2019年中國技能大賽

——第三屆全國智能制造應用技術技能大賽

維修電工

（切削加工智能制造單元生產與管控）

（職工組/教師組/學生組）

實操題

（樣題）

全國組委會技術工作委員會

2019年9月

2019年中國技能大賽——第三屆全國智能制造應用技術技能大賽

重要說明

1.比賽時間300分鐘，180分鐘后，選手可以棄賽，但不可提前離

開賽位場地，需要在賽位指定位置，與比賽設備隔離。

2.比賽共包括6個任務，總分100分，見表1。

表1：比賽任務及配分

序號名稱配分說明

此任務必須在裁判

1任務1：智能制造系統架構10監督下完成后方可

進行后續任務

2任務2：智能制造單元虛擬仿真5不限評判順序

與任務4評判順序

任務3：零件數字化設計與編程

315可對調

4任務4：機器人（含第七軸）編程16

5任務5：智能制造控制系統的聯調24

6任務6：零件智能加工與生產管控30

合計100

3.除有說明外，限制各任務評判順序，但不限制任務中各項的先

后順序，選手在實際比賽過程中要根據賽題情況進行操作。

4.請務必閱讀各任務的重要提示。

5.比賽過程中，若發生危及設備或人身安全事故，立即停止比賽，

將取消其參賽資格。

6.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算機

里指定位置E:\ZL\。

7.競賽平臺系統中主要模塊的IP地址分配如下表2所示。

表2：IP地址分配表

序號名稱IP地址分配和預設備注

2

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1主控系統PLC192.168.8.10

如果HMI不采用以太網，

2主控HMI觸摸屏192.168.8.11

則保留該IP地址

如果RFID模塊不采用以

3RFID模塊192.16.88.12

太網，則保留該IP地址

4工業機器人192.168.8.103

5MES部署計算機192.168.8.99

6數控車床192.168.8.15

7數控加工中心192.168.8.16

立體倉庫LED模

8192.168.8.20

塊

9編程計算機1192.168.8.97

10編程計算機2192.168.8.98

8.選手對比賽過程中需裁判確認部分，應當先舉手示意，等待裁

判人員前來處理。

9.參賽選手在競賽過程中，不得使用U盤。

10.選手在競賽過程中應該遵守相關的規章制度和安全守則，如有

違反，則按照相關規定在競賽的總成績中扣除相應分值。

11.選手在比賽開始前，認真對照工具清單檢查工位設備，并確認

后開始比賽；選手完成任務后的檢具、儀表和部件，現場需統一收回

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，需選手在計算機指

定文件夾E:\2019QZ2\中命名對應文件夾（賽位號+CAM，賽位號+PLC，

賽位號+HMI），賽位號為1位數字+2個字母+2位數字，如1DS01。賽題

中所要求備份的文件請備份到對應到文件夾下，即使選手沒有任何備

份文件也要求建立文件夾。

13.需要裁判驗收的各項任務，任務完成后裁判只驗收1次，請根

據賽題說明，確認完成后再提請裁判驗收。

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14.選手嚴禁攜帶任何通訊、存儲設備及技術資料，如有發現將取

消其競賽資格。選手擅自離開本參賽隊賽位或者與其他賽位的選手交

流或者在賽場大聲喧嘩，嚴重影響賽場秩序，如有發生，將取消其競

賽資格。

15.選手必須認真填寫各類文檔，競賽完成后所有文檔按頁碼順序

一并上交。

16.選手必須及時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。

17.賽場提供的任何物品，不得帶離賽場。

18.競賽平臺系統中立體倉庫行列定義如下圖1所示。

圖1立體倉庫行列定義

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一、競賽項目任務書

任務1：智能制造系統架構

根據任務書要求，選手對智能制造系統各基本單元進行功能測試，

設計智能制造控制系統架構拓撲圖，以給定的S7-1200型PLC的IP地

址為基礎,定義其他相關設備的合理IP地址并進行設置，完成智能制

造系統各單元網絡通訊連接，運行檢查或安裝大賽管控軟件。

1.智能制造系統架構

任務描述：選手對智能制造系統各基本單元進行功能檢測，確認

設備是否能夠正常運行，并進行故障排除。功能檢測包括：

（1）操作數控系統檢查數控車床和加工中心是否能夠正常運行，

包括主軸、運動軸、氣動門以及氣動夾具、零點定位夾具等；

（2）檢測攝像頭的安裝與電氣連接正確，MES系統界面上顯示車

床卡盤、加工中心夾盤圖像；

（3）檢查機器人單元是否能夠正常運行，包括示教機器人換手爪，

并在示教器或plc上顯示有無夾料狀態，機器人快換夾具工作臺有無

手爪到位檢測傳感器開關正常；

（4）檢查數控機床參數設置，實現數控車床和加工中心回零功能。

（5）對智能制造系統各單元網絡通訊進行檢查，是否正常連接，

包括數控車床、數控加工中心、機器人、主控系統、編程計算機1、

編程計算機2和MES部署計算機。

完成任務1：中“1”后，舉手示意裁判進行評判！

2.運行檢查或安裝操作測試大賽管控軟件

任務描述：選手根據競賽需要，檢查、安裝大賽指定管控軟件，

并操作、測試，確認正常。

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（1）檢查大賽指定管控軟件；

（2）操作、測試，確認正常。

完成任務1：中“2”后，舉手示意裁判進行評判！

3.設計智能制造控制系統架構拓撲圖

任務描述：選手根據比賽現場硬件單元系統配置，操作MES完成

智能制造控制系統網絡架構拓撲圖。

（1）操作MES

（2）連接網絡各個單元

完成任務1：中“3”后，舉手示意裁判進行評判！

4.正確設置IP，調試網絡連通

任務描述：選手根據主控系統PLC的IP，定義其他相關設備的合

理IP地址，并分別設置相關設備IP，組成通信網絡。

（1）以S7-1200型PLC的IP地址為：192.168.8.10,定義其他

相關設備的合理IP地址。

（2）設置IP地址，完成組網和接通，拔掉加工中心或數控車的

網口，通過MES網絡設置界面進行容錯性測試。

（3）設置計算機之間網絡文件共享。

（4）通過MES下載競賽資料和圖紙，并能上傳競賽成果和資料。

完成任務1：中“4”后，舉手示意裁判進行評判！

任務2：切削加工智能制造單元虛擬仿真

任務描述：在規定仿真系統上進行切削加工智能制造單元組件布

局、調整及加工流程的虛擬仿真。

1.設置布局和組件尺寸

任務描述：應用規定的仿真系統軟件，導入并調整布局和以下組

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件尺寸。

（1）導軌長度：3800mm；

（2）圍欄尺寸：1200mm×1200mm；

2.加工流程參數設置

任務描述：切削加工智能制造單元平臺仿真加工流程如下：

通過機器人完成車床與加工中心的上下料加工，從立體倉庫取料，

分別放入兩臺機床加工后，放回立體倉庫，布局中需完成以下設置：

（1）車床先行加工；

（2）進行加工中心加工時，機床加工時間設置為30S；

（3）進行車床加工時，機床加工時間設置為15S；

3.模擬仿真加工流程

任務描述：完成現場加工流程模擬仿真，加工工件數為2個。

完成任務2中“1—3”后，舉手示意裁判進行評判！

任務3：零件數字化設計與編程

根據任務書要求，選手根據給定的圖紙，應用CAD/CAM/CAPP軟件，

進行零部件三維建模與裝配體構建、產品加工工藝設計、BOM構建、

零件生產過程質量控制、零件加工工藝、零件加工程序編制，并將相

應的文件保存在MES系統要求指定文件夾中。

1.零件數字化設計

任務描述：選手根據給定的圖紙，應用CAD/CAM/CAPP軟件，進行

零部件三維建模與裝配體構建、產品加工工藝設計、BOM構建、零件

生產過程質量控制、編制零件加工工藝。

根據任務和加工圖紙（圖紙見附件）要求，具體任務如下：

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（1）根據附件加工工件圖紙，對圖紙ZN-02-00-03、ZN-02-00-04、

ZN-02-00-05、ZN-02-00-06中零件進行三維建模并建三維裝配體；

（2）操作大賽管控軟件，根據給定.dwg文件裝配圖，或用已設

計3D裝配圖裝配鏈，正確生成的EBOM，根據已生成EBOM，正確生成

PBOM，操作MES軟件，在PBOM中正確設置工序、工時，EBOM/PBOM，

操作MES軟件，調出數控加工工藝卡，完整正確填寫工藝卡；

（3）編制完整的4個零件的數控加工工藝表。零件加工工藝表3

所示。

表3：零件的數控加工工藝表

完成任務3：中“1”后，舉手示意裁判進行評判！

2.CAM編程與NC代碼上傳

任務描述：根據加工工藝，要求對工件ZN-02-00-03、ZN-02-00-04、

ZN-02-00-05、ZN-02-00-06進行CAM編程，并在同一軟件上對加工程

序進行模擬仿真；生成對應數控車床和加工中心的NC加工程序，根據

MES操作流程，程序上傳到MES系統并進行相應的操作。

（1）根據表3工藝卡，對工件ZN-02-00-03、ZN-02-00-04、

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ZN-02-00-05、ZN-02-00-06進行CAM編程，并在同一軟件上對加工程

序進行模擬仿真；

（2）生成對應數控車床和加工中心的NC加工程序，按標準命名

規范進行命名，并上傳MES系統，進行刀具與刀號對應關系的確認。

（3）試切工件ZN-02-00-05，試切工件人工放入料倉（3,3）。

完成任務3：中“2”后，舉手示意裁判進行評判！

任務4：機器人（含第七軸）編程

根據任務書要求，通過示教器完成工業機器人示教編程。實現機

器人自動到指定的倉位抓取工件，并放置到數控車床和加工中心的卡

盤上。

1.按照任務要求，編寫PLC、HMI界面、通信程序，

任務描述：編寫PLC、HMI界面程序，調試PLC與機器人連接和

通信;

編寫圖2所示的機器人調試HMI界面、PLC與機器人通信測試程

序，實現與機器人之間的數據通信，在機器人端改變關節軸和行走軸

數據，能夠在圖2所示的PLC端的HMI上同步顯示。

圖2機器人調試界面

完成任務4：中“1”后，舉手示意裁判進行評判！

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2．機器人示教器編程

任務描述：編寫工業機器人示教程序、完成工業機器人工具坐標

系設定，數控車床與立體倉庫之間上下料示教編程與自動調試，加工

中心與立體倉庫之間上下料示教編程與自動調試，數控車床與加工中

心之間上下料示教編程與自動調試。

（1）數控車床與立體倉庫之間上下料示教編程與自動調試

1）示教編程工業機器人與數控車床和立體倉庫的取放程序；

2）在圖2的PLC端HMI上選取立體倉庫中（2,3）倉位的毛坯，

通過倉庫取料按鈕和數控車床放料按鈕，機器人能夠從立體倉庫正確

取出工件，放置到數控車床卡盤位置,并能夾緊；

3）通過在圖2的PLC端HMI上上數控車床取料和立體倉庫放料按

鈕，機器人能夠正確從數控車床取出工件，放回到立體倉庫中原位置。

（2）加工中心與立體倉庫之間上下料示教編程與自動調試

1）示教編程工業機器人與數控車床和立體倉庫的取放程序；

2）在圖2的PLC端HMI上選取立體倉庫中（5,3）倉位的毛坯，

通過倉庫取料按鈕和加工中心放料按鈕，機器人能夠正確從立體倉庫

取出工件，放置到數控加工中心對應的夾具位置，并能夾緊；

3）通過在圖2的PLC端HMI上加工中心取料按鈕和立體倉庫放料

按鈕，機器人能夠正確從加工中心取出工件，放回到立體倉庫中原位

置。

（3）數控車床與加工中心之間上下料示教編程與自動調試

1）示教編程工業機器人與料庫到數控車床、數控車床到加工中心、

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加工中心到料庫的取放程序；

2）在圖2的PLC端HMI上選取立體倉庫中（3,3）倉位的工件

ZN-02-00-05，通過立體倉庫取料按鈕和數控車床上料按鈕，機器人能

夠正確從立體倉庫取出工件，放置到數控車床卡盤位置,并能夾緊；

3）通過圖2的在PLC端HMI上數控車床取料和立體倉庫放料按鈕，

機器人能夠正確從數控車床取出工件，放置到工件到立體倉庫中原位

置。

4）通過在圖2的PLC端HMI上立體倉庫取料按鈕和加工中心上料

按鈕，機器人能夠正確從立體倉庫取出工件，放置到數控加工中心對

應的夾具位置，并能夾緊。

5）通過圖2的在PLC端HMI上加工中心取料按鈕和立體倉庫放料

按鈕，機器人能夠從加工中心正確取出工件，放回到立體倉庫中原位

置。

完成任務4：中“2”后，舉手示意裁判進行評判！

任務5：智能制造控制系統聯調

根據任務書給定的要求，編寫PLC程序，實現PLC、機器人數控

車床、加工中心之間的連接和通信程序；編寫PLC與MES、RFID系統、

立體倉庫、在線檢測裝置等系統之間的連接和通信程序。對數控機床、

工業機器人、在線檢測裝置、RFID系統、立體倉庫、視頻監控系統等

進行數據采集，能夠完整實現工業機器人從立體倉庫取出待加工毛坯，

同時讀取RFID數據，送至數控設備，加工、在線測量后，再由工業

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機器人送回立體倉庫規定的倉位中，更新RFID數據的柔性化加工控

制要求，具有完成多個不同零件上下料和加工等功能。

RFID標簽信息編碼規則如下：

A.場次定義：A、B、C、D、E；

B.零件種類：選手需加工的零件；零件圖號尾號03、04、05、06；

C.零件材料定義：0:鋁材，1:45鋼；

D.最后兩位零件狀態定義如下：00：空，01：毛坯，02：正在加

工，03：合格品，04：不合格品,05：車床加工完成（中間狀態），06：

加工中心加工完成（中間狀態）。

1.編寫圖3所示的數控車床調試觸摸屏界面、圖4所示的加工中

心調試觸摸屏界面、主控程序與數控車床和加工中心之間的通信連接

程序，并進行調試。

（1）在圖3所示的PLC端HMI上能夠控制數控車床機床門的開關，

能夠顯示機床門開關狀態和卡盤狀態；

圖3數控車床調試界面

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（2）在圖4所示的PLC端HMI上能夠控制加工中心機床門的開關，

能夠顯示機床門開關狀態和夾具狀態。能夠HMI實現吹氣保持時間2

秒和吹氣間隔時間5秒，實現機床攝像頭的手動和自動清理。

圖4加工中心調試界

完成任務5：中“1”后，舉手示意裁判進行評判！

2.編寫測試調試界面、主控PLC程序與RFID、立體倉庫和在線檢

測裝置之間的通信連接程序。

（1）任務描述：編寫圖5所示的RFID測試調試界面、主控PLC

與RFID系統、立體倉庫、在線檢測裝置之間的連接和通信程序。

對立體倉庫規定倉位的RFID按照規定的編碼規則進行讀寫操作。

按照本場次A場次，鋁件，零件種類為03、04、05、06，通過啟

動HMI，對倉位1（1,2）、倉位2（2,3）和倉位3（3,4）分別對應空、

毛坯和正在加工進行寫入，并按照倉位2（2,3）、倉位3(3,4)和倉位

1（1,2）的倉位順序依次讀取該倉位RFID標簽信息，并顯示在圖5

所示的HMI上。

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圖5RFID測試調試界面

（2）完成編寫圖6所示的在線測量調試界面、測頭標定程序并用

現場提供的環規完成機床標定的演示，并將標定的結果數據傳輸到總

控PLC側的圖6所示的HMI端并能正確顯示標定結果（標定參數主要

包括測頭長度補償,測頭球半徑補償（X，Y），測定桿偏移補償(X，Y）；

完成在線檢測裝置標定，并同步顯示在圖6所示的HMI上。

圖6在線測量調試界面

完成任務5：中“2”后，舉手示意裁判進行評判！

3.編寫PLC與MES連接和通信程序

任務描述：編寫圖7所示的立體倉庫料倉訂單信息的觸摸屏界面、

主控PLC與MES系統之間的通信連接。

（1）基于MES系統和PLC的通訊的協議和變量地址，編寫主控

PLC的MSE通信測試程序，能夠實現主控PLC與MES之間的數據交互；

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（2）在MES系統中下發工單（加工三個零件，放置倉位情況見測

試狀態），主控PLC能夠接收，并顯示到圖7所示HMI上；

圖7料倉訂單信息界面

（3）通過MES，根據RFID規定的編碼規則以及倉位情況，通過

機器人對每一個倉位的RFID標簽按照倉庫狀態進行初始化操作。

上述任務（2）和（3）測試狀態為：倉位1（1,2）、倉位2（2,3）

和倉位3（3,4）分別放入對應的毛坯。

完成任務5：中“3”后，舉手示意裁判進行評判！

4.設備層數據的采集和可視化

任務描述：根據任務書要求，對數控機床、工業機器人、檢測裝

置、RFID系統、立體倉庫等進行數據采集，并根據要求上傳到MES系

統中，能夠在MES系統中實現數控機床等設備狀態信息的可視化顯示。

（1）實現三個顯示終端智能看板的顯示，三個智能看板分別顯示

立體倉庫狀態、加工過程狀態和在線檢測狀態；

（2）選手手動操作工業機器人，在MES設備測試界面中能夠顯示

機器人運動狀態、第六、七兩軸的坐標信息；

（3）在規定的立體倉庫倉位（3,4）中拿掉毛坯，在倉庫測試界

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面中實時顯示有無料狀態。并操作MES系統實現倉位指示燈顯示，將

倉庫第一、第二、第三排指示燈整體分別顯示毛坯、合格和不合格對

應的顏色；

（4）選手手動操作機床設備，在MES測試界面中分別進行機床開

關門、卡盤狀態、主軸速度狀態信息的實時顯示。

完成任務5：中“4”后，舉手示意裁判進行評判！

5.智能制造控制系統的聯調

根據附件圖紙ZN-02-00-05零件加工要求，調試工業機器人和主

控系統PLC及HMI的程序，操作MES軟件，實現ZN-02-00-05零件的

自動加工。

自動加工具體要求如下：

1）加工任務由MES下發，機器人自動立體倉庫庫位（3,2）中取

工件坯料，加工流程狀態按編碼規則需寫入到原倉位RFID中，并在圖

7所示的HMI調試界面顯示；

2）機器人取毛坯時應先讀RFID，后取毛坯；

3）加工完成后，工件需放入原倉位，RFID寫；

4）整體運行過程中，工業機器人與數控設備之間能協調、互鎖運

行，能夠實現自動開關門、上下料及裝夾等功能。

滿足上述要求后，選手可請求裁判開始進行評判，除了下達任務

以外，在評判過程中選手不允許進行其他人工干預，否則扣除相應分

數。本任務加工零件可作為組件產品。

完成任務5：中“5”后，舉手示意裁判進行評判！

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任務6：零件智能加工與生產管控

根據任務書給定的要求，依據BOM中的數據在MES系統中對現場

加工零件任務進行排產和工單下達，完成規定零部件的加工與生產、

質量檢測、刀具補償。能夠結合MES系統實現生產數據管理、報表管

理、智能看板等任務。同時，對加工零件指定的尺寸進行在線檢測，

實現生產過程質量追溯，能夠結合MES系統進行數據采集并實現零件

工藝優化與質量改進。

1.操作管控軟件手動排產、工單下發、加工一組零件并在線檢測

任務描述：根據任務書要求，完成附圖ZN-02-00-01組套4個零

件手動排產，工單下發，MES啟動加工，對配合尺寸精度進行在線檢

測，并進行刀補、返修。

（1）手動排產

（2）工單下發

（3）MES啟動加工

（4）在線檢測并進行刀補、返修

（5）完成套件離線檢測

1）選手根據附件圖紙ZN-02-00-03中的、ZN-02-00-05中

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的0.02等尺寸進行在線檢測，并在MES上顯示；r

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