/PLC 协议字段差异格式。
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### 阶段 B：实时只读影子硬隔离
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- 修复 `SHADOW` 条件装配和线程启动边界。
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- 增加只读现场事实 Adapter、记录型命令网关和独立差异仓储。
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- 增加启动自检、数据库权限验证和网络不可达证明。
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- 现场旁路运行并采集差异，不修改调度算法。
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### 阶段 C：按证据补齐同核语义和 FT546 Adapter
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- 根据差异逐项补齐父任务阶段、换层、二段、避让、设备事实、Outbox 和恢复。
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- 每次修改都用同一采样重新计算，区分协议回归与允许的算法差异。
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- 完成生产 MyBatis Repository 和 SQL Server 集成验证。
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### 阶段 D：HIL 和受控切换
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- 在隔离 PLC/测试设备验证真实协议。
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- 完成维护窗口切换和回退演练。
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- 只有全部硬门槛通过后才允许切换现场写入权。
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## 16. 完成定义
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本接入只有在以下事实同时成立时才算完成：
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- `SHADOW` 与 `STANDARD` 使用同一核心，`SHADOW` 没有权威写通道。
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- 现场稳定版本在影子阶段保持唯一生产调度者和 PLC 写入者。
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- 父任务、换层、二段、避让、Outbox、事实对账和恢复均有生产实现及自动化证据。
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- 队列业务字段和 PLC 地址、类型、值、顺序与旧逻辑的协议差异为零。
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- 所有允许的车辆或路径差异均可解释、已审核且不违反安全不变量。
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- SQL Server、实时影子、HIL、单写者切换和回退演练证据齐全。
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- `LEGACY` 稳定制品、配置和对账式回退流程仍可执行。
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