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2017年大赛介绍

一) 大赛简介

《“西门子杯”中国智能制造挑战赛》原为《全国大学生“西门子杯”工业自动化挑战赛》,是在教育部与西门子(中国)有限公司签订的战略合作框架下的一项国家级赛事,由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、西门子(中国)有限公司和中国仿真学会联合主办。大赛的方向涉及智能制造领域中的科技创新、产品研发、工程设计和智能应用等,主要面向全国控制科学与工程、电气工程、机械工程、仪表科学与工程、信息与通讯工程、计算机科技与技术等相关学科的研究生、本科生,和全国自动化类、机电设备类、机械设计制造类、电子信息类、计算机类及通信类等相关专业的高职高专学生。

大赛以“立足培养,重在参与,面向工程,追求卓越”为指导思想,旨在促进高等学校的工程实践能力教育,提高学生的工程兴趣、工程素养、工程设计能力、实践动手能力、工程创新和工程研发能力,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神,培养学生的综合知识运用能力,为培养高质量的理工科优秀人才提供实践平台。

自2006年发展至今,在全国近300所高校协力支持下,大赛已经成为目前国内工业自动化领域规模最大的学生类竞赛之一。本项大赛2010年被纳入教育部质量工程资助项目(控制仿真挑战赛),在2012年被中国-欧盟工程教育论坛列为唯一的大学生竞赛项目,2016年成为中德青少年交流年活动内容之一。大赛同时是教育部《2015年产学合作专业综合改革项目和国家大学生创新创业训练计划联合基金项目》中明确的竞赛。

2016年第十届竞赛于去年8月在湖北宜昌圆满举行,2016年大赛设立6个赛项,报名参赛队伍共2204支,覆盖28个省份(未参加比赛的省份6个海南、青海、西藏、港、澳、台),参赛学校近300所,全国10个初赛分赛区由11所院校承办,分别是:辽宁科技大学、北京交通大学、北京联合大学、太原理工大学、安徽工业大学、青岛科技大学、苏州市职业大学、上海应用技术大学、三峡大学、东莞理工学院、宁夏工商职业技术学院。

二) 竞赛理念与人才培养目标

优秀人才培养是挑战赛一直秉承的理念与宗旨。在新的历史时期,智能制造已经成为国家制造业进一步发展的战略目标。为制造业全面升级、智能制造全面推广培养、选拔急需的优秀人才成为挑战赛最为重要的任务。因此,2017年中国智能制造挑战赛在原有赛项基础上将进行全面升级,紧密围绕智能制造的关键技术展开。

智能制造是制造业发展到当前阶段融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术、人工智能技术的最新形态。智能制造涵盖的关键技术包括:智能产品、智能服务、智能装备、智能工厂(全生命周期数字化工厂)、智能产线、智能车间、智能设计优化、智能算法、智能管理、智能物流与供应链、智能决策等。中国智能制造2025是基于德国工业4.0基础上提出的战略,基本脉络:

  • 时间链:产品全生命周期数字化、工厂全生命周期数字化
  • 供应链:全行业数字化,从原材料到产品到客户
  • 生产链:从传感器数据到管理层信息

针对上述关键技术以及对长三角、珠三角等制造业发达地区企业人才需求调研,对挑战赛原有人才培养模型进行进一步细化与升级,形成新的人才培养模型。并针对此模型进行赛项的分类、竞赛内容的设计。具体如下图所示。

赛项图示

根据以上人才培养模型,2017年大赛目前共有8个正式赛项和1个试运行赛项。按照对工程人才的分类,分为创新研发类赛项、设计开发类赛项以及应用实施类赛项三类。创新研发与设计开发赛项主要针对研究生、本科生层次,而应用实施类赛项主要面向应用型本科、高职高专学生。

  • 1.创新研发类赛项针对工业自动化领域涉及的智能软、硬件系统研发以及自动化类工具产品研发
    • 人才培养目标:具有商业头脑、创新意识、扎实技术的创新研发人才,如品经理、研发工程师。
    • 包含赛项:智能创新研发赛项、工业硬件研发赛项、工业软件研发赛项。涉及到智能制造领域的智能产品、智能服务、智能装备、智能工厂、智能车间、智能产线等。
  • 2.设计开发类赛项主要考核参赛选手对工业领域复杂工程问题的系统分析、设计以及自动化系统的开发能力,强调系统优化和智能算法。
    • 人才培养目标:具备智能系统综合设计、优化能力的设计开发人才,如系统工程师。
    • 包含赛项:连续过程设计开发赛项(原过程控制)、逻辑控制设计开发赛项(原逻辑控制)、运动系统设计开发赛项(原运动控制)以及工业信息设计开发赛项(原工业网络)。涉及到智能制造领域的智能工厂、智能设计优化、智能算法、智能决策等。
  • 3.应用实施类赛项主要考核参赛选手对于工业领域智能装备、技术和工具的应用能力,突出系统化思维方式以及严谨、熟练 实施过程。
    • 人才培养目标:具备扎实理论、技术基础的工程应用实施人才,如实施工程师。
    • 包含赛项:连续过程应用实施赛项、逻辑控制应用实施赛项。涉及到智能制造领域的智能工厂、智能车间、智能产线的系统应用实施等。

三) 2017年各赛项简介

1) 连续过程设计开发赛项

该赛项以智能工厂、智能车间、智能产线中某个连续生产过程的升级改造为背景,参赛队以乙方角色参与连续生产过程的升级改造过程,重点考察参赛队员的工艺分析、生产优化、智能算法开发、控制系统设计、实施以及异常处理能力,目的是培养一流的具备连续过程行业工艺设计、优化、算法研发、控制系统设计、实施以及异常处理等综合能力的设计、开发人才。

2017年赛题思路:根据提供的工艺过程,通过分析工艺流程及对象的特性,对该工艺过程进行生产优化、开车步骤设计、智能算法研发、控制系统设计、实施以及异常处理的工作。

参赛队需要完成:工艺分析、工艺优化(含开车步骤设计)、仪表选型、智能算法研发、控制系统设计、安全联锁系统设计、现场接线(总决赛)、控制方案实施(自动开车)、异常处理(抗扰动测试总决赛)、方案答辩(总决赛)。

2) 连续过程应用实施赛项

该赛项以智能工厂、智能车间、智能产线中某个连续生产过程为背景,参赛队以乙方角色参与连续生产过程的投产运行过程,重点考察参赛队员的需求分析、控制系统设计、实施、动手能力以及异常处理能力,目的是培养一流的具备连续过程行业需求分析、控制系统设计、实施以及异常处理等能力的应用、实施人才。

2017年赛题思路:根据提供的工艺过程,通过分析工艺流程及对象的特性,对该工艺过程进行控制系统设计、实施以及异常处理的工作。

参赛队需要完成:工艺分析、仪表选型、控制系统设计、控制方案实施(自动开车)、现场接线、异常处理(抗扰动测试总决赛)。

3) 逻辑控制设计开发赛项

该赛项以电梯行业为应用背景,参赛队以乙方的角色参与到电梯行业中。重点考察对这类系统的综合分析、生产优化、智能调度算法开发、控制系统设计、实施及异常处理能力,强调工程方法的严谨性和控制系统应用的完整性,在控制优化、调度方面鼓励创新。目的是培养一流的具备流程分析、设计、优化、算法研发、控制系统设计、实施以及异常处理等综合能力的设计、研发人才。

2017年赛题思路:以电梯行业为应用背景,参赛队员需要根据题目要求完成系统分析、设计、优化、算法研发、控制系统设计、实施以及异常处理等工作。

参赛队需要完成:综合分析、生产优化、智能调度算法研发、控制方案设计、控制方案实施、异常处理、答辩(总决赛)。

4) 逻辑控制应用实施赛项

该赛项以电梯行业为应用背景,参赛队以乙方的角色参与到电梯行业中。重点考察对这类系统的综合分析、实施及异常处理能力,强调工程方法的严谨性和控制系统应用的完整性。目的是培养一流的具备离流程分析、控制系统设计、实施以及异常处理等能力的应用、实施人才。

2017年赛题思路:以电梯行业为应用背景,参赛队员需要根据题目要求完成系统分析、控制系统设计、实施以及异常处理等工作。

参赛队需要完成:综合分析、控制方案设计、控制方案实施、异常处理。

5) 运动系统设计开发赛项

该赛项以智能工厂、智能车间、智能产线中运动系统为应用背景,参赛队以项目乙方的角色参与竞赛,重点考察参赛选手对运动控制系统的综合分析、智能算法开发、控制方案设计、实施、模块开发及异常处理能力,鼓励在控制方案及算法方面的创新。目的是培养一流的具备运动系统分析、优化、智能算法开发、模块研发、控制系统设计、实施以及异常处理等综合能力的设计、研发人才。

2017年赛题思路:赛项分为抽象实验对象与实际生产对象两类,均为实物对象。其中,抽象对象(圆盘同步)考察选手对基础运动控制系统的开发能力。实际生产对象来源于在造纸、印刷等行业中有着广泛应用的物料卷绕系统。

参赛队需要完成:对象特性及控制需求分析、控制算法设计、优化、控制系统设计、选型与调试、模块开发、控制系统实施、异常情况处理等。

6) 工业信息设计开发赛项

该赛项以智能工厂、智能车间、智能产线中实际工业通信网络为应用背景,重点考察参赛选手面向实际工业生产通信网络的需求分析、通讯算法研发、网络结构设计、优化、实施及故障处理能力,鼓励在满足通信需求的条件下在网络结构设计与网络功能实现方面的创新。目的是培养一流的具备信息网络系统分析、优化、实施以及异常处理等综合能力的设计、研发人才。

2017年赛题思路:工业信息设计开发赛项的竞赛设备以工业4.0数字化工厂骨干网络为应用背景,体现工业生产下的高速实时网络需求,涉及工业现场常用的虚拟网络VLAN、路由、实时通信、无线通信、冗余网络等功能。参赛队需要根据所提供的工厂描述和具体通信技术需求完成:厂区布局分析、通信需求分析、网络结构设计、优化、设备选型、网络结构实施、网络功能实现、通信验证等。

7) 智能创新研发赛项

该赛项以智能制造领域的一项智能产品、 智能装备、智能服务解决方案或智能工厂、智能车间、智能产线某个环节智能设备的研发过程为背景,参赛队以创新创业团队的角色参与比赛,主要考察选手在产品创意、设计、开发过程中技术与商业的结合能力,锻炼其综合运用跨学科知识与技术的能力,目的是培养具备商业意识、扎实理论、技术知识的创新、研发类人才。

2017年赛题思路:在智能产品、智能装备、智能服务、智能工厂、智能车间、智能产线等领域包括但不限于环境监测、健康及康复、智能家居、机械手等,参赛队员在范围内选择研发一款智能机器人,完成产品市场调研、创意设计、开发、原型机制作等。考核具体流程包括:产品市场调研、创意设计、产品设计(撰写方案、采用 Solid Edge 软件实现并进行仿真测试)、样机制作开发、原型机展示、评测、答辩等。

8) 工业硬件研发赛项

该赛项以智能制造领域的一项智能产品、智能装备、智能服务解决方案或者智能工厂、智能车间、智能产线某个环节智能设备的研发过程为背景,由企业专家指定一项相关智能硬件设备的研发为题目,参赛队根据题目要求,自由选择所需硬件、软件,完成硬件开发,主要考察选手硬件研发过程中的技术水平、工作方法和工程能力,目的是培养一流的智能硬件设计、研发类人才。

2017年赛题思路:针对某离散制造流程研究、开发一款具备机器视觉的传感器,该传感器能够识别产品的形状、颜色等信息,并能够将识别的结果信息以某种形式显示出来。具体要求如下:

  • 颜色识别(能够识别不同颜色的产品)
  • 形状识别(能够识别不同产品的形状,包括:原形、方形、菱形等)
  • 识别结果显示(识别的结果能够通过声音或者指示灯等途径显示出来)
  • 支持标准通讯协议(能够将识别的结果通过ProfiBus传到西门子PLC中)

9) 工业软件研发赛项(新试运行赛项)

该赛项以智能制造领域的一项智能产品、智能装备、智能服务解决方案或者智能工厂、智能车间、智能产线某个环节相关软件的研发过程为背景,由企业专家指定一项相关软件设备的研发为题目,参赛队根据题目要求,自由选择所需开发语言、设备,完成软件开发,主要考察选手软件研发过程中的软件设计能力、开发能力和良好规范的开发习惯,目的是培养一流的工业软件设计、研发类人才。

2017年赛题思路:针对某离散制造流程研究、开发一套智能排产系统,该系统能够根据计划的各个订单,统一规划生产计划,以达到最合理、最优的生产计划。具体要求如下:

  • 网络下单功能(用户可通过网络下达生产订单)
  • 过往订单查询功能(可以记录、查询过往的订单)
  • 自动排产功能(根据收到的不同要求订单,自动生成生产计划,鼓励智能算法的使用)
  • 自动生产下达功能(生产计划确定后,支持通过标准通讯协议如ProfiBus,下达生产命令到西门子PLC)
 

注:上述所有赛项的赛题思路仅是比赛考核的示例,具体以官网正式发布为准。