第五届全国智能制造应用技术技能大赛安徽省选拔赛：数字孪生应用技术员样题

附件9

2023年全国行业职业技能竞赛——

第五届全国智能制造应用技术技能大赛

安徽省选拔赛

数字孪生应用技术员

（智能制造控制技术方向）

样题

（职工组/学生组）

全国智能制造应用技术技能大赛

安徽省选拔赛组委会

二零二三年十月

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2023年全国行业职业技能竞赛——全国智能制造应用技术技能大赛安徽省选拔赛

重要说明

1.比赛时间150分钟，60分钟后，选手可以弃赛，但不可提前离开

赛位场地，需要在赛位指定位置，与比赛设备隔离。

2.比赛共包括5个任务，总分100分，见表1。

表1：比赛任务及配分

序号名称配分说明

1任务1：智能制造控制系统设计与装调20

2任务2：生产工艺控制数字化仿真15

3任务3：智能生产数字化控制虚拟联调20

4任务4：智能制造控制技术综合应用25

5任务5：智能制造控制可靠性分析20

合计100

3.除有说明外，限制各任务评判顺序，但不限制任务中各项的先

后顺序，选手在实际比赛过程中要根据赛题情况进行操作。

4.请务必阅读各任务的重要提示。

5.比赛过程中，若发生危及设备或人身安全事故，立即停止比赛，

将取消其参赛资格。

6.比赛所需要的资料及软件都以电子版的形式保存在工位计算机

里指定位置E:\ZL\。

7.选手对比赛过程中需裁判确认部分，应当先举手示意，等待裁

判人员前来处理。

8.参赛选手在竞赛过程中，不得使用U盘。

9.选手在竞赛过程中应该遵守相关的规章制度和安全守则，如有

违反，则按照相关规定在竞赛的总成绩中扣除相应分值。

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10.选手在比赛开始前，认真对照工具清单检查工位设备，并确认

后开始比赛；选手完成任务后的检具、仪表和部件，现场需统一收回

再提供给其他选手使用。

11.赛题中要求的备份和保存在电脑中的文件，需选手在计算机指

定文件夹E:\2023ZNKZ2\中命名对应文件夹（赛位号+xxx，赛位号+PLC，

赛位号+HMI），赛位号为1位数字+3个字母+2位数字，如1DS01。赛题

中所要求备份的文件请备份到对应到文件夹下，即使选手没有任何备

份文件也要求建立文件夹。

12.需要裁判验收的各项任务，任务完成后裁判只验收1次，请根

据赛题说明，确认完成后再提请裁判验收。

13.选手严禁携带任何通讯、存储设备及技术资料，如有发现将取

消其竞赛资格。选手擅自离开本参赛队赛位或者与其他赛位的选手交

流或者在赛场大声喧哗，严重影响赛场秩序，如有发生，将取消其竞

赛资格。

14.选手必须认真填写各类文档，竞赛完成后所有文档按页码顺序

一并上交。

15.选手必须及时保存自己编写的程序及材料，防止意外断电及其

它情况造成程序或资料的丢失。

16.赛场提供的任何物品，不得带离赛场。

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一、竞赛项目任务书

任务1：智能制造系统架构

1.根据任务书要求，在给定的传感器套件中选择合适的传感器并

完成安装与调试。

对皮带运输机前限和后限传感器进行安装与电气连接并调试，实

现皮带运输机入口及末端检测；

检查皮带运输机编码器的安装与电气连接并调试，实现与皮带运

输机电机轴的同步运行；

2.基于调试平台，完成传感器，边缘端设备，工业网关等智能设

备的组态与通信，搭建工业网络，打通数据流。

根据各单元的实际布局，使用提供的网线、水晶头、压线钳进行

PLC,HMI,PC1,PC2,机器人所需的网线制作，并通过网线测试工具进行

网线测试；

（1）根据各单元的实际布局和网络结构进行网线连接要求美观且

规范；

（2）完成调试平台的网络参数配置；

配置PLC的通信参数；

配置HMI的通信参数；

配置装配机器人通信参数；

配置工位计算机（PC-1,PA-2）通信参数；

由工位计算机PC-1向PC-2,PLC,HMI,机器人进行Ping通测试；

选手选择放弃网线制作，使用成品网线，则对应ping通任务不得

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分。

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分。

3.车窗运输应用

编写PLC程序，设计HMI界面，实现车窗运输控制。

将车窗放置在桌面步进驱动机构上，根据要求进行车窗零件的运

输作业。

运输要求如下：

完成步进驱动机构的寻原点；

手动操作运行至指定位置（位置由裁判指定）

通过触屏触发车窗运输流程，流程如下：

行程及运动点示意图

按照P4-P1-P3-P2顺序运输，每到一个点停止3s，运行至P2点后停

止5s，再次进行自动寻原点，车窗运输结束。

车窗停留在对应点位时，HMI进行停留位置显示（灯亮3s）；

以棒图形式，显示车窗的实时位置。

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界面示意图

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

任务2：生产工艺控制数字化仿真

1.编写PLC程序，调整机器人程序，完成主控与装配机器人的数据

交互和车窗装配；机器人系统通信说明见技术文件。

手动运行机器人，通过HMI对机器人实时关节坐标数据进行显示

（刷新周期不大于100ms）；要求显示的数据与机器人示教界面数据一

致；

获取机器人当前系统状态（使能，报警），通过HMI进行显示。

通过HMI触发装配机器人运行，实现车窗的自动装配；

HMI界面示意图

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流程图：

运行前准备：

手动将车窗零件放置到皮带运输机入口处；

机器人调整到安全位置（选手自定）并完成机器人系统相关准备

操作；

启动运行：

“运行前准备”完成后，通过HMI界面启动自动装配流程。

（评分时，“运行前准备”需得到裁判确认后，才能进行运行启

动）

流程如下：

触发HMI控件，自动装配流程开始；

车窗运输至机器人取料位后停止；

机器人获取车窗零件；

机器人将车窗零件安装到小车上。（稳定无掉落）

运行结束。

（开始运行后不得对平台进行除急停以外的任何操作，运行过程

中发生碰撞或急停后，对应任务评分立即结束）

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

在虚拟仿真软件中，打开仿真工程，打通设备的数字孪生信息，

实现数字设备与物理设备的功能同步。

2.参照实物平台，在仿真环境下进行模型的布局；其中喷涂机构

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作为虚拟机构在仿真环境中对车体进行喷涂作业。

喷涂机构由一个三轴直角坐标喷涂机器人和喷涂工具组成。其余

模型与汽车物联网测试系统机构一致。

运行仿真工程，进行模型动作验证。

控制装配机器人模型各轴运行；（轴角度裁判指定）

控制皮带运输机模型将车窗运输至末端；

控制喷涂机器人模型完成小车喷涂作业；

喷涂过程中查看实时喷涂工具末端与喷涂面的距离。

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

任务3：智能生产数字化控制虚拟联调

1.编写PLC程序，设计HMI界面，通过HMI对皮带输送机，装配工位

相关机构进行控制，对采集的传感器数据进行显示；

通过HMI控制皮带运输机正反转运行，显示光电开关检测位置的物

料有无信息；

PLC采集通过编码器采集数据，计算皮带实时运行速度（mm/s），

将测得的运行速度在HMI上进行显示（刷新周期不大于100ms）；

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界面示意图

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

对工业网络的端侧数据进行筛选、整理和汇总，选择合适的协议

与仿真环境进行数据交互及信号关联；

链接外部信号，运行仿真工程，进行数字孪生动态跟随验证，进

行如下操作：

手动操作真实皮带运输机启停，仿真皮带运输机同步启停；

手动操作真实装配机器人运动，仿真装配机器人同步运动姿态一

致；

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

2.根据实物设备的运行情况调整仿真环境中模型的位置、动态参

数等，实现数字设备与物理设备的功能数字孪生同步运行；

PLC启动装配单元，装配单元按照装配流程概述动作，完成小车的

喷涂与车窗安装，运行过程中要求仿真模型与实际装配工作站各机构

实现数字孪生动作。

流程图：

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系统准备：

手动将小车模型放置到装载台上；

将皮带运输机保持正转运行；

机器人手动操作至安全位置（选手自定）并完成机器人系统相关

准备操作；

初始化：

“系统准备完成后”选手通过HMI或基于低代码开发的工业APP对

汽车物联网测试系统进行初始化。

（评分时，“系统准备”需得到裁判确认后，才能进行运行启动）

（初始化开始后，选手不得对系统进行除急停以外的任何操作，

运行过程中发生碰撞或急停后，对应任务评分立即结束）

初始化要求如下：

皮带运输机停止运行；

待皮带运输机运行停止后，手动将车窗（可含基座）放置到皮带

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运输机入口处；

机器人处于安全位置；

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

运行启动：

“初始化”后，选手运行仿真工程，通过HMI或基于低代码开发的

工业APP对汽车物联网测试系统进行启动。整个运行过程中，要求仿真

环境中各机构与实体平台动作一致；

（评分时，“初始化”任务评分完成后，得到裁判确认后才能进

行运行启动）

（系统开始运行后，选手不得对系统进行除急停以外的任何操作，

运行过程冲发生碰撞或急停后，对应任务评分立即结束）

运行流程如下：

皮带运输机运行；

车窗运输至机器人取料位后停止；

机器人获取车窗零件；

机器人将车窗零件搬运至车窗喷涂工位；

喷涂机对小车车窗进行喷涂作业；（要求喷涂轨迹超过小车车窗

长度，来回喷涂3次；

机器人将车窗零件安装到小车上。（稳定无掉落）

仿真喷涂机构进行车身喷涂作业；（要求在小车顶层区域从车尾

到车头的一次来回喷涂，喷涂轨迹与小车顶层轮廓一致，喷涂过程中，

喷涂工具末端与喷涂面的距离不得超过30mm）。

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完成喷涂，流程结束；

（开始运行后，选手不得对系统进行除急停以外任何操作，发运

行过程冲发生碰撞或急停后，对应任务评分立即结束）

调试完成后，选手提请裁判进行任务评分

任务4：智能制造控制技术综合应用

1.根据任务书给定的工件数字设计与加工要求，开发、调试基于

低代码平台的工业APP应用界面与功能。

（1）用户登录

用户登陆页面

页面含以下窗口，窗口及内容如下：

登陆窗口：

登陆状态

权限选择

登陆账号

登陆密码

（2）汽车物联网测试系统

汽车物联网测试系统主页面

页面含以下窗口，窗口及内容如下：

总控窗口：

初始化、启动、停止控件按钮；

状态窗口：

当前工序显示（含初始化、车窗喷涂、车窗装配、车体喷涂、完

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2023年全国行业职业技能竞赛——全国智能制造应用技术技能大赛安徽省选拔赛

成）

装配机器人运行状态显示（运行、停止）；

皮带运输机状态显示（运行、停止）

机器人页面

页面含以下窗口，窗口及内容如下：

装配机器人窗口：

装配机器人实时关节角度显示；

喷涂机器人窗口：

喷涂机器人实时关节坐标显示；

车体喷涂过程中，显示工具末端与喷涂面的距离（采样点不少于

10个）；

装配与运输页面

页面含以下窗口，窗口及内容如下：

步进控制窗口：

步进机构当前位置显示mm；

步进机构当前速度显示mm/s；

步进机构前进、后退控件按钮；

车窗运输控制装口：

车窗运输启动控制按钮

车窗到位状态显示

装配桌面实时振动数据（10s区间）及实时温度数据显示；

2.部署工业APP至云端（私有云）。

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（1）完成工业APP的部署和运行；

（2）网络中的PC都可通过WEB端进行APP的使用和维护；

完成工业APP界面设计和部署后，可向裁判示意，由裁判选择任意

一台工位PC进行界面展示和评分。

3.配置相关数字化设备数据可视化界面，实现数据实时显示。

选择合适的协议从不同网络中获取所需要的数据；按照“任务3.1”

的界面描述进行显示；设备支持的网络协议有：TCPIP协议、MODBUSTCP

协议、OPCUA协议、S7协议。

获取汽车物联网测试系统相关信息，并在APP应用界面上进行显示；

手动操作装配机器人，在“机器人页面”-“装配机器人窗口”下

查看实时关节角度；

手动操作步进机构前进后退，在“装配与运输页面”-“步进控制

窗口”查看步进机构位置和运行速度；

在“装配与运输页面”-“车窗运输窗口”启动车窗运输功能。功

能要求如下：

行程及运动点示意图

启动车窗运输功能

机构按照P4-P1-P3-P2顺序运输，每到一个点停止3s，运行至P2

点后停止5s，再次进行自动寻原点，车窗运输结束。

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2023年全国行业职业技能竞赛——全国智能制造应用技术技能大赛安徽省选拔赛

运行至对应点位置，分别显示到位状态；

完成工业APP数据可视化功能完成后，可向裁判示意，进行数据可

视化展示和评分。

4.运用工业互联网、实现工件的数字化加工与信息管理。

（1）不同用户的权限说明：

1）“记录员”：可在各页面及窗口查看系统运行相关数据；

2）“操作员”：可对汽车物联网单元步进机构进行“前进后退”

“车窗运输功能”控制；同时拥有“记录员”权限；

3）“管理员”：可对汽车物联网测试系统及数控系统进行“初始

化、系统启动、停止”、“开始加工、停止加工”相关操作，同时拥

有“记录员”、“操作员”权限；

（2）信息管理与权限验证：

记录员：

未登陆状态下，进入“机器人页面”操作机器人各关节运行，界

面数据无变化。

登陆“记录员”权限，“任务3.3”所有显示数据恢复刷新，且正

确显示；

操作员：

登陆“操作员”权限，进入“装配与运输页面”点动操作步进机

构前进、后退运行；车窗运输功能启动。

管理员：

进入“汽车物联网测试系统主页面”在“控制窗口”进行系统初

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2023年全国行业职业技能竞赛——全国智能制造应用技术技能大赛安徽省选拔赛

始化；初始化完成之后，将车窗零件放置到皮带运输机末端。启动运

行小车喷涂装配任务。（运行启动后，选手不得对系统进行除急停以

外的任何操作）“汽车物联网测试系统”完成小车自动喷涂装配任务。

运行过程中，“汽车物联网测试系统主页面”下系统运行状态实

时显示。

（初始化及运行流程与“任务4”要求一致）

（开始运行后，选手不得对系统进行除急停以外任何操作，发生

碰撞或急停后，对应任务评分结束）

完成工业APP设计后，可向裁判示意，进行功能展示和评分。

任务5：智能制造控制可靠性分析

根据赛项要求，编制、使用网络安全工具软件检查并分析工业网

络，找到可能的危险数据。

使用两台计算机，PC-1向PC-2电脑发送三次数据，获取对应数据，

以.pcapng格式进行保存，查看获取的数据信息，分析发送信息的时间

和数据长度；

基于网络监控与分析，追溯危险数据来源。

使用两台计算机，使用telnet明文传送方式，PC-1通过TCP协议向

PC-2发送三条信息（信息内容裁判指定），PC-2获取对应数据，

以.pcapng格式进行保存，查看获取的数据信息，分析PC-1的IP地址及

PC-1发送的数据内容；

选手提请裁判进行数据收发测试，分析结果与实际数据比对后，

评分

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工业互联网搭建及可靠性测试

网络系统要求如下：

1)根据网络配置表进行网络划分，要求不同VlanID分配不同网

段。

2)在搭建的网络基础上，为增加网络环境的稳定性，对主干网

络搭建冗余环网。

3）按照网络配置表和网络拓扑图完成网络设备的配置和网络搭

建。

Vlan/端口设备网络信息

设备名称符号地址

Vlan端口设备名称IP地址

VLAN01P1,P2,P7,P8192.168.0.201

交换机1SW1

VLAN11P2,P3,P7,P8192.168.2.1PC1192.168.2.10

VLAN01P1,P2,P3192.168.0.202

交换机2SW2VLAN21P2,P3,P4,P5192.168.10.1PC2192.168.10.10

VLAN23P2,P3,P7,P8192.168.30.1HMI192.168.30.10

VLAN01P1,P2,P3