第五屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽河南省選拔賽-數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)員競(jìng)賽樣題

2023年全國(guó)行業(yè)職業(yè)技能競(jìng)賽

—第五屆全國(guó)智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽

河南省選拔賽競(jìng)賽規(guī)程

數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)員

（智能制造控制技術(shù)方向）

職工組/學(xué)生組

實(shí)操題

（樣題）

河南省組委會(huì)技術(shù)工作委員會(huì)

2023年10月

1

1.如出現(xiàn)任務(wù)書缺頁(yè)、字跡不清等問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)向裁判

申請(qǐng)更換任務(wù)書。

2.參賽團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)在內(nèi)完成任務(wù)書規(guī)定內(nèi)容。

3.比賽共包括5個(gè)任務(wù)，總分100分，見(jiàn)表1。

表1比賽任務(wù)及配分

序號(hào)名稱配分說(shuō)明

1任務(wù)1：機(jī)械設(shè)計(jì)與安裝10

2任務(wù)2：電氣設(shè)計(jì)與接線10

3任務(wù)3：機(jī)器人系統(tǒng)編程與調(diào)試35

4任務(wù)4：智能生產(chǎn)數(shù)字化控制虛擬調(diào)試35

5任務(wù)5：工作組織與管理10

合計(jì)100

4.除有說(shuō)明外，限制各任務(wù)評(píng)判順序，但不限制任務(wù)中各項(xiàng)

的先后順序，選手在實(shí)際比賽過(guò)程中要根據(jù)賽題情況進(jìn)行操作。

5.請(qǐng)務(wù)必閱讀各任務(wù)的重要提示。

6.比賽過(guò)程中，若發(fā)生危及設(shè)備或人身安全事故，立即停止

比賽，將取消其參賽資格。

7.比賽所需要的資料及軟件都以電子版的形式保存在工位計(jì)

算機(jī)里指定位置桌面。

8.選手對(duì)比賽過(guò)程中需裁判確認(rèn)部分，應(yīng)當(dāng)先舉手示意，等

2

待裁判人員前來(lái)處理。

9.參賽選手在競(jìng)賽過(guò)程中，不得使用U盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)

備。

10.選手在競(jìng)賽過(guò)程中應(yīng)該遵守相關(guān)的規(guī)章制度和安全守則，

如有違反，則按照相關(guān)規(guī)定在競(jìng)賽的總成績(jī)中扣除相應(yīng)分值。

11.選手在比賽開(kāi)始前，認(rèn)真對(duì)照工具清單檢查工位設(shè)備，并

確認(rèn)后開(kāi)始比賽；選手完成任務(wù)后的檢具、儀表和部件，現(xiàn)場(chǎng)需

統(tǒng)一收回再提供給其他選手使用。

12.賽題中要求的備份和保存在電腦中的文件，需選手在計(jì)算

機(jī)指定文件夾（桌面:\競(jìng)賽文件夾\）中命名對(duì)應(yīng)文件夾（場(chǎng)次

號(hào)+工位號(hào)）。賽題中所要求備份的文件請(qǐng)備份到對(duì)應(yīng)到文件夾

下。

13.需要裁判驗(yàn)收的各項(xiàng)任務(wù)，任務(wù)完成后裁判只驗(yàn)收1次，

請(qǐng)根據(jù)賽題說(shuō)明，確認(rèn)完成后再提請(qǐng)裁判驗(yàn)收。

14.選手嚴(yán)禁攜帶任何通訊設(shè)備及相關(guān)技術(shù)資料，如有發(fā)現(xiàn)將

取消其競(jìng)賽資格。選手擅自離開(kāi)本參賽隊(duì)賽位或者與其他賽位

的選手交流或者在賽場(chǎng)大聲喧嘩，嚴(yán)重影響賽場(chǎng)秩序，如有發(fā)

生，將取消其競(jìng)賽資格。

15.選手必須認(rèn)真填寫各類文檔，競(jìng)賽完成后所有文檔按頁(yè)碼

順序一并上交。

16.選手必須及時(shí)保存自己編寫的程序及材料，防止意外斷電

及其它情況造成程序或資料的丟失。

3

17.賽場(chǎng)提供的任何物品，不得帶離賽場(chǎng)。競(jìng)賽平臺(tái)系統(tǒng)如圖

1所示。

競(jìng)賽設(shè)備描述：

競(jìng)賽平臺(tái)主要由搬運(yùn)碼垛模塊、工業(yè)機(jī)器人及工業(yè)機(jī)器人末

端夾具組成，控制系統(tǒng)包含PLC、觸摸屏、視覺(jué)系統(tǒng)、安全光柵

等。

圖1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員考核平臺(tái)

4

任務(wù)一：機(jī)械設(shè)計(jì)與安裝

1.1機(jī)械零件測(cè)繪

根據(jù)賽場(chǎng)提供模塊對(duì)應(yīng)的零件“搬運(yùn)碼垛模塊”（如表1-1所

示）進(jìn)行實(shí)物測(cè)繪，軟件可選AutoDeskInventor、NX2206；

表1-1模塊待測(cè)繪零件清單

序號(hào)名稱對(duì)應(yīng)模塊待測(cè)繪零件

1搬運(yùn)碼垛模塊

利用繪圖軟件繪制待測(cè)繪零件的3D模型；選手根據(jù)自己繪

制的零件3D模型，利用繪圖軟件繪制零件工程圖，機(jī)械制圖技

術(shù)規(guī)范見(jiàn)電腦桌面附件1-1；

具體要求如下：

零件工程圖繪制需滿足以下要求：

(1)嚴(yán)格按第一角視圖繪制零件工程圖；

(2)零件的結(jié)構(gòu)形狀表達(dá)要完整；

(3)尺寸標(biāo)注要齊全，不可漏標(biāo)；

(4)根據(jù)裝配需要，給出合適的加工尺寸公差；

(5)要明確加工工藝、表面處理、粗糙度等技術(shù)要求；

(6)所有字體采用宋體、字高3mm；

(7)圖框采用電腦桌面附件1-2圖框。標(biāo)題欄要明確填寫圖

幅、比例、圖名、數(shù)量、零件材質(zhì)；

(8)繪制完成后的零件工程圖轉(zhuǎn)換成PDF格式文件，文件

名稱為“賽位號(hào)+搬運(yùn)碼垛頂板”，存放在指定文件夾中。

5

1.2模型組件裝配

根據(jù)要求完成模型組件的裝配，需要裝配的組件如表1-2

所示，裝配圖樣存放在電腦桌面。

表1-2模型組件

序號(hào)名稱對(duì)應(yīng)模塊備注

根據(jù)桌面的裝配

1搬運(yùn)碼垛模塊

圖樣裝配

具體要求：

(1)各裝配組件機(jī)構(gòu)運(yùn)行順暢，不得有卡滯、異響現(xiàn)象；

(2)裝配過(guò)程中不可造成各零部件損傷。

(3)裝配實(shí)物與裝配圖樣保持一致。

任務(wù)二：電氣設(shè)計(jì)與接線

2.1電氣設(shè)計(jì)

選手需要設(shè)計(jì)前面板按鈕、指示燈和三色燈模塊原理圖，為

電氣繪圖做準(zhǔn)備。前面板按鈕、指示燈和三色燈模塊采用直接出

線方式。各模塊單元中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)提供的導(dǎo)線，將模塊單元中的輸

入輸出信號(hào)，分別接入到CPU1214CDC\DC\DC輸入輸出接口。

2.2電氣設(shè)計(jì)要求

選手使用軟件（EPLAN），依據(jù)提供的各個(gè)單元的端子說(shuō)明

，設(shè)計(jì)前面板按鈕、指示燈和三色燈模塊的電氣原理圖。繪圖規(guī)

6

范見(jiàn)電腦桌面的電氣制圖技術(shù)規(guī)范，附件2-1。賽場(chǎng)提供打印

好的線號(hào)，選手自行選擇使用。

電氣設(shè)計(jì)具體要求如下：

(1)電氣原理圖圖框---包含項(xiàng)目名稱、每頁(yè)功能描述、總

頁(yè)面、本頁(yè)頁(yè)面、設(shè)計(jì)人員（選手工位號(hào)）、設(shè)計(jì)日期等，圖框

采用電腦桌面的電氣標(biāo)準(zhǔn)圖框，見(jiàn)附件2-2；

(2)電氣符號(hào)---按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣符號(hào)繪制；

(3)文字符號(hào)---按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的文字符號(hào)標(biāo)明；

(4)按順序排列---按照先后順序縱向排列，或者水平排列

；

(5)表明動(dòng)作原理與控制關(guān)系---必須表達(dá)電氣元器件與控

制器之間的關(guān)系；

(6)繪制完成后轉(zhuǎn)換成PDF格式文件，文件名稱為“賽位

號(hào)-電氣原理圖”，存放在指定文件夾中。

2.3電氣連接

機(jī)器人系統(tǒng)電氣線路已完成部分連接，根據(jù)電氣原理圖完成

工作臺(tái)上各個(gè)單元的線路電氣連接和固定，連接要求如下：

▲扎帶切割后剩余長(zhǎng)度需≤1mm

▲扎帶的間距為≤50mm

▲線纜托架的間距≤120mm

▲接至平臺(tái)集線器的電纜應(yīng)規(guī)范置入線槽。

▲線槽蓋應(yīng)完整蓋好

7

▲接入端子線號(hào)清晰方向一致排列

完成任務(wù)二后，舉手示意裁判進(jìn)行評(píng)判！

任務(wù)三：機(jī)器人系統(tǒng)編程與調(diào)試

3.1工作站編程與調(diào)試

注：PLC組態(tài)機(jī)器人模塊要和機(jī)器人名稱一致。

3.1.1控制任務(wù)要求

搬運(yùn)碼垛作業(yè)流程：

主界面設(shè)計(jì)：主要包含各子畫面的跳轉(zhuǎn)功能，工位號(hào)為選手

當(dāng)前工位號(hào)（如圖2所示）；

圖2主界面參考

手動(dòng)搬運(yùn)碼垛作業(yè)流程：

（1）運(yùn)行前，選手將9個(gè)黃色方形工件擺放在A區(qū)（如圖4所

示）；

（2）將操作面板的“模式開(kāi)關(guān)”切換到“手動(dòng)”模式，工

業(yè)機(jī)器人切換到“AUT”模式，運(yùn)行編寫好的程序;

（3）工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)抓取單吸盤夾具（如圖3所示）;

8

（4）從A區(qū)搬運(yùn)到B區(qū)（如圖4所示），A區(qū)工件位置選手隨

意擺放；

A

B

圖3單吸盤夾具圖4搬運(yùn)碼垛模塊

（5）準(zhǔn)確抓取A區(qū)擺放的黃色工件，并放置到碼垛模塊B區(qū)

（6）重復(fù)以上4-5步動(dòng)作，共完成9個(gè)工件的搬運(yùn)碼垛后（

按1-2-3-4-5-6-7-8-9的順序碼放到碼垛模塊B區(qū)，如圖5所示）

，工業(yè)機(jī)器人將單吸盤夾具放回夾具庫(kù)，工業(yè)機(jī)器人回安全點(diǎn)（

六個(gè)關(guān)節(jié)角度J1-J6分別為0°、-90°、90°、0°、90°、0°

，即5軸垂直朝下），流程結(jié)束。

自動(dòng)搬運(yùn)碼垛作業(yè)流程：

本任務(wù)通過(guò)觸摸屏界面（如圖6所示），啟動(dòng)碼垛任務(wù)；

圖5碼垛盤示意圖6碼垛界面參考

9

運(yùn)行前，選手將9個(gè)黃色方形工件隨機(jī)擺放在原料托盤（如圖7所

示）；

圖7方料塊搬運(yùn)碼垛示意圖

按鈕表述：該“任務(wù)三”中的啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、復(fù)位按

鈕代表機(jī)器人操作面板上的實(shí)物按鈕與觸摸屏模擬按鈕，即操作

任意一個(gè)都應(yīng)具備對(duì)應(yīng)功能。

（1）將操作面板的“模式開(kāi)關(guān)”切換到“自動(dòng)”模式，工

業(yè)機(jī)器人打到“EXT”（外部啟動(dòng)）模式；

（2）按下操作面板或觸摸屏（如圖6所示）復(fù)位按鈕，系統(tǒng)

進(jìn)行復(fù)位，機(jī)器人回Home點(diǎn)，復(fù)位完成后“復(fù)位”指示燈常亮，

反之“復(fù)位”指示燈1HZ閃爍；

（4）按下操作面板或觸摸屏啟動(dòng)按鈕（如圖6所示），操作

面板及觸摸屏“啟動(dòng)”指示燈常亮；

（5）工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)抓取單吸盤夾具;

（6）控制視覺(jué)拍照；

（7）準(zhǔn)確抓取隨機(jī)擺放的黃色工件，按照觸摸屏設(shè)定的垛

型和順序放置到碼垛模塊B區(qū)對(duì)應(yīng)的方框內(nèi)；

（8）重復(fù)以上步驟（6）-步驟（7）動(dòng)作，共完成9個(gè)工件

的搬運(yùn)碼垛（按觸摸屏設(shè)定的順序）。

10

（13）工件碼垛完成后，工業(yè)機(jī)器人將單吸盤夾具放回夾具

庫(kù)，工業(yè)機(jī)器人回安全點(diǎn)（初始位置），流程結(jié)束。

（14）執(zhí)行完成后，操作面板及觸摸屏“啟動(dòng)”指示燈熄滅

，操作面板及觸摸屏“停止”指示燈1HZ閃爍，工業(yè)機(jī)器人暫停

運(yùn)行。

完成任務(wù)三中3.1后，舉手示意裁判進(jìn)行評(píng)判！

3.2數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控

3.2.1修改完善工業(yè)機(jī)器人程序

修改完善工業(yè)機(jī)器人程序，編寫PLC及Node-RED程序，對(duì)工

業(yè)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)監(jiān)控。

1）需要與PLC進(jìn)行Profinet通訊。

2）完善工業(yè)機(jī)器人程序，對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)

采集及狀態(tài)監(jiān)控。

3.2.2編寫PLC及Node-RED程序

1）完成PLC與工業(yè)機(jī)器人Profinet通訊連接。

2）編寫PLC及Node-RED程序，采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，監(jiān)控任務(wù)實(shí)時(shí)

運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.3數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控

要求如下：

1）實(shí)時(shí)顯示工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度以及笛卡爾坐標(biāo)，如圖8

所示；

11

圖8工業(yè)機(jī)器人基本信息

2）在Node-RED的Dashboard界面實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，

當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，Node-RED的Dashboard界面狀

態(tài)顯示應(yīng)實(shí)時(shí)發(fā)生改變。如圖9所示；

圖9狀態(tài)指示

完成任務(wù)三中3.2后，舉手示意裁判進(jìn)行評(píng)判！

任務(wù)四：智能生產(chǎn)數(shù)字化控制虛擬調(diào)試

4.1背景

一牛奶廠在制作牛奶過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)灌裝后牛奶質(zhì)量不均勻。

你作為一名技術(shù)人員，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，重新編制程序，調(diào)試設(shè)

備完成牛奶灌裝控制。

4.2各組成部分介紹

系統(tǒng)主要由NX2206軟件、PLC、觸摸屏、變頻器、奶源存

儲(chǔ)罐、智能供料、輸送線、灌裝單元、封裝單元、倉(cāng)庫(kù)等組成。

12

4.3仿真任務(wù)模型—牛奶罐裝模型

注：模型存放在桌面智能制造數(shù)字孿生模型文件夾中（模型

文件名為“智能制造數(shù)字孿生模型_step.prt”）

該仿真模型包含智能供料單元、輸送線單元、灌裝單元、封

裝單元、倉(cāng)儲(chǔ)單元等組成。

配置MCD模型，使其各單元具備可實(shí)現(xiàn)以下功能條件。

供料單元：由推杯氣缸、供杯縮回到位傳感器、供杯伸出到

位傳感器、供杯井有料檢測(cè)傳感器等組成，當(dāng)料井內(nèi)有牛奶杯時(shí)

，推杯氣缸伸出，可將牛奶杯推出到皮帶輸送機(jī)上。

輸送線單元：當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，拖動(dòng)牛奶杯在輸送機(jī)由左向右

上運(yùn)行。

灌裝單元：由灌裝牛奶杯到位檢測(cè)，有無(wú)牛奶檢測(cè)，灌裝電

機(jī)等組成，灌裝電機(jī)工作5S可灌裝完成一杯牛奶。

封裝單元：由封裝氣缸、封裝工件檢測(cè)傳感器、封裝氣缸縮

回到位檢測(cè)傳感器、封裝氣缸伸出到位檢測(cè)傳感器、傳送帶終端

檢測(cè)傳感器等組成。當(dāng)封裝工件檢測(cè)傳感器檢測(cè)到灌裝完成的牛

奶杯時(shí)，封裝氣缸伸出、伸出到位3S后，封裝氣缸縮回，完成

封裝。

倉(cāng)儲(chǔ)單元：倉(cāng)儲(chǔ)單元由皮帶輸送單元、X軸脈沖伺服控制系

統(tǒng)、Y軸脈沖伺服控制系統(tǒng)、Z軸伸縮氣缸、夾手氣缸以及檢測(cè)

傳感器等組成，倉(cāng)庫(kù)單元用于將封裝完成的牛奶杯放入倉(cāng)庫(kù)。

13

圖10牛奶灌裝線

完成任務(wù)四中4.3后，舉手示意裁判進(jìn)行評(píng)判！

4.4競(jìng)賽任務(wù)要求

4.4.1觸摸屏畫面制作

選手需要按照要求制作觸摸屏畫面。

數(shù)字孿生自動(dòng)控制界面設(shè)計(jì)：界面能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)按鈕、停止

按鈕、復(fù)位按鈕功能，具備倉(cāng)位選擇功能。如圖11所示；倉(cāng)位選

擇：點(diǎn)擊倉(cāng)位為選擇該倉(cāng)位，該倉(cāng)位顏色變?yōu)榫G色，該倉(cāng)位被選

中（如倉(cāng)位選擇有誤，可按復(fù)位按鈕重新選擇），需根據(jù)觸摸屏

選擇先后順序擺放。

14

圖11數(shù)字孿生自動(dòng)控制界面參考

4.4.2牛奶罐裝控制要求

系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下要求：

1）在觸摸屏進(jìn)行畫面選擇，進(jìn)入自動(dòng)控制界面。

2）按下觸摸屏上的啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)指示燈亮；

3）供料單元推出一個(gè)牛奶杯；

4）皮帶正向運(yùn)行，輸送牛奶杯至罐裝單元；

5）牛奶杯到達(dá)罐裝單元，皮帶停止運(yùn)行；

6）罐裝電機(jī)工作，開(kāi)始罐裝，罐裝時(shí)間5S；

7）罐裝電機(jī)停止工作，皮帶輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；

8）牛奶到達(dá)封裝位置，皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)行；

9）封裝氣缸動(dòng)作，開(kāi)始封裝；

10）封裝氣缸動(dòng)作到位后3S，封裝完成；

11）皮帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，到達(dá)封裝完成檢測(cè)位置；

15

12）倉(cāng)儲(chǔ)單元的皮帶運(yùn)行；

13）牛奶到達(dá)皮帶末端；

14）倉(cāng)庫(kù)巷道機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，按照觸摸屏選擇的倉(cāng)位先后順序

擺放；

15）生成新料杯，重復(fù)3-14步驟，直到完成所有觸摸屏選擇

倉(cāng)位；

16）巷道機(jī)回到初始位置；

17）全部流程結(jié)束，停止指示燈常亮。

完成任務(wù)四中4.4后，舉手示意裁判進(jìn)行評(píng)判！

任務(wù)五：工作組織與管理

本任務(wù)貫穿于整個(gè)工作當(dāng)中，重點(diǎn)考察選手的空間管理、時(shí)

間管理、團(tuán)隊(duì)合作、健康安全及綠色環(huán)保的能力。

1）空間管理：工作臺(tái)、地面等整潔，清理情況。如選手比

賽結(jié)束后整理好本工位的物件、工具，擺放整齊有序，地上無(wú)垃

圾雜物。

2）時(shí)間管理：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成指定工作任務(wù)。

3）團(tuán)隊(duì)合作：比賽及評(píng)分過(guò)程中，選手分工明確、合理，

不存在一個(gè)人閑置另一個(gè)人忙碌等情況。

4）健康安全：本項(xiàng)目對(duì)帶電插拔、安全防護(hù)穿戴、過(guò)度用

力使用工具等進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

16

5）綠色環(huán)保：耗材使用合理不浪費(fèi)，工、量具使用不損壞

，模塊組件無(wú)損壞情況。

17

選手自帶工具等物品，清單如下表所示。

1萬(wàn)用表VC890D1-2個(gè)

2內(nèi)六角扳手7件套