2023年河北省职业院校技能大赛（高职）智能制造虚拟调试与生产管控赛项 样题A

2023年河北省职业院校技能大赛

高职组“智能制造虚拟调试与生产管控”赛项

竞赛任务书(样题A第一赛程)

1.本任务书共11页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及

时向裁判示意，并进行任务书的更换。

2.本赛程竞赛时间为4小时，本赛程竞赛任务可在赛项全赛程时间内完

成。

3.竞赛工位提供2台计算机，竞赛模型及参考资料存储在“电脑桌面:\

参考资料”文件夹中。选手在竞赛过程中利用计算机创建的程序文件必须存

储到“D:\技能竞赛”文件夹中，未存储到指定位置的程序文件不作为竞赛

成果予以评分。请及时对程序文件存储，建议每10-15分钟1次，客观

原因断电情况下，酌情补时不超过15分钟。

4.任务书中只允许填写竞赛相关信息，不得出现学校、姓名等与身份有

关的信息或与竞赛过程无关的内容，否则成绩无效。

5.由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正常继续比赛，将

取消参赛队竞赛资格。

6.选手在比赛期间任何时间，均不得损毁、丢弃与比赛相关的材料、工具

、图纸、程序、文件等相关资料，否则取消选手比赛资格，比赛成绩以零

分计。

1

智能制造虚拟调试与生产管控需求及生产要求

1.

随着新能源汽车市场的快速崛起，某生产汽车零部件的企业订单量迅速

增加，这对企业来说既是机遇也是挑战。公司高层深刻认识到，如果不进行

转型，就会被时代淘汰。为了抓住机遇，业务经理看准了这个机会，并与该

企业高层进行了多次交流，了解他们的需求和问题，并带领他们参观了现代

化的工厂，以此来展示公司的实力和能力。经过不懈的努力，业务经理赢得

了该企业高层的高度认可，并得到了他们的信任和支持。

为了降低试错成本，该企业决定先对两台加工中心进行自动化改造，等

待智能制造单元测试运行稳定后再拓展到整个生产车间。这个决策需要投入

大量资金，客户希望在项目实施前将方案尽可能的设计完善，确保项目的成

功实施。在获得该企业的认可后，公司快速组建了项目小组，你作为前期设

计小组的一员，担任虚拟仿真验证工程师的角色。你需要接收机械设计工程

师的方案3D文件，并完成智能制造单元的布局验证、工作流程验证、PLC虚

拟调试验证、MES虚拟生产管控验证等一系列工作。通过这些验证工作，你

需要确保方案的可行性和优化性，为项目的后续实施提供有力的支持和保障。

以智能制造技术为基础，在现有设备单元的基础上，结合工业机器人、

数控仿真加工、MES等设备与软件，实现柔性化生产；选用工业以太网通讯

方式完成设备端的控制和信息采集，利用人机交互系统、MES系统完成对生

产全流程的监控和优化，实现智能化生产；请根据具体任务要求、硬件条件

和数字模型，完成智能制造产线的布局设计、虚拟调试、编程调试，实现试

生产验证。

1

你们作为项目组成员，需要具备扎实的技术功底和严谨的工作态度，利

用企业提供的智能制造产线各单元设备的数字模型，在规定的时间内交付一

套智能制造产线虚拟生产管控的方案和可行性报告，同时需要与团队成员密

切合作，协调各项工作，根据客户要求对产线进行整体规划设计、虚拟加工、

MES仿真验证等方面的方案设计，并在搭建好的布局进行机器人、PLC编程，

进行智能制造单元数字孪生调试方面的方案实施，确保项目的顺利进行。

2.

在该智能制造单元中，最大加工对象尺寸为长420mm、宽120mm、高

120mm的工件。为了实现智能制造，该生产单元采用了两个工位铣削加工的

方式进行生产。在加工过程中，工装夹具已经确定，不需要设计，工件采用

标准托盘装夹固定，机床上安装了与工件托盘配套的零点定位夹具，这样可

以确保工件的位置精确无误。机器人法兰盘上安装了握爪，这个握爪可以适

配工件托盘上的拉丁，通过抓握拉丁来搬运工件。具体夹持方式见图1、2、

3所示。

固定装置

工件

工件托盘拉丁

图1工件与工件托盘

2

工件托盘

机床夹具

机床工作台

托盘放置位置

图2工件托盘与机床夹具

机器人法兰盘

握爪

工件托盘

抓握工件托盘位置

图3工件托盘与机器人手爪

3

智能制造产线各单元设备的数字模型参数如表1所示。

表1智能制造产线配置清单

序号设备名称设备型号备注

对机床进行行为建模，实现

1加工中心机床沈阳机床VMC650

开关门动作的功能。

2工业机器人发那科R-2000iB/165F

对行走轴进行行为建模，实

3机器人行走轴珠海汉迪标准3T行走轴现机器人借助行走轴拓展运

动范围的功能

对手爪进行行为建模，实现

4机器人手爪特力PO-M1006手爪与机器人快速连接（安

装）的功能。

5仓储单元珠海汉迪定制立体料架

6工件托盘特力PO-M1007

珠海汉迪标准中央控制

7中央控制柜

柜

8机器人控制柜发那科R-30iBA控制柜

9安全围栏珠海汉迪2m标准围栏

10接油槽珠海汉迪定制接油槽

综合任务职业素养

竞赛过程中，对参赛选手的技术应用合理性、操作规范性、机械电气工

艺规范性以及赛场纪律、安全和文明生产等进行综合评价。

任务一：智能制造单元规划设计

任务描述：

（一）组件行为建模

4

参赛选手需要使用数字孪生软件来对提供的3D模型进行操作，以定义非

标组件的功能。具体操作包括将智能制造单元3D模型加载到数字孪生软件中，

提取设备、定义组件原点、提取链接以及设置运动参数等一系列步骤。通过

这些操作，赋予仿真组件行为动作的能力，使其能够实现：

1)机床自动门控制功能，可通过I/O信号对机床门的打开和关闭进行控制，

并显示机床门打开到位或关闭到位；

2)行走轴控制功能，可将机器人安装到行走轴滑台上作为第七轴控制，从

而拓展机器人的工作范围；

3)手爪快速连接（安装）功能，可通过PNP命令快速将手爪安装到机器人法

兰盘上，跟随机器人运动。

4)其它组件，对各组件进行原点、材质等的定义，并保存到私有模型库中，

使其能够在模型库中快速并重复的调用。

5)除以上的组件行为建模，机器人、安全围栏和状态显示窗使用软件模型

库中的组件，布局场地使用软件的建模功能进行创建，另外大赛提供现

成的组件包括：三色灯、中央控制柜、WorksProcess和Works

TaskControl。

（二）布局规划设计

选手根据实施现场情况，应用数字孪生软件，合理规划智能制造单元，

包括考虑场地障碍物、可用场地面积、设备维修空间、投入成本等要素对方

案布局进行调整。客户现场情况及要求如下：

1)用于规划智能制造单元的场地面积为：长*宽*高11m*8m*6m，创建一个

高度为100mm的组件作为场地，机床采用并排的方式布局；

2)智能制造单元要兼具美观和安全，安全围栏统一使用显眼的黄色油漆，

高度为1.9米，以确保工人和设备的安全，并设置安全门；

3)数控机床使用正门上料，操作面板位于正门侧，需要预留操作员工位；

5

4)机床电控系统位于机床背面，需要在可用的规划空间内预留足够的维修

空间。

5)工件料架需要预留人工操作工位，以便操作员可以方便地进行料架备料

与拆卸工件操作。

6)智能制造单元规划安全通道，用于人员和物品的安全通行，安全通道宽

1.5m，为了更好地区分安全通道和其他区域，使用绿色地漆来标识安全

通道。

完成任务一后，举手示意裁判进行评判！

任务二：工艺设计与数控编程

任务描述：

参赛选手根据提供的图4所示的产品图纸，应用CAD/CAM软件，进行产品

的3D设计，图纸中标注的关键信息完成产品设计。同时，参赛选手需要进行

产品加工工艺设计和BOM构建，最后，进行产品加工过程模拟仿真。

6

7

图4加工零件图纸

8

完成任务二后，举手示意裁判进行评判！

任务三：智能制造产线仿真验证

任务描述：

参赛选手需要在任务一规划的基础上，对智能制造单元进行进一步的设

计和开发。首先，参赛选手需要对机器人进行编程调试，确保机器人能够准

确地在各工位间进行取放料，以达到生产的目的。通过调整机器人的运动轨

迹和速度等参数，使机器人的动作更加流畅，对机器人的运动轨迹进行精细

的规划和调整，以确保机器人在运行过程中不会与周边设备发生碰撞或干涉。

在编程过程中注意程序的规范性，包括模块化编程和添加必要的程序注释以

提高程序的可读性和可维护性，方便后续的开发和维护工作。

在机器人程序设计中，需要充分考虑后续任务中与MES管控系统进行对

接的情况。这意味着在编程调试时，参赛选手必须考虑如何与MES系统进行

交互，以便机器人能够接收来自MES系统的指令并执行其任务。为了实现这

一目标，参赛选手需要根据MES向机器人发送的数据包括“更新码”“料位

号”“设备号”和“处理流程”等信息进行机器人程序的设计和调试。其中：

变量值

值为五位随机数，是MES系统发送给机器人的更新指令，以便机器人能

更新码

够执行新的任务。

值为1-24，基于所规划方案配置的料架数量，对应每个料位的编号，

料位号

一个料架12个料位，最多两个料架。

设备号值为1-2，是指智能制造单元中两台数控机床的编号。

值为0时，表示无处理内容；

处理流程值为1时，表示上料流程，指机器人从料架抓取工件到机床加工；

值为2时，表示下料流程，指机器人从机床抓取工件放回料架。

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同时，机器人还需要向MES系统反馈其执行任务的状态，以便MES系统能

够及时了解机器人的工作情况。因此，参赛选手需要在机器人编程调试时，

正确的向MES系统反馈“状态码”。

变量值

值为0时，表示机器人当前处于空闲状态，允许MES下发任务指令；

状态码值为1时，表示机器人当前处于忙碌状态，不允许MES下发任务指令；

值为2时，表示机器人当前处于错误状态，无法执行MES下发的任务指令。

此外，机器人还需要备份更新码，用于对比MES更新任务时的更新码，

以避免机器人重复执行同一个任务。因此，参赛选手需要在机器人编程调试

时，正确的将“更新码”写入到“更新码备份”中。

变量值

值为五位随机数，用于备份MES下发任务时的更新码，防止机器人

重复执行MES下发的任务指令。

更新码备份

当更新码等于更新码备份时，机器人不执行MES下发的任务指令；

当更新码不等于更新码备份时，机器人执行MES下发的任务指令。

综上所述，在机器人程序设计中，选手需要充分考虑与MES系统的交互，

以便机器人能够顺利执行任务。同时，选手需要遵循MES系统的交互数据进

行设计和调试，包括MES向机器人发送的数据和机器人向MES反馈的数据，以

及机器人备份更新码的数据。

完成任务三后，举手示意裁判进行评判！

任务四：智能制造单元MES虚拟调试

任务描述：

10

参赛选手按照任务书的要求，完成智能制造虚拟仿真软件、加工模拟软

件和生产管控软件的通讯连接。针对任务二中设计的产品，在MES生产管控

系统中创建生产加工任务，要求每个产品生产两件。

由于料架一中的料位1和3出现了故障，参赛选手需要采取必要的措施对

这两个料位进行禁用处理，以确保生产安全。在此基础上，参赛选手还需要

在MES生产管控系统中执行自动排产，智能制造单元则会根据MES下发的任务

指令执行相应的生产加工任务。在机器人执行加工任务的过程中，机器人会

根据事先编写好的程序设计返回状态给MES，而MES则会根据机器人的状态以

及排产任务的情况来判断是否需要继续向机器人下发任务指令。

在智能制造单元中，数控机床会自动调用加工模拟软件加载对应的产品

进行模拟加工，加工完成后，加工模拟软件会将结果返回给智能制造单元，

以更新加工状态，同时机器人也会执行机床下料任务。整个系统将按照以上

工作流程进行自动排产，直到任务排产完成。

完成任务四后，举手示意裁判进行评判！

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2023年河北省职业院校技能大赛

高职组“智能制造虚拟调试与生产管控”赛项

竞赛任务书(样题A第二赛程)

选手须知：

1.本任务书共5页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及

时向裁判示意，并进行任务书的更换。

2.本赛程竞赛时间为5小时，本赛程竞赛任务可在赛项全赛程时间内完

成。

3.竞赛工位提供2台计算机，竞赛模型及参考资料存储在“电脑桌面:\

参考资料”文件夹中。选手在竞赛过程中利用计算机创建的程序文件必须存

储到“D:\技能竞赛”文件夹中，未存储到指定位置的程序文件不作为竞赛

成果予以评分。请及时对程序文件存储，建议每10-15分钟1次，客观

原因断电情况下，酌情补时不超过15分钟。

4.任务书中只允许填写竞赛相关信息，不得出现学校、姓名等与身份有

关的信息或与竞赛过程无关的内容，否则成绩无效。

5.由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正常继续比赛，将

取消参赛队竞赛资格。

6.选手在比赛期间任何时间，均不得损毁、丢弃与比赛相关的材料、工具

、图纸、程序、文件等相关资料，否则取消选手比赛资格，比赛成绩以零分

计。

1

2023年河北省职业院校技能大赛高职组“智能制造虚拟调试与生产管控”赛项第二赛程

任务五：智能制造单元PLC虚拟调试

任务描述：

参赛选手按任务书要求，建立智能制造单元与PLC的通讯连接，并完成

机器人程序与PLC程序的编程，对智能制造单元进行综合调试，（注意：参

赛选手可利用第一赛程中的仿真组件及机器人程序继续比赛任务，但需要保

留两个赛程完整的文件。）具体调试功能如下：

1.智能制造单元具备基本的启动、停止、复位功能。按下启动按钮后，

智能制造单元将自动运行并执行生产加工任务；按下停止按钮，机器人停止

运行，但不会对机床的正常加工造成影响，保证生产的连续性与稳定性。在

智能制造单元运行过程中，不能随意进行重置，因此按下复位按钮是无效的；

而当智能制造单元停止时，按下复位按钮将对机器人各信号、寄存器、位置

姿态以及报警进行初始化。

2.智能制造单元中，将机床01的加工时间设置为25秒，机床02的加工

时间设置为20秒，两台机床可同时执行生产加工任务。当同时出现机床上料

和下料任务时，需要优先对机床进行上料加工，使机床稼动率最大化。（注

意：此处的机床模拟加工时间由PLC控制）

3.为了实现智能制造单元及设备状态监控功能，要求智能制造单元及

两台数控机床具备状态显示灯。这些状态显示灯能够反映出智能制造单元/

设备的运行状态。当智能制造单元/设备正常运行时，显示绿灯以1秒的频率

进行闪烁；当智能制造单元/设备空闲时，显示黄灯以1秒的频率进行闪烁；

当智能制造单元/设备出现故障时，显示红灯以1秒的频率进行闪烁。除了状

态显示灯，机床上方还要显示当前设备的运行时长、加工时长、剩余时长以

及加工数量，以便操作人员能够及时掌握设备的生产进度和状态。运行时长

指运行智能制造单元开始计时，加工时长指加工当前产品所需要的时间（固

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2023年河北省职业院校技能大赛高职组“智能制造虚拟调试与生产管控”赛项第二赛程

定值），剩余时长指加工当前产品还需要运行的时间，加工数量指设备已经

加工完成的产品数量。

完成任务五后，举手示意裁判进行评判！

任务六：智能制造单元人机界面设计

任务描述：

（一）HMI交互功能设计

1.在HMI界面中，设计启动、停止、复位功能，通过这些按钮对智能制

造单元进行生产管控。启动按钮可以启动生产线，使其开始运行；停止按钮

可以停止生产线，使其停止运行；复位按钮可以将生产线恢复到初始状态。

这些功能与任务六中描述的功能完全一致，以方便对生产过程进行控制和管

理。

2.在HMI界面中，设计料位管理功能，可通过操作人机界面对料架指定

料位进行启用/禁用/急件操作，当禁用料位时，机器人不对禁用的料位进行

取放料；当禁用的料位再次启用时，料位立即生效；当料位被设置为急件时，

机器人优先从该料位取料到机床加工。

3.在HMI界面中，设计设备管理功能，可通过操作人机界面对机床进行

启用/禁用操作，当禁用机床时，机器人不对禁用的机床进行取放料；当禁

用正在加工的机床时，机床正常运行，但加工完成后机器人不进行下料，直

到机床被再次启用。以下图5表示设备的启用和禁用状态。

3

2023年河北省职业院校技能大赛高职组“智能制造虚拟调试与生产管控”赛项第二赛程

图5左-启用机床，右-禁用机床

4.在HMI界面中，设计生产排产