福建省职业院校技能大赛高职组机器人系统集成赛项规程.docx
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福建省职业院校技能大赛高职组机器人系统集成赛项规程
2021年福建省职业院校技能大赛
〃机器人系统集成〃赛项规程
一、赛项名称
赛项编号:
G-59
赛项名称:
机器人系统集成
赛项组别:
高职组
竞赛形式:
团体赛
赛项归属:
装备制造大类
二竞赛目的
随着《机器人产业发展规划(2016-2020年)》、《中国制造2025》战略规划的推进,加快机器人系统集成技术在智能制造领域的应用,是实现制造业转型升级的关键所在。
本赛项是为面向《制造业人才发展规划指南》,精准对接装备制造业重点领域的人才需求,检验高职院校装备制造类专业复合型技术技能人才培养成效,促进装备制造类专业教学改革,实现"赛教融合、赛训融合〃,全面提升教学质量设置而成。
(一)检验教学成效
竞赛内容涵盖了工业机器人行业企业岗位对学生职业技能的最新要求,竞赛过程覆盖了完整工作任务,竞赛评价标准符合业界项目验收和交付标准。
通过竞赛,能够很好地反映出高职院校所培养学生的技能和用人单位岗位要求的匹配程度从而检验工业机器人技术专业教学成效,展现专业人才培养成果。
(二)促进教学改革
竞赛内容源自企业真实的项目和工作任务需求反映了机器人系统集成技术岗位要求,引导学校将专业内涵建设与职业岗位能力要求对接、课程内容与职业标准对接、教学过程与工作过程对接、学历证书与机器人相关职业技能等级证书对接。
通过竞赛,引导高职院校将企业完整的工作任务转化成教学内容;I各传统重讲授轻实践的教学模式转向"做中学、做中教"项目案例教学;将职业技能作为专业核心能力进行培养,从而提高人才培养的针对性和有效性。
(三)向世界高水平看齐
本赛项紧跟智能制造产业的发展趋势月苗准国际工业机器人技术发展最高水平,针对传统制造向智能制造升级的实际问题,以机器人系统集成技术的应用为核心,将行业发展的最新技术融入竞赛内容。
赛项紧密对接世界技能大赛,搭建公平公正、切磋技艺、展示技能的集成平台,引领广大高职院校不断在新的更高的起点上培养国家需要、国际一流水准的机器人应用技术技能人才,服务国家战略,建设制造强国。
)营造崇尚技能的社会氛围
技能人才是人才队伍的重要组成部分宸好的社会氛围是技能人才成长成才的环境和基础,关系到技能人才队伍的长远发展。
通过竞赛宣传,引导全社会尊重、重视、关心技能人才的培养和成长,让尊重劳动、尊重技术、尊重创造成为社会共识。
通过竞赛,表彰一批优秀的年轻技能人才,增强他们的自豪感、获得感,在全国上下营造〃技能改变命运、匠心成就人生"的崇尚技能的氛围,激励广大青年走技能成才、技能报国之路。
三.竞赛内容
本赛项以汽车行业轮毂零件的生产制造为背景采用机器人系统集成技术完成制造单元系统的智能化改造,充分体现〃两化深度融合"在传统制造业升级改造中的技术应用。
根据任务书要求,选手自行设计实施方案,在三维软件中搭建竞赛平台并完成产品生产流程仿真,完成真实竞赛平台的系统搭建和线路连接,对工业机器人进行点位示教和控制程序编制,对数控系统进行加工程序编制和通讯参数设置,对视觉系统进行检测识别参数设定和优化,对可编程控制器进行控制程序编制及调试,对系统进行故障诊断和排除,实现轮毂产品根据不同的生产工艺要求及订单需求完成仓库存储、数控加工、打磨加工、检测识别、分拣入位等工艺流程,通过制造执行系统对生产过程信息和设备状态实时采集和可视化显示,智能终端利用云端实现安全的制造数据远程监控。
结合工作任务和用户需求,完成相应的技术文档制作。
本赛项主要考察选手对于工业机器人、可编程控制器、数控系统、集成视觉等控制设备的编程调试和复杂机器人集成系统的联调能力,兼顾考核选手在工业网络及数据归档处理的信息化能力,充分考验选手面对复杂任务要求的分析处理、方案制定和实施能力,展现选手的综合职业素质和创新水平。
本赛项采用团体比赛方式,每支队2名选手在4小时内协作完成竞赛任务。
具体由任务书详细规定。
主要竞赛任务如下:
任务一系统方案设计(4%)
根据制造流程要求,细化完整的生产工艺路径,将工序内容与实现设备一一对应;在场地面积条件下,合理设计单元的布局形式,完成完整工序内容;根据工序流程和控制系统要求,确定控制网络结构。
任务二工艺流程模拟仿真(7%)
利用虚拟仿真软件,在三维环境中按照设计的布局形式,搭建硬件环境,规划功能单元的动作轨迹,仿真验证布局设计有效性。
任务三硬件搭建及电气接线(12%)
根据集成设计方案,将所选的功能单元按照布局规划拼接固定;根据功能要求,完成各单元的机械安装、电气接线、气动连接、控制网络线路部署等内容;手动测试单元功能动作。
任务四机器人系统集成(20%)
对PLC控制器和远程10进行组态操作,通过集成机器人与各功能单元满足控制设计要求;对PLC、工业机器人、数控系统、视觉系统编程调试,分别实现工业机器人更换不同工具、工^机器人从立体仓库中拾取零件、工业机器人将待加工零件放入/取出数控机床、编制加工程序完成加工任务、工业机器人对零件表面打磨加工、视觉系统对零件产品加工结果的检测与判别、对零件进行分拣入位等功能动作。
任务五集成系统联调(15%)
根据产品生产制造流程,对立体库、工业机器人、数控系统进行编程联调,利用物联网、工业以太网实现产品、设备和控制器之间的信息交互;茜足加工流程自动化洽理优化程序逻辑和设备运行参数,满足任务的生产效率要求。
任务六MES系统集成(10%)
利用MES系统开发平台完成信息采集、产品数据追溯、制造流程可视化、设备状态可视化等功能模块,可对异常情况进行监控并估攵出合理判断,确保生产安全;并完成机器人集成系统的功能流程控制操作面板开发,实现对生产流程控制。
在MES系统开发平台中,将任务要求的生产流程数据、设备状态信息存储到指定的云服务器中。
任务七拓展任务(20%)
在保证工作台运行通畅的情况下,根据给定的任务要求,对集成系统进行机械、电气、MES系统或工作流程调整,完成工作站的高级功能拓展。
任务八文档制作(7%)
竞赛过程中,编写用户交付文档,内容包括方案设计、故障点诊断排除、安全注意事项、系统功能描述、系统设备组成、系统使用方法、用户维护方法等。
综合任务职业素养(5%)
竞赛过程中,对参赛选手的技术应用合理性、工具操作规范性、机械电气工艺规范性、耗材使用环保性、功耗控制节能性以及赛场纪律、安全和文明生产等进行综合评价。
(—)竞赛以团体赛方式进行。
每支参赛队2名选手,参赛选手必须是2021年度高职院校全日制在籍学生,五年制高职四、五年级全日制在籍学生及本科院校中高职类全日制在籍学生可报名参加高职组比赛,不限性别,年龄须不超过25周岁。
凡往届全国职业院校技能大赛中获一等奖的选手,不得参加同一赛项同一组别的赛项。
(二)竞赛队伍组成:
由各学校为单位组队参赛同一学校相同项目报名参赛队1支,不得跨校组队;指导教师须为本校专兼职教师,每队限报2名指导教师。
五、竞赛流程
(一)竞赛时间
各竞赛队在4小时内,独立完成规定的所有竞赛任务。
(二)竞赛流程
竞赛日期由福建省职业院校技能大赛执委会及赛区执委会统规定,竞赛预计安排3天,正式比赛2天。
日期
时间
事项
地点
参加人员
第一天
9:
00-15:
30
裁判、仲裁、监督报到,裁判培训及工作会议
1g
裁判长、全体裁判员、监督
11:
00-14:
00
参赛队报到
报到酒店
参赛队
15:
00-15:
30
熟悉赛场
校区
参赛队
15:
30-16:
15
说明会、场次抽检
校区
参赛队、裁判长、监督长等
16:
00-
封闭赛场
豔
技术保障人
更寺
第二天
7:
15-7:
45
第一场参赛队前往赛场
校区
参赛队
7:
45-7:
55
第一场竞赛相关人员到达赛场
校区
加密裁判、工作人员、监督
7:
55-8:
00
竞赛队伍、工位抽签
校区
裁判长、监督.仲裁
8:
00-12:
00
正式比赛(第一场)
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
第二天
12:
00-13:
45
裁判评分、竞赛设备恢复
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
13:
15-13:
45
第二场参赛队前往赛场
校区
参赛队
13:
45-13:
55
第二场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
校区
加密裁判、工作人员、监督
13:
55-14:
00
竞赛队伍、工位抽签
校区
裁判长、监督、仲裁
14:
00-18:
00
正式比赛(第二场)
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
18:
00-19:
45
裁判评分、竞赛设备恢复
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
7:
15-7:
45
第二场参赛队前往赛场
校区
参赛队
7:
45-7:
55
第二场竞赛相关
校区
加密裁判、
第三天
人员到达赛场
工作人员、监督
7:
55-8:
00
竞赛队伍、工位抽签
校区
裁判长、监督.仲裁
8:
00-12:
00
正式比赛(第二场)
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
12:
00-13:
45
裁判评分、竞赛设备恢复
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
13:
15-13:
45
第四场参赛队前往赛场
校区
参赛队
13:
45-13:
55
第四场竞赛相关人员到达赛场并完成参赛队检录
校区
加密裁判、工作人员、监督
第二天
13:
55-14:
00
竞赛队伍、工位抽签
校区
裁判长、监督.仲裁
14:
00-18:
00
正式比赛(第四场)
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
18:
00-19:
45
裁判评分、竞赛设备恢复
校区
裁判长、各裁判、监督、仲裁及技术人员等
19:
45-21:
00
成绩统计
校区
裁判长、各裁判.监督、仲裁
第四
天
全天
公布成绩、返程
六、竞赛试题
赛题在比赛时以任务书的形式发放参赛队根据任务书的要求完成竞赛任务,并按要求和程序提交竞赛结果。
赛前将公布样题。
7.竞赛规则
(—)熟悉场地
在比赛日前一天15:
00-15:
30,参赛队在工作人员带领下,携带身份证件,按照规定路线有序进入赛场。
任^可人员只得在指定区
域观察,不得进入赛位,不得触碰竞赛平台及赛位内物品。
(二)正式比赛
1.赛前十分钟选手经裁判长允许进入工位,按设备清单检查竞赛平台、机械电气元件、工具、耗材、文具用品等,不得做与竞赛任务相关事情。
2•所有人员在赛场内不得有影响选手完成工作任务的行为。
参赛选手不允许未经现场裁判许可随意离开赛位,使用文明用语,不得言语及人身攻击裁判和赛场工作人员。
3•参赛选手须严格遵守安全操作规程,确保人身及设备安全。
参赛选手因个人误操作造成人身安全事故和设备损坏时裁判长有权中止该参赛队比赛。
如出现影响比赛正常进行的异常因素(不包括赛程设定的故障排除)而无法比赛,由裁判长视具体情况做出裁决,并酌情补时。
必要情况下,可启用备用设备。
4•裁判长发布比赛结束指令后所有未完成任务参赛选手立即停止操作,按要求清理赛位,不得以彳石可理由拖延竞赛时间。
5•选手退场时不得将任务书、草稿纸、赛位物品等带出赛场。
配合裁判做好赛场记录。
(三)成绩评定
成绩评定过程中选手根据裁判要求展示竞赛成果和任务完成情况。
裁判严格按照评分表,依照选手实际发生的动作情况完成评定过程,确保公平公正。
选手不得围观和议论其他选手评定情况。
裁判不得将选手表现和评定结果泄露。
工作人员根据裁判要求配合评定工作,不得擅自进入赛位影响评判过程。
记分员将解密后的各参赛队伍(选手)成绩汇总成比赛成绩,经裁判长、监督组签字后,公布比赛结果。
公布2小时无异议后,将赛项总成绩的最终结果录入赛务管理系统,经裁判长、监督组长和仲裁长在系统导出成绩单上审核签字后,在闭幕式上宣布。
八、竞赛环境
1.竞赛场地平整、明亮、通风良好,场地采光良好,四周无太阳直射,照明条件优良,可保证赛位在比赛期间稳定的光源环境。
2.赛场规划独立参观通道和体验区域,不影响竞赛正常进行。
3.赛场设置合理数量空调,保证赛场温度适宜。
4.赛项设置合理数量监控,保证无死角全覆盖所有赛位和人员活动范围,监控录像文件妥善保存。
5.赛场设置医疗站。
6.赛场放置灭火器。
7.赛场设置备用电源。
8.赛场入口设有疫情防控测温点。
(二)竞赛工位要求
1•单个竞赛工位面积不小于35m2(5mx7m),标明竞赛工位号码,有明显区域划分,除了参赛工位。
2.每个竞赛工位配备竞赛平台1套,操作桌1张(操作面积不小于1000mmx1600mm)編程用电脑2台(配电脑桌)澆子2张,专用工具1套,安全帽2个,文具及清扫工具1套。
3.每个竞赛工位提供竞赛平台用供电口1个(380V-10kW),编程电脑用供电口2个(220V-lkW),提供网线接口1个(赛场内部
署交换机X
4编程用电脑配置要求,CPU为INTELi5-8700CPU(第8代,主频3.2GHz核心数6同级别或以上显卡为独立NVIDIAGeForceGTX1060显卡(1500MHz频率,3GB显存)同级别或以上,内存为8GB容量同级别或以上,硬盘为500GB容量同级别或以上,安装正版Windows10操作系统以及要求的Office软件等。
九、技术规范
(一)相关知识与技术技能
1•系统集成方案制定与优化
依照实际加工工序及工艺要求,结合硬件设备及特定条件限制,设计硬件单元的布局形式,规划控制系统的层级拓扑结构,选择适当的通讯方式和接口,制定后续功能设计方案和调试流程。
利用仿真软件快速验证方案合理性,并采取适当措施优化方案以缩短调试周期、加强制造柔性、提高生产效率。
2机械安装、电气接线
参照机械及电气操作规范,完成硬件设备的拼接和电路、气路、通讯线路的接线。
3.可编程控制器(PLC)应用
利用适当的编程指令結合硬件设备及特定条件限制,完成PLC控制程序的设计和编程实现硬件设备的执行设备如伺服电机、气缸、传感器、分布式10等满足所需的动作要求。
4•工业机器人(Robot)应用
利用编程指令,结合硬件设备及特定条件限制,完成Robot控制程序的设计和编程,实现工业机器人完成所需的动作要求。
5•数控系统(CNC)应用
利用适当的编程指令,结合硬件设备及特定条件限制,完成CNC加工程序的设计和编程,实现数控机床完成所需的加工过程。
6.智能视觉(CCD)应用
利用适当的检测模板和条件,结合硬件设备及特定条件限制,完成CCD检测条件的设置和优化,实现对目标产品不同特征的检测反馈。
7•工业网络技术应用
利用不同的工业网络通讯协议,结合硬件设备及特定条件限制,实现PLC、Robot、CNC、CCD、PC和分布式10的实时通讯。
8•制造企业生产过程执行系统(MES)应用
利用成熟的工业软件,结合硬件设备及特定条件限制,实现对不同控制器、执行设备、传感器的运行状态监控和工艺流程控制。
9.职业技术术语表述
具有清晰、有效的口头、书面和电子形式的沟通方式,能进行积极的倾听和提问,并与他人进行复杂的技术原理和应用的讨论,能编制规范的专业技术文档。
(二)职业标准
1•机械设备安装工国家职业标准(职业编码6-23-10-01);
2.电气设备安装工国家职业标准(职业编码6-23-10-02);
3•可编程序控制系统设计师国家职业标准(职业编码X2-02-13-
10);
4•计算机程序设计员国家职业标准(职业编码X2-02-13-06);
5•工业机器人系统运维员国家职业技能标准(职业编码6-31-
01-10);
(三)技术标准
1.机床数控系统通用技术条件JB/T8832.—2001;
2•工业控制系统信息安全GB/T30976.1-30976.2;
3•工业机器人坐标系和运动命名原则GB/T16977-2005;
4•工业机器人编程和操作图形用户接口GB/T19399-20035.工业机器人安全规范GB11291-1997;
6•工业机器人通用技术标准GB/T14284-1993;
7.电气设备用图形符号GB/T5465.2-1996;
8.机械安全机械电气设备第1部分GB5226.1-2002;
9.基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行规・PROFIsafeGB/Z20830-2007;
10.工业通信网络现场总线规范第2部分物理层规范服务定义GB/T16657.2-2008;
11•工业通信网络现场总线规范类型10:
PROFINETIO规范第3部分:
PROFINETIO通信行规GB/Z25105.3-2010;
12.制造业信息化技术术语GB/T18725-2008;
13.教学仪器设备安全要求总则GB21746-2008;
14.教学仪器设备安全要求仪器和零部件的基本要求;
GB21748-2008o
十、技术平台
(一)竞赛平台功能概述
机器人系统集成赛项竞赛平台选用北京华航唯实机器人科技股份有限公司提供的智能制造单元系统集成应用平台(CHL-DS-11型),如图2所示(图片仅做参考,下同),以汽车行业的轮毂为产品对象(图3),通过机器人系统集成及应用技术,能够实现仓库取料、制造加工、打磨抛光、检测识别、分拣入位等生产工艺环节,以未来智能制造工厂的定位和需求为参考,通过工业以太网完成数据的快速交换和流程控制,采用PLC实现灵活的现场控制结构和总控设计逻辑,利用MES系统采集所有设备的运行信息和工作状态,融合大数据实现工艺过程的实时调配和智能控制,借助云网络体现系统运行状态的远程监控。
竞赛平台模块化设计每个单元安装在可自由移动的独立台架上,布置远程10模块通过工业以太网实现信号通讯Ml协调控制,用以满足不同的工艺流程要求和功能实现,充分体现出系统集成的功耗、效率及成本特性。
每个单元的四边均可以与其他单元进行拼接,根据工序顺序,自由组合成适合不同功能要求的布局形式。
图2智能制造单元系统集成应用平台
图3轮毂产品
借助工业机器人离线编程软件,可以在三维虚拟环境中模拟搭建
布局结构,仿真动作过程,验证各单元间的配合相关度,提高工作效
率、体现智能设计,如图4所示。
ttHH
图4工业机器人离线编程软件
(二)竞赛设备单元介绍
图5执行单元
竞赛平台集成了工业机器人、仓储物流、数控打磨加工、视觉检测等技术,利用工业以太网实现信息互联,依托MES系统实现数据采集与可视化,接入云端借助数据服务实现一体化联控,以满足产品(汽车轮毂)的定制化生产制造。
执行单元是产品在各个单元间转换和定制加工的执行终端,是应用平台的核心单元,由工作台、工业机器人、平移滑台、快换模块法兰端、远程IO模块等组件构成,如图5所示。
工业机器人选用知名品牌的桌面级小型工业机器人,六自由度可使其在工作空间内自由活动,完成以不同姿态拾取零件或加工。
平移滑台作为工业机器人扩展轴,扩大了工业机器人的可达工作空间,可以配合更多的功能单元完成复杂的工艺流程。
平移滑台的运动参数信息,如速度、位置等,由工业机器人控制器通过现场IO信号传输给PLC,从而控制伺服电机实现线性运动。
快换模块法兰端安装在工业机器人末端法兰上,可与快换模块工具端匹配,实现工业机器人工具的自动更换。
执行单元的流程控制信号由远程IO模块通过工业以太网与总控单元实现交互。
图6工具单元
工具单元用于存放不同功能的工具,是执行单元的附属单元,由工作台、工具架、工具、示教器支架等组件构成,如图6所示。
工业机器人可通过程序控制移动到指定位置安装或释放工具。
工具单元提供了7种不同类型的工具,每种工具均配置了快换模块工具端,可以与快换模块法兰端匹配。
仓储单元用于临时存放零件是应用平台的功能单元,由工作台、立体仓库、远程IO模块等组件构成,如图7所示。
立体仓库为双层六仓位结构,每个仓位可存放一个零件。
仓位托板可推出,方便工业机器人以不用方式取放零件。
每个仓位均设置有传感器和指示灯,可检测当前仓位是否存放有零件并将状态显示出来。
仓储单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单丿L/o
图7仓储单元
加工单元可对零件表面指定位置进行雕刻加工是应用平台的功能单元,由工作台、数控机床、刀库、数控系统、远程10模块等组件构成,如图8所示。
数控机床为典型三轴铳床形式,采用轻量化设计,可实现小范围高精度加工,加工动作由数控系统控制。
数控系统可实现最佳表面质量和高速、高精加工的和谐统一,是面向中高档数控机床配套的数控产品。
数控系统集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体,支持车、铢两种工艺应用,基于80位浮点数的纳米计算精度充分保证了控制的精确性。
数控系统提供的图形编程既包括传统的G指令,也包括最新的指导性编程,用户可以根据指导一步步按自定义的步骤进行编程,简单、快捷。
支持多种编程方式,包括灵活的编程向导,高效的工步式编程和全套的工艺循环,可以满足从大批量生产到单个工件加工的编程需要在显著缩短编程时间的同时确保最佳工件精度。
数控系统选用工业级、市场占有率高、使用范围广的高性能产品,保证操作与真实机床的完全一致性。
刀库采用虚拟化设计,利用屏幕显示模拟换刀动作和当前刀具信息,刀库控制信号由数控系统提供,与真实刀库完全相同。
加工单元的流程控制信号由
远程10模块通过工业以太网传输到总控单元。
图8加工单元
打磨单元完成零件表面的打磨,是应用平台的功能单元,由工作台、打磨工位、旋转工位、翻转工装、吹屑工位、防护罩、远程10模块等组件构成,如图9所示。
打磨工位可准确定位零件并稳定夹持,是实现打磨加工的主要工位。
旋转工位可在准确固定零件的同时带动零件实现180。
沿其轴线旋转,方便切换打磨加工区域。
翻转工装在无需执行单元的参与下,实现零件在打磨工位和旋转工位间的转移,并完成零件的翻面。
吹屑工位可以实现在零件完成打磨工序后吹除碎屑功能。
打磨单元所有气缸动作和传感器信号均由远程IO模块通过工业以太网传输到总控单元。
18送
酷护罩
U■工位
JLfW台
图9打磨单元
检测单元可根据不同需求完成对零件的检测、识别功能,是应用平台的功能单元,由工作台、视觉相机、光源、结果显示器等组件构成,如图10所示。
视觉相机可根据不同的程序设置,实现条码识别、形状匹配、颜色检测、尺寸测量等功能,操作过程和结果通过结果显示器显示。
检测单元的程序选择、检测执行和结果输出通过工业以太网传输到执行单元的工业机器人并由其将结果信息传递到总控单元从而决定后续工作流程。
图10检测单元
分拣单元可根据程序实现对不同零件的分拣动作,是应用平台的功能单元,
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- 福建省 职业院校 技能 大赛 高职 机器人 系统集成 规程