2009年全国大学生工程训练综合能力竞赛命题

2009年全国大学生工程训练综合能力竞赛命题发布时间:2009-06-2219:45访问量:2458次本届比赛命题主题：根据全国大学生工程训练综合能力竞赛组织委员会第一次会议讨论通过的竞赛命题原则，在多方征求意见和专家广泛讨论的基础上，经全国大学生工程训练综合能力竞赛专家委员会第一次会议通过，提出本届竞赛命题。本届主题定为“节能增效”。命题源于工业生产流程中常见的控制阀，经抽象简化而成一阀体与阀芯的组合。此阀体孔与阀芯的配合精度影响到生产流程中液体介质的输送控制，要求达到开启灵活，泄漏少，具体要求如下所示。本届竞赛命题完成一套带底阀的圆筒型容器的设计、加工、检测、机器人组装及方案分析本题目的设计，旨在较充分地体现出综合性工程训练的教学特点和培养目标，即通过此题目的各个阶段的比赛，考核参赛学生在机电产品设计制造、工艺和成本分析以及工程管理等方面的综合能力和创新精神。1．题目说明要求由参赛学生设计并加工制作出一个阀体与一个阀芯，如下图。材料为普通铝，材料牌号自行选定。阀体的内径尺寸为Ø70±0.1mm，阀体内壁高度尺寸为68±0.1mm，外廓形状不限，但最小壁厚不小于4mm；阀体内部底面平坦，中间开有透孔，孔的形状为非圆形柱面，其正截面轮廓的内切圆直径不小于30mm，外接圆直径不大于40mm；孔的廓线由多段圆弧和直线组成，圆弧和直线均不少于4段，且每段圆弧或直线的长度都不小于8mm，总长度不小于120mm。此孔与阀芯的结合方式为柱面间隙配合。柱型结合面的配合高度为9±0.5mm；配合部位的形状、配合公差及阀体和阀芯表面粗糙度等各项技术要求由参赛选手自行设计并标注在设计图纸上。阀芯的设计要求如图所示。在阀芯的顶部，设计出直径为20mm、高为10mm的凸台，作为用机器人装配时的夹持部位。凸台中心应制有M5攻深10mm的螺纹盲孔，供检测时安装拉杆用。在阀体外侧，如图中所标出的50mm高度、全圆周范围内要求制有参赛队自主设计的本届竞赛标识和全国大学生工程训练综合能力竞赛徽标。标识统一规定为“2009全国大学生工程训练综合能力竞赛”字样，其字体、大小及其做法不限；徽标属于自主创意设计内容，要求反映工程训练综合能力竞赛主题。以上内容均作为评分点之一。允许在阀体底面制作参赛学校标识，形式不限，但不作为评分内容。图1.阀体及阀芯制作要求2.方案设计阶段此阶段的比赛目的，是考察参赛学生能否综合运用所学的机械设计、工艺设计、成本分析及工程管理知识，对给定的工程问题做出全面、系统、合理的分析并提出相应的设计方案。参赛队针对命题所提供的零件要求，按照生产纲领为单件小批量生产和月产3000件的中批量这两种生产纲领，在各自所在学校里独立完成命题零件的设计和工艺分析，并按照本大赛组委会发布的格式要求（从上下载），在本届全国比赛报到当天向会务组提交所作的结构设计方案、工艺设计方案、成本分析方案及工程管理设计方案的纸质文档和电子文档。每个方案的字数限制在A4纸5页以内，（电子文档的大小在2M以内），一式两份。评分要点：由竞赛评审组对每个参赛队提交的方案进行评阅。此项满分30分，其中结构设计方案8分，工艺设计方案8分，成本分析方案7分，工程管理设计方案7分。总合每队的4个方案的得分，按从高到低排列名次，起评分20分，各队得分按下列公式计算：3．阀体零件的加工此阶段主要目的，是按照工程训练教学以培养综合性工程能力为主的方针，考察各校参赛学生的工艺综合能力，特别强调了对学生的创新思维、创意设计、精度检测、误差分析和团队协作能力的考查。比赛要求：参赛队按照提交的机械设计方案和工艺设计方案，使用普通铝（材料牌号自行选定），按照所要求的尺寸及公差，自行选择工艺路线，在所在学校将阀体加工完成并带到比赛现场。各参赛队提交的方案和参赛的阀体零件，必须是由参赛学生亲自设计并加工制造完成的。在本届全国比赛报到当天应向组委会秘书处提交记录和反映参赛作品在本校设计制作过程的视频资料，该视频资料长度应控制在15分钟左右。评分要点：（1）外形和标识的创意设计及其加工制作此项满分20分，其中外形的设计及其加工制作10分，标识或印记的设计及其加工制作10分。由评委对参赛作品评分。总合每队的2项得分，按从高到低排列名次，起评分13分，各队得分按下列公式计算：（2）尺寸测量此项比赛要求控制阀体的尺寸加工精度和学生的机械测量技能，满分15分。每队以抽签的方式选出另外的三个队，用自带的普通游标卡尺（0.02mm，不允许用数显卡尺）对这三个队的阀体零件的内径和内壁高度进行测量，并报告测量结果（精确到0.01mm）。每个参赛作品均需接受另外三个队选手的检测。最后，由评委使用大赛指定的标准量具来评定每个队的6个测量结果的准确性。测量结果每超差0.02mm，扣0.1分；作品的内径和内壁高度尺寸与大赛规定尺寸有误差的，每超差0.02mm，扣0.1分；阀体底孔或阀芯廓线主要的4段圆弧和4段直线长度小于8mm的，每差1mm，扣0.4分；阀体底孔或阀芯廓线少于4段圆弧和4段直线的，判为未完成，本项不得分。阀体底孔柱面及阀芯柱面各自的素线之间有平行度要求，相对素线间的平行度公差为0.02mm，每超差0.01mm，扣0.1分。为了保证竞赛的公正、公平和顺利进行，竞赛委员会有权根据现场情况，对竞赛内容作局部临时调整。4．现场加工过程此阶段主要目的，是具体考察参赛学生在工程训练教学过程中所养成的基本工程素质、安全操作意识、机床操控能力、工具使用能力以及容易被忽视的制造成本分析及控制能力和工业工程管理能力。比赛要求：参赛队按照提交的设计方案和加工工艺方案，在参赛现场，使用大赛组委会指定的材料，自行选择工艺路线完成阀芯零件的加工操作（阀芯零件的一端标有竞赛标识，加工过程中必须保留）；在整个竞赛加工过程中，允许使用大赛组委会提供和规定的各种机床，允许钳工作业。所用刀具、量具、工具等自备。具体限制详见资源配置单（另附）。评分要点：（1）竞赛评委根据加工过程中参赛选手操作是否规范，工艺参数选择是否正确，着装及护具是否符合安全操作规则，对评判人员的现场提问是否回答正确等方面的状况来为各队打分。满分5分，每发现一处违规，扣0.2分。（2）制造工艺经济合理，总成本最低。根据参赛选手选用的阀芯加工工艺，各工序的实际加工时间，参考竞赛组委会公布的现场可用机床的使用费用（具体标准详见随后发布的资源配置清单），计算出各参赛选手的总成本，按成本由低到高排名，满分10分，起评分7分，各队得分按下列公式计算：5．组装阶段此阶段主要目的，是根据工程训练应坚持与当前工业主流技术相衔接的指导思想，考察参赛学生的工业控制、计算机编程、机电综合等现代制造技术和管理方面的综合能力。比赛要求：将加工好的阀体和阀芯零件在大赛组委会指定的工业机器人上完成自动组装。机器人为三自由度（X、Z、C轴，三轴非联动），直角坐标控制方式，手端公称作用力70N，可通过编程和手操盒控制机器人的动作。工业机器人的具体型号及参数由大赛组委会在赛前另行公布，以便参赛学校和选手做好准备。参赛选手要自行编程、调试机器人动作。机械手从指定点出发，移动一段规定距离后，将阀芯零件抓起，再移动一段规定距离后，到达阀体上方，从阀体上口将阀芯放入到阀底的孔中。在装配机器人带有T型槽的工作平台上，有直径为5mm（h70-0.012），高7mm，中心距为56±0.02mm的直销和削边销，组成符合一面两销定位要求的定位基准，参赛选手可以自行决定是否在机器人装配时使用该定位基准来定位阀体。（若决定使用此定位基准，需自行在阀体零件底面设计并加工定位销孔，阀体底部销孔不允许为透孔。）机器人自动装配过程中，不允许参赛选手用手接触装配零件。装配竞赛步骤如下：（1）调试阶段时间规定为20分钟。裁判要对各队的调试时间进行计时，各队对机器人进行调试和试装，在20分钟内，认为调试完成，举手示意，裁判记录所用调试时间，进入装配考核阶段。若在20分钟内没有准备好，视为本次装配考核阶段装配不成功。（2）装配考核阶段，由裁判记录机器人完成装配任务所用的时间。如果本次装配不成功，可以申请再次装配考核。（3）再次装配考核阶段。包括5分钟的附加调试时间，到时后，进行再次装配考核，裁判记录机器人的装配时间，但记录的时间需乘系数1.5。若再次装配不成功，可申请再增加5分钟的附加调试时间，到时后，再次进行装配考核，裁判记录机器人的装配时间，但记录的时间需乘系数2.0。每队有两次再次装配考核机会，两次后还没成功，本项判为不成功。评分要点：（1）完成装配，得到8分基本分。按机器人完成装配任务所用的时间从少到多排序，并列的队，按总调试时间（各次调试时间之和）少者，排名在前，用时最少的队，加7分，名次每低一位，递减0.1分。（2）不能使用工业机器人完成装配的队，可以手工完成装配并进入下一阶段竞赛，但装配项不得分。6．最终质量检验此阶段主要目的，是考察参赛学生对质量管理、质量分析、产品综合质量控制的掌握能力和运用水平，旨在提高学生的工程管理素质。评分要点：最终质量检验，检验阀体与阀芯组装后形成的配合间隙，用下面两项指标考核。在此项检验过程中，参赛选手不许接触参赛作品。（1）阀体与阀芯组装后，置阀体开口向上，向阀体内注入50mm高度的液体（防锈水）。检测5分钟的泄漏量，泄漏量越小评分越高。按泄漏量由少到多排名，相同者并列，起评分10分。各队得分按下列公式计算：（2）固定住阀体，沿轴线方向在阀芯上施加拉力，将阀芯与阀体分离。所用拉力越小评分越高。按所用拉力由少到多排名，相同者并列，起评分7分，各队得分按下列公式计算：至此，计算各队的得分总和，从高到低排列，名次位于前16名的参赛队进入下一阶段比赛。7．答辩此阶段主要目的，是综合考察参赛学生的工程知识水平、现场应变能力，旨在引导学生全面提高自身的综合素质和能力。根据前面各阶段比赛总分排序，取前16名参赛队进入答辩阶段。公开答辩。每队答辩时间为8－15分钟。评分要点：（1）每队的三位参赛选手，以抽签的方式，选择两道题，回答时三人可以商量，每题2.5分。（2）由评委提问，选手回答问题。每位评委根据对提问问题的回答情况给选手打分，按得分名次由高到低排名，起评分10分，各队得分按下列公式计算：