2023年河北省職業(yè)院校技能大賽（高職）智能制造虛擬調(diào)試與生產(chǎn)管控賽項 樣題A

2023年河北省職業(yè)院校技能大賽

高職組“智能制造虛擬調(diào)試與生產(chǎn)管控”賽項

競賽任務書(樣題A第一賽程)

1.本任務書共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.本賽程競賽時間為4小時，本賽程競賽任務可在賽項全賽程時間內(nèi)完

成。

3.競賽工位提供2臺計算機，競賽模型及參考資料存儲在“電腦桌面:\

參考資料”文件夾中。選手在競賽過程中利用計算機創(chuàng)建的程序文件必須存

儲到“D:\技能競賽”文件夾中，未存儲到指定位置的程序文件不作為競賽

成果予以評分。請及時對程序文件存儲，建議每10-15分鐘1次，客觀

原因斷電情況下，酌情補時不超過15分鐘。

4.任務書中只允許填寫競賽相關信息，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。

5.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。

6.選手在比賽期間任何時間，均不得損毀、丟棄與比賽相關的材料、工具

、圖紙、程序、文件等相關資料，否則取消選手比賽資格，比賽成績以零

分計。

1

智能制造虛擬調(diào)試與生產(chǎn)管控需求及生產(chǎn)要求

1.

隨著新能源汽車市場的快速崛起，某生產(chǎn)汽車零部件的企業(yè)訂單量迅速

增加，這對企業(yè)來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。公司高層深刻認識到，如果不進行

轉型，就會被時代淘汰。為了抓住機遇，業(yè)務經(jīng)理看準了這個機會，并與該

企業(yè)高層進行了多次交流，了解他們的需求和問題，并帶領他們參觀了現(xiàn)代

化的工廠，以此來展示公司的實力和能力。經(jīng)過不懈的努力，業(yè)務經(jīng)理贏得

了該企業(yè)高層的高度認可，并得到了他們的信任和支持。

為了降低試錯成本，該企業(yè)決定先對兩臺加工中心進行自動化改造，等

待智能制造單元測試運行穩(wěn)定后再拓展到整個生產(chǎn)車間。這個決策需要投入

大量資金，客戶希望在項目實施前將方案盡可能的設計完善，確保項目的成

功實施。在獲得該企業(yè)的認可后，公司快速組建了項目小組，你作為前期設

計小組的一員，擔任虛擬仿真驗證工程師的角色。你需要接收機械設計工程

師的方案3D文件，并完成智能制造單元的布局驗證、工作流程驗證、PLC虛

擬調(diào)試驗證、MES虛擬生產(chǎn)管控驗證等一系列工作。通過這些驗證工作，你

需要確保方案的可行性和優(yōu)化性，為項目的后續(xù)實施提供有力的支持和保障。

以智能制造技術為基礎，在現(xiàn)有設備單元的基礎上，結合工業(yè)機器人、

數(shù)控仿真加工、MES等設備與軟件，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；選用工業(yè)以太網(wǎng)通訊

方式完成設備端的控制和信息采集，利用人機交互系統(tǒng)、MES系統(tǒng)完成對生

產(chǎn)全流程的監(jiān)控和優(yōu)化，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)；請根據(jù)具體任務要求、硬件條件

和數(shù)字模型，完成智能制造產(chǎn)線的布局設計、虛擬調(diào)試、編程調(diào)試，實現(xiàn)試

生產(chǎn)驗證。

1

你們作為項目組成員，需要具備扎實的技術功底和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，利

用企業(yè)提供的智能制造產(chǎn)線各單元設備的數(shù)字模型，在規(guī)定的時間內(nèi)交付一

套智能制造產(chǎn)線虛擬生產(chǎn)管控的方案和可行性報告，同時需要與團隊成員密

切合作，協(xié)調(diào)各項工作，根據(jù)客戶要求對產(chǎn)線進行整體規(guī)劃設計、虛擬加工、

MES仿真驗證等方面的方案設計，并在搭建好的布局進行機器人、PLC編程，

進行智能制造單元數(shù)字孿生調(diào)試方面的方案實施，確保項目的順利進行。

2.

在該智能制造單元中，最大加工對象尺寸為長420mm、寬120mm、高

120mm的工件。為了實現(xiàn)智能制造，該生產(chǎn)單元采用了兩個工位銑削加工的

方式進行生產(chǎn)。在加工過程中，工裝夾具已經(jīng)確定，不需要設計，工件采用

標準托盤裝夾固定，機床上安裝了與工件托盤配套的零點定位夾具，這樣可

以確保工件的位置精確無誤。機器人法蘭盤上安裝了握爪，這個握爪可以適

配工件托盤上的拉丁，通過抓握拉丁來搬運工件。具體夾持方式見圖1、2、

3所示。

固定裝置

工件

工件托盤拉丁

圖1工件與工件托盤

2

工件托盤

機床夾具

機床工作臺

托盤放置位置

圖2工件托盤與機床夾具

機器人法蘭盤

握爪

工件托盤

抓握工件托盤位置

圖3工件托盤與機器人手爪

3

智能制造產(chǎn)線各單元設備的數(shù)字模型參數(shù)如表1所示。

表1智能制造產(chǎn)線配置清單

序號設備名稱設備型號備注

對機床進行行為建模，實現(xiàn)

1加工中心機床沈陽機床VMC650

開關門動作的功能。

2工業(yè)機器人發(fā)那科R-2000iB/165F

對行走軸進行行為建模，實

3機器人行走軸珠海漢迪標準3T行走軸現(xiàn)機器人借助行走軸拓展運

動范圍的功能

對手爪進行行為建模，實現(xiàn)

4機器人手爪特力PO-M1006手爪與機器人快速連接（安

裝）的功能。

5倉儲單元珠海漢迪定制立體料架

6工件托盤特力PO-M1007

珠海漢迪標準中央控制

7中央控制柜

柜

8機器人控制柜發(fā)那科R-30iBA控制柜

9安全圍欄珠海漢迪2m標準圍欄

10接油槽珠海漢迪定制接油槽

綜合任務職業(yè)素養(yǎng)

競賽過程中，對參賽選手的技術應用合理性、操作規(guī)范性、機械電氣工

藝規(guī)范性以及賽場紀律、安全和文明生產(chǎn)等進行綜合評價。

任務一：智能制造單元規(guī)劃設計

任務描述：

（一）組件行為建模

4

參賽選手需要使用數(shù)字孿生軟件來對提供的3D模型進行操作，以定義非

標組件的功能。具體操作包括將智能制造單元3D模型加載到數(shù)字孿生軟件中，

提取設備、定義組件原點、提取鏈接以及設置運動參數(shù)等一系列步驟。通過

這些操作，賦予仿真組件行為動作的能力，使其能夠?qū)崿F(xiàn)：

1)機床自動門控制功能，可通過I/O信號對機床門的打開和關閉進行控制，

并顯示機床門打開到位或關閉到位；

2)行走軸控制功能，可將機器人安裝到行走軸滑臺上作為第七軸控制，從

而拓展機器人的工作范圍；

3)手爪快速連接（安裝）功能，可通過PNP命令快速將手爪安裝到機器人法

蘭盤上，跟隨機器人運動。

4)其它組件，對各組件進行原點、材質(zhì)等的定義，并保存到私有模型庫中，

使其能夠在模型庫中快速并重復的調(diào)用。

5)除以上的組件行為建模，機器人、安全圍欄和狀態(tài)顯示窗使用軟件模型

庫中的組件，布局場地使用軟件的建模功能進行創(chuàng)建，另外大賽提供現(xiàn)

成的組件包括：三色燈、中央控制柜、WorksProcess和Works

TaskControl。

（二）布局規(guī)劃設計

選手根據(jù)實施現(xiàn)場情況，應用數(shù)字孿生軟件，合理規(guī)劃智能制造單元，

包括考慮場地障礙物、可用場地面積、設備維修空間、投入成本等要素對方

案布局進行調(diào)整?？蛻衄F(xiàn)場情況及要求如下：

1)用于規(guī)劃智能制造單元的場地面積為：長*寬*高11m*8m*6m，創(chuàng)建一個

高度為100mm的組件作為場地，機床采用并排的方式布局；

2)智能制造單元要兼具美觀和安全，安全圍欄統(tǒng)一使用顯眼的黃色油漆，

高度為1.9米，以確保工人和設備的安全，并設置安全門；

3)數(shù)控機床使用正門上料，操作面板位于正門側，需要預留操作員工位；

5

4)機床電控系統(tǒng)位于機床背面，需要在可用的規(guī)劃空間內(nèi)預留足夠的維修

空間。

5)工件料架需要預留人工操作工位，以便操作員可以方便地進行料架備料

與拆卸工件操作。

6)智能制造單元規(guī)劃安全通道，用于人員和物品的安全通行，安全通道寬

1.5m，為了更好地區(qū)分安全通道和其他區(qū)域，使用綠色地漆來標識安全

通道。

完成任務一后，舉手示意裁判進行評判！

任務二：工藝設計與數(shù)控編程

任務描述：

參賽選手根據(jù)提供的圖4所示的產(chǎn)品圖紙，應用CAD/CAM軟件，進行產(chǎn)品

的3D設計，圖紙中標注的關鍵信息完成產(chǎn)品設計。同時，參賽選手需要進行

產(chǎn)品加工工藝設計和BOM構建，最后，進行產(chǎn)品加工過程模擬仿真。

6

7

圖4加工零件圖紙

8

完成任務二后，舉手示意裁判進行評判！

任務三：智能制造產(chǎn)線仿真驗證

任務描述：

參賽選手需要在任務一規(guī)劃的基礎上，對智能制造單元進行進一步的設

計和開發(fā)。首先，參賽選手需要對機器人進行編程調(diào)試，確保機器人能夠準

確地在各工位間進行取放料，以達到生產(chǎn)的目的。通過調(diào)整機器人的運動軌

跡和速度等參數(shù)，使機器人的動作更加流暢，對機器人的運動軌跡進行精細

的規(guī)劃和調(diào)整，以確保機器人在運行過程中不會與周邊設備發(fā)生碰撞或干涉。

在編程過程中注意程序的規(guī)范性，包括模塊化編程和添加必要的程序注釋以

提高程序的可讀性和可維護性，方便后續(xù)的開發(fā)和維護工作。

在機器人程序設計中，需要充分考慮后續(xù)任務中與MES管控系統(tǒng)進行對

接的情況。這意味著在編程調(diào)試時，參賽選手必須考慮如何與MES系統(tǒng)進行

交互，以便機器人能夠接收來自MES系統(tǒng)的指令并執(zhí)行其任務。為了實現(xiàn)這

一目標，參賽選手需要根據(jù)MES向機器人發(fā)送的數(shù)據(jù)包括“更新碼”“料位

號”“設備號”和“處理流程”等信息進行機器人程序的設計和調(diào)試。其中：

變量值

值為五位隨機數(shù)，是MES系統(tǒng)發(fā)送給機器人的更新指令，以便機器人能

更新碼

夠執(zhí)行新的任務。

值為1-24，基于所規(guī)劃方案配置的料架數(shù)量，對應每個料位的編號，

料位號

一個料架12個料位，最多兩個料架。

設備號值為1-2，是指智能制造單元中兩臺數(shù)控機床的編號。

值為0時，表示無處理內(nèi)容；

處理流程值為1時，表示上料流程，指機器人從料架抓取工件到機床加工；

值為2時，表示下料流程，指機器人從機床抓取工件放回料架。

9

同時，機器人還需要向MES系統(tǒng)反饋其執(zhí)行任務的狀態(tài)，以便MES系統(tǒng)能

夠及時了解機器人的工作情況。因此，參賽選手需要在機器人編程調(diào)試時，

正確的向MES系統(tǒng)反饋“狀態(tài)碼”。

變量值

值為0時，表示機器人當前處于空閑狀態(tài)，允許MES下發(fā)任務指令；

狀態(tài)碼值為1時，表示機器人當前處于忙碌狀態(tài)，不允許MES下發(fā)任務指令；

值為2時，表示機器人當前處于錯誤狀態(tài)，無法執(zhí)行MES下發(fā)的任務指令。

此外，機器人還需要備份更新碼，用于對比MES更新任務時的更新碼，

以避免機器人重復執(zhí)行同一個任務。因此，參賽選手需要在機器人編程調(diào)試

時，正確的將“更新碼”寫入到“更新碼備份”中。

變量值

值為五位隨機數(shù)，用于備份MES下發(fā)任務時的更新碼，防止機器人

重復執(zhí)行MES下發(fā)的任務指令。

更新碼備份

當更新碼等于更新碼備份時，機器人不執(zhí)行MES下發(fā)的任務指令；

當更新碼不等于更新碼備份時，機器人執(zhí)行MES下發(fā)的任務指令。

綜上所述，在機器人程序設計中，選手需要充分考慮與MES系統(tǒng)的交互，

以便機器人能夠順利執(zhí)行任務。同時，選手需要遵循MES系統(tǒng)的交互數(shù)據(jù)進

行設計和調(diào)試，包括MES向機器人發(fā)送的數(shù)據(jù)和機器人向MES反饋的數(shù)據(jù)，以

及機器人備份更新碼的數(shù)據(jù)。

完成任務三后，舉手示意裁判進行評判！

任務四：智能制造單元MES虛擬調(diào)試

任務描述：

10

參賽選手按照任務書的要求，完成智能制造虛擬仿真軟件、加工模擬軟

件和生產(chǎn)管控軟件的通訊連接。針對任務二中設計的產(chǎn)品，在MES生產(chǎn)管控

系統(tǒng)中創(chuàng)建生產(chǎn)加工任務，要求每個產(chǎn)品生產(chǎn)兩件。

由于料架一中的料位1和3出現(xiàn)了故障，參賽選手需要采取必要的措施對

這兩個料位進行禁用處理，以確保生產(chǎn)安全。在此基礎上，參賽選手還需要

在MES生產(chǎn)管控系統(tǒng)中執(zhí)行自動排產(chǎn)，智能制造單元則會根據(jù)MES下發(fā)的任務

指令執(zhí)行相應的生產(chǎn)加工任務。在機器人執(zhí)行加工任務的過程中，機器人會

根據(jù)事先編寫好的程序設計返回狀態(tài)給MES，而MES則會根據(jù)機器人的狀態(tài)以

及排產(chǎn)任務的情況來判斷是否需要繼續(xù)向機器人下發(fā)任務指令。

在智能制造單元中，數(shù)控機床會自動調(diào)用加工模擬軟件加載對應的產(chǎn)品

進行模擬加工，加工完成后，加工模擬軟件會將結果返回給智能制造單元，

以更新加工狀態(tài)，同時機器人也會執(zhí)行機床下料任務。整個系統(tǒng)將按照以上

工作流程進行自動排產(chǎn)，直到任務排產(chǎn)完成。

完成任務四后，舉手示意裁判進行評判！

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2023年河北省職業(yè)院校技能大賽

高職組“智能制造虛擬調(diào)試與生產(chǎn)管控”賽項

競賽任務書(樣題A第二賽程)

選手須知：

1.本任務書共5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.本賽程競賽時間為5小時，本賽程競賽任務可在賽項全賽程時間內(nèi)完

成。

3.競賽工位提供2臺計算機，競賽模型及參考資料存儲在“電腦桌面:\

參考資料”文件夾中。選手在競賽過程中利用計算機創(chuàng)建的程序文件必須存

儲到“D:\技能競賽”文件夾中，未存儲到指定位置的程序文件不作為競賽

成果予以評分。請及時對程序文件存儲，建議每10-15分鐘1次，客觀

原因斷電情況下，酌情補時不超過15分鐘。

4.任務書中只允許填寫競賽相關信息，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。

5.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。

6.選手在比賽期間任何時間，均不得損毀、丟棄與比賽相關的材料、工具

、圖紙、程序、文件等相關資料，否則取消選手比賽資格，比賽成績以零分

計。

1

2023年河北省職業(yè)院校技能大賽高職組“智能制造虛擬調(diào)試與生產(chǎn)管控”賽項第二賽程

任務五：智能制造單元PLC虛擬調(diào)試

任務描述：

參賽選手按任務書要求，建立智能制造單元與PLC的通訊連接，并完成

機器人程序與PLC程序的編程，對智能制造單元進行綜合調(diào)試，（注意：參

賽選手可利用第一賽程中的仿真組件及機器人程序繼續(xù)比賽任務，但需要保

留兩個賽程完整的文件。）具體調(diào)試功能如下：

1.智能制造單元具備基本的啟動、停止、復位功能。按下啟動按鈕后，

智能制造單元將自動運行并執(zhí)行生產(chǎn)加工任務；按下停止按鈕，機器人停止

運行，但不會對機床的正常加工造成影響，保證生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。在

智能制造單元運行過程中，不能隨意進行重置，因此按下復位按鈕是無效的；

而當智能制造單元停止時，按下復位按鈕將對機器人各信號、寄存器、位置

姿態(tài)以及報警進行初始化。

2.智能制造單元中，將機床01的加工時間設置為25秒，機床02的加工

時間設置為20秒，兩臺機床可同時執(zhí)行生產(chǎn)加工任務。當同時出現(xiàn)機床上料

和下料任務時，需要優(yōu)先對機床進行上料加工，使機床稼動率最大化。（注

意：此處的機床模擬加工時間由PLC控制）

3.為了實現(xiàn)智能制造單元及設備狀態(tài)監(jiān)控功能，要求智能制造單元及

兩臺數(shù)控機床具備狀態(tài)顯示燈。這些狀態(tài)顯示燈能夠反映出智能制造單元/

設備的運行狀態(tài)。當智能制造單元/設備正常運行時，顯示綠燈以1秒的頻率

進行閃爍；當智能制造單元/設備空閑時，顯示黃燈以1秒的頻率進行閃爍；

當智能制造單元/設備出現(xiàn)故障時，顯示紅燈以1秒的頻率進行閃爍。除了狀

態(tài)顯示燈，機床上方還要顯示當前設備的運行時長、加工時長、剩余時長以

及加工數(shù)量，以便操作人員能夠及時掌握設備的生產(chǎn)進度和狀態(tài)。運行時長

指運行智能制造單元開始計時，加工時長指加工當前產(chǎn)品所需要的時間（固

2

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定值），剩余時長指加工當前產(chǎn)品還需要運行的時間，加工數(shù)量指設備已經(jīng)

加工完成的產(chǎn)品數(shù)量。

完成任務五后，舉手示意裁判進行評判！

任務六：智能制造單元人機界面設計

任務描述：

（一）HMI交互功能設計

1.在HMI界面中，設計啟動、停止、復位功能，通過這些按鈕對智能制

造單元進行生產(chǎn)管控。啟動按鈕可以啟動生產(chǎn)線，使其開始運行；停止按鈕

可以停止生產(chǎn)線，使其停止運行；復位按鈕可以將生產(chǎn)線恢復到初始狀態(tài)。

這些功能與任務六中描述的功能完全一致，以方便對生產(chǎn)過程進行控制和管

理。

2.在HMI界面中，設計料位管理功能，可通過操作人機界面對料架指定

料位進行啟用/禁用/急件操作，當禁用料位時，機器人不對禁用的料位進行

取放料；當禁用的料位再次啟用時，料位立即生效；當料位被設置為急件時，

機器人優(yōu)先從該料位取料到機床加工。

3.在HMI界面中，設計設備管理功能，可通過操作人機界面對機床進行

啟用/禁用操作，當禁用機床時，機器人不對禁用的機床進行取放料；當禁

用正在加工的機床時，機床正常運行，但加工完成后機器人不進行下料，直

到機床被再次啟用。以下圖5表示設備的啟用和禁用狀態(tài)。

3

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圖5左-啟用機床，右-禁用機床

4.在HMI界面中，設計生產(chǎn)排產(chǎn)