G22制造单元智能化改造与集成技术竞赛规程Word下载.docx
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任务三制造单元的系统集成（45%）
对PLC控制器和远程IO进行组态操作，满足控制设计要求；
对PLC、工业机器人、数控系统、视觉系统编程调试，分别实现工业机器人更换不同工具、工业机器人从立体仓库中拾取零件、工业机器人将待加工零件放入/取出数控机床、选取指定加工程序完成加工任务、工业机器人对零件表面打磨加工、视觉系统对零件产品加工结果的检测与判别、对零件进行分拣入位等功能动作。
任务四控制网络的集成调试（20%）
根据产品生产制造流程，对立体库、工业机器人、数控系统进行编程联调，利用物联网、工业以太网实现产品、设备和控制器之间的信息交互，满足加工流程自动化；
合理优化程序逻辑和设备运行参数，满足任务的生产效率要求，可对异常情况进行监控并做出合理判断，确保生产安全；
利用MES系统开发平台完成信息采集、产品数据追溯、制造流程可视化、设备状态可视化等功能模块，并完成智能制造单元的功能流程控制操作面板开发，实现对生产流程控制。
任务五云端数据服务的调试（5%）
在MES系统开发平台中，将任务要求的生产流程数据、设备状态信息存储到指定的云服务器中，可使智能终端实时获取数据并图形化显示；
在MES系统开发平台中，将智能制造单元的功能流程控制接口开放到云服务器中，在网络安全、用户认证后，可使智能终端远程控制单元制造加工。
任务六职业素养（5%）
竞赛过程中，对参赛选手的技术应用合理性、工具操作规范性、机械电气工艺规范性、耗材使用环保性、功耗控制节能性以及赛场安全、文明生产等进行综合评价。
四、竞赛方式
（一）竞赛以团体赛方式进行。
每个参赛队3名选手
（二）竞赛队伍组成：
由各学校为单位组队参赛，同一学校相同项目报名参赛队不超过1支，不得跨校组队；
指导教师须为本校专兼职教师，每队限报2名指导教师。
五、竞赛流程
（一）竞赛时间
各竞赛队在4个小时内，独立完成规定的所有竞赛任务。
（二）竞赛流程
竞赛日期由福建省职业院校技能大赛执委会及赛区执委会统一规定，竞赛预计安排3天，正式比赛2天。
表1竞赛流程安排（具体以报到竞赛手册为准）
日期
时间
事项
地点
参加人员
第一天
9:
00-15:
30
裁判、仲裁、监督报到，裁判培训及工作会议
报到酒店
裁判长、全体裁判员、监督
11:
00-14:
00
参赛队报到
参赛队
15:
熟悉赛场
龙腰校区综合楼北一楼
30-16:
15
说明会、场次抽检
龙腰校区综合楼北二楼
参赛队、裁判长、监督长等
16:
00-
封闭赛场
竞赛场地
技术保障人员等
第二天
7:
15-7：
45
第1场参赛队前往赛场
（参赛队自行至赛场）
45-7:
55
第1场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
加密裁判、工作人员、监督
55-8:
竞赛队伍、工位抽签
裁判长、监督、仲裁
8:
00-12:
正式比赛
（第1场）
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
12:
00-13:
裁判评分、竞赛设备恢复
裁判长、各裁判、技术人员、监督、仲裁
13:
15-13：
第2场参赛队前往赛场
45-13:
第2场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
55-14:
竞赛队伍
工位抽签
14:
00-18:
（第2场）
18:
00-19:
裁判评分、
竞赛设备恢复
第三天
第3场参赛队前往赛场
第3场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
（第3场）
第4场参赛队前往赛场
第4场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
（第4场）
19:
45-21:
成绩统计
裁判长、各裁判、监督、仲裁
四天
全天
公布成绩、返程
六、竞赛试题
赛题在比赛时以任务书的形式发放，参赛队根据任务书的要求完成竞赛任务,并按要求和程序提交竞赛结果。
赛前将公布样题。
七、竞赛规则
（一）赛前准备
1.熟悉场地：
比赛日前一天下午15:
30开放赛场，熟悉场地。
2.领队会议：
15召开领队会议各参赛队伍的领队和指导教师参加，裁判长讲解竞赛流程和注意事项，各参赛队抽签确定比赛场次。
3.检录加密：
比赛前15分钟内完成选手检录（一次加密）和赛位抽签（二次加密）。
4.参赛队入场：
参赛选手应提前15分钟到达赛场，接受工作人员对选手身份、资格和有关证件的核验，赛位由抽签确定，不得擅自变更、调整；
选手在竞赛过程中不得擅自离开赛场，如有特殊情况，须经裁判人员同意。
选手不得将手机、无线上网卡、移动存储设备、资料等物品带入赛场。
竞赛平台提供所有必须的工具设备，选手不得携带任何个人工具进入赛场。
（二）正式比赛
1.赛前十分钟选手经裁判长允许进入工位，按设备清单检查竞赛平台、机械电气元件、工具、耗材、文具用品等，不得做与竞赛任务相关事情。
2.参赛选手须严格遵守安全操作规程，并接受裁判员的监督和警示，以确保人身及设备安全。
参赛选手因个人误操作造成人身安全事故和设备损坏时，裁判长有权中止该参赛队比赛。
如非选手个人因素出现设备故障而无法比赛，由裁判长视具体情况做出裁决，予以启用备用设备；
如裁判长确定设备故障可由技术支持人员排除故障后继续比赛，将给参赛选手补足所耽误的比赛时间，并经选手确认，累计最长不超过10分钟。
3.选手进入赛场后，不得擅自离开赛场，因病或其他原因离开赛场或终止比赛，应向裁判示意，须经赛场裁判长同意，并在赛场记录表上签字确认后，方可离开赛场并在赛场工作人员指引下到达指定地点。
4.选手须按照程序提交比赛结果（任务书），在比赛赛位的计算机规定文件夹内存储比赛文档，配合裁判做好赛场情况记录，并签字确认，裁判提出签名要求时，不得无故拒绝。
5.裁判长发布比赛结束指令后所有未完成任务参赛选手立即停止操作，按要求清理赛位，不得以任何理由拖延竞赛时间。
八、竞赛环境
（一）承办校根据报名人数及设备最终数量，提供面积与竞赛规模相适应的竞赛场地。
（二）竞赛场地平整、明亮、通风良好，每个竞赛工位配备赛项平台1套，凳子3张，电脑2台，U盘1个，专用工具1套，安全帽3个。
（三）单个竞赛赛位面积35m2（5m×
7m），标明竞赛赛位号码，有明显区域划分。
（四）每个竞赛工位提供380V-10kW供电，电脑供电电路提供UPS。
有条件的情况下每个竞赛工位提供稳定的气源接口，压力不小于0.8MPa。
（五）为满足应用软件的使用和技术资料的查看，大赛现场每个竞赛工位提供2台计算机，最低性能规格如下：
1.处理器：
64位四核心，主频2.5GHz（Inteli5）
2.内存：
8GB
3.硬盘：
500GB
4.独立显卡：
Nvidia显示芯片，1500MHz频率，3GB显存（NvidiaGeForceGTX1050）
5.视频接口：
提供VGA和HDMI双视频输出接口
6.网络接口：
支持千兆以太网和WIFI
7.操作系统：
Windows10
8.其他要求：
内置光驱
9.应用软件：
安装Word2010或以上版本、PDF文件查看器正版软件、RobotArt工业机器人离线编程软件竞赛版、SIEMENSSIMATICSTEP7Basic编程软件、SIEMENSSIMATICWinCCProfessional编程软件。
10.技术资料：
技术平台配套的相关技术文档和手册说明。
（六）赛场规划参观通道，规划体验区域。
（七）赛场设置医疗站。
（八）赛场放置灭火器。
（九）赛场设置备用电源。
（十）赛场提供备用赛项竞赛平台1套。
九、技术规范
赛项参考装备制造大类中机械设计制造类、机电设备类、汽车制造类和电子信息大类中电子信息类、计算机类相关专业的教学标准和专业课程标准，对接教学实施内容。
（一）相关知识与技能
1.机械装配与电气调试
2.机械装配制造技术
3.工业工程技术
4.数控加工技术
5.气动控制技术
6.传感器及智能视觉检测
7.PLC控制及应用
8.机电一体化技术
9.工业机器人技术
10.工业网络技术
11.智能控制技术
12.结构化编程及虚拟仿真技术
13.软件工程技术
14.云服务与移动互联网技术
15.大数据分析及计算技术
（二）职业标准
1.机械设备安装工国家职业标准（职业编码6-23-10-01）
2.电气设备安装工国家职业标准（职业编码6-23-10-02）
3.可编程序控制系统设计师国家职业标准（职业编码X2-02-13-10）
4.计算机程序设计员国家职业标准（职业编码X2-02-13-06）
（三）技术标准
1.机床数控系统通用技术条件JB/T8832.1-2001
2.工业控制系统信息安全GB/T30976.1-30976.2
3.工业机器人坐标系和运动命名原则GB/T16977-2005
4.工业机器人编程和操作图形用户接口GB/T19399-2003
5.工业机器人安全规范GB11291-1997
6.工业机器人通用技术标准GB/T14284-1993
7.电气设备用图形符号GB/T5465.2-1996
8.机械安全机械电气设备第1部分GB5226.1-2002
9.基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行规-PROFIsafeGB/Z20830-2007
10.工业通信网络现场总线规范第2部分:
物理层规范和服务定义GB/T16657.2-2008
11.工业通信网络现场总线规范类型10:
PROFINETIO规范第3部分:
PROFINETIO通信行规GB/Z25105.3-2010
12.制造业信息化技术术语GB/T18725-2008
13.教学仪器设备安全要求总则GB21746-2008
14.教学仪器设备安全要求仪器和零部件的基本要求GB21748-2008
十、技术平台
（一）竞赛平台功能概述
制造单元智能化改造与集成技术赛项竞赛平台采用北京华航唯实机器人科技股份有限公司提供的CHL-DS-11型智能制造单元系统集成应用平台作为竞赛平台，如图2所示，以汽车行业的轮毂为产品对象，如图3所示，实现了仓库取料、制造加工、打磨抛光、检测识别、分拣入位等生产工艺环节，以未来智能制造工厂的定位需求为参考，通过工业以太网完成数据的快速交换和流程控制，采用PLC实现灵活的现场控制结构和总控设计逻辑，利用MES系统采集所有设备的运行信息和工作状态，融合大数据实现工艺过程的实时调配和智能控制，借助云网络体现系统运行状态的远程监控。
竞赛平台以模块化设计为原则，每个单元间安装在可自由移动的独立台架上，布置远程IO模块通过工业以太网实现信号监控和控制协调，用以满足不同的工艺流程要求和功能实现，充分体现出系统集成的功耗、效率及成本特性。
每个单元的四边均可以与其他单元进行拼接，根据工序顺序，自由组合成适合不同功能要求的布局形式。
图2智能制造单元系统集成平台
图3轮毂产品
借助RobotArt工业机器人离线编程软件竞赛版，可以在三维虚拟环境中模拟搭建布局结构，仿真动作过程，验证各单元间的配合相关度，提高工作效率体现智能设计，如图4所示。
图4RobotArt工业机器人离线编程软件竞赛版
（二）竞赛设备单元介绍
竞赛平台集成了智能仓储物流、工业机器人、数控加工、智能检测等模块，利用物联网、工业以太网实现信息互联，依托MES系统实现数据采集与可视化，接入云端借助数据服务实现一体化联控，以满足产品（汽车轮毂）的定制化生产制造。
执行单元是产品在各个单元间转换和定制加工的执行终端，是应用平台的核心单元，由工作台、工业机器人、平移滑台、快换模块法兰端、远程IO模块等组件构成，如图5所示。
工业机器人选用知名品牌的桌面级小型工业机器人，六自由度可使其在工作空间内自由活动，完成以不同姿态拾取零件或加工；
平移滑台作为工业机器人扩展轴，扩大了工业机器人的可达工作空间，可以配合更多的功能单元完成复杂的工艺流程；
平移滑台的运动参数信息，如速度、位置等，由工业机器人控制器通过现场IO信号传输给PLC，从而控制伺服电机实现线性运动；
快换模块法兰端安装在工业机器人末端法兰上，可与快换模块工具端匹配，实现工业机器人工具的自动更换；
执行单元的流程控制信号由远程IO模块通过工业以太网与总控单元实现交互。
图5执行单元
工具单元用于存放不同功用的工具是执行单元的附属单元，由工作台、工具架、工具、示教器支架等组件构成，如图6所示。
工业机器人可通过程序控制到指定位安装或释放工具；
工具单元提供了7种不同类型的工具，每种工具均配置了快换模块工具端，可以与快换模块法兰端匹配。
图6工具单元
仓储单元用于临时存放零件，是应用平台的功能单元，由工作台、立体仓库、远程IO模块等组件构成，如图7所示。
立体仓库为双层六仓位结构，每个仓位可存放一个零件；
仓位托板可推出，方便工业机器人以不用方式取放零件；
每个仓位均设置有传感器和指示灯，可检测当前仓位是否存放有零件并将状态显示出来；
仓储单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。
图7仓储单元
加工单元可对零件表面指定位置进行雕刻加工，是应用平台的功能单元，由工作台、数控机床、刀库、数控系统、远程IO模块等组件构成，如图8所示。
数控机床为典型三轴铣床结构，采用轻量化设计，可实现小范围高精度加工，加工动作由数控系统控制；
实现最佳表面质量和高速、高精加工的和谐统一，并此基础上，使数控系统的使用更加便捷，是面向中高档数控机床配套的数控产品。
828D系统集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，支持车、铣两种工艺应用，基于80位浮点数的纳米计算精度充分保证了控制的精确性。
828D系统提供的图形编程既包括传统的G指令，也包括最新的指导性编程，用户可以根据指导一步步按自定义的步骤进行，简单、快捷。
此外，它还支持多种编程方式，包括灵活的编程向导，高效的“ShopMill/ShopTurn”工步式编程和全套的工艺循环，可以满足从大批量生产到单个工件加工的编程需要，在显著缩短编程时间的同时确保最佳工件精度。
刀库采用虚拟化设计，利用屏幕显示模拟换刀动作和当前刀具信息，刀库控制信号由数控系统提供，与真实刀库完全相同；
数控系统选用工业及、市场占有率高、使用范围广的高性能产品，保证与真实机床的完全一致性操作；
加工单元的流程控制信号由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。
图8加工单元
打磨单元是完成对零件表面打磨过程中的工装治具，是应用平台的功能单元，由工作台、打磨工位、旋转工位、翻转工装、吹屑工位、防护罩、远程IO模块等组件构成，如图9所示。
打磨工位可准确定位零件并稳定夹持，是实现打磨加工的主要工位；
旋转工位可在准确固定零件的同时带动零件实现180°
沿其轴线旋转，方便切换打磨加工区域；
翻转工装在无需执行单元的参与下，实现零件在打磨工位和旋转工位的转移，并完成零件的翻面；
吹屑工位可以实现在零件完成打磨工序后吹除碎屑功能；
打磨单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。
图9打磨单元
检测单元可根据不同需求完成对零件进行检测、识别功能，是应用平台的功能单元，由工作台、智能视觉、光源、结果显示器等组件构成，如图10所示。
智能视觉可根据不同的程序设置，实现条码识别、形状匹配、颜色检测、尺寸测量等功能，操作过程和结果通过结果显示器显示；
检测单元的程序选择、检测执行和结果输出通过工业以太网传输到执行单元的工业机器人，并由其将结果信息传递到总控单元从而决定后续工作流程。
图10检测单元
分拣单元可根据程序实现对不同零件的分拣动作，是应用平台的功能单元，由工作台、传输带、分拣机构、分拣工位、远程IO模块等组件构成，如图11所示。
传输带可将放置到起始位的零件传输到分拣机构前；
分拣机构根据程序要求在不同位置拦截传输带上的零件，并将其推入指定的分拣工位；
分拣工位可通过定位机构实现对滑入零件准确定位，并设置有传感器检测当前工位是否存有零件；
分拣单元共有三个分拣工位，每个工位可存放一个零件；
分拣单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。
图11分拣单元
总控单元是各单元程序执行和动作流程的总控制端，是应用平台的核心单元，由工作台、控制模块、操作面板、电源模块、气源模块、显示终端、移动终端等组件构成，如图12所示。
控制模块由两个PLC和工业交换机构成，PLC通过工业以太网与各单元控制器和远程IO模块实现信息交互，用户可根据需求自行编制程序实现流程功能；
操作面板提供了电源开关、急停开关和自定义按钮；
应用平台其他单元的电、气均由总控单元提供，通过所提供的线缆实现快速连接；
显示终端用于MES系统的运行展示，可对应用平台实现信息监控、流程控制、订单管理等功能，如图13所示；
移动终端中运行有远程监控程序，MES系统会实时将应用平台信息传输到云数据服务器，移动终端可利用移动互联网对云数据服务器中的数据进行图形化、表格化显示，实现远程监控。
图12总控单元
图13MES系统画面
（三）竞赛平台主要设备参数
表2赛项推荐竞赛平台参数规格
序号
名称
竞赛平台规格参数
数量
1
执行单元
工业机器人×
1）六自由度串联关节桌面型工业机器人；
2）工作范围580mm；
3）有效荷重3kg，手臂荷重0.3kg；
4）手腕设有10路集成信号源，4路集成气源；
5）重复定位精度0.01mm；
6）防护等级IP30；
7）轴1旋转，工作范围+165°
~-165°
，最大速度250°
/s；
8）轴2手臂，工作范围+110°
~-110°
9）轴3手臂，工作范围+70°
~-90°
10）轴4手腕，工作范围+160°
~-160°
，最大速度320°
11）轴5弯曲，工作范围+120°
~-120°
12）轴6翻转，工作范围+400°
~-400°
，最大速度420°
13）1kg拾料节拍，25×
300×
25mm区域为0.58s，TCP最大速度6.2m/s，TCP最大加速度28m/s，加速时间0~1m/s为0.07s；
14）电源电压为200~600V，50/60Hz，功耗0.25kW；
15）本体重量25kg；
16）在工作台台面上布置有手动/自动模式切换旋钮、电机开启按钮及示教器接线接口，方便接线。
1台
工业机器人扩展IO模块×
1）支持DeviceNet总线通讯；
2）支持适配IO模块数量最多32个；
3）传输距离最大5000米，总线速率最大500kbps；
4）附带数字量输入模块2个，单模块8通道，输入信号类型PNP，输入电流典型值3mA，隔离耐压500V，隔离方式光耦隔离；
5）附带数字量输出模块3个，单模块8通道，输出信号类型源型，驱动能力500mA/通道，隔离耐压500V，隔离方式光耦隔离；
6）附带模拟量输出模
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