《“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽 賽項優秀方案集錦》是2019年8月清華大學出版社出版的圖書，作者是廖曉鐘。
基本介紹
- 書名：“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽賽項優秀方案集錦
- 作者：廖曉鐘
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2019年08月
- 定價：129 元
- ISBN：9787302529460
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽，賽項涉及智慧型製造領域中的科技創新、產品研發、工程設計和智慧型套用等。本書展示了 2018年總決付蘭翻享賽的連續過程設計開發、邏輯控制設計開發、運動系統設計開發、工業信息設計開發、智慧型創新研發、企業命題、PLM產線規劃等賽項的部分獲獎優秀方備斷良案書，以及由工程師總結的實用技術知識和工程設計經驗。
本書可供“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽參賽學生選用，也可供參加其他大學生學科知識競賽的學生參考。
圖書目錄
第照只譽擊一部分“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽
“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽的賽項設定 3 “西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽 6 附：寄語未來的新工程師 8 第十二屆（2018）“西門子杯”中國智慧型製造挑戰賽總體方案 9
第二部分“連續過程設計開發”賽項
“連續過程設計開發”賽項任務書 17 1“連續過程設計開發”賽項工程設計方案（一）19
1.1概述19
1.2設計依據、範圍及相關標準 19
1.2.1 設計依據 19
1.2.2 設計範圍 19
1.2.3 相關標準 19
1.3系統分析 20
1.3.1 系統任務分析 20
1.3.2 工藝流程分析 20
1.3.3 對象特性分析 21
1.3.4 控制需求分析 23
1.3.5 系統安全要求分析 24
1.4系統設計 24
1.4.1 系統設計原則 24
1.4.2 控制迴路設計 25
1.4.3 控制系統管道儀表流程圖 31
1.4.4 開車順序控制系統設計 33
1.4.5 安全相關係統 33
1.4.6 系統節能減排考慮 38
1.4.7 系統監控界面設計 39
1.5系統組成 40
1.5.1 系統組成結構 40
1.5.2 硬體配置 41
1.5.3 軟體配置 43
1.6系統連線 43
1.6.1 系統通信連線 43
1.6.2 控制迴路連線 44
1.6.3 開車順序控制連線 48
1.7系統投運與調試 48
1.8結束語 51
參考文獻51 作者簡介52 2“連續過程設計開發”賽項工程設計方案（二） 53
2.1概述53
2.2設計依據、範圍及相關標準 53
2.2.1 設計依據 53
2.2.2 設計範圍 53
2.2.3 相關標悼熱準 53
2.3系統分析 54
2.3.1 系統任務分簽船章析 54
2.3.2 工藝流程分析 54
2.3.3 對象特性分析 55
2.3.4 控制需求分析 58
2.3.5 系統安全要求分達船犁析 59
2.4系統設計 59
2.4.1 系統設計原則 59
2.4.2 控制迴路設計 60
2.4.3 控制系統 P&ID圖64
2.4.4 開車順序控制系統設計 65
2.4.5 安全相關係統 66
2.4.6 系統節能減排考慮 67
2.4.7 系統監控界面設計 68
2.5系統組成 68
2.5.1 系統組成結構 68
2.5.2 硬體配置（見表 2） 69
2.5.3 軟殼希榜件配置（見表 3） 69
2.5.4 I/O信號配置（見表 4） 69
2.6系統連線 70
2.6.1 系統通信連線 70
2.6.2 控制迴路連線 71
2.7系統投運與調試 72
2.8運行結果分析 73
2.9結束語 74 參考文獻74 作者簡介74
第三部分“邏輯控制設計開發”賽項
“邏輯控制設計開發”賽項任務書 77 3“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（一） 81
3.1項目背景 81
3.1.1 甲方需求 81
3.1.2 生產線組成及工藝流程 81
3.2工業雲平台的分析與設計 82
目 錄 XI
3.2.1 需求分析 82
3.2.2 系統搭建 82
3.2.3 數據連線 82
3.2.4 數據套用 83
3.3控制系統分析 83
3.3.1 功能分析 83
3.3.2 系統方塊圖 84
3.3.3 安全分析 85
3.4控制系統設計 85
3.4.1 設備選型 85
3.4.2 系統網路結構 85
3.4.3控制邏輯設計 85
3.5人機界面設計 87
3.5.1 監視功能 88
3.5.2 操作功能 88
3.6系統實施說明 88
3.6.1 控制系統調試 88
3.6.2 IOT2040智慧型網關調試 89
3.6.3 故障分析及排查方法 90 參考文獻91 作者簡介91 4“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（二） 92
4.1系統概述 92
4.1.1 工業雲需求分析 92
4.1.2 系統搭建 92
4.1.3 數據連線 93
4.1.4 數據套用 93
4.2控制系統分析和設計 95
4.2.1 功能實現 95
4.2.2 安全分析 96
4.2.3 設備選型 97
4.2.4 系統組成 97
4.3控制邏輯設計 98
4.3.1 初始化控制邏輯 98
4.3.2 自動/單步/回原位模式切換子程式98
4.3.3 自動運行程式 99
4.4緊急停車及安全連鎖設計 99
4.4.1 自動停車 99
4.4.2 手動停車 100
4.5人機界面及功能設計 100
4.5.1 登錄界面 100
4.5.2 操作功能 100
4.6系統實施說明 103
4.6.1 系統調試 103
4.6.2 主要故障分析及相關排查方法 103
4.7方案設計總結 104
4.7.1 特點 104
4.7.2 總結 104 參考文獻104 作者簡介104 5“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（三） 105
5.1設計方案簡介 105
5.1.1 設計背景 105
5.1.2 方向調整站設計說明 105
5.2控制系統設計 106
5.2.1 設備選型 106
5.2.2 選型理由 106
5.2.3 控制系統功能設計 106
5.2.4 控制系統拓撲結構 107
5.2.5 控制的安全性設計 107
5.2.6 控制系統的調試與故障分析 107
5.3人機界面及功能要求 108
5.3.1 人機界面設計 108
5.3.2 人機界面的功能要求 109
5.4工業雲平台的分析與設計 111
5.4.1 設計簡述 111
5.4.2 數據連線及套用 111
5.4.3 系統搭建 111
5.5展望 111 參考文獻 112 作者簡介 112
第四部分“運控系統設計開發”賽項
“運控系統設計開發”賽項任務書 115 6“運控系統設計開發”賽項工程設計方案 118
6.1卷繞系統任務分析 118
6.1.1 任務需求分析 119
6.1.2 控制對象特性分析 119
6.2卷繞系統控制方案設計 120
6.2.1 卷繞系統張力分析 120
6.2.2 系統控制算法 120
6.2.3 系統控制邏輯 122
6.3控制系統硬體介紹 123
6.3.1 硬體拓撲結構圖 123
6.3.2 主要硬體介紹 123
6.4控制系統軟體設計 124
6.4.1 系統組態 124
6.4.2 建立通信 125
目 錄 XIII
6.4.3 創建用戶管理界面 126
6.4.4 控制程式設計 126
6.4.5 系統控制效果 131
6.5系統安全性設計 133
6.5.1 光柵保護裝置 133
6.5.2 急停按鈕 133
6.5.3 力矩限制 133
6.5.4 用戶登錄 133
6.6參賽感悟 133 參考文獻134 作者簡介134
第五部分“工業信息設計開發”賽項
“工業信息設計開發”賽項任務書 137 7“工業信息設計開發”賽項工程設計方案 139
7.1系統分析 139
7.1.1 產區布局分析 139
7.1.2 技術需求分析 140
7.1.3 技術匯總 144
7.2網路結構分析 145
7.2.1 工廠網路 145
7.2.2 網路結構圖 145
7.2.3 綜合拓展 147
7.3工業信息安全解決方案 148
7.3.1 網路安全策略 148
7.3.2 網路通信安全 149
7.3.3 網路安全機制 149
7.3.4 工廠安全管理 150
7.4系統設備選型 150
7.4.1 設備選型詳細分析 150
7.4.2 設備選型匯總 152
7.5系統實施說明 153
7.5.1 現場生產數據採集方法 153
7.5.2 網路結構功能實現步驟 153
7.5.3 通信功能驗證 158 參考文獻161 作者簡介161
第六部分“智慧型創新研發”賽項
“智慧型創新研發”賽項任務書 165 8“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（一） 167
8.1產品介紹 167
8.1.1 硬體介紹 167
8.1.2 軟體介紹 168
8.2產品亮點 169
8.2.1 信息準確，功能實用 169
8.2.2 對接對象廣，推廣難度低 169
8.2.3 共享經濟，網際網路 + 169
8.3產品設計方案 170
8.3.1 核心價值 170
8.3.2 產品功能 170
8.3.3 產品數位化設計 174
8.4商業計畫書 176
8.4.1 市場需求分析 176
8.4.2 市場場景預測 177
8.4.3 產品定位 177
8.4.4 產品銷售策略 178
8.4.5 產品推廣策略 179
8.4.6 SWOT分析179
8.4.7 競爭對手分析 180
8.4.8 盈利模式 180
8.4.9 投資價值 180
8.4.10定價策略 181
8.5產品成本及技術說明 181
8.5.1 產品成本（見表 1） 181
8.5.2 產品技術說明 181
8.5.3 產品專利保護 186
8.6產品專利（見圖 28）186
8.7產品實物測試案例（見表 2、表 3和表 4） 186 參考文獻187 作者簡介188 9“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（二） 189
9.1創意背景 189
9.1.1 創意產生背景 189
9.1.2 目前海參養殖方式介紹 190
9.2產品介紹 190
9.3產品亮點 190
9.4產品設計方案 191
9.4.1 產品功能與核心價值 191
9.4.2 產品數位化設計 191
9.4.3 模型仿真分析 196
9.5產品使用說明 199
9.5.1 使用前的準備工作 199
9.5.2 兩種模式下的使用說明 199
9.5.3 注意事項 199
目 錄 XV
9.6商業計畫書 199
9.6.1 市場需求分析 199
9.6.2 市場前景預測 201
9.6.3 市場優勢 201
9.6.4 市場劣勢 202
9.6.5 市場機會 202
9.6.6 市場威脅 203
9.6.7 產品定位 204
9.6.8 產品定價策略 204
9.6.9 推廣策略 204
9.6.10銷售策略 205
9.7產品技術說明 205
9.7.1 硬體方案設計 205
9.7.2 系統軟體方案設計 209
9.7.3 技術競爭力說明 210
9.7.4 產品成本分析 211
9.7.5 產品製造要點 211 參考文獻211 作者簡介212 10“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（三） 213
10.1 產品介紹 213
10.2 產品創意 213
10.3 產品設計方案 213
10.3.1 產品功能與核心價值 213
10.3.2 產品數位化設計 213
10.3.3 工作原理介紹 216
10.3.4 實物功能與測試 218
10.3.5 產品使用說明 220
10.3.6 產品實物圖（見圖 10、圖 11和圖 12） 221
10.4 商業計畫書 222
10.4.1 市場需求分析 222
10.4.2 市場前景預測 223
10.4.3 產品定位 224
10.4.4 產品定價策略 225
10.4.5 產品銷售策略 225
10.4.6 產品推廣策略 226
10.5 產品技術說明 226
10.5.1 核心技術實現解析 226
10.5.2 技術競爭力說明 227
10.5.3 產品成本分析 228
10.5.4 面向市場的分析 229 參考文獻 229 作者簡介 230
11“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（四） 231
11.1 產品介紹 231
11.1.1 引言231
11.1.2 硬幣分揀計數機用途、核心價值及功能介紹 232
11.2 產品設計方案及工作原理 232
11.2.1 產品創意 232
11.2.2 產品數位化設計 233
11.2.3 機械裝置結構簡介 233
11.2.4 電氣控制部分設計說明 235
11.2.5 用戶體驗設計及產品使用說明 236
11.2.6 產品樣機測試 237
11.3 商業計畫書 238
11.3.1 市場需求分析 238
11.3.2 市場前景預測 239
11.3.3 產品定價策略 240
11.3.4 產品定價方案 241
11.3.5 產品銷售策略 241
11.3.6 產品推廣策略 241
11.4 產品設計與部分零部件選型簡單說明 242
11.4.1 技術競爭力說明 242
11.4.2 直流電機選型 242
11.4.3 步進電機的驅動 243
11.4.4 串口屏的套用 244
11.4.5 單片機程式 246
11.4.6單片機引腳的功能（見表 6） 247
11.4.7 產品性能參數與指標（見表 7） 247
11.4.8 產品成本分析（見表 8） 247
11.5 活動收穫 248 參考文獻249 作者簡介249
第七部分“企業命題”賽項
“企業命題”賽項任務書 253 12 “企業命題”賽項工程設計方案（一） 255
12.1 項目背景與總體方案選擇 255
12.1.1 企業面臨的問題 255
12.1.2 食品水分檢測發展現狀 255
12.1.3 冬粉水分檢測方案選定 256
12.2 總體方案設計 257
12.2.1 電容法測冬粉水分的原理 [5,6] 257
12.2.2 電容晶片測量電容的原理 258
12.2.3 系統總體設計 259
12.3 系統主要硬體設計 260
目 錄 XVII
12.3.1 測量冬粉電容值容器的設計 260
12.3.2 電容測量電路設計 261
12.3.3 主控單片機及報警電路設計 261
12.4 系統主要軟體設計 262
12.4.1 電腦上位機曲線顯示軟體 262
12.4.2 數據濾波處理算法設計 263
12.4.3 人機互動界面設計 264
12.5 試驗測試及結果分析 265
12.5.1 測試條件與儀器 265
12.5.2 測試方案 265
12.5.3 測試結果與分析 267
12.5.4 實驗結果總結 269
12.6 設備成本及工業化設計方案 269
12.6.1 設備成本 269
12.6.2 工業化設計 269
12.7 項目未來展望 269
12.7.1 工控機 269
12.7.2 電容層析成像技術 270
12.7.3 自適應濾波 270
12.7.4 加入隸屬度函式對冬粉濕度評級 270
12.7.5 項目的普適性遷移 270 參考文獻 270 作者簡介 271 13 “企業命題”賽項工程設計方案（二） 272
13.1 產品研製的背景和必要性 272
13.2 產品需要解決的工藝和實現功能 273
13.2.1 工藝要求 273
13.2.2 功能描述 273
13.3 產品設計原理和實現方案 274
13.3.1 總體方案設計 274
13.3.2 機械部分設計 278
13.3.3 電路部分設計 285
13.4 產品技術測試及指標驗證結果分析 296
13.4.1 測試內容及測試目標 296
13.4.2 包裝袋規格調試及性能測試 297
13.4.3 遞袋環節調試及性能測試 297
13.4.4 裝袋環節調試及性能測試 298
13.4.5 開袋環節調試及性能測試 299
13.4.6 裝訂環節旋轉位置調試及性能測試 300
13.4.7 裝訂環節性能測試 300
13.4.8 測試結果分析 301
13.5 產品創新性及關鍵技術 302
13.6 產品未來展望 302
13.6.1 系統擴展性 302
13.6.2 包裝機經濟性 304
13.6.3 包裝機的可靠性 304
13.6.4 包裝機的易用性 305
13.7 總結 305 參考文獻 305 作者簡介 306 14 “企業命題”賽項工程設計方案（三） 307
14.1 產品研製需求 307
14.1.1 冬粉需求現狀及發展趨勢 307
14.1.2 冬粉生產設備與技術 307
14.1.3 冬粉生產成本 308
14.1.4 冬粉生產的主要流程 308
14.2 產品研製的必要性 309
14.3 產品需要解決的工藝問題 310
14.4 產品實現的功能 311
14.5 Ⅰ代機原理設計 311
14.5.1 機器介紹 311
14.5.2 使用特點 312
14.5.3 工作原理 312
14.6 Ⅱ代機樣機設計 316
14.7 產品說明 319
14.7.1 產品調試 319
14.7.2 使用說明 319
14.7.3 注意事項 320
14.7.4 技術競爭力說明 320
14.7.5 產品成本分析 320
14.7.6 生產製造要點 321
14.8 產品創新點及關鍵技術 322
14.9 產品推廣 322
14.9.1 市場前景的預測 322
14.9.2 產品推廣策略 323
14.9.3 產品定位 324 參考文獻 324 作者簡介 324 15“企業命題”賽項工程設計方案（四） 325
15.1 產品研製背景和必要性 325
15.2 產品需要解決的工藝和實現的功能 326
15.3 產品設計原理和實現方案 327
15.3.1 產品功能與核心價值 327
15.3.2 產品數位化設計（外觀設計） 328
15.3.3 核心用戶用例與工作原理介紹 329
15.4 產品技術測試及指標驗證結果分析 330
目 錄 XIX
15.4.1 功能測試 330
15.4.2 用戶體驗設計或產品使用說明 330
15.4.3 核心技術實現解析 331
15.4.4 技術競爭力說明 343
15.4.5 產品成本分析 343
15.4.6 生產製造要點 343
15.5 產品創新點及關鍵技術 344
15.5.1 腳踏車架運載方式 344
15.5.2 出標、貼標方式 344
15.5.3 工位 ST40、ST50左右開弓進行貼標 344
15.5.4 圖像識別智慧型檢測貼標 345
15.5.5 可視化生產過程監控（顯示屏） 345
15.5.6 觸摸開關 346
15.6 產品未來展望 346 參考文獻 347 作者簡介 347
第八部分 “PLM產線規劃”賽項
“PLM產線規劃”賽項任務書 351 16 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（一） 353
16.1 項目概況 353
16.2 項目需求 353
16.2.1 設計任務 353
16.2.2 設計功能及指標 354
16.3 生產線工藝設計 354
16.3.1 焊接工藝概述 354
16.3.2 自動化焊接工藝流程設計 355
16.4 生產線總體方案 359
16.4.1 焊接車間總體布局設計 359
16.4.2 時間鏈與生產節拍 360
16.4.3 主要設備選型設計 361
16.5 單元功能設計 362
16.5.1 機器人系統設計 362
16.5.2 車架弧焊工裝夾具設計 367
16.5.3 輔助功能設計 367
16.5.4 程式邏輯設計流程 370
16.5.5 控制系統總體設計 370
16.6 生產線仿真 372
16.6.1 生產線仿真概述 372
16.6.2 模擬人工仿真 373
16.6.3 焊接仿真 373
16.6.4 仿真整體效果 375
16.7 設計方案分析和總結 375
參考文獻376 作者簡介376 17 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（二） 377
17.1 項目概況 377
17.2 項目分析 377
17.2.1 項目設計要求 377
17.2.2 生產線要求與功能 378
17.3 專用技術要求 378
17.3.1 設計依據 378
17.3.2 工藝鋼構設計 378
17.3.3 機器人要求 378
17.4 產線設計 379
17.4.1 產線工藝設計 379
17.4.2 焊接流程 379
17.4.3 工藝流程 380
17.4.4 裝備概況 382
17.5 裝焊工藝設計 383
17.5.1 設計要求 383
17.5.2 焊接工藝 384
17.6 生產節拍 386
17.7 工裝設計方案 387
17.7.1 概述387
17.7.2 分拼工位夾具設計 387
17.7.3 主工位夾具設計 389
17.7.4 機器人抓具設計 392
17.8 仿真模擬 393
17.8.1 操作流程 393
17.8.2 仿真結果 394
17.9 設計合理性 395
17.9.1 氣缸設計計算 395
17.9.2 柔性化設計 396
17.9.3 保護措施 396
17.9.4 擴展性和易用性 397
17.9.5 裝備的智慧型功能 398
17.9.6 感測器 398
17.9.7 焊縫跟蹤與校正 399
17.10項目創新點 399
17.11推廣套用的經濟、社會效益分析 399 參考文獻 400 作者簡介 400 18 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（三） 401
18.1 概況 401
18.1.1 項目現狀 401
目 錄 XXI
18.1.2 項目意義 401
18.1.3 項目需求 401
18.2 生產線工藝設計 403
18.2.1 生產流程 403
18.2.2 工藝流程圖 403
18.3 生產線規劃總體方案 403
18.3.1 生產線布局設計 403
18.3.2 生產線物料傳送設計 406
18.3.3 生產線的工位設計 407
18.3.4 生產線工藝平衡 410
18.4 單元功能設計 412
18.4.1 點焊夾具 412
18.4.2 弧焊夾具 413
18.4.3 焊接迴轉台 414
18.4.4 搬運小車 415
18.4.5 中央控制站 416
18.4.6 打磨設計 417
18.4.7 全防護設計 417
18.4.8 檢測與控制系統設計 417
18.5 生產線設備選擇 419
18.5.1 焊接機器人 419
18.5.2 搬運機器人 419
18.6 生產線仿真 420
18.7 設計方案分析和總結 422
18.7.1 可行性分析 422
18.7.2 設計方案優勢 423
18.7.3 設計方案不足及擴展性 423 參考文獻 424 作者簡介 424
第九部分附 錄
附錄 A多迴路控制與調節器整定427
A.1串級控制 427
A.1.1 串級控制系統的組成 427
A.1.2 串級控制系統的投運和整定 427
A.1.3 液位-流量串級控制系統 428
A.1.4 套用場合和工程經驗 428
A.2前饋控制 429
A.2.1 靜態補償與動態補償 429
A.2.2 前饋與反饋控制 430
A.2.3 套用場合和整定方法 430
A.3比值控制 431
A.3.1 比值控制系統的組成 431
A.3.2 比值控制系統的整定 432
A.3.3 流量比值控制系統 433
A.3.4 套用場合和工程經驗 433
A.4調節器整定 434
A.4.1 調節器整定方法 434
A.4.2 工程經驗 434 作者簡介434 附錄 B卷繞張力控制 435
B.1卷繞張力控制系統的組成 435
B.2張力控制方式 436
B.2.1 間接張力控制 436
B.2.2 直接張力控制 437
B.2.3 浮動輥位置控制 438
B.2.4 線速度控制 439
B.3 張力控制的調試 440
B.3.1 系統的基礎調試和前期準備 440
B.3.2 實時卷徑計算 440
B.3.3 張力調試 441
B.4 張力控制的套用場合 442 作者簡介442 附錄 C工業網路項目實戰443
C.1 工業網路通信需求及解決方法 443
C.1.1 實時性需求及解決方法 443
C.1.2 可靠性需求及解決方法 444
C.1.3 工業信息安全需求及解決方法 445
C.2 工業網路案例與工程經驗 446
C.2.1 案例 1：鋼廠鐵路站無人化機車工業無線網路設計 446
C.2.2 案例 2：某藥廠生產網路 450 作者簡介 452 附錄 D自動化工程項目的實施453
D.1自動化工程項目實施流程 453
D.1.1 實施工程 453
D.1.2 設計+實施工程 453
D.2自動化工程項目實施方法 454
D.3自動化工程項目的設計 454
D.3.1 設計流程 454
D.3.2 設計方法 455
D.4自動化工程項目的調試 455
D.5自動化工程項目的驗收 456
D.6自動化工程項目案例分析 456 作者簡介 458 附錄 E Solid Edge套用實例剖析 459
E.1 Solid Edge軟體的功能 459
目 錄 XXIII
E.1.1 Solid Edge同步建模技術 459
E.1.2 Solid Edge軟體的功能 460
E.2 Solid Edge實際案例詳解 462
E.2.1 數據整理和重用 462
E.2.2 設計新零件 463
E.2.3 仿真效驗 L型連線件 468
E.2.4 裝配新零件 468
E.2.5 修改 L型連線件零件470
E.2.6 創建工程圖 471
E.3 使用 Solid Edge的一些建議 472
E.3.1 使用 Solid Edge進行產品設計的建議 472
E.3.2 Solid Edge 2019的系統要求 473
E.3.3 Solid Edge 2019的安裝 473 作者簡介 474 附錄 F賽項指導教師經驗交流475
F.1“連續過程設計開發”賽項經驗交流 475
F.2“邏輯控制設計開發”賽項經驗交流 479
F.3“工業信息設計開發”賽項經驗交流 481
F.4“運控系統設計開發”賽項經驗交流 483
F.5“智慧型創新研發”賽項經驗交流 483
F.6“企業命題”賽項經驗交流 485
F.7 “PLM產線規劃”賽項經驗交流 486
後記487
2.4.6 系統節能減排考慮 67
2.4.7 系統監控界面設計 68
2.5系統組成 68
2.5.1 系統組成結構 68
2.5.2 硬體配置（見表 2） 69
2.5.3 軟體配置（見表 3） 69
2.5.4 I/O信號配置（見表 4） 69
2.6系統連線 70
2.6.1 系統通信連線 70
2.6.2 控制迴路連線 71
2.7系統投運與調試 72
2.8運行結果分析 73
2.9結束語 74 參考文獻74 作者簡介74
第三部分“邏輯控制設計開發”賽項
“邏輯控制設計開發”賽項任務書 77 3“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（一） 81
3.1項目背景 81
3.1.1 甲方需求 81
3.1.2 生產線組成及工藝流程 81
3.2工業雲平台的分析與設計 82
目 錄 XI
3.2.1 需求分析 82
3.2.2 系統搭建 82
3.2.3 數據連線 82
3.2.4 數據套用 83
3.3控制系統分析 83
3.3.1 功能分析 83
3.3.2 系統方塊圖 84
3.3.3 安全分析 85
3.4控制系統設計 85
3.4.1 設備選型 85
3.4.2 系統網路結構 85
3.4.3控制邏輯設計 85
3.5人機界面設計 87
3.5.1 監視功能 88
3.5.2 操作功能 88
3.6系統實施說明 88
3.6.1 控制系統調試 88
3.6.2 IOT2040智慧型網關調試 89
3.6.3 故障分析及排查方法 90 參考文獻91 作者簡介91 4“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（二） 92
4.1系統概述 92
4.1.1 工業雲需求分析 92
4.1.2 系統搭建 92
4.1.3 數據連線 93
4.1.4 數據套用 93
4.2控制系統分析和設計 95
4.2.1 功能實現 95
4.2.2 安全分析 96
4.2.3 設備選型 97
4.2.4 系統組成 97
4.3控制邏輯設計 98
4.3.1 初始化控制邏輯 98
4.3.2 自動/單步/回原位模式切換子程式98
4.3.3 自動運行程式 99
4.4緊急停車及安全連鎖設計 99
4.4.1 自動停車 99
4.4.2 手動停車 100
4.5人機界面及功能設計 100
4.5.1 登錄界面 100
4.5.2 操作功能 100
4.6系統實施說明 103
4.6.1 系統調試 103
4.6.2 主要故障分析及相關排查方法 103
4.7方案設計總結 104
4.7.1 特點 104
4.7.2 總結 104 參考文獻104 作者簡介104 5“邏輯控制設計開發”賽項工程設計方案（三） 105
5.1設計方案簡介 105
5.1.1 設計背景 105
5.1.2 方向調整站設計說明 105
5.2控制系統設計 106
5.2.1 設備選型 106
5.2.2 選型理由 106
5.2.3 控制系統功能設計 106
5.2.4 控制系統拓撲結構 107
5.2.5 控制的安全性設計 107
5.2.6 控制系統的調試與故障分析 107
5.3人機界面及功能要求 108
5.3.1 人機界面設計 108
5.3.2 人機界面的功能要求 109
5.4工業雲平台的分析與設計 111
5.4.1 設計簡述 111
5.4.2 數據連線及套用 111
5.4.3 系統搭建 111
5.5展望 111 參考文獻 112 作者簡介 112
第四部分“運控系統設計開發”賽項
“運控系統設計開發”賽項任務書 115 6“運控系統設計開發”賽項工程設計方案 118
6.1卷繞系統任務分析 118
6.1.1 任務需求分析 119
6.1.2 控制對象特性分析 119
6.2卷繞系統控制方案設計 120
6.2.1 卷繞系統張力分析 120
6.2.2 系統控制算法 120
6.2.3 系統控制邏輯 122
6.3控制系統硬體介紹 123
6.3.1 硬體拓撲結構圖 123
6.3.2 主要硬體介紹 123
6.4控制系統軟體設計 124
6.4.1 系統組態 124
6.4.2 建立通信 125
目 錄 XIII
6.4.3 創建用戶管理界面 126
6.4.4 控制程式設計 126
6.4.5 系統控制效果 131
6.5系統安全性設計 133
6.5.1 光柵保護裝置 133
6.5.2 急停按鈕 133
6.5.3 力矩限制 133
6.5.4 用戶登錄 133
6.6參賽感悟 133 參考文獻134 作者簡介134
第五部分“工業信息設計開發”賽項
“工業信息設計開發”賽項任務書 137 7“工業信息設計開發”賽項工程設計方案 139
7.1系統分析 139
7.1.1 產區布局分析 139
7.1.2 技術需求分析 140
7.1.3 技術匯總 144
7.2網路結構分析 145
7.2.1 工廠網路 145
7.2.2 網路結構圖 145
7.2.3 綜合拓展 147
7.3工業信息安全解決方案 148
7.3.1 網路安全策略 148
7.3.2 網路通信安全 149
7.3.3 網路安全機制 149
7.3.4 工廠安全管理 150
7.4系統設備選型 150
7.4.1 設備選型詳細分析 150
7.4.2 設備選型匯總 152
7.5系統實施說明 153
7.5.1 現場生產數據採集方法 153
7.5.2 網路結構功能實現步驟 153
7.5.3 通信功能驗證 158 參考文獻161 作者簡介161
第六部分“智慧型創新研發”賽項
“智慧型創新研發”賽項任務書 165 8“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（一） 167
8.1產品介紹 167
8.1.1 硬體介紹 167
8.1.2 軟體介紹 168
8.2產品亮點 169
8.2.1 信息準確，功能實用 169
8.2.2 對接對象廣，推廣難度低 169
8.2.3 共享經濟，網際網路 + 169
8.3產品設計方案 170
8.3.1 核心價值 170
8.3.2 產品功能 170
8.3.3 產品數位化設計 174
8.4商業計畫書 176
8.4.1 市場需求分析 176
8.4.2 市場場景預測 177
8.4.3 產品定位 177
8.4.4 產品銷售策略 178
8.4.5 產品推廣策略 179
8.4.6 SWOT分析179
8.4.7 競爭對手分析 180
8.4.8 盈利模式 180
8.4.9 投資價值 180
8.4.10定價策略 181
8.5產品成本及技術說明 181
8.5.1 產品成本（見表 1） 181
8.5.2 產品技術說明 181
8.5.3 產品專利保護 186
8.6產品專利（見圖 28）186
8.7產品實物測試案例（見表 2、表 3和表 4） 186 參考文獻187 作者簡介188 9“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（二） 189
9.1創意背景 189
9.1.1 創意產生背景 189
9.1.2 目前海參養殖方式介紹 190
9.2產品介紹 190
9.3產品亮點 190
9.4產品設計方案 191
9.4.1 產品功能與核心價值 191
9.4.2 產品數位化設計 191
9.4.3 模型仿真分析 196
9.5產品使用說明 199
9.5.1 使用前的準備工作 199
9.5.2 兩種模式下的使用說明 199
9.5.3 注意事項 199
目 錄 XV
9.6商業計畫書 199
9.6.1 市場需求分析 199
9.6.2 市場前景預測 201
9.6.3 市場優勢 201
9.6.4 市場劣勢 202
9.6.5 市場機會 202
9.6.6 市場威脅 203
9.6.7 產品定位 204
9.6.8 產品定價策略 204
9.6.9 推廣策略 204
9.6.10銷售策略 205
9.7產品技術說明 205
9.7.1 硬體方案設計 205
9.7.2 系統軟體方案設計 209
9.7.3 技術競爭力說明 210
9.7.4 產品成本分析 211
9.7.5 產品製造要點 211 參考文獻211 作者簡介212 10“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（三） 213
10.1 產品介紹 213
10.2 產品創意 213
10.3 產品設計方案 213
10.3.1 產品功能與核心價值 213
10.3.2 產品數位化設計 213
10.3.3 工作原理介紹 216
10.3.4 實物功能與測試 218
10.3.5 產品使用說明 220
10.3.6 產品實物圖（見圖 10、圖 11和圖 12） 221
10.4 商業計畫書 222
10.4.1 市場需求分析 222
10.4.2 市場前景預測 223
10.4.3 產品定位 224
10.4.4 產品定價策略 225
10.4.5 產品銷售策略 225
10.4.6 產品推廣策略 226
10.5 產品技術說明 226
10.5.1 核心技術實現解析 226
10.5.2 技術競爭力說明 227
10.5.3 產品成本分析 228
10.5.4 面向市場的分析 229 參考文獻 229 作者簡介 230
11“智慧型創新研發”賽項工程設計方案（四） 231
11.1 產品介紹 231
11.1.1 引言231
11.1.2 硬幣分揀計數機用途、核心價值及功能介紹 232
11.2 產品設計方案及工作原理 232
11.2.1 產品創意 232
11.2.2 產品數位化設計 233
11.2.3 機械裝置結構簡介 233
11.2.4 電氣控制部分設計說明 235
11.2.5 用戶體驗設計及產品使用說明 236
11.2.6 產品樣機測試 237
11.3 商業計畫書 238
11.3.1 市場需求分析 238
11.3.2 市場前景預測 239
11.3.3 產品定價策略 240
11.3.4 產品定價方案 241
11.3.5 產品銷售策略 241
11.3.6 產品推廣策略 241
11.4 產品設計與部分零部件選型簡單說明 242
11.4.1 技術競爭力說明 242
11.4.2 直流電機選型 242
11.4.3 步進電機的驅動 243
11.4.4 串口屏的套用 244
11.4.5 單片機程式 246
11.4.6單片機引腳的功能（見表 6） 247
11.4.7 產品性能參數與指標（見表 7） 247
11.4.8 產品成本分析（見表 8） 247
11.5 活動收穫 248 參考文獻249 作者簡介249
第七部分“企業命題”賽項
“企業命題”賽項任務書 253 12 “企業命題”賽項工程設計方案（一） 255
12.1 項目背景與總體方案選擇 255
12.1.1 企業面臨的問題 255
12.1.2 食品水分檢測發展現狀 255
12.1.3 冬粉水分檢測方案選定 256
12.2 總體方案設計 257
12.2.1 電容法測冬粉水分的原理 [5,6] 257
12.2.2 電容晶片測量電容的原理 258
12.2.3 系統總體設計 259
12.3 系統主要硬體設計 260
目 錄 XVII
12.3.1 測量冬粉電容值容器的設計 260
12.3.2 電容測量電路設計 261
12.3.3 主控單片機及報警電路設計 261
12.4 系統主要軟體設計 262
12.4.1 電腦上位機曲線顯示軟體 262
12.4.2 數據濾波處理算法設計 263
12.4.3 人機互動界面設計 264
12.5 試驗測試及結果分析 265
12.5.1 測試條件與儀器 265
12.5.2 測試方案 265
12.5.3 測試結果與分析 267
12.5.4 實驗結果總結 269
12.6 設備成本及工業化設計方案 269
12.6.1 設備成本 269
12.6.2 工業化設計 269
12.7 項目未來展望 269
12.7.1 工控機 269
12.7.2 電容層析成像技術 270
12.7.3 自適應濾波 270
12.7.4 加入隸屬度函式對冬粉濕度評級 270
12.7.5 項目的普適性遷移 270 參考文獻 270 作者簡介 271 13 “企業命題”賽項工程設計方案（二） 272
13.1 產品研製的背景和必要性 272
13.2 產品需要解決的工藝和實現功能 273
13.2.1 工藝要求 273
13.2.2 功能描述 273
13.3 產品設計原理和實現方案 274
13.3.1 總體方案設計 274
13.3.2 機械部分設計 278
13.3.3 電路部分設計 285
13.4 產品技術測試及指標驗證結果分析 296
13.4.1 測試內容及測試目標 296
13.4.2 包裝袋規格調試及性能測試 297
13.4.3 遞袋環節調試及性能測試 297
13.4.4 裝袋環節調試及性能測試 298
13.4.5 開袋環節調試及性能測試 299
13.4.6 裝訂環節旋轉位置調試及性能測試 300
13.4.7 裝訂環節性能測試 300
13.4.8 測試結果分析 301
13.5 產品創新性及關鍵技術 302
13.6 產品未來展望 302
13.6.1 系統擴展性 302
13.6.2 包裝機經濟性 304
13.6.3 包裝機的可靠性 304
13.6.4 包裝機的易用性 305
13.7 總結 305 參考文獻 305 作者簡介 306 14 “企業命題”賽項工程設計方案（三） 307
14.1 產品研製需求 307
14.1.1 冬粉需求現狀及發展趨勢 307
14.1.2 冬粉生產設備與技術 307
14.1.3 冬粉生產成本 308
14.1.4 冬粉生產的主要流程 308
14.2 產品研製的必要性 309
14.3 產品需要解決的工藝問題 310
14.4 產品實現的功能 311
14.5 Ⅰ代機原理設計 311
14.5.1 機器介紹 311
14.5.2 使用特點 312
14.5.3 工作原理 312
14.6 Ⅱ代機樣機設計 316
14.7 產品說明 319
14.7.1 產品調試 319
14.7.2 使用說明 319
14.7.3 注意事項 320
14.7.4 技術競爭力說明 320
14.7.5 產品成本分析 320
14.7.6 生產製造要點 321
14.8 產品創新點及關鍵技術 322
14.9 產品推廣 322
14.9.1 市場前景的預測 322
14.9.2 產品推廣策略 323
14.9.3 產品定位 324 參考文獻 324 作者簡介 324 15“企業命題”賽項工程設計方案（四） 325
15.1 產品研製背景和必要性 325
15.2 產品需要解決的工藝和實現的功能 326
15.3 產品設計原理和實現方案 327
15.3.1 產品功能與核心價值 327
15.3.2 產品數位化設計（外觀設計） 328
15.3.3 核心用戶用例與工作原理介紹 329
15.4 產品技術測試及指標驗證結果分析 330
目 錄 XIX
15.4.1 功能測試 330
15.4.2 用戶體驗設計或產品使用說明 330
15.4.3 核心技術實現解析 331
15.4.4 技術競爭力說明 343
15.4.5 產品成本分析 343
15.4.6 生產製造要點 343
15.5 產品創新點及關鍵技術 344
15.5.1 腳踏車架運載方式 344
15.5.2 出標、貼標方式 344
15.5.3 工位 ST40、ST50左右開弓進行貼標 344
15.5.4 圖像識別智慧型檢測貼標 345
15.5.5 可視化生產過程監控（顯示屏） 345
15.5.6 觸摸開關 346
15.6 產品未來展望 346 參考文獻 347 作者簡介 347
第八部分 “PLM產線規劃”賽項
“PLM產線規劃”賽項任務書 351 16 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（一） 353
16.1 項目概況 353
16.2 項目需求 353
16.2.1 設計任務 353
16.2.2 設計功能及指標 354
16.3 生產線工藝設計 354
16.3.1 焊接工藝概述 354
16.3.2 自動化焊接工藝流程設計 355
16.4 生產線總體方案 359
16.4.1 焊接車間總體布局設計 359
16.4.2 時間鏈與生產節拍 360
16.4.3 主要設備選型設計 361
16.5 單元功能設計 362
16.5.1 機器人系統設計 362
16.5.2 車架弧焊工裝夾具設計 367
16.5.3 輔助功能設計 367
16.5.4 程式邏輯設計流程 370
16.5.5 控制系統總體設計 370
16.6 生產線仿真 372
16.6.1 生產線仿真概述 372
16.6.2 模擬人工仿真 373
16.6.3 焊接仿真 373
16.6.4 仿真整體效果 375
16.7 設計方案分析和總結 375
參考文獻376 作者簡介376 17 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（二） 377
17.1 項目概況 377
17.2 項目分析 377
17.2.1 項目設計要求 377
17.2.2 生產線要求與功能 378
17.3 專用技術要求 378
17.3.1 設計依據 378
17.3.2 工藝鋼構設計 378
17.3.3 機器人要求 378
17.4 產線設計 379
17.4.1 產線工藝設計 379
17.4.2 焊接流程 379
17.4.3 工藝流程 380
17.4.4 裝備概況 382
17.5 裝焊工藝設計 383
17.5.1 設計要求 383
17.5.2 焊接工藝 384
17.6 生產節拍 386
17.7 工裝設計方案 387
17.7.1 概述387
17.7.2 分拼工位夾具設計 387
17.7.3 主工位夾具設計 389
17.7.4 機器人抓具設計 392
17.8 仿真模擬 393
17.8.1 操作流程 393
17.8.2 仿真結果 394
17.9 設計合理性 395
17.9.1 氣缸設計計算 395
17.9.2 柔性化設計 396
17.9.3 保護措施 396
17.9.4 擴展性和易用性 397
17.9.5 裝備的智慧型功能 398
17.9.6 感測器 398
17.9.7 焊縫跟蹤與校正 399
17.10項目創新點 399
17.11推廣套用的經濟、社會效益分析 399 參考文獻 400 作者簡介 400 18 “PLM產線規劃”賽項工程設計方案（三） 401
18.1 概況 401
18.1.1 項目現狀 401
目 錄 XXI
18.1.2 項目意義 401
18.1.3 項目需求 401
18.2 生產線工藝設計 403
18.2.1 生產流程 403
18.2.2 工藝流程圖 403
18.3 生產線規劃總體方案 403
18.3.1 生產線布局設計 403
18.3.2 生產線物料傳送設計 406
18.3.3 生產線的工位設計 407
18.3.4 生產線工藝平衡 410
18.4 單元功能設計 412
18.4.1 點焊夾具 412
18.4.2 弧焊夾具 413
18.4.3 焊接迴轉台 414
18.4.4 搬運小車 415
18.4.5 中央控制站 416
18.4.6 打磨設計 417
18.4.7 全防護設計 417
18.4.8 檢測與控制系統設計 417
18.5 生產線設備選擇 419
18.5.1 焊接機器人 419
18.5.2 搬運機器人 419
18.6 生產線仿真 420
18.7 設計方案分析和總結 422
18.7.1 可行性分析 422
18.7.2 設計方案優勢 423
18.7.3 設計方案不足及擴展性 423 參考文獻 424 作者簡介 424
第九部分附 錄
附錄 A多迴路控制與調節器整定427
A.1串級控制 427
A.1.1 串級控制系統的組成 427
A.1.2 串級控制系統的投運和整定 427
A.1.3 液位-流量串級控制系統 428
A.1.4 套用場合和工程經驗 428
A.2前饋控制 429
A.2.1 靜態補償與動態補償 429
A.2.2 前饋與反饋控制 430
A.2.3 套用場合和整定方法 430
A.3比值控制 431
A.3.1 比值控制系統的組成 431
A.3.2 比值控制系統的整定 432
A.3.3 流量比值控制系統 433
A.3.4 套用場合和工程經驗 433
A.4調節器整定 434
A.4.1 調節器整定方法 434
A.4.2 工程經驗 434 作者簡介434 附錄 B卷繞張力控制 435
B.1卷繞張力控制系統的組成 435
B.2張力控制方式 436
B.2.1 間接張力控制 436
B.2.2 直接張力控制 437
B.2.3 浮動輥位置控制 438
B.2.4 線速度控制 439
B.3 張力控制的調試 440
B.3.1 系統的基礎調試和前期準備 440
B.3.2 實時卷徑計算 440
B.3.3 張力調試 441
B.4 張力控制的套用場合 442 作者簡介442 附錄 C工業網路項目實戰443
C.1 工業網路通信需求及解決方法 443
C.1.1 實時性需求及解決方法 443
C.1.2 可靠性需求及解決方法 444
C.1.3 工業信息安全需求及解決方法 445
C.2 工業網路案例與工程經驗 446
C.2.1 案例 1：鋼廠鐵路站無人化機車工業無線網路設計 446
C.2.2 案例 2：某藥廠生產網路 450 作者簡介 452 附錄 D自動化工程項目的實施453
D.1自動化工程項目實施流程 453
D.1.1 實施工程 453
D.1.2 設計+實施工程 453
D.2自動化工程項目實施方法 454
D.3自動化工程項目的設計 454
D.3.1 設計流程 454
D.3.2 設計方法 455
D.4自動化工程項目的調試 455
D.5自動化工程項目的驗收 456
D.6自動化工程項目案例分析 456 作者簡介 458 附錄 E Solid Edge套用實例剖析 459
E.1 Solid Edge軟體的功能 459
目 錄 XXIII
E.1.1 Solid Edge同步建模技術 459
E.1.2 Solid Edge軟體的功能 460
E.2 Solid Edge實際案例詳解 462
E.2.1 數據整理和重用 462
E.2.2 設計新零件 463
E.2.3 仿真效驗 L型連線件 468
E.2.4 裝配新零件 468
E.2.5 修改 L型連線件零件470
E.2.6 創建工程圖 471
E.3 使用 Solid Edge的一些建議 472
E.3.1 使用 Solid Edge進行產品設計的建議 472
E.3.2 Solid Edge 2019的系統要求 473
E.3.3 Solid Edge 2019的安裝 473 作者簡介 474 附錄 F賽項指導教師經驗交流475
F.1“連續過程設計開發”賽項經驗交流 475
F.2“邏輯控制設計開發”賽項經驗交流 479
F.3“工業信息設計開發”賽項經驗交流 481
F.4“運控系統設計開發”賽項經驗交流 483
F.5“智慧型創新研發”賽項經驗交流 483
F.6“企業命題”賽項經驗交流 485
F.7 “PLM產線規劃”賽項經驗交流 486
後記487
