当今的制造业在应对劳动力短缺和成本不断上升的同时，还要努力满足不断变化的客户需求，多品种、小批量的产品需求特点让生产企业倍感压力。

近年来，为降低用工成本、提升生产效率，自动化柔性生产线已成为制造业转型升级的共同选择。车间内，数十台数控机床整齐排列，工业机器人手臂不停摆动，自动完成工件装卸，现场几乎难觅操作人员的身影——这无疑是众多企业理想中的生产图景。然而，驱动这一切硬件设备按既定目标有序协同运行的，并非那些看得见的机床与机器人，而是隐藏在背后的“大脑”——管控系统。这正是本文重点阐述的内容。

图1 自动化柔性生产线的组成

自动化柔性生产线的系统构成与核心功能解析

一般柔性制造加工自动化系统由几部分组成：管控系统、自动上下料系统、工件自动识别系统、智能料库存储系统（线边库）、加工单元（机床）以及安全防护系统。

管控系统主要用于控制机床、机器人并进行排产、数据分析、物料管理及监控等。可以实现管理信息化与网络化，可对生产过程实时监控，实现管理动态化，信息共享并同步作业。 

加工单元也就是机床单元，主要完成工件加工，重点是机床控制系统与自动化管控系统具有接口互换协议，能实现双向通讯。

图2  线边库及工件装卸载站

智能料库存储系统主要有两大核心功能：工件装卸载站，用于零点托盘工装进出自动化单元；立体物料库（线边库），用于零点托盘工装（工件）的存放和周转；物料库采用多层结构，零件存放位置高度可调，每个工位应有托盘定位功能，确保与托盘准确放置；每个工位应有反馈功能，确保机器人能够准确托起托盘，通知柔性自动化管理系统的位置是否有托盘以及托盘状态。

图3 自动上下料系统

自动上下料系统：用于执行管控系统安排机床的上下料，出入立体库等任务。一般包括工业机器人和工装零点定位系统两部分，零点定位系统用于零件的装夹、自动定位，工业机器人负责工件上下料，出入立体库。

工件自动识别系统是将工件的NC加工程序 、加工过程偏移量，库位信息及生产加工中的管理等多项工作协调联系成一个整体，通过唯一编号的只读ID芯片将工件的信息存储在中央数据库中 ，实现数据共享，智能识别系统能够将零件、设备以及所有相关信息与生产线数据库组成完整的物联网。

图4 工件自动识别系统（ID 芯片系统）

安全防护系统用于产线的隔离防护、检修、故障报警以及急停等。

从上述介绍自动化产线各部分组成及功能可以看出，产线的每一个子系统都要与管控系统关联，没有管控系统产线就没法自动运行，加工数据也无法采集。管控系统的核心作用就是：把产线管起来，实现自动加工、快速调度以及数据闭环，成为可独立运行的智能单元。

生产调度自动化：从排产到换型的全流程智能管控

以下具体阐述自动化产线管控系统的功能与作用。简言之，它便是柔性生产线的“大脑”，具体体现在以下方面： 

功能1：生产调度自动化功能

管控软件系统首先能够接收用户生产管理系统（如MES）下发的生产任务信息（排产计划、应用的程序编号、刀具号等信息），自动生成柔性自动化系统内使用的加工任务，实现多种类型的零件加工，并安排柔性自动化生产线加工。简单归纳就是：自动排产、自动换型、自动启停并减少人工干预，实现成产调度自动化。

功能2：生产过程监控功能

生产任务下发以后，管控系统还有对产线生产过程进行监控功能。还可以控制数控机床完成自动开关门、自动找正、自动对刀以及加工程序的自动传送、自动调用、自动启动加工和自动反馈加工完成信息。随时增加或中断加工任务，改变加工优先顺序，实现多品种灵活排产。

具有刀具管理功能：柔性线控制系统能读取在线设备刀具号、刀具直径、刀具长度和刀具寿命等信息。对设备的刀具寿命，进行报警或自动调整备用刀具。对设备断刀检测触发锁刀报警。控制系统可以实现备用刀具替换功能。柔性线控制系统能根据设备刀具和程序刀具信息进行检查核对，对不匹配的刀具提示报警。智能检测实际装刀刀长，不在设计刀长要求内自动锁刀触发报警自动调用备刀。智能检测刀库新刀状态，新入刀具不同与刀库设定的刀具自动锁刀触发报警自动调用备刀。

能监控显示柔性自动化生产线中的机器人工作状态，工件/托盘在库状态信息、机床状态信息、加工任务信息、数控程序信息以及操作人员信息等。如发生异常状态（安全护栏打开等），反馈信息到指定的生产管理系统，并根据情况实现故障提示或自动急停等安全功能。

托盘工装自动调度功能：能够自动转运托盘至机床、装卸站和立体库上，根据机床状态自动形成托盘队列。通过读取/扫入装置识别每一个工件/托盘，并自动连接与之对应的加工程序、加工数据、测量偏移量和加工图纸等信息，并进行信息的交流。

控制与管理系统具有线内检测功能，产线内利用机床测头自控检测，线外用联网三坐标分别进行零件的自检专检，如有变差立即返回自动化线补偿加工。

功能3：加工信息管理统计功能

具有智能设备管理及质量信息管理功能：设备报警信息查询、零件加工信息追溯、设备事件记录及查询以及生产数据统计分析功能。控制系统实时采集生产过程中的加工数据，将生产过程中数据流集成整合，实现生产过程中的数据追踪和统计。对设备点检信息进行管理，保障设备长期稳定运行。

异常管理：控制系统在突发停电或气压不足时能保证数据正常处理。能监测生产线运转中物料、人员操作、设备、物料流转以及工具工装的异常信息并及时报警，并可实现异常信息需结构化管理。

报表功能：工时统计、质量统计、任务统计和设备利用率统计。

图5  生产大管家-管控系统主体介绍及功能

总之，管控系统就像一个“生产管家”，核心功能是建立一个中央数据库。柔性自动化生产线中包括机器人、机床在内的所有设备，通过管控软件将所有子系统控制、联系在一起，形成一个智能数字化系统，自动处理所有的加工数据，数据存储在中央数据库中，控制所有生产过程，并指挥生产系统将所有加工数据提供给各子系统。

综上所述，管控系统如同产线的“大管家”，作为柔性自动化生产线的核心中枢，其本质在于构建统一的中央数据库。通过管控软件，系统将机器人、机床等所有设备及子系统有机联结，形成一体化的智能数字化网络。该系统自动处理并存储全部加工数据于中央数据库，进而统筹指挥各生产环节，将加工指令精准分发至对应子系统，实现生产全流程的智能管控。

结语

前文已经详细阐述了管控系统的功能与作用。随着自动化柔性生产线的加速普及，管控系统的核心价值正日益受到行业重视，以往“重硬件、轻软件”的观念也逐步扭转。因此，在产线前期筹划阶段，除了严格把关各子系统硬件规格与技术参数之外，企业更需要与开发单位深入对接管控软件的功能需求。特别是大多数管控软件为定制开发，功能边界取决于客户需求，若前期需求定义不清，后期产线调试将极为被动。为此，客户应与开发团队系统梳理需求，产线开发团队不但要帮助客户梳理和优化加工工艺，还要把管控系统需求及其与上层系统对接（MES/ERP）工作做好，让客户产线的潜能充分释放出来，助力客户提升行业竞争力，确保投资预期得以兑现。