（全国职业技能比赛：高职）GZ020生产单元数字化改造（师生同赛）赛题第3套.docx
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全国职业院校技能大赛
竞赛任务书
样题三
赛项名称：
生产单元数字化改造
英文名称：
Digitaltransformationofproductionunits
赛项组别：
高等职业教育（师生同赛）
赛项编号：
GZ020
2023年全国职业院校技能大赛高职组
“生产单元数字化改造”赛项（样题三）
选手须知：
1.任务书共11页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，并进行任务书的更换。
2.参赛队应在6小时内完成任务书规定内容。
3.任务书中只能填写竞赛相关信息，不得出现学校、姓名等与身份有关的信息或与竞赛过程无关的内容，否则成绩无效。
4.在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。
5.本赛程结束前，请选手自行备份项目程序及文件至“E:
\赛位号”文件夹。
6.由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正常继续比赛，将取消参赛队竞赛资格。
7.大赛提供的部分3D模型、器件手册及相关资料已存储到“E:
\资料”文件夹下。
竞赛场次：
第场赛位号：
第号
竞赛平台描述：
生产单元数字化改造竞赛平台是以数字化关键技术为核心，集成智能仓储、智能机器人、AMR自主移动机器人、智能视觉、SCADA系统监控、WMS系统、MES系统、数字孪生的综合应用单元。
竞赛平台参考示意图如图1所示。
图1竞赛平台布局参考示意图
其生产工艺参考流程为：
根据客户联接器生产任务定制需求，在MES系统中下发任务订单，由机器人完成订单指定物料的取料，AMR自主移动机器人将物料运送至智能装配区，智能机器人与智能视觉配合完成物料的检测与抓取，按照任务订单要求，完成定制产品的组装与检测，根据检测结果，放置到指定仓位。
生产任务执行过程中，实时采集仓位、智能机器人、AMR自主移动机器人、智能视觉、RFID等相关数据，通过数字孪生实现虚实结合，完成联接器装配。
联接器装配示意图如图2所示。
图2联接器装配示意图
任务一：
生产单元数字化改造方案设计（15%）
任务1.1生产单元功能规划及仿真验证
1.1.1根据生产工艺流程，绘制生产单元的工艺流程图，并生成PDF版本，以“赛位号+生产单元工艺流程图”为文件名，保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
1.1.2智能仓储仿真设计
（1）在已构建的数字孪生模型基础上标定模型位置，实现实物与数字孪生模型位置的1:
1布局，同时生成平面布局图，以“赛位号+智能仓储布局图”为文件名，并以PDF版本保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
（2）根据竞赛平台中提供的模型设置物理属性，创建运动属性，添加信号表。
（3）在仿真系统中控制智能仓储机器人的X轴、Y轴、Z轴位置运动。
1.1.3生产单元系统仿真测试
在数字孪生软件中配置通信和信号，将配置的通信信号与模型驱动接口建立映射。
编写PLC和触摸屏程序，通过PLC控制生产单元数字孪生模型，实现生产单元模型在软件中仿真测试。
（1）生产单元数字孪生模型的驱动接口与外部通信信号建立映射，实现数字孪生系统和PLC的数据交换。
（2）自行设计智能仓储虚拟仿真方案并实施测试，测试内容包括但不限于，通过触摸屏控制智能仓储机器人的X\Y\Z轴的移动，实现指定仓位取放料操作。
任务1.2生产数据采集方案规划设计
1.2.1根据生产工艺流程中对数据采集的要求，编制数据采集方案，需明确采集数据内容、智能硬件、通信协议、数据格式和通信链路，以“赛位号+数据采集方案”为文件名，并生成PDF版本保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
1.2.2根据采集方案，绘制生产单元网络拓扑图，并规划各硬件网络地址，以“赛位号+网络拓扑图（采集）”为文件名，并生成PDF版本保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
1.2.3数据库环境搭建及测试
（1）自行设计数据表格式。
（2）建立仓位、智能视觉、各机器人状态、RFID以及能耗数据变量，通过调试助手工具完成数据库的通信测试。
任务1.3网络部署方案设计
1.3.1基于网络安全和工业云平台数据应用，绘制基于防火墙和工业网关的网络拓扑图，以“赛位号+网络拓扑图（安全）”为文件名，并生成PDF版本保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
1.3.2能够对赛项设置的网络“攻击”行为实施数据分析、防护处置和网络管控，并填写《网络信息安全分析报告》，以“赛位号+网络信息安全分析报告”为文件名，并生成PDF版本保存在“E:
\赛位号”文件夹下。
（1）编制、使用网络安全工具软件检查并分析工业网络，找到可能的危险数据。
使用两台计算机，计算机1向计算机2发送三次数据，获取对应数据，以.pcapng格式进行保存，查看获取的数据信息，分析发送信息的时间和数据长度。
（2）基于网络监控与分析，追溯危险数据来源。
使用两台计算机，使用telnet明文传送方式，计算机1通过TCP协议向计算机2发送三条信息（信息内容裁判指定），计算机2获取对应数据，以.pcapng格式进行保存，查看获取的数据信息，分析计算机1的IP地址及计算机1发送的数据内容。
任务二：
生产单元智能化集成（10%）
任务2.1生产单元网络搭建
根据生产单元数字化改造方案设计的网络拓扑图，完成交换机、数据采集设备、生产单元设备软、硬件的网络连接及IP地址配置。
任务2.2生产单元网络通讯测试
根据生产单元设备软、硬件的网络连接及IP地址配置，测试网络通讯状态，显示同一局域网下所有网络设备IP地址。
任务2.3智能网关参数配置与数据采集
2.3.1根据系统网络结构的规划，完成智能网关的参数配置，使其与SCADA系统建立数据连接。
2.3.2通过智能网关能够采集生产单元电能的实时数据，并在智能网关的组态界面中能实时显示。
任务2.4智能仓储数据采集
2.4.1根据生产单元数字化改造计划，按照工艺流程，对智能仓储、SCADA系统进行程序的编写和调试。
2.4.2编写SCADA系统界面与PLC通讯，通过SCADA系统，远程监控设备相关数据，包括机器人各个轴的运行状态、仓库传感器状态等，实现数据可视化。
任务2.5构建AMR自主移动机器人环境地图
2.5.1在AMR自主移动机器人建图工具中，根据参考工艺流程控制其在竞赛单元场地运动，构建环境地图。
2.5.2在AMR自主移动机器人建图工具中，控制AMR自主移动机器人移动到相应工位，建立工位点并保存坐标数据。
设充电位为工位点1，智能装配出入库位为工位点2，智能仓储出库位（第2列）为工位点3，智能仓储入库位（第4列）为工位点4。
2.5.3测试AMR自主移动机器人的自主导航功能，在建图工具操作界面中，利用“移动任务”功能，控制移动机器人自主地从工位点2移动至工位点3。
任务2.6防火墙配置与安全策略设置
2.6.1通过防火墙管理界面，将其GE2端口配置为外网接口、GE1端口配置为内网接口、GE3端口配置为SCADA系统端口。
2.6.2配置防火墙安全策略，实现外网设备通过外网接口不能访问SCADA系统，SCADA系统通过内网接口能够访问外网设备。
任务三：
生产单元功能开发与测试（30%）
任务3.1智能仓储功能开发与测试
3.1.1智能仓储区机器人各轴功能调试
（1）进行PLC程序编写与调试，通过触摸屏控制机器人各轴正反方向运动，并实时显示其位置信息。
（2）通过触摸屏手动控制机器人X轴、Y轴和Z轴的正反向运动，到达各轴对应方向的限位时，该轴自动停止运动。
3.1.2智能仓储入库功能调试
能够实现智能仓储的基本运动控制和状态显示，包含机器人各轴的复位、停止功能，显示机器人各轴的运行状态、限位和原点传感器状态、以及实时位置，显示智能仓储中有无托盘信息。
测试要求如下：
（1）编写智能仓储PLC和触摸屏程序，通过触摸屏中复位按钮完成各轴回原点操作。
（2）手动将载有工件的托盘放至入库信息读写位，通过触摸屏输入工件信息，RFID读写器将工件信息写入到工件托盘中。
工件信息编码规则如表1所示。
托盘信息编码规则
数组
数组1
数组2
数组3
数组4
数组5
数组6
名称
场次
工件1信息
工件2信息
工件3信息
仓位号
零件状态
参数
01
02
03
04
05
0:
无
1:
黑色
2:
红色
0:
无
1:
黑色
2:
红色
0:
无
1:
黑色
2:
红色
01
02
03
04
....
01：
待装配
02：
装配合格
03：
装配不合格
表1：
工件信息编码规则
（3）通过触摸屏控制机器人运动，将写入工件信息的物料托盘运送至4号仓位（第一行第四列），到位后仓位指示灯亮白色，运行过程中，触摸屏界面上实时显示机器人和仓位数据变化（包含机器人各轴的运行状态、限位和原点传感器状态、以及实时位置，显示智能仓储中有无托盘信息）。
3.1.3智能仓储移库功能调试
（1）手动在1号仓位（第一行第一列），放置一个空托盘。
（2）在触摸屏上输入当前仓位（1号仓位）和目标仓位（8号仓位），点击“移库”按钮，机器人将1号仓位的空托盘取出，放置于8号仓位（第二行第三列）。
任务3.2智能装配功能开发与测试
3.2.1在触摸屏上点击按钮，启动智能机器人，观察界面上机器人运行速度、坐标等数据变化状态。
3.2.2启动传输检测模块，参赛选手依次手动放入托盘，托盘中分别放置件1、件2和件3各1个工件，位置随机放置。
3.2.3编写PLC与智能视觉程序，将智能视觉坐标系转换成机器人坐标系，通过触摸屏显示机器人坐标系中抓取工件坐标值，把识别结果传输给PLC。
3.2.4PLC传输智能视觉识别的数据给智能机器人（颜色、种类、工件坐标），智能机器人根据PLC传输的数据，抓取识别后的工件，智能机器人将抓取工件，放置到装配检测区然后回到原位。
3.2.5在智能机器人运行过程中，通过触发安全光栅，实现智能机器人暂停功能。
3.2.6编写PLC与智能机器人程序，在触摸屏显示，智能机器人状态分为待机、运行、抓取错误等状态。
任务四：
生产单元信息化技术集成（10%）
任务4.1WMS系统的信息化集成
4.1.1完成WMS系统的部署和配置，使其与智能仓储的PLC进行通讯，并实时显示通讯状态（在线或离线）。
4.1.2编写PLC和触摸屏等程序，通过WMS系统的产品入库界面，根据裁判要求，控制机器人自动进行3个指定仓位的产品入库。
4.1.3编写PLC和触摸屏等程序，通过WMS系统的盘点管理界面下发仓位排序盘点指令，机器人依次对各仓位进行盘点，根据仓位号由小到大排序，并将仓位信息实时同步到WMS系统的盘点管理界面。
任务4.2SCADA系统信息化集成
4.2.1SCADA系统配置和界面制作，使其与智能装配的PLC进行通讯，并实时显示通讯状态（在线或离线）。
4.2.2完成SCADA系统智能装配工作站的智能机器人监控界面，并实时显示智能机器人的运行速度、运行模式和报警状态。
4.2.3完成SCADA系统智能装配工作站的装配流程监控界面制作，并实时显示智能装配工作站的装配步骤、装配合格数量和装配不合格数量。
任务4.3MES系统的信息化集成
4.3.1完成MES系统配置和变量解析，使其与智能仓储的PLC进行通讯，并实时显示通讯状态（在线或离线）。
4.3.2完成MES系统的产品出库界面数据的变量解析，通过制作MES产品出库界面，选择出库信息，控制机器人自动进行指定产品出库。
4.3.3完成MES系统中AMR自主移动机器人运行界面数据的变量解析，实时显示AMR自主移动机器人的电池电量、当前坐标X、当前坐标Y、旋转角度、运行模式、充电状态等当前状态。
任务五：
生产单元运行生产（15%）
任务5.1基于MES系统的生产与管控
根据客户联接器生产任务定制需求，在MES系统中下发任务订单，由机器人完成订单指定物料的取料，AMR自主移动机器人将物料运送至智能装配区，智能机器人与智能视觉配合完成任意位置物料的检测与抓取，按照任务订单要求，完成定制产品的组装与检测，根据检测结果，放置到指定仓位。
任务5.2基于MES系统的设备管理
生产任务执行过程中，实时采集仓位、智能机器人、AMR自主移动机器人、RFID等相关数据，并在MES看板中显示。
5.2.1看板显示设备状态
（1）实时显示AMR自主移动机器人状态。
（2）实时显示智能仓储设备状态。
5.2.2看板显示仓位管理状态
（1）实时显示看板显示仓位信息。
（2）看板显示工件信息跟踪，实时跟踪工件状态信息。
任务5.3数字孪生系统虚实联动
在已构建的数字孪生模型基础上标定模型位置，实现实物与数字孪生模型位置的1:
1布局。
在提供的虚拟仿真软件中，完善智能机器人、智能仓储、AMR自主移动机器人、智能装配和智能视觉区动作属性。
虚拟工作站系统各部分位置应与实物布局有一定对应关系。
测试要求如下：
（1）基于生产单元数字孪生系统开放的通信协议，在数字孪生软件中配置通信和信号，将配置的通信信号与模型驱动接口建立映射。
（2）基于MES系统的生产与管控，生产任务执行过程中，通过实时数据采集和数字孪生软件，实现虚实联动。
任务六：
生产单元数据应用（10%）
任务6.1根据4个以上生产订单的生产结果，完成智能网关配置并制作产品检验统计界面，实时统计和计算本次生产订单的订单号、各物料所用数量和装配质量结果（合格/不合格）。
订单号
件1数量
件2数量
件3数量
装配质量结果
1
任务6.2完成智能网关配置并开发AMR自主移动机器人统计界面，根据4个以上生产订单的AMR自主移动机器人运行速度和时间，生成柱状图，根据订单运行时间计算下次AMR自主移动机器人运行速度，并进行优化，提升工作效率。
任务6.3完成智能网关配置并设计自主移动机器人电量管理界面，根据生产订单的自主移动机器人用电量，生成曲线图，根据订单运行时间计算下次自主移动机器人充电时间。
任务七：
生产单元改造方案自评估（5%）
根据生产单元的数字化改造过程，完成生产单元数字化改造评估总结（含：
1.数字化单元改造设计的思路和特点；2.设计方案解决的关键技术问题；3.本单元数字化改造后的性能提升等内容）,以PDF版本保存《生产单元数字化改造评估总结报告》在“E:
\赛位号”文件夹下。
任务八：
职业素养（5%）
考查选手操作过程中的安全规范；设备、工具仪器使用情况；卫生清洁情况；穿戴规范；工作纪律，文明礼貌等。
由现场裁判进行过程记录、现场评分、选手确认。
在任务施工过程中正确选择工具，安全可靠的使用工具，设备安装稳固、部件均匀排布、行列对齐、间距相等、整齐美观；布线合理、所有线都装入线槽。
施工完成后需对地板卫生进行打扫、对桌面进行整理、对工具设备进行还原。
任务要求如下：
1.赛位区域地板、桌面等处卫生打扫。
2.使用的工具还原规整、设备摆放工整规整等。
3.工位设备安装整齐、设备部件均匀排布、布线合理美观等。
4.操作的安全规范。
5.着装规范。
6.资料归档完整。
7.现场工作纪律。
8.完成任务的计划性、条理性，以及遇到问题时的应对状况等。
11
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