GZ020 生產(chǎn)單元數(shù)字化改造（師生同賽）賽題第3套-2023年全國職業(yè)院校技能大賽擬設賽項賽題

全國職業(yè)院校技能大賽競賽任務書樣題三賽項名稱：生產(chǎn)單元數(shù)字化改造英文名稱：Digitaltransformationofproductionunits賽項組別：高等職業(yè)教育(師生同賽)賽項編號：GZ020年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“生產(chǎn)單元數(shù)字化改造”賽項（樣題三）選手須知：1.任務書共11頁，如出現(xiàn)任務書缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，并進行任務書的更換。2.參賽隊應在6小時內(nèi)完成任務書規(guī)定內(nèi)容。3.任務書中只能填寫競賽相關信息，不得出現(xiàn)學校、姓名等與身份有關的信息或與競賽過程無關的內(nèi)容，否則成績無效。4.在完成任務過程中，請及時保存程序及數(shù)據(jù)。5.本賽程結束前，請選手自行備份項目程序及文件至“E:\賽位號”文件夾。6.由于參賽選手人為原因?qū)е赂傎愒O備損壞，以致無法正常繼續(xù)比賽，將取消參賽隊競賽資格。7.大賽提供的部分3D模型、器件手冊及相關資料已存儲到“E:\資料”文件夾下。競賽場次：第場賽位號：第號

競賽平臺描述：生產(chǎn)單元數(shù)字化改造競賽平臺是以數(shù)字化關鍵技術為核心，集成智能倉儲、智能機器人、AMR自主移動機器人、智能視覺、SCADA系統(tǒng)監(jiān)控、WMS系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、數(shù)字孿生的綜合應用單元。競賽平臺參考示意圖如圖1所示。圖1競賽平臺布局參考示意圖其生產(chǎn)工藝參考流程為：根據(jù)客戶聯(lián)接器生產(chǎn)任務定制需求，在MES系統(tǒng)中下發(fā)任務訂單，由機器人完成訂單指定物料的取料，AMR自主移動機器人將物料運送至智能裝配區(qū)，智能機器人與智能視覺配合完成物料的檢測與抓取，按照任務訂單要求，完成定制產(chǎn)品的組裝與檢測，根據(jù)檢測結果，放置到指定倉位。生產(chǎn)任務執(zhí)行過程中，實時采集倉位、智能機器人、AMR自主移動機器人、智能視覺、RFID等相關數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生實現(xiàn)虛實結合，完成聯(lián)接器裝配。聯(lián)接器裝配示意圖如圖2所示。圖2聯(lián)接器裝配示意圖任務一：生產(chǎn)單元數(shù)字化改造方案設計（15%）任務1.1生產(chǎn)單元功能規(guī)劃及仿真驗證1.1.1根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，繪制生產(chǎn)單元的工藝流程圖，并生成PDF版本，以“賽位號+生產(chǎn)單元工藝流程圖”為文件名，保存在“E:\賽位號”文件夾下。1.1.2智能倉儲仿真設計（1）在已構建的數(shù)字孿生模型基礎上標定模型位置，實現(xiàn)實物與數(shù)字孿生模型位置的1:1布局，同時生成平面布局圖，以“賽位號+智能倉儲布局圖”為文件名，并以PDF版本保存在“E:\賽位號”文件夾下。（2）根據(jù)競賽平臺中提供的模型設置物理屬性，創(chuàng)建運動屬性，添加信號表。（3）在仿真系統(tǒng)中控制智能倉儲機器人的X軸、Y軸、Z軸位置運動。1.1.3生產(chǎn)單元系統(tǒng)仿真測試在數(shù)字孿生軟件中配置通信和信號，將配置的通信信號與模型驅(qū)動接口建立映射。編寫PLC和觸摸屏程序，通過PLC控制生產(chǎn)單元數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)生產(chǎn)單元模型在軟件中仿真測試。（1）生產(chǎn)單元數(shù)字孿生模型的驅(qū)動接口與外部通信信號建立映射，實現(xiàn)數(shù)字孿生系統(tǒng)和PLC的數(shù)據(jù)交換。（2）自行設計智能倉儲虛擬仿真方案并實施測試，測試內(nèi)容包括但不限于，通過觸摸屏控制智能倉儲機器人的X\Y\Z軸的移動，實現(xiàn)指定倉位取放料操作。任務1.2生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方案規(guī)劃設計1.2.1根據(jù)生產(chǎn)工藝流程中對數(shù)據(jù)采集的要求，編制數(shù)據(jù)采集方案，需明確采集數(shù)據(jù)內(nèi)容、智能硬件、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和通信鏈路，以“賽位號+數(shù)據(jù)采集方案”為文件名，并生成PDF版本保存在“E:\賽位號”文件夾下。1.2.2根據(jù)采集方案，繪制生產(chǎn)單元網(wǎng)絡拓撲圖，并規(guī)劃各硬件網(wǎng)絡地址，以“賽位號+網(wǎng)絡拓撲圖（采集）”為文件名，并生成PDF版本保存在“E:\賽位號”文件夾下。1.2.3數(shù)據(jù)庫環(huán)境搭建及測試（1）自行設計數(shù)據(jù)表格式。（2）建立倉位、智能視覺、各機器人狀態(tài)、RFID以及能耗數(shù)據(jù)變量，通過調(diào)試助手工具完成數(shù)據(jù)庫的通信測試。任務1.3網(wǎng)絡部署方案設計1.3.1基于網(wǎng)絡安全和工業(yè)云平臺數(shù)據(jù)應用，繪制基于防火墻和工業(yè)網(wǎng)關的網(wǎng)絡拓撲圖，以“賽位號+網(wǎng)絡拓撲圖（安全）”為文件名，并生成PDF版本保存在“E:\賽位號”文件夾下。1.3.2能夠?qū)愴椩O置的網(wǎng)絡“攻擊”行為實施數(shù)據(jù)分析、防護處置和網(wǎng)絡管控，并填寫《網(wǎng)絡信息安全分析報告》，以“賽位號+網(wǎng)絡信息安全分析報告”為文件名，并生成PDF版本保存在“E:\賽位號”文件夾下。（1）編制、使用網(wǎng)絡安全工具軟件檢查并分析工業(yè)網(wǎng)絡，找到可能的危險數(shù)據(jù)。使用兩臺計算機，計算機1向計算機2發(fā)送三次數(shù)據(jù)，獲取對應數(shù)據(jù)，以.pcapng格式進行保存，查看獲取的數(shù)據(jù)信息，分析發(fā)送信息的時間和數(shù)據(jù)長度。（2）基于網(wǎng)絡監(jiān)控與分析，追溯危險數(shù)據(jù)來源。使用兩臺計算機，使用telnet明文傳送方式，計算機1通過TCP協(xié)議向計算機2發(fā)送三條信息（信息內(nèi)容裁判指定），計算機2獲取對應數(shù)據(jù)，以.pcapng格式進行保存，查看獲取的數(shù)據(jù)信息，分析計算機1的IP地址及計算機1發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。任務二：生產(chǎn)單元智能化集成（10%）任務2.1生產(chǎn)單元網(wǎng)絡搭建根據(jù)生產(chǎn)單元數(shù)字化改造方案設計的網(wǎng)絡拓撲圖，完成交換機、數(shù)據(jù)采集設備、生產(chǎn)單元設備軟、硬件的網(wǎng)絡連接及IP地址配置。任務2.2生產(chǎn)單元網(wǎng)絡通訊測試根據(jù)生產(chǎn)單元設備軟、硬件的網(wǎng)絡連接及IP地址配置，測試網(wǎng)絡通訊狀態(tài)，顯示同一局域網(wǎng)下所有網(wǎng)絡設備IP地址。任務2.3智能網(wǎng)關參數(shù)配置與數(shù)據(jù)采集2.3.1根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的規(guī)劃，完成智能網(wǎng)關的參數(shù)配置，使其與SCADA系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)連接。2.3.2通過智能網(wǎng)關能夠采集生產(chǎn)單元電能的實時數(shù)據(jù)，并在智能網(wǎng)關的組態(tài)界面中能實時顯示。任務2.4智能倉儲數(shù)據(jù)采集2.4.1根據(jù)生產(chǎn)單元數(shù)字化改造計劃，按照工藝流程，對智能倉儲、SCADA系統(tǒng)進行程序的編寫和調(diào)試。2.4.2編寫SCADA系統(tǒng)界面與PLC通訊，通過SCADA系統(tǒng)，遠程監(jiān)控設備相關數(shù)據(jù)，包括機器人各個軸的運行狀態(tài)、倉庫傳感器狀態(tài)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。任務2.5構建AMR自主移動機器人環(huán)境地圖2.5.1在AMR自主移動機器人建圖工具中，根據(jù)參考工藝流程控制其在競賽單元場地運動，構建環(huán)境地圖。2.5.2智能倉儲第一列處為8號接駁點，智能倉儲第二列處為7號接駁點，智能倉儲第三列處為6號接駁點，智能倉儲第四列處為5號接駁點，智能倉儲第五列處為4號接駁點，智能倉儲入庫信息讀寫位處為3號接駁點，起始點處為1號，智能視覺區(qū)為2號接駁點。在環(huán)境地圖中設置導航點，設置合理的“起始點”(導航點1)；在“智能倉儲”第4列出庫點附近設置合理的導航點(導航點5)；在“智能視覺區(qū)”的上料區(qū)一側，設置合理的導航點(導航點2)。2.5.3測試AMR自主移動機器人的自主導航功能，在建圖工具操作界面中，利用“坐標導航”功能，控制移動機器人自主地從導航點1移動至導航點5。任務2.6防火墻配置與安全策略設置2.6.1通過防火墻管理界面，將其GE2端口配置為外網(wǎng)接口、GE1端口配置為內(nèi)網(wǎng)接口、GE3端口配置為SCADA系統(tǒng)端口。2.6.2配置防火墻安全策略，實現(xiàn)外網(wǎng)設備通過外網(wǎng)接口不能訪問SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)通過內(nèi)網(wǎng)接口能夠訪問外網(wǎng)設備。任務三：生產(chǎn)單元功能開發(fā)與測試（30%）任務3.1智能倉儲功能開發(fā)與測試3.1.1智能倉儲區(qū)機器人各軸功能調(diào)試（1）進行PLC程序編寫與調(diào)試，通過觸摸屏控制機器人各軸正反方向運動，并實時顯示其位置信息。（2）通過觸摸屏手動控制機器人X軸、Y軸和Z軸的正反向運動，到達各軸對應方向的限位時，該軸自動停止運動。3.1.2智能倉儲入庫功能調(diào)試能夠?qū)崿F(xiàn)智能倉儲的基本運動控制和狀態(tài)顯示，包含機器人各軸的復位、停止功能，顯示機器人各軸的運行狀態(tài)、限位和原點傳感器狀態(tài)、以及實時位置，顯示智能倉儲中有無托盤信息。測試要求如下：（1）編寫智能倉儲PLC和觸摸屏程序，通過觸摸屏中復位按鈕完成各軸回原點操作。（2）手動將載有工件的托盤放至入庫信息讀寫位，通過觸摸屏輸入工件信息，RFID讀寫器將工件信息寫入到工件托盤中。工件信息編碼規(guī)則如表1所示。托盤信息編碼規(guī)則數(shù)組數(shù)組1數(shù)組2數(shù)組3數(shù)組4數(shù)組5數(shù)組6名稱場次工件1信息工件2信息工件3信息倉位號零件狀態(tài)參數(shù)01020304050:無1:黑色2:紅色0:無1:黑色2:紅色0:無1:黑色2:紅色0102030401：待裝配02：裝配合格03：裝配不合格表1：工件信息編碼規(guī)則（3）通過觸摸屏控制機器人運動，將寫入工件信息的物料托盤運送至4號倉位（第一行第四列），到位后倉位指示燈亮白色，運行過程中，觸摸屏界面上實時顯示機器人和倉位數(shù)據(jù)變化（包含機器人各軸的運行狀態(tài)、限位和原點傳感器狀態(tài)、以及實時位置，顯示智能倉儲中有無托盤信息）。3.1.3智能倉儲移庫功能調(diào)試（1）手動在1號倉位(第一行第一列)，放置一個空托盤。（2）在觸摸屏上輸入當前倉位（1號倉位）和目標倉位（8號倉位），點擊“移庫”按鈕，機器人將1號倉位的空托盤取出，放置于8號倉位(第二行第三列)。任務3.2智能裝配功能開發(fā)與測試3.2.1在觸摸屏上點擊按鈕，啟動智能機器人，觀察界面上機器人運行速度、坐標等數(shù)據(jù)變化狀態(tài)。3.2.2啟動傳輸檢測模塊，參賽選手依次手動放入托盤，托盤中分別放置件1、件2和件3各1個工件，位置隨機放置。3.2.3編寫PLC與智能視覺程序，將智能視覺坐標系轉(zhuǎn)換成機器人坐標系，通過觸摸屏顯示機器人坐標系中抓取工件坐標值，把識別結果傳輸給PLC。3.2.4PLC傳輸智能視覺識別的數(shù)據(jù)給智能機器人（顏色、種類、工件坐標），智能機器人根據(jù)PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，抓取識別后的工件，智能機器人將抓取工件，放置到裝配檢測區(qū)然后回到原位。3.2.5在智能機器人運行過程中，通過觸發(fā)安全光柵，實現(xiàn)智能機器人暫停功能。3.2.6編寫PLC與智能機器人程序，在觸摸屏顯示，智能機器人狀態(tài)分為待機、運行、抓取錯誤等狀態(tài)。任務四：

生產(chǎn)單元信息化技術集成(10%)任務4.1WMS系統(tǒng)的信息化集成4.1.1完成WMS系統(tǒng)的部署和配置，使其與智能倉儲的PLC進行通訊，并實時顯示通訊狀態(tài)（在線或離線）。4.1.2編寫PLC和觸摸屏等程序，通過WMS系統(tǒng)的產(chǎn)品入庫界面，根據(jù)裁判要求，控制機器人自動進行3個指定倉位的產(chǎn)品入庫。4.1.3編寫PLC和觸摸屏等程序，通過WMS系統(tǒng)的盤點管理界面下發(fā)倉位排序盤點指令，機器人依次對各倉位進行盤點，根據(jù)倉位號由小到大排序，并將倉位信息實時同步到WMS系統(tǒng)的盤點管理界面。任務4.2SCADA系統(tǒng)信息化集成4.2.1SCADA系統(tǒng)配置和界面制作，使其與智能裝配的PLC進行通訊，并實時顯示通訊狀態(tài)（在線或離線）。4.2.2完成SCADA系統(tǒng)智能裝配工作站的智能機器人監(jiān)控界面，并實時顯示智能機器人的運行速度、運行模式和報警狀態(tài)。4.2.3完成SCADA系統(tǒng)智能裝配工作站的裝配流程監(jiān)控界面制作，并實時顯示智能裝配工作站的裝配步驟、裝配合格數(shù)量和裝配不合格數(shù)量。任務4.3MES系統(tǒng)的信息化集成4.3.1完成MES系統(tǒng)配置和變量解析，使其與智能倉儲的PLC進行通訊，并實時顯示通訊狀態(tài)（在線或離線）。4.3.2完成MES系統(tǒng)的產(chǎn)品出庫界面數(shù)據(jù)的變量解析，通過制作MES產(chǎn)品出庫界面，選擇出庫信息，控制機器人自動進行指定產(chǎn)品出庫。4.3.3完成MES系統(tǒng)中AMR自主移動機器人運行界面數(shù)據(jù)的變量解析，實時顯示AMR自主移動機器人的電池電量、當前坐標X、當前坐標Y、旋轉(zhuǎn)角度、運行模式、充電狀態(tài)等當前狀態(tài)。任務五：生產(chǎn)單元運行生產(chǎn)（15%）任務5.1基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)與管控根據(jù)客戶聯(lián)接器生產(chǎn)任務定制需求，在MES系統(tǒng)中下發(fā)任務訂單，由機器人完成訂單指定物料的取料，AMR自主移動機器人將物料運送至智能裝配區(qū)，智能機器人與智能視覺配合完成任意位置物料的檢測與抓取，按照任務訂單要求，完成定制產(chǎn)品的組裝與檢測，根據(jù)檢測結果，放置到指定倉位。任務5.2基于MES系統(tǒng)的設備管理生產(chǎn)任務執(zhí)行過程中，實時采集倉位、智能機器人、AMR自主移動機器人、RFID等相關數(shù)據(jù)，并在MES看板中顯示。5.2.1看板顯示設備狀態(tài)（1）實時顯示AMR自主移動機器人狀態(tài)。（2）實時顯示智能倉儲設備狀態(tài)。5.2.2看板顯示倉位管理狀態(tài)（1）實時顯示看板顯示倉位信息。（2）看板顯示工件信息跟蹤，實時跟蹤工件狀態(tài)信息。任務5.3數(shù)字孿生系統(tǒng)虛實聯(lián)動測試要求如下：（1）（2）基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)與管控，生產(chǎn)任務執(zhí)行過程中，通過實時數(shù)據(jù)采集和數(shù)字孿生軟件，實現(xiàn)虛實聯(lián)動。任務六：生產(chǎn)單元數(shù)據(jù)應用（10%）任務6.1根據(jù)4個以上生產(chǎn)訂單的生產(chǎn)結果，完成智能網(wǎng)關配置并制作產(chǎn)品檢驗統(tǒng)計界面，實時統(tǒng)計和計算本次生產(chǎn)訂單的訂單號、各物料所用數(shù)量和裝配質(zhì)量結果（合格/不合格）。訂單號件1數(shù)量件2數(shù)量件3數(shù)量裝配質(zhì)量結果1任務6.2完成智能網(wǎng)關配置并開發(fā)AMR自主移動機器人統(tǒng)計界面，根據(jù)4個以上生產(chǎn)訂單的AMR自主移動機器人運行速度和時