山東省“技能興魯”職業技能大賽

——第五屆全國智能制造應用技術技能大賽

山東省選拔賽

數字孿生應用技術員S

（智能制造控制技術方向）項目

學生組實操樣題

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、節流閥開度、驅動器及儀表參數等由選手根

據使用情況自行調節。

4.由于操作不當等原因引起工業機器人及I/O組件、視覺系統、PLC、

電機及驅動器的損壞，將依據扣分表進行處理。

5.比賽過程中，應對計算機數據及時保存，以免因停電等意外情況造

成數據丟失。

5.大賽提供電氣原理圖、氣動原理圖、器件手冊等相關資料。

任務一：產品工藝控制數字化仿真

（一）任務介紹：

根據給定的3D模型，完成數字化產線孿生體創建；根據生產

工藝流程完成模型搭建、參數設置、并驗證結果的正確性；結合數

字孿生平臺，運用虛擬調試和數字化模擬驗證技術，完成機電傳動

控制部分數字孿生體調試優化及功能驗證；

調試包括以下內容：

1.虛擬場景模型搭建

2.各模型參數建立及信號配置

3.虛擬設備調試驗證

（二）項目和任務描述：

項目1.虛擬場景模型搭建

1.根據提供的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需調整位置的機械模塊。

序號名稱圖片數量

電動機械手模塊

11套

（供料灌裝站）

完成后的效果圖如下：

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圖1-1數字孿生3D模型參考布局圖

項目2.模型運動參數建立和信號配置

分析部件機構的運動關系，合理設定運動機構，創建正確的位

置姿態。

1.將供料灌裝站的圓瓶（4個）和方瓶（4個）定義為零件，分

別準確放入“瓶體供料”模塊8個倉位內。

2.將供料灌裝站的“電動機械手模塊”設為合理的運動機構，使

之能夠抓取零件（工件）；添加邏輯資源，創建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。

3.其他未列出的模塊或部件根據仿真運行效果設置。

項目3.虛擬設備調試驗證

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

試驗證相關動作及相應位置信號狀態。

任務二：智能制造控制系統裝調

（一）任務介紹：

該任務主要考核搭建數字工廠實物模型，完成實際PLC與數字

工廠產線網絡互聯，調試并驗證數字工廠實物產線運行穩定性；

調試包括以下內容：

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1.硬件調整及參數設置

2.編程調試

3.手動測試運行

4.觸摸屏個性化定制生產運行

（二）項目和任務描述：

項目1.硬件調整及參數設置

1.設備運輸到達客戶現場后，部分機械模塊及電氣部件需要現場

檢修、調試及優化，選手需根據使用情況自行調整。調整完成后，

設備通氣。調整氣源壓力在0.4-0.6Mpa。

2.其余未列出部分由選手根據使用情況自行調整。

項目2.編程調試

1.編寫機器人及視覺系統程序，完成機器人視覺定位抓取，實

現機器人取放工具、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，

完成產線瓶體供料、傳輸、物料灌裝、瓶體封蓋、成品入庫任務，

網絡拓撲圖如圖2-1所示。

圖2-1網絡拓撲圖

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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個稱重擋料、1個平推擋料），能夠控制“升降平臺（左）”

電機正反轉、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，同時能夠實時顯

示稱重傳感器數據、龍門機械手位置數據、編碼器當前位置數據，

并能完成供料灌裝站RFID數據讀寫功能，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、“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數據讀

寫功能，畫面如圖2-4所示。

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圖2-2供料灌裝站手動操作頁面

圖2-3觸摸屏訂單頁面

圖2-4機器人裝配站手動操作頁面

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項目4.觸摸屏個性化定制生產運行

1.設備運行前，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，將操作平臺

其余工件清空；

2.操作觸摸屏“訂單頁面”，完成訂單設置及下發（評判時由

裁判隨機指定兩個訂單），訂單內容分別為瓶體類型（圓瓶、方瓶）、

物料顏色（黃、紅、黑）、物料重量（設定范圍1-20g）、瓶蓋顏

色（圓瓶蓋為2個紅色和2個藍色，方瓶蓋為2個黃色和2個綠色）

和入庫編號（設定范圍1-8）。

3.生成訂單后，產線自動完成瓶體供料、傳輸、灌裝、封蓋、

成品入庫任務，要求運行平穩流暢，取放不到位不得分。

注意：

1.選手按照任務要求，做好評判準備。

2.評分前選手可進行工件準備。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。

任務三個性化定制生產

（一）模塊介紹：

結合生產制造執行系統MES，運用網絡通信技術，采集數據信

息，優化生產流程和節拍，完成個性化定制生產任務。

調試包括以下內容：

1.MES看板數據顯示

（二）項目和任務描述：

項目1.MES看板數據顯示

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1.MES看板能實時顯示機器人各關節數據、笛卡爾坐標數據、

電動（龍門）機械手實時位置、稱重傳感器實時數據、成品倉位信

息、供料灌裝站和機器人加蓋站生產過程的進度信息。

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視覺系統畫

面。

任務四智能生產數字化控制虛實聯調

（一）模塊介紹：

該模塊結合數字孿生及產線實物平臺，完成數字化產線孿生數

據與實際產線數據信息互聯互通。

調試包括以下內容：

1.網絡互聯

2.數據采集

3.虛實聯動

（二）項目和任務描述：

項目1.網絡互聯

1.完成數字孿生與實物產線網絡通訊

2.完成數字孿生與實際PLC數據信息實時交互

項目2.虛實聯動。

1.補充完善PLC程序，完成供料灌裝站、機器人裝配站虛實聯

動數據對接。

2.將采集到的各類信息處理并關聯到孿生體各運動機構。

3.優化孿生模型屬性及參數，使孿生模型運行狀態與實際產線

同步運行，狀態一致（機器人動作可不做虛實同步，但動作流程必

須一致）。

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4.系統自動運行，操作觸摸屏下單，首先供料灌裝站虛實聯動

運行，完成供料灌裝后，托盤進入機器人裝配站，機器人裝配站虛

實聯動運行，完成加蓋及入庫任務。

任務五智能制造生產優化

（一）模塊介紹：

根據工藝流程和節拍要求，完成數字化產線生產工藝及節拍的

優化，提高生產效率和產品質量。

調試包括以下內容：

1.生產效率數據采集與分析

2.生產效率提升

（二）項目和任務描述：

項目1.生產效率數據采集與分析

通過調整PLC和機器人程序，優化速度和生產節拍，降低等待

時間，提高生產效率。

項目2.生產效率提升

具體工作