“西门子杯”中国智能制造挑战赛赛项优秀方案集锦PDF电子书下载

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第一部分“西门子杯”中国智能制造挑战赛 3

“西门子杯”中国智能制造挑战赛的赛项设置 3

“西门子杯”中国智能制造挑战赛 6

附：寄语未来的新工程师 8

第十二届（2018）“西门子杯”中国智能制造挑战赛总体方案 9

第二部分“连续过程设计开发”赛项 17

“连续过程设计开发”赛项任务书 17

1“连续过程设计开发”赛项工程设计方案（一） 19

1.1概述 19

1.2设计依据、范围及相关标准 19

1.2.1设计依据 19

1.2.2设计范围 19

1.2.3相关标准 19

1.3系统分析 20

1.3.1系统任务分析 20

1.3.2工艺流程分析 20

1.3.3对象特性分析 21

1.3.4控制需求分析 23

1.3.5系统安全要求分析 24

1.4系统设计 24

1.4.1系统设计原则 24

1.4.2控制回路设计 25

1.4.3控制系统管道仪表流程图 31

1.4.4开车顺序控制系统设计 33

1.4.5安全相关系统 33

1.4.6系统节能减排考虑 38

1.4.7系统监控界面设计 39

1.5系统组成 40

1.5.1系统组成结构 40

1.5.2硬件配置 41

1.5.3软件配置 43

1.6系统连接 43

1.6.1系统通信连接 43

1.6.2控制回路连接 44

1.6.3开车顺序控制连接 48

1.7系统投运与调试 48

1.8结束语 51

参考文献 51

作者简介 52

2“连续过程设计开发”赛项工程设计方案（二） 53

2.1概述 53

2.2设计依据、范围及相关标准 53

2.2.1设计依据 53

2.2.2设计范围 53

2.2.3相关标准 53

2.3系统分析 54

2.3.1系统任务分析 54

2.3.2工艺流程分析 54

2.3.3对象特性分析 55

2.3.4控制需求分析 58

2.3.5系统安全要求分析 59

2.4系统设计 59

2.4.1系统设计原则 59

2.4.2控制回路设计 60

2.4.3控制系统P＆ID图 64

2.4.4开车顺序控制系统设计 65

2.4.5安全相关系统 66

2.4.6系统节能减排考虑 67

2.4.7系统监控界面设计 68

2.5系统组成 68

2.5.1系统组成结构 68

2.5.2硬件配置（见表2） 69

2.5.3软件配置（见表3） 69

2.5.4 I/O信号配置（见表4） 69

2.6系统连接 70

2.6.1系统通信连接 70

2.6.2控制回路连接 71

2.7系统投运与调试 72

2.8运行结果分析 73

2.9结束语 74

参考文献 74

作者简介 74

第三部分 “逻辑控制设计开发”赛项７７ 77

“逻辑控制设计开发”赛项任务书 77

3“逻辑控制设计开发”赛项工程设计方案（一） 81

3.1项目背景 81

3.1.1甲方需求 81

3.1.2生产线组成及工艺流程 81

3.2工业云平台的分析与设计 82

3.2.1需求分析 82

3.2.2系统搭建 82

3.2.3数据连接 82

3.2.4数据应用 83

3.3控制系统分析 83

3.3.1功能分析 83

3.3.2系统方块图 84

3.3.3安全分析 85

3.4控制系统设计 85

3.4.1设备选型 85

3.4.2系统网络结构 85

3.4.3控制逻辑设计 85

3.5人机界面设计 87

3.5.1监视功能 88

3.5.2操作功能 88

3.6系统实施说明 88

3.6.1控制系统调试 88

3.6.2 IOT2040智能网关调试 89

3.6.3故障分析及排查方法 90

参考文献 91

作者简介 91

4“逻辑控制设计开发”赛项工程设计方案（二） 92

4.1系统概述 92

4.1.1工业云需求分析 92

4.1.2系统搭建 92

4.1.3数据连接 93

4.1.4数据应用 93

4.2控制系统分析和设计 95

4.2.1功能实现 95

4.2.2安全分析 96

4.2.3设备选型 97

4.2.4系统组成 97

4.3控制逻辑设计 98

4.3.1初始化控制逻辑 98

4.3.2自动/单步/回原位模式切换子程序 98

4.3.3自动运行程序 99

4.4紧急停车及安全连锁设计 99

4.4.1自动停车 99

4.4.2手动停车 100

4.5人机界面及功能设计 100

4.5.1登录界面 100

4.5.2操作功能 100

4.6系统实施说明 103

4.6.1系统调试 103

4.6.2主要故障分析及相关排查方法 103

4.7方案设计总结 104

4.7.1特点 104

4.7.2总结 104

参考文献 104

作者简介 104

5“逻辑控制设计开发”赛项工程设计方案（三） 105

5.1设计方案简介 105

5.1.1设计背景 105

5.1.2方向调整站设计说明 105

5.2控制系统设计 106

5.2.1设备选型 106

5.2.2选型理由 106

5.2.3控制系统功能设计 106

5.2.4控制系统拓扑结构 107

5.2.5控制的安全性设计 107

5.2.6控制系统的调试与故障分析 107

5.3人机界面及功能要求 108

5.3.1人机界面设计 108

5.3.2人机界面的功能要求 109

5.4工业云平台的分析与设计 111

5.4.1设计简述 111

5.4.2数据连接及应用 111

5.4.3系统搭建 111

5.5展望 111

参考文献 112

作者简介 112

第四部分 “运控系统设计开发”赛项 115

“运控系统设计开发”赛项任务书 115

6“运控系统设计开发”赛项工程设计方案 118

6.1卷绕系统任务分析 118

6.1.1任务需求分析 119

6.1.2控制对象特性分析 119

6.2卷绕系统控制方案设计 120

6.2.1卷绕系统张力分析 120

6.2.2系统控制算法 120

6.2.3系统控制逻辑 122

6.3控制系统硬件介绍 123

6.3.1硬件拓扑结构图 123

6.3.2主要硬件介绍 123

6.4控制系统软件设计 124

6.4.1系统组态 124

6.4.2建立通信 125

6.4.3创建用户管理界面 126

6.4.4控制程序设计 126

6.4.5系统控制效果 131

6.5系统安全性设计 133

6.5.1光栅保护装置 133

6.5.2急停按钮 133

6.5.3力矩限制 133

6.5.4用户登录 133

6.6参赛感悟 133

参考文献 134

作者简介 134

第五部分 “工业信息设计开发”赛项 137

“工业信息设计开发”赛项任务书 137

7“工业信息设计开发”赛项工程设计方案 139

7.1系统分析 139

7.1.1产区布局分析 139

7.1.2技术需求分析 140

7.1.3技术汇总 144

7.2网络结构分析 145

7.2.1工厂网络 145

7.2.2网络结构图 145

7.2.3综合拓展 147

7.3工业信息安全解决方案 148

7.3.1网络安全策略 148

7.3.2网络通信安全 149

7.3.3网络安全机制 149

7.3.4工厂安全管理 150

7.4系统设备选型 150

7.4.1设备选型详细分析 150

7.4.2设备选型汇总 152

7.5系统实施说明 153

7.5.1现场生产数据采集方法 153

7.5.2网络结构功能实现步骤 153

7.5.3通信功能验证 158

参考文献 161

作者简介 161

第六部分 “智能创新研发”赛项 165

“智能创新研发”赛项任务书 165

8“智能创新研发”赛项工程设计方案（一） 167

8.1产品介绍 167

8.1.1硬件介绍 167

8.1.2软件介绍 168

8.2产品亮点 169

8.2.1信息准确，功能实用 169

8.2.2对接对象广，推广难度低 169

8.2.3共享经济，互联网＋ 169

8.3产品设计方案 170

8.3.1核心价值 170

8.3.2产品功能 170

8.3.3产品数字化设计 174

8.4商业计划书 176

8.4.1市场需求分析 176

8.4.2市场场景预测 177

8.4.3产品定位 177

8.4.4产品销售策略 178

8.4.5产品推广策略 179

8.4.6 SWOT分析 179

8.4.7竞争对手分析 180

8.4.8盈利模式 180

8.4.9投资价值 180

8.4.10定价策略 181

8.5产品成本及技术说明 181

8.5.1产品成本（见表1） 181

8.5.2产品技术说明 181

8.5.3产品专利保护 186

8.6产品专利（见图28） 186

8.7产品实物测试案例（见表2、表3和表4） 186

参考文献 187

作者简介 188

9“智能创新研发”赛项工程设计方案（二） 189

9.1创意背景 189

9.1.1创意产生背景 189

9.1.2目前海参养殖方式介绍 190

9.2产品介绍 190

9.3产品亮点 190

9.4产品设计方案 191

9.4.1产品功能与核心价值 191

9.4.2产品数字化设计 191

9.4.3模型仿真分析 196

9.5产品使用说明 199

9.5.1使用前的准备工作 199

9.5.2两种模式下的使用说明 199

9.5.3注意事项 199

9.6商业计划书 199

9.6.1市场需求分析 199

9.6.2市场前景预测 201

9.6.3市场优势 201

9.6.4市场劣势 202

9.6.5市场机会 202

9.6.6市场威胁 203

9.6.7产品定位 204

9.6.8产品定价策略 204

9.6.9推广策略 204

9.6.10销售策略 205

9.7产品技术说明 205

9.7.1硬件方案设计 205

9.7.2系统软件方案设计 209

9.7.3技术竞争力说明 210

9.7.4产品成本分析 211

9.7.5产品制造要点 211

参考文献 211

作者简介 212

10“智能创新研发”赛项工程设计方案（三） 213

10.1产品介绍 213

10.2产品创意 213

10.3产品设计方案 213

10.3.1产品功能与核心价值 213

10.3.2产品数字化设计 213

10.3.3工作原理介绍 216

10.3.4实物功能与测试 218

10.3.5产品使用说明 220

10.3.6产品实物图（见图10、图11和图12） 221

10.4商业计划书 222

10.4.1市场需求分析 222

10.4.2市场前景预测 223

10.4.3产品定位 224

10.4.4产品定价策略 225

10.4.5产品销售策略 225

10.4.6产品推广策略 226

10.5产品技术说明 226

10.5.1核心技术实现解析 226

10.5.2技术竞争力说明 227

10.5.3产品成本分析 228

10.5.4面向市场的分析 229

参考文献 229

作者简介 230

11“智能创新研发”赛项工程设计方案（四） 231

11.1产品介绍 231

11.1.1引言 231

11.1.2硬币分拣计数机用途、核心价值及功能介绍 232

11.2产品设计方案及工作原理 232

11.2.1产品创意 232

11.2.2产品数字化设计 233

11.2.3机械装置结构简介 233

11.2.4电气控制部分设计说明 235

11.2.5用户体验设计及产品使用说明 236

11.2.6产品样机测试 237

11.3商业计划书 238

11.3.1市场需求分析 238

11.3.2市场前景预测 239

11.3.3产品定价策略 240

11.3.4产品定价方案 241

11.3.5产品销售策略 241

11.3.6产品推广策略 241

11.4产品设计与部分零部件选型简单说明 242

11.4.1技术竞争力说明 242

11.4.2直流电机选型 242

11.4.3步进电机的驱动 243

11.4.4串口屏的应用 244

11.4.5单片机程序 246

11.4.6单片机引脚的功能（见表6） 247

11.4.7产品性能参数与指标（见表7） 247

11.4.8产品成本分析（见表8） 247

11.5活动收获 248

参考文献 249

作者简介 249

第七部分 “企业命题”赛项 253

“企业命题”赛项任务书 253

12“企业命题”赛项工程设计方案（一） 255

12.1项目背景与总体方案选择 255

12.1.1企业面临的问题 255

12.1.2食品水分检测发展现状 255

12.1.3粉丝水分检测方案选定 256

12.2总体方案设计 257

12.2.1电容法测粉丝水分的原理[5，6] 257

12.2.2电容芯片测量电容的原理 258

12.2.3系统总体设计 259

12.3系统主要硬件设计 260

12.3.1测量粉丝电容值容器的设计 260

12.3.2电容测量电路设计 261

12.3.3主控单片机及报警电路设计 261

12.4系统主要软件设计 262

12.4.1电脑上位机曲线显示软件 262

12.4.2数据滤波处理算法设计 263

12.4.3人机交互界面设计 264

12.5试验测试及结果分析 265

12.5.1测试条件与仪器 265

12.5.2测试方案 265

12.5.3测试结果与分析 267

12.5.4实验结果总结 269

12.6设备成本及工业化设计方案 269

12.6.1设备成本 269

12.6.2工业化设计 269

12.7项目未来展望 269

12.7.1工控机 269

12.7.2电容层析成像技术 270

12.7.3自适应滤波 270

12.7.4加入隶属度函数对粉丝湿度评级 270

12.7.5项目的普适性迁移 270

参考文献 270

作者简介 271

13“企业命题”赛项工程设计方案（二） 272

13.1产品研制的背景和必要性 272

13.2产品需要解决的工艺和实现功能 273

13.2.1工艺要求 273

13.2.2功能描述 273

13.3产品设计原理和实现方案 274

13.3.1总体方案设计 274

13.3.2机械部分设计 278

13.3.3电路部分设计 285

13.4产品技术测试及指标验证结果分析 296

13.4.1测试内容及测试目标 296

13.4.2包装袋规格调试及性能测试 297

13.4.3递袋环节调试及性能测试 297

13.4.4装袋环节调试及性能测试 298

13.4.5开袋环节调试及性能测试 299

13.4.6装订环节旋转位置调试及性能测试 300

13.4.7装订环节性能测试 300

13.4.8测试结果分析 301

13.5产品创新性及关键技术 302

13.6产品未来展望 302

13.6.1系统扩展性 302

13.6.2包装机经济性 304

13.6.3包装机的可靠性 304

13.6.4包装机的易用性 305

13.7总结 305

参考文献 305

作者简介 306

14“企业命题”赛项工程设计方案（三） 307

14.1产品研制需求 307

14.1.1粉丝需求现状及发展趋势 307

14.1.2粉丝生产设备与技术 307

14.1.3粉丝生产成本 308

14.1.4粉丝生产的主要流程 308

14.2产品研制的必要性 309

14.3产品需要解决的工艺问题 310

14.4产品实现的功能 311

14.5 Ⅰ代机原理设计 311

14.5.1机器介绍 311

14.5.2使用特点 312

14.5.3工作原理 312

14.6 Ⅱ代机样机设计 316

14.7产品说明 319

14.7.1产品调试 319

14.7.2使用说明 319

14.7.3注意事项 320

14.7.4技术竞争力说明 320

14.7.5产品成本分析 320

14.7.6生产制造要点 321

14.8产品创新点及关键技术 322

14.9产品推广 322

14.9.1市场前景的预测 322

14.9.2产品推广策略 323

14.9.3产品定位 324

参考文献 324

作者简介 324

15“企业命题”赛项工程设计方案（四） 325

15.1产品研制背景和必要性 325

15.2产品需要解决的工艺和实现的功能 326

15.3产品设计原理和实现方案 327

15.3.1产品功能与核心价值 327

15.3.2产品数字化设计（外观设计） 328

15.3.3核心用户用例与工作原理介绍 329

15.4产品技术测试及指标验证结果分析 330

15.4.1功能测试 330

15.4.2用户体验设计或产品使用说明 330

15.4.3核心技术实现解析 331

15.4.4技术竞争力说明 343

15.4.5产品成本分析 343

15.4.6生产制造要点 343

15.5产品创新点及关键技术 344

15.5.1自行车架运载方式 344

15.5.2出标、贴标方式 344

15.5.3工位ST40.ST50左右开弓进行贴标 344

15.5.4图像识别智能检测贴标 345

15.5.5可视化生产过程监控（显示屏） 345

15.5.6触摸开关 346

15.6产品未来展望 346

参考文献 347

作者简介 347

第八部分 “PLM产线规划”赛项 351

“PLM产线规划”赛项任务书 351

16“PLM产线规划”赛项工程设计方案（一） 353

16.1项目概况 353

16.2项目需求 353

16.2.1设计任务 353

16.2.2设计功能及指标 354

16.3生产线工艺设计 354

16.3.1焊接工艺概述 354

16.3.2自动化焊接工艺流程设计 355

16.4生产线总体方案 359

16.4.1焊接车间总体布局设计 359

16.4.2时间链与生产节拍 360

16.4.3主要设备选型设计 361

16.5单元功能设计 362

16.5.1机器人系统设计 362

16.5.2车架弧焊工装夹具设计 367

16.5.3辅助功能设计 367

16.5.4程序逻辑设计流程 370

16.5.5控制系统总体设计 370

16.6生产线仿真 372

16.6.1生产线仿真概述 372

16.6.2模拟人工仿真 373

16.6.3焊接仿真 373

16.6.4仿真整体效果 375

16.7设计方案分析和总结 375

参考文献 376

作者简介 376

17“PLM产线规划”赛项工程设计方案（二） 377

17.1项目概况 377

17.2项目分析 377

17.2.1项目设计要求 377

17.2.2生产线要求与功能 378

17.3专用技术要求 378

17.3.1设计依据 378

17.3.2工艺钢构设计 378

17.3.3机器人要求 378

17.4产线设计 379

17.4.1产线工艺设计 379

17.4.2焊接流程 379

17.4.3工艺流程 380

17.4.4装备概况 382

17.5装焊工艺设计 383

17.5.1设计要求 383

17.5.2焊接工艺 384

17.6生产节拍 386

17.7工装设计方案 387

17.7.1概述 387

17.7.2分拼工位夹具设计 387

17.7.3主工位夹具设计 389

17.7.4机器人抓具设计 392

17.8仿真模拟 393

17.8.1操作流程 393

17.8.2仿真结果 394

17.9设计合理性 395

17.9.1气缸设计计算 395

17.9.2柔性化设计 396

17.9.3保护措施 396

17.9.4扩展性和易用性 397

17.9.5装备的智能功能 398

17.9.6传感器 398

17.9.7焊缝跟踪与校正 399

17.10项目创新点 399

17.11推广应用的经济、社会效益分析 399

参考文献 400

作者简介 400

18“PLM产线规划”赛项工程设计方案（三） 401

18.1概况 401

18.1.1项目现状 401

18.1.2项目意义 401

18.1.3项目需求 401

18.2生产线工艺设计 403

18.2.1生产流程 403

18.2.2工艺流程图 403

18.3生产线规划总体方案 403

18.3.1生产线布局设计 403

18.3.2生产线物料传送设计 406

18.3.3生产线的工位设计 407

18.3.4生产线工艺平衡 410

18.4单元功能设计 412

18.4.1点焊夹具 412

18.4.2弧焊夹具 413

18.4.3焊接回转台 414

18.4.4搬运小车 415

18.4.5中央控制站 416

18.4.6打磨设计 417

18.4.7全防护设计 417

18.4.8检测与控制系统设计 417

18.5生产线设备选择 419

18.5.1焊接机器人 419

18.5.2搬运机器人 419

18.6生产线仿真 420

18.7设计方案分析和总结 422

18.7.1可行性分析 422

18.7.2设计方案优势 423

18.7.3设计方案不足及扩展性 423

参考文献 424

作者简介 424

第九部分 附录 427

附录A 多回路控制与调节器整定 427

A.1串级控制 427

A.1.1串级控制系统的组成 427

A.1.2串级控制系统的投运和整定 427

A.1.3液位-流量串级控制系统 428

A.1.4应用场合和工程经验 428

A.2前馈控制 429

A.2.1静态补偿与动态补偿 429

A.2.2前馈与反馈控制 430

A.2.3应用场合和整定方法 430

A.3比值控制 431

A.3.1比值控制系统的组成 431

A.3.2比值控制系统的整定 432

A.3.3流量比值控制系统 433

A.3.4应用场合和工程经验 433

A.4调节器整定 434

A.4.1调节器整定方法 434

A.4.2工程经验 434

作者简介 434

附录B 卷绕张力控制 435

B.1卷绕张力控制系统的组成 435

B.2张力控制方式 436

B.2.1间接张力控制 436

B.2.2直接张力控制 437

B.2.3浮动辊位置控制 438

B.2.4线速度控制 439

B.3张力控制的调试 440

B.3.1系统的基础调试和前期准备 440

B.3.2实时卷径计算 440

B.3.3张力调试 441

B.4张力控制的应用场合 442

作者简介 442

附录C 工业网络项目实战 443

C.1工业网络通信需求及解决方法 443

C.1.1实时性需求及解决方法 443

C.1.2可靠性需求及解决方法 444

C.1.3工业信息安全需求及解决方法 445

C.2工业网络案例与工程经验 446

C.2.1案例1：钢厂铁路站无人化机车工业无线网络设计 446

C.2.2案例2：某药厂生产网络 450

作者简介 452

附录D 自动化工程项目的实施 453

D.1自动化工程项目实施流程 453

D.1.1实施工程 453

D.1.2设计十实施工程 453

D.2自动化工程项目实施方法 454

D.3自动化工程项目的设计 454

D.3.1设计流程 454

D.3.2设计方法 455

D.4自动化工程项目的调试 455

D.5自动化工程项目的验收 456

D.6自动化工程项目案例分析 456

作者简介 458

附录E Solid Edge应用实例剖析 459

E.1 Solid Edge软件的功能 459

E.1.1 Solid Edge同步建模技术 459

E.1.2 Solid Edge软件的功能 460

E.2 Solid Edge实际案例详解 462

E.2.1数据整理和重用 462

E.2.2设计新零件 463

E.2.3仿真效验L型连接件 468

E.2.4装配新零件 468

E.2.5修改L型连接件零件 470

E.2.6创建工程图 471

E.3使用Solid Edge的一些建议 472

E.3.1使用Solid Edge进行产品设计的建议 472

E.3.2 Solid Edge 2019的系统要求 473

E.3.3 Solid Edge 2019的安装 473

作者简介 474

附录F 赛项指导教师经验交流 475

F.1“连续过程设计开发”赛项经验交流 475

F.2“逻辑控制设计开发”赛项经验交流 479

F.3“工业信息设计开发”赛项经验交流 481

F.4“运控系统设计开发”赛项经验交流 483

F.5“智能创新研发”赛项经验交流 483

F.6“企业命题”赛项经验交流 485

F.7“PLM产线规划”赛项经验交流 486

后记 487

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