山東省“技能興魯”職業(yè)技能大賽 -第五屆全國智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽 山東省選拔賽 數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)員 S （智能制造控制技術(shù)方向）項目 職工組實操樣題

山東省“技能興魯”職業(yè)技能大賽

——第五屆全國智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽

山東省選拔賽

數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)員S

（智能制造控制技術(shù)方向）項目

職工組實操樣題

注意事項：

1.實操競賽時間共180分鐘。

2.選手在競賽過程中創(chuàng)建的程序文件必須存儲到“D:\技能大賽\工位

號”文件夾下。

3.傳感器位置、靈敏度、節(jié)流閥開度、驅(qū)動器及儀表參數(shù)等由選手根

據(jù)使用情況自行調(diào)節(jié)。

4.由于操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸸I(yè)機器人及I/O組件、視覺系統(tǒng)、PLC、

電機及驅(qū)動器的損壞，將依據(jù)扣分表進(jìn)行處理。

5.比賽過程中，應(yīng)對計算機數(shù)據(jù)及時保存，以免因停電等意外情況造

成數(shù)據(jù)丟失。

5.大賽提供電氣原理圖、氣動原理圖、器件手冊等相關(guān)資料。

任務(wù)一：產(chǎn)品工藝控制數(shù)字化仿真

（一）任務(wù)介紹：

根據(jù)給定的3D模型，完成數(shù)字化產(chǎn)線孿生體創(chuàng)建；根據(jù)生產(chǎn)

工藝流程完成模型搭建、參數(shù)設(shè)置、并驗證結(jié)果的正確性；結(jié)合數(shù)

字孿生平臺，運用虛擬調(diào)試和數(shù)字化模擬驗證技術(shù)，完成機電傳動

控制部分?jǐn)?shù)字孿生體調(diào)試優(yōu)化及功能驗證；

調(diào)試包括以下內(nèi)容：

1.虛擬場景模型搭建

2.各模型參數(shù)建立及信號配置

3.虛擬設(shè)備調(diào)試驗證

（二）項目和任務(wù)描述：

項目1.虛擬場景模型搭建

1.根據(jù)提供的3D機械模型，分別完成供料灌裝站和機器人裝

配站3D孿生場景搭建。

2.調(diào)整工作站各工作單元位置，合理布置到工作臺的臺面上

表1-1需調(diào)整位置的機械模塊。

序號名稱圖片數(shù)量

電動機械手模塊

11套

（供料灌裝站）

瓶蓋料架模塊（機

21套

器人裝配站）

完成后的效果圖如下：

-1-

圖1-1數(shù)字孿生3D模型參考布局圖

項目2.模型運動參數(shù)建立和信號配置

分析部件機構(gòu)的運動關(guān)系，合理設(shè)定運動機構(gòu)，創(chuàng)建正確的位

置姿態(tài)。

1.將供料灌裝站的圓瓶（4個）和方瓶（4個）定義為零件，分

別準(zhǔn)確放入“瓶體供料”模塊8個倉位內(nèi)。

2.將供料灌裝站的“瓶體供料模塊”、“托盤供料模塊”、

“升降平臺（左）”、“雙層傳輸模塊1”上層的5處擋停機構(gòu)（1

個放瓶擋料、3個稱重?fù)趿稀?個平推擋料，如圖1-2所示）設(shè)為

合理的運動機構(gòu)，并創(chuàng)建正確的位置姿態(tài)；添加邏輯資源，創(chuàng)建IO

位信號來控制氣缸動作，根據(jù)電氣圖紙?zhí)砑託飧孜恢玫姆答佇盘?。?/p>

在對應(yīng)的光電傳感器位置添加光電傳感器信號，實現(xiàn)檢測托盤或零件

的到位或有無。

3.將供料灌裝站的“電動機械手模塊”設(shè)為合理的運動機構(gòu)，使

之能夠抓取零件（工件）；添加邏輯資源，創(chuàng)建IO位信號來控制氣缸

動作并反饋位置信號，電機位置控制和位置反饋為real型信號。

4.其他未列出的模塊或部件根據(jù)仿真運行效果設(shè)置。

-2-

圖1-2雙層傳輸模塊1機構(gòu)部件說明（供料灌裝站）

項目3.虛擬設(shè)備調(diào)試驗證

使用仿真面板測試各項目的要求（評判時由裁判任意指定）調(diào)

試驗證相關(guān)動作及相應(yīng)位置信號狀態(tài)。

任務(wù)二：智能制造控制系統(tǒng)裝調(diào)

（一）任務(wù)介紹：

該任務(wù)主要考核搭建數(shù)字工廠實物模型，完成實際PLC與數(shù)字

工廠產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，調(diào)試并驗證數(shù)字工廠實物產(chǎn)線運行穩(wěn)定性；

調(diào)試包括以下內(nèi)容：

1.硬件調(diào)整及參數(shù)設(shè)置

2.編程調(diào)試

3.手動測試運行

4.觸摸屏個性化定制生產(chǎn)運行

（二）項目和任務(wù)描述：

項目1.硬件調(diào)整及參數(shù)設(shè)置

1.設(shè)備運輸?shù)竭_(dá)客戶現(xiàn)場后，部分機械模塊及電氣部件需要現(xiàn)場

檢修、調(diào)試及優(yōu)化，選手需根據(jù)使用情況自行調(diào)整。調(diào)整完成后，

-3-

設(shè)備通氣。調(diào)整氣源壓力在0.4-0.6Mpa。

2.其余未列出部分由選手根據(jù)使用情況自行調(diào)整。

項目2.編程調(diào)試

1.編寫機器人及視覺系統(tǒng)程序，完成機器人視覺定位抓取，實

現(xiàn)機器人取放工具、蓋蓋子及成品入庫流程。

2.編寫觸摸屏、PLC、RFID、機器人、相機等綜合通訊程序，

完成產(chǎn)線瓶體供料、傳輸、物料灌裝、瓶體封蓋、成品入庫任務(wù)，

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2-1所示。

圖2-1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.供料灌裝站觸摸屏包含兩個個畫面，分別為“手動操作”頁

面和“訂單”頁面，并能夠完成不同頁面的切換，畫面如圖2-2、

圖2-3所示。

機器人裝配站觸摸屏“手動操作”頁面如圖2-4所示。

項目3.手動測試運行

1.操作供料灌裝站觸摸屏“手動操作”頁面對應(yīng)的按鈕，能夠

控制“托盤供料氣缸”伸縮、“瓶體供料氣缸”伸縮、“升降平臺

（左）”升降、“雙層傳輸模塊1”的5處擋停氣缸動作（1個放

瓶擋料、3個稱重?fù)趿稀?個平推擋料），能夠控制“升降平臺（左）”

-4-

電機正反轉(zhuǎn)、灌裝模塊6處電機啟停（3個螺旋電機、3個攪拌電

機）、“雙層傳輸模塊1”的2處傳輸電機啟停（上下層電機），

能夠控制電動機械手水平、垂直及夾緊松開運動，同時能夠?qū)崟r顯

示稱重傳感器數(shù)據(jù)、龍門機械手位置數(shù)據(jù)、編碼器當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，

并能完成供料灌裝站RFID數(shù)據(jù)讀寫功能，畫面如圖2-2所示。

2.操作機器人裝配站觸摸屏“手動操作”頁面對應(yīng)的按鈕，能

夠控制“升降平臺（右）”升降、“雙層傳輸模塊2”的3處擋停

氣缸動作（1個平推擋料、1個加蓋擋料、1個上層擋料），能夠控

制“升降平臺（右）”電機正反轉(zhuǎn)、“雙層傳輸模塊2”的2處傳

輸電機啟停（上下層電機），并能完成機器人裝配站RFID數(shù)據(jù)讀

寫功能，畫面如圖2-4所示。

圖2-2供料灌裝站手動操作頁面

圖2-3觸摸屏訂單頁面

-5-

圖2-4機器人裝配站手動操作頁面

項目4.觸摸屏個性化定制生產(chǎn)運行

1.設(shè)備運行前，選手將托盤放入托盤供料模塊料倉，將瓶體（4

個方形和4個圓形）放入瓶體供料模塊8個工位槽內(nèi)，將操作平臺

其余工件清空；

2.操作觸摸屏“訂單頁面”，完成訂單設(shè)置及下發(fā)（評判時由

裁判隨機指定兩個訂單），訂單內(nèi)容分別為瓶體類型（圓瓶、方瓶）、

物料顏色（黃、紅、黑）、物料重量（設(shè)定范圍1-20g）、瓶蓋顏

色（圓瓶蓋為2個紅色和2個藍(lán)色，方瓶蓋為2個黃色和2個綠色）

和入庫編號（設(shè)定范圍1-8）。

3.生成訂單后，產(chǎn)線自動完成瓶體供料、傳輸、灌裝、封蓋、

成品入庫任務(wù)，要求運行平穩(wěn)流暢，取放不到位不得分。

注意：

1.選手按照任務(wù)要求，做好評判準(zhǔn)備。

2.評分前選手可進(jìn)行工件準(zhǔn)備。但不允許修改、下載程序、示

教點位等操作。

3.只有一次演示機會。

-6-

任務(wù)三個性化定制生產(chǎn)

（一）模塊介紹：

結(jié)合生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，運用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，采集數(shù)據(jù)信

息，優(yōu)化生產(chǎn)流程和節(jié)拍，完成個性化定制生產(chǎn)任務(wù)。

調(diào)試包括以下內(nèi)容：

1.MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

2.MES看板數(shù)據(jù)顯示

3.MES訂單下發(fā)

（二）項目和任務(wù)描述：

項目1.MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

1.完成MES與PLC、機器人等設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置

2.添加完善PLC程序，實現(xiàn)MES與PLC數(shù)據(jù)交換

項目2.MES看板數(shù)據(jù)顯示

1.MES看板能實時顯示機器人各關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)、笛卡爾坐標(biāo)數(shù)據(jù)、

電動（龍門）機械手實時位置、稱重傳感器實時數(shù)據(jù)、成品倉位信

息、供料灌裝站和機器人加蓋站生產(chǎn)過程的進(jìn)度信息。

2.供料灌裝站寬屏同時實時顯示MES下單頁面和MES看板頁面。

3.機器人裝配站寬屏同時實時顯示孿生畫面和2D視覺系統(tǒng)畫

面。

項目3.MES訂單下發(fā)

1.設(shè)備運行前，選手將托盤放入托盤供料模塊料倉，將瓶體（4

個方形和4個圓形）放入瓶體供料模塊8個工位槽內(nèi)，將操作平臺

其余工件清空；

2.操作面板“手動/自動”旋鈕在自動模式下；

3.操作MES“訂單頁面”，完成訂單設(shè)置及下發(fā)；

-7-

4.產(chǎn)線自動運行，完成瓶體供料、傳輸、灌裝、封蓋、成品入

庫等個性化定制生產(chǎn)任務(wù)。

任務(wù)四智能生產(chǎn)數(shù)字化控制虛實聯(lián)調(diào)

（一）模塊介紹：

該模塊結(jié)合數(shù)字孿生及產(chǎn)線實物平臺，完成數(shù)字化產(chǎn)線孿生數(shù)

據(jù)與實際產(chǎn)線數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通。

調(diào)試包括以下內(nèi)容：

1.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

2.數(shù)據(jù)采集

3.虛實聯(lián)動

（二）項目和任務(wù)描述：

項目1.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

1.完成數(shù)字孿生與實物產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)通訊

2.完成數(shù)字孿生與實際PLC數(shù)據(jù)信息實時交互

項目2.虛實聯(lián)動。

1.補充完善PLC程序，完成供料灌裝站、機器人裝配站虛實聯(lián)

動數(shù)據(jù)對接。

2.將采集到的各類信息處理并關(guān)聯(lián)到孿生體各運動機構(gòu)。

3.優(yōu)化孿生模型屬性及參數(shù)，使孿生模型運行狀態(tài)與實際產(chǎn)線

同步運行，狀態(tài)一致（機器人動作可不做虛實同步，但動作流程必

須一致）。

4.系統(tǒng)自動運行，操作MES下單，首先供料灌裝站虛實聯(lián)動運

行，完成供料灌裝后，托盤進(jìn)入機器人裝配站，機器人裝配站虛實

聯(lián)動運行，完成加蓋及入庫任務(wù)。

-8-

任務(wù)五智能制造生產(chǎn)優(yōu)化

（一）模塊介紹：

根據(jù)工藝流程和節(jié)拍要求，完成數(shù)字化產(chǎn)線生產(chǎn)工藝及節(jié)拍的

優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

調(diào)試包括以下內(nèi)容：

1.生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)采集與分析

2.生產(chǎn)效率提升

（二）項目和任務(wù)描述：

項目1.生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)采集與分析

通過調(diào)整PLC和機器人程序，優(yōu)化速度和生產(chǎn)節(jié)拍