辽宁职业院校技能大赛高职组.docx
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辽宁职业院校技能大赛高职组
2019年辽宁省职业院校技能大赛(高职组)
“制造单元智能化改造与集成技术”赛项规程
一、赛项名称
制造单元智能化改造与集成技术
二、赛项编码
LNGZ2019-2-11
三、赛项目的
随着《中国制造2025》战略规划的推进,加快智能制造技术应用,是落实工业化和信息化深度融合、打造制造强国的重要措施,实现制造业转型升级的关键所在。
“制造单元智能化改造与集成技术”赛项为落实《制造业人才发展规划指南》,精准对接装备制造业重点领域人才需求,满足复合型技术技能人才的培养,支撑智能制造产业发展设置而成。
赛项旨在推动智能制造相关专业在人才培养模式、课程体系、教学条件、考核评价、师资队伍建设上的改革,提升高职院校适应先进制造业发展需求的实习实训条件。
本赛项针对传统制造生产系统向智能制造单元技术升级的实际问题,以智能制造技术应用为核心,以汽车零部件加工打磨检测工序的智能制造单元为背景,让选手实践从系统功能分析、系统集成设计、成本控制、布局规划到安装部署、编程调试、优化改进等完整的项目周期,考察参赛队的技术应用、技术创新和协调配合能力。
竞赛平台集成智能仓储物流、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,满足轮毂的定制化生产制造。
本赛项将极大地提升高职院校智能制造相关专业的人才培养质量,进一步推动智能制造技术的应用。
四、竞赛内容
本赛项以汽车行业轮毂的生产制造为背景,采用智能制造技术完成制造单元系统的改造与集成,充分体现“两化融合”对传统制造业升级改造的技术应用。
竞赛内容以智能制造单元的系统集成与应用为核心,将工业机器人、数控机床、立体仓库、智能传感等作为终端,利用工业网络将MES系统和PLC组成控制网络,结合云端数据服务实现远程监控和流程管控,完成“端—网—云”的集成。
竞赛过程中,选手通过方案设计、硬件搭建、系统集成与调试等任务,完成智能制造单元搭建,满足定制化的制造加工过程。
工业机器人从立体仓库拾取待加工轮毂,放置到数控机床中选择适当程序完成加工工序,工业机器人实现打磨抛光加工,利用传感器检测加工效果,MES系统对制造过程信息和设备状态实时采集和可视化,智能终端利用云端实现安全的制造数据远程监控和流程控制,优化工序流程提高生产效率。
该赛项采用团体比赛方式进行,三名参赛选手互相配合,协作完成竞赛任务。
各参赛队按照竞赛任务书的要求,在5小时内完成所有工作任务。
任务一系统集成方案设计
参考制造流程要求,细化完整的生产工艺路径,将工序内容与实现设备一一对应;在场地面积条件下,合理设计单元的布局形式,完成完整工序内容;根据工序流程和控制系统要求,确定控制网络结构;利用虚拟仿真软件,在三维环境中按照设计的布局形式,搭建硬件环境,规划功能单元的动作轨迹,仿真验证布局设计有效性。
任务二硬件搭建及电气接线
根据集成设计方案,将所选的功能单元按照布局规划拼接固定;根据功能要求,完成各单元的机械结构安装、电气传感器接线、气动控制线路连接、控制网络线路部署等内容;手动测试单元功能动作正确。
任务三制造单元的集成改造
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,实现工业机器人从立体仓库中拾取零件;对PLC、数控机床和工业机器人编程调试,实现工业机器人将待加工零件放入数控机床、选取指定加工程序、完成加工任务、取出零件;对PLC、工业机器人进行编程调试,实现对零件表面打磨加工;对PLC、工业机器人、视觉传感器进行编程调试,实现对零件产品加工结果的检测与判别;对PLC、工业机器人进行编程调试,根据视觉检测结果对零件进行分拣入位;对PLC编程调试,实现各单元完成所需功能动作。
任务四控制网络的集成调试
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。
任务五云端数据服务的调试
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。
任务六职业素养
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。
五、竞赛方式
(一)竞赛采用团体赛方式,不计选手个人成绩,统计参赛队的总成绩进行排序。
(二)竞赛队伍组成:
每支参赛队由3名比赛选手组成,参赛选手须为普通高等学校全日制在籍学生、本科院校中高职类全日制在籍学生、五年制高职四、五年级在籍学生,年龄须不超过25周岁,年龄计算的截止时间以比赛当年的5月1日为准。
每校设领队1名,每队设指导教师2名。
(三)组织机构:
(四)竞赛采取多场次进行,由赛项执委会按照竞赛流程组织各领队参加公开抽签,确定各队参赛场次。
参赛队按照抽签确定的参赛时段分批次进入比赛场地参赛。
(五)赛场的赛位统一编制赛位号,参赛队比赛前30分钟到赛项指定地点接受检录,进场前15分钟抽签决定赛位号,抽签结束后,随即按照抽取的赛位号进场,然后在对应的赛位上完成竞赛规定的赛项任务。
六、竞赛流程
竞赛日期为2019年X月X日至2019年X月X日。
表1赛项竞赛时间安排
日期
时间
事项
参加人员
地点
第一天
15:
00~17:
00
参赛队报到
参赛队、工作人员
实训A楼1楼
17:
00~17:
30
选手会议
竞赛选手、裁判
教学A楼105
17:
30~18:
00
裁判、仲裁会议
裁判、仲裁
实训A楼105
17:
30~18:
00
熟悉赛场
参赛队、工作人员
实训B楼1楼
第二天
7:
00~7:
15
第一批参赛队检录
(2队)
参赛队、裁判组、工作人员
实训B楼1楼
7:
30~12:
30
第一批参赛队竞赛(2队)
参赛队、裁判组、工作人员
实训B楼1楼
12:
:
30~14:
00
裁判评分
竞赛设备恢复
裁判组、仲裁组、专家组
实训B楼1楼
14:
00~14:
15
第二批参赛队检录
(2队)
参赛队、裁判组、工作人员
实训B楼1楼
14:
30~19:
30
第二批参赛队竞赛(2队)
参赛队、裁判组、工作人员
实训B楼1楼
19:
30~21:
00
裁判评分
竞赛设备恢复
裁判组、仲裁组、专家组
实训B楼1楼
第三天
7:
00~7:
15
第三批参赛队检录
(1队)
参赛队、裁判组、工作人员
实训B楼1楼
7:
30~12:
30
第三批参赛队竞赛(1队)
裁判组、仲裁组、专家组
实训B楼1楼
12:
:
30~14:
00
裁判评分
竞赛设备恢复
裁判组、仲裁组、专家组
实训B楼1楼
实训B楼1楼
实训B楼1楼
实训B楼1楼
实训B楼1楼
实训B楼1楼
实训B楼1楼
注意:
实际比赛开始时间与结束时间以现场裁判宣布为准。
图1竞赛过程中详细流程
七、竞赛试题
(一)赛项执委会下设的赛项专家组负责本赛项赛题的编制工作。
(二)赛题编制遵从公开、公平、公正原则。
(三)采取公开赛题方式,于2019年3月10日在网络平台中公布。
八、竞赛规则
(一)所有人员在赛场内不得有影响其他选手完成工作任务的行为,参赛选手不允许未经现场裁判许可情况下随意离开竞赛赛位,使用文明用语,不得言语及人身攻击裁判和赛场工作人员。
(二)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,以确保参赛人身及设备安全。
参赛选手因个人误操作造成人身安全事故和设备故障时,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。
(三)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。
(四)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。
(五)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。
(六)参赛选手需自备无任何身份标识的工装服和工装鞋。
安全帽由赛项执委会提供,竞赛过程必须全程佩戴,不得随意脱下。
九、竞赛环境
1.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,操作桌1张,凳子3张。
2.单个竞赛工位面积不小于40m2(8m×5m),标明竞赛工位号码,有明显区域划分,如图2所示。
图2工位布局方式
3.每个竞赛工位提供380V-10kW供电,包含独立的电源保护装置和安全保护措施。
4.赛场设置医疗站。
5.赛场放置灭火器。
6.赛场设置备用电源。
一十、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)相关知识与技术技能
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
一十一、技术平台
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(以下简称应用平台),如图3所示,以汽车行业的轮毂为产品对象,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。
图3智能制造单元系统集成应用平台
借助RobotArt离线编程仿真软件,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4计算机辅助设计软件
表2赛项竞赛平台CHL-DS-11参数规格
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
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°,最大速度250°/s;
9)轴3手臂,工作范围+70°~-90°,最大速度250°/s;
10)轴4手腕,工作范围+160°~-160°,最大速度320°/s;
11)轴5弯曲,工作范围+120°~-120°,最大速度320°/s;
12)轴6翻转,工作范围+400°~-400°,最大速度420°/s;
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
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)附带模拟量输出模块1个,单模块4通道,输出电压0V~10V,负载能力>5kΩ,负载类型为阻性负载、容性负载,分辨率12位;
7)在工作台台面上布置有远程IO适配器的网络通信接口,方便接线。
工具快换模块法兰端×1
1)针对多关节机器人设计,使气管、信号确认线一次性自动装卸;
2)超硬铝材质,安装位置为机器手侧;
3)自重125g,可搬重量3kg;
4)锁紧力123N,张开力63N;
5)支持9路电信号(2A,DC24V)、6路气路连接。
平移滑台×1
1)有效工作行程700mm,有效负载重量50kg,额定运行速度15mm/s;
2)驱动方式为伺服电机经减速机减速后,通过同步带带动滚珠丝杠实现旋转运动变换到直线运动,由滚珠导轨导向滑动;
3)伺服电机额定输出400W,额定转矩1.3Nm,额定转速3000r/min,增量式17bit编码器,配套同品牌伺服驱动器,配套精密减速机,减速比1:
5;
4)滚珠丝杠直径25mm,导程5mm,全长990mm,配套自润滑螺母;
5)滚珠导轨共2个,宽度20mm,全长1240mm,每个导轨配套2个滑块;
6)直线导轨安装有防护罩,保护导轨和丝杠等零件,确保运行安全,配有拖链系统方便工业机器人线缆及其他连接线布线,外侧安装有长度标尺,可指示滑台当前位置。
PLC控制器×1:
1)工作存储器30KB,装载存储器1MB,保持性存储器10KB;
2)本体集成I/O,数字量8点输入/6点输出,模拟量2路输入;
3)过程映像大小为1024字节输入(I)和1024字节输出(Q);
4)位存储器为4096字节(M);
5)具备1个以太网通信端口,支持PROFINET通信;
6)实数数学运算执行速度2.3μs/指令,布尔运算执行速度0.08μs/指令;
7)扩展IO模块,数字量输入模块1个,输入点数16位,类型为源型/漏型,额定电压24VDC(4mA);
8)在工作台台面上布置有PLC的网络通信接口,方便接线。
远程IO模块×1
1)支持ProfiNet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100米(站站距离),总线速率最大100Mbps;
4)附带数字量输入模块3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2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)附带模拟量输入模块1个,单模块4通道,输入电压0V~10V,输入滤波可配置(1ms~10ms),输入阻抗>500kΩ,分辨率12位;
7)在工作台台面上布置有远程IO适配器的网络通信接口,方便接线。
工作台×1
1)铝合金型材结构,工作台式设计,台面可安装功能模块,底部柜体内可安装电气设备;
2)台面长1360mm,宽680mm,厚20mm;
3)底部柜体长1280mm,宽600mm,高700mm;
4)底部柜体四角安装有脚轮,轮片直径50mm,轮片宽度25mm,可调高度10mm;
5)工作台面合理布置有线槽,方便控制信号线和气路布线,且电、气分开;
6)底部柜体上端和下端四周安装有线槽,可方便电源线、气管和通信线布线;
7)底部柜体门板为快捷可拆卸设计,每个门板完全相同可互换安装。
2
工具单元
轮辐夹爪×1
1)三指夹爪,气动驱动,自动定心,可针对零件轮辐位置稳定夹持;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
1台
轮毂夹爪×1
1)三指夹爪,气动驱动,自动定心,可针对零件轮毂位置稳定夹持;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
轮辋内圈夹爪×1
1)三指夹爪,气动驱动,自动定心,可针对零件轮辋内圈位置稳定夹持;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
轮辋外圈夹爪×1
1)两指夹爪,气动驱动,自动定心,可针对零件轮辋外圈位置稳定夹持;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
吸盘夹爪×1
1)五位吸盘工具,可对零件轮辐的正面、反面表面稳定拾取;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
端面打磨工具×1
1)电动打磨工具,配有端面打磨头,可对零件表面进行打磨加工;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
侧面打磨工具×1
1)电动打磨工具,配有侧面打磨头,可对零件表面进行打磨加工;
2)配有工具快换模块工具端,与工具快换法兰端配套,自重45g,安装后厚度38mm。
工具支架×1
1)铝合金结构,可稳定支撑并定位所有工具;
2)提供7个工具摆放位置,位置标号清晰标示;
3)所有工具的定位方式相同,可互换位置,不影响正常使用。
示教器支架×1
1)与工业机器人示教器配套,可稳定安放,不易滑落;
2)配套线缆悬挂支架,方便线缆收放。
工作台×1
1)铝合金型材结构,工作台式设计,台面可安装功能模块,底部柜体内可安装电气设备;
2)台面长680mm,宽680mm,厚20mm;
3)底部柜体长600mm,宽600mm,高700mm;
4)底部柜体四角安装有脚轮,轮片直径50mm,轮片宽度25mm,可调高度10mm;
5)工作台面合理布置有线槽,方便控制信号线和气路布线,且电、气分开;
6)底部柜体上端和下端四周安装有线槽,可方便电源线、气管和通信线布线;
7)底部柜体门板为快捷可拆卸设计,每个门板完全相同可互换安装。
3
仓储单元
立体仓库×1
1)双层共6仓位,采用铝型材作为结构支撑;
2)每个仓位可存储1个轮毂零件;
3)仓位托盘可由气动推杆驱动推出缩回;
4)仓位托盘底部设置有传感器可检测当前仓位是否存有零件;
5)每个仓位具有红绿指示灯表明当前仓位仓储状态,并有明确标识仓位编号。
1台
远程IO模块×1
1)支持ProfiNet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100米(站站距离),总线速率最大100Mbps;
4)附带数字量输入模块3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4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)在工作台台面上布置有远程IO适配器的网络通信接口,方便接线。
轮毂零件×6
1)铝合金材质,五幅轮毂缩比零件;
2)轮辋直径102mm,最大外圈直径114mm,轮辋内圈直径88mm,轮毂直径28mm,整体厚度45mm,轮辐厚度16mm;
3)正面设计有可更换的数控加工耗材安装板,直径37mm,厚度8mm,塑料材质;
4)零件正面、反面均设计有定位槽、视觉检测区域、打磨加工区域和二维码标签位置。
工作台×1
1)铝合金型材结构,工作台式设计,台面可安装功能模块,底部柜体内可安装电气设备;
2)台面长680mm,宽680mm,厚20mm;
3)底部柜体长600mm,宽600mm,高700mm;
4)底部柜体四角安装有脚轮,轮片直径50mm,轮片宽度25mm,可调高度10mm;
5)工作台面合理布置有线槽,方便控制信号线和气路布线,且电、气分开;
6)底部柜体上端和下端四周安装有线槽,可方便电源线、气管和通信线布线;
7)底部柜体门板为快捷可拆卸设计,每个门板完全相同可互换安装。
4
加工单元
数控机床×1
1)典型三轴立式铣床结构,加工台面不动,主轴可实现X\Y\Z三轴加工运动;
2)主轴为风冷电主轴,转速24000r/min,额定功率0.8kW,轴端连接为ER11,可夹持3mm直径刀柄的刀具;
3)X轴有效行程240mm,最大运行速度30mm/s,3Nm高性能伺服电机驱动,通过同步带带动滚珠丝杠实现旋转运动变换到直线运动,由滚珠导轨导向滑动;
4)Y轴有效行程250mm,最大运行速度30mm/s,3Nm高性能伺服电机驱动,通过同步带带动滚珠丝杠实现旋转运动变换到直线运动,由滚珠导轨导向滑动;
5)Z轴有效行程180mm,最大运行速度30mm/s,3Nm高性能伺服电机驱动,带抱闸,通过同步带带动滚珠丝杠实现旋转运动变换到直线运动,由滚珠导轨导向滑动;
6)夹具采用气动驱动夹紧,缸径32mm,夹具可有气动驱动前后两端定位,方便上下料;
7)数控机床配有安全护栏,铝合金框架透明隔断,正面、背面均配有安全门,由气动驱动实现开启关闭。
1台
模拟刀库×1
1)模拟刀库采用虚拟化设计,由显示屏显示当前使用刀具信息和刀库工作状态;