资源简介

2021 年全国职业院校技能大赛中职组
工业产品设计与创客实践赛项题目
赛题说明与参赛须知
1. 本赛题包含工业产品设计与创客实践赛项各模块内容。
2. 模块一包含两道题目，计时 2.5 小时；模块二包含两道题目，计时 2 小时；模块三包含两道题目，计
时 3.5 小时。各模块独立计时，不可相互借用时间。
3. 参赛选手须严格按照题目规定的路径及名称存储文件，并在比赛过程中及时保存。
4. 参赛选手应按照各题目要求，在指定的设备完成操作，并在比赛结束前将全部电子文件归档于指定位
置并按要求提交，未存储到指定位置或未按规定提交的运行记录或程序文件不作为竞赛成果予以评分。计算机
编辑文件请实时存盘，建议 10-15 分钟存盘一次，客观原因如断电情况下，酌情补时不超过 15 分钟。
5. 各报告文件、说明文档等须在提供的模板文件中完成。
6. 必须使用提供的帐号登录完成相关设计、制造工作。
7. 工程图按照题目图纸样式，依据机械制图“图样画法”国家标准绘制；标题栏、明细栏要求如下：
（1） 六视图、爆炸图标题栏要求填写图样名称、图样代号及基础视图比例；零件图标题栏要求填写图样
名称、图样代号、零件材料、零件重量及基础视图比例。
（2） 工程图明细栏要求包含序号、代号、名称、数量、材料、重量及备注；明细栏总宽 180mm，各列宽
度依次为 8mm、40mm、44mm、8mm、38mm、22mm、20mm。
3
2
1
序号 代号 名称 数量 材料 重量 备注
8. 严格遵守设备使用规范，安全操作加工设备。由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正
常继续比赛，将取消参赛队竞赛资格。
注：赛题及图册仅以电子文档形式提供。
模块二 设计挑战（20 分）
题目 2-1 机构分析计算（10 分）
活塞式气动马达气缸工作原理见图 2-1，压缩空气通过气缸通气道进入活塞顶面，推动活塞上下运动，活
塞上下运动通过连杆转换成曲柄圆盘旋转运动。请按要求完成如下计算，并填写机构设计计算报告。
图 2-1 活塞式气动马达气缸工作原理
1. 绘制机构简图。
2. 计算现行设计方案中的活塞行程。
3. 若活塞行程调整为 16 mm，且活塞顶部相对气缸顶部、活塞底部相对气缸底部的极限位置不变，活塞、
曲柄圆盘的尺寸应做出怎样的调整；要求仅改变活塞、曲柄圆盘的部分尺寸。
4. 根据任务要求完成将此机构应用至其他产品的相关设计计算。
题目 2-1 需提交的文件及相关要求见表 2-1；所有文件须在比赛结束前归档于“桌面 \ 赛位号 \ 2-1-设计挑
战-机构分析计算”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创建文件夹。
表 2-1 设计挑战机构分析计算部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
尺寸调整后的活塞 满足上述条件的零件模型及零件
活塞 B.ipt、活塞 B.idw
零件 （零件模型及工程图） 图。
及零件图 尺寸调整后的曲柄圆盘 保存备查，不作评分依据。请按报
曲柄圆盘B.ipt、曲柄圆盘B.idw
（零件模型及工程图） 告要求将零件图粘贴至设计报告。
设计报告 机构分析计算报告 机构分析计算报告.pptx 需使用提供的报告模板完成。
题目 2-2 轻量化设计（10 分）
注意：选手将在第一天比赛结束前将设计数据提交云计算平台，并在第二天比赛开始后下载结果。
如图 2-2、图 2-3 所示，活塞式气动马达各部件通过“支架”固定于底座，支架材质为钢，重量 0.035kg。
请根据以下条件，使用衍生式设计（Generative Design）技术进行轻量化设计。
1. 保持支架上方各零部件安装位置不变。
2. 保持支架与其他零件连接方式不变，即通过 4 个螺钉固定于底座，且另通过 2 个螺钉与气缸连接。
3. 考虑气缸工作时对支架的作用力，以竖直向下方向 8 倍于支架所承零部件重量为载荷条件进行设计。
4. 材料指定为 ABS，制造方式为无限制，螺钉连接面的最小壁厚为 2.5mm。
5. 以最小重量为设计目标，安全系数取为 2.0。
上方各零件
支架
总重量 8 倍
图 2-2 支架 图 2-3 支架承担载荷示意
注：以下各项要求可在第二天比赛中完成。题目 2-2 需提交的文件及相关要求见表 2-2；所有文件须在比赛
结束前归档于“桌面 \ 赛位号 \ 2-2-设计挑战-轻量化设计”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创
建文件夹。
表 2-2 设计挑战轻量化设计部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
零件 轻量化支架 轻量化支架.f3d 或轻量化支架.stp .f3d 文件需导出至本地。
活塞式气动马达-轻量化.iam 使用轻量化设计支架替换原有设计
部件相关 部件模型、装配图
活塞式气动马达-轻量化装配图.idw 方案的部件模型与装配图。
设计报告 轻量化设计报告 轻量化设计报告.pptx 需使用提供的报告模板完成。2021年全国职业院校技能大赛中职组工业产品设计与创客实践赛项
评分标准
题目 一级指标 类型 二级指标 对应文件 配分
底座 底座.ipt 2.0
底座 底座.idw 5.0
底盘支架 底盘支架.ipt 2.0
底盘支架 底盘支架.idw 5.0
底盘 底盘.ipt 5.0
底盘 底盘.idw 5.0
转盘 转盘.ipt 6.0
转盘 转盘.idw 5.0
底盘连接 底盘连接.ipt 7.0
下臂内壳 下臂内壳.ipt 9.0
下臂外壳 下臂外壳.ipt 8.0
零件 客观
臂连接 臂连接.ipt 7.0
上臂 上臂.ipt 5.0
题目 1-1 前臂 A 前臂 A.ipt 13.0
前臂 B 前臂 B.ipt 3.0
爪连接 A 爪连接 A.ipt 4.0
爪连接 B 爪连接 B.ipt 1.0
爪基板 爪基板.ipt 2.0
爪连杆 爪连杆.ipt 1.0
夹板 A 夹板 A.ipt 3.0
夹板 B 夹板 B.ipt 1.0
轴 轴.ipt 2.0
部件模型 机械手.iam 3.0
六视图 机械手六视图.idw 3.0
部件相关 客观
表达视图 机械手.ipn 6.0
爆炸图 机械手爆炸图.idw 8.0
设计表达 客观 效果图 机械手.png 4.0
底座 底座.ipt 2.0
支架 支架.ipt 4.0
支架 支架.idw 8.0
气缸 气缸.ipt 5.0
气缸 气缸.idw 7.0
飞轮 飞轮.ipt 2.0
题目 1-2 零件 客观 飞轮 飞轮.idw 5.0
曲柄圆盘 曲柄圆盘.ipt 2.0
曲柄圆盘 曲柄圆盘.idw 5.0
连接轴 连接轴.ipt 4.0
连接轴 连接轴.idw 5.0
活塞 活塞.ipt 2.0
活塞 活塞.idw 5.0
题目 一级指标 类型 二级指标 对应文件 配分
连杆 连杆.ipt 2.0
气缸盖 气缸盖.ipt 2.0
曲柄销 曲柄销.ipt 2.0
节流螺栓 节流螺栓.ipt 2.0
部件模型 活塞式气动马达.iam 3.0
六视图 活塞式气动马达装配图.idw 10.0
部件相关 客观
表达视图 活塞式气动马达.ipn 4.0
爆炸图 活塞式气动马达爆炸图.idw 9.0
设计表达 客观 工作原理动画 活塞式气动马达工作原理动画.wmv 10.0
机构简图 机构分析计算报告.pptx 5.0
原方案行程计算 机构分析计算报告.pptx 5.0
曲柄圆盘设计变更 机构分析计算报告.pptx 5.0
活塞设计变更 机构分析计算报告.pptx 5.0
题目 2-1 设计报告 客观 其他机构 1 简图 机构分析计算报告.pptx 5.0
其他机构 1 行程计算 机构分析计算报告.pptx 6.0
其他机构 2 简图 机构分析计算报告.pptx 3.0
其他机构 2 行程计算 机构分析计算报告.pptx 8.0
其他机构 2 设计变更 机构分析计算报告.pptx 8.0
零件 客观 轻量化支架 轻量化支架.f3d 或轻量化支架.stp 12.0
部件模型 活塞式气动马达-轻量化.iam 3.0
部件相关 客观
装配图 活塞式气动马达-轻量化装配图.idw 5.0
题目 2-2 保留、障碍区域 轻量化设计报告.pptx 6.0
约束条件与载荷条件 轻量化设计报告.pptx 6.0
设计报告 客观
设计目标、加工方式与材料 轻量化设计报告.pptx 9.0
衍生式设计结果 轻量化设计报告.pptx 9.0
数字模型 客观 轻量化装配模型 活塞式气动马达-轻量化装配.ipn 4.0
仿真动画 客观 三维动画仿真视频 活塞式气动马达虚拟装配.wmv 10.0
装配前后模型贴图 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 4.0
题目 3-1 装配模型干涉检查 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 4.0
工艺文件 客观 装配顺序说明 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 6.0
螺钉安装说明 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 6.0
工具选择与计算 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 6.0
轻量化支架打印结果 轻量化支架（3D 打印部分） 20.0
轻量化支架打印结果 轻量化支架（复合加工部分） 30.0
物理模型 客观
配合零件加工结果 零件 1、零件 2 32.0
增减材加工所用夹具 增减材夹具 10.0
模型贴图 增材制造报告.pptx 3.0
题目 3-2 放置方式 增材制造报告.pptx 4.0
支撑形式 增材制造报告.pptx 4.0
制造报告 客观 打印参数 增材制造报告.pptx 4.0
零件 1 减材制造 减材制造报告.pptx 4.0
零件 2 减材制造 减材制造报告.pptx 4.0
增减材复合加工 减材制造报告.pptx 20.02021 年全国职业院校技能大赛中职组
工业产品设计与创客实践赛项题目
赛题说明与参赛须知
1. 本赛题包含工业产品设计与创客实践赛项各模块内容。
2. 模块一包含两道题目，计时 2.5 小时；模块二包含两道题目，计时 2 小时；模块三包含两道题目，计
时 3.5 小时。各模块独立计时，不可相互借用时间。
3. 参赛选手须严格按照题目规定的路径及名称存储文件，并在比赛过程中及时保存。
4. 参赛选手应按照各题目要求，在指定的设备完成操作，并在比赛结束前将全部电子文件归档于指定位
置并按要求提交，未存储到指定位置或未按规定提交的运行记录或程序文件不作为竞赛成果予以评分。计算机
编辑文件请实时存盘，建议 10-15 分钟存盘一次，客观原因如断电情况下，酌情补时不超过 15 分钟。
5. 各报告文件、说明文档等须在提供的模板文件中完成。
6. 必须使用提供的帐号登录完成相关设计、制造工作。
7. 工程图按照题目图纸样式，依据机械制图“图样画法”国家标准绘制；标题栏、明细栏要求如下：
（1） 六视图、爆炸图标题栏要求填写图样名称、图样代号及基础视图比例；零件图标题栏要求填写图样
名称、图样代号、零件材料、零件重量及基础视图比例。
（2） 工程图明细栏要求包含序号、代号、名称、数量、材料、重量及备注；明细栏总宽 180mm，各列宽
度依次为 8mm、40mm、44mm、8mm、38mm、22mm、20mm。
3
2
1
序号 代号 名称 数量 材料 重量 备注
8. 严格遵守设备使用规范，安全操作加工设备。由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正
常继续比赛，将取消参赛队竞赛资格。
注：赛题及图册仅以电子文档形式提供。
模块一 数字样机（45 分）
题目 1-1 消费产品（25 分）
机械手是按固定程序抓取、搬运物件的自动操作装置，如图 1-1，请
根据给出的图纸及要求，完成产品模型建立与设计表达。
本题需提交的文件及相关要求见表 1-1；所有文件须在比赛结束前归
档于“桌面 \ 赛位号 \ 1-1-数字样机-消费产品”并按赛场要求提交；不
得为不同类型的文件单独创建文件夹。
图 1-1 机械手
表 1-1 数字样机消费产品部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
底座 模型及工程图 底座.ipt、底座.idw
底盘支架 模型及工程图 底盘支架.ipt、底盘支架.idw
底盘 模型及工程图 底盘.ipt、底盘.idw
转盘 模型及工程图 转盘.ipt、转盘.idw
底盘连接 仅模型 底盘连接.ipt
下臂内壳 仅模型 下臂内壳.ipt
下臂外壳 仅模型 下臂外壳.ipt
臂连接 仅模型 臂连接.ipt
零 上臂 仅模型 上臂.ipt
件 前臂 A 仅模型 前臂 A.ipt
前臂 B 仅模型 前臂 B.ipt
爪连接 A 仅模型 爪连接 A.ipt
爪连接 B 仅模型 爪连接 B.ipt
爪基板 仅模型 爪基板.ipt
爪连杆 仅模型 爪连杆.ipt
夹板 A 仅模型 夹板 A.ipt
夹板 B 仅模型 夹板 B.ipt
轴 仅模型 轴.ipt 使用 iPart 将各尺寸存于同一文件
机械手.iam 其余零件已提供
部件模型、六视图、 机械手六视图.idw
部件相关
爆炸图及明细栏 机械手.ipn
机械手爆炸图.idw
需设置材质、外观并由渲染模块制
设计表达 效果图（1 张） 机械手.png
作，大小 1920×1080。
题目 1-2 机械产品（20 分）
活塞式气动马达如图 1-2，请根据给出的图纸及要求，建立产品数字模型并完成产品设计表达。
图 1-2 活塞式气动马达
本题需提交的文件及相关要求见表 1-2；所有文件须在比赛结束前归档于“桌面 \ 赛位号 \ 1-2-数字样机-
机械产品”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创建文件夹。
表 1-2 数字样机机械产品部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
底座 仅模型 底座.ipt
支架 模型及工程图 支架.ipt、支架.idw 需使用钣金工具创建
气缸 模型及工程图 气缸.ipt、气缸.idw
飞轮 模型及工程图 飞轮.ipt、飞轮.idw
曲柄圆盘 模型及工程图 曲柄圆盘.ipt、曲柄圆盘.idw
零
连接轴 模型及工程图 连接轴.ipt、连接轴.idw
件
活塞 模型及工程图 活塞.ipt、活塞.idw
连杆 仅模型 连杆.ipt
气缸盖 仅模型 气缸盖.ipt
曲柄销 仅模型 曲柄销.ipt
节流螺栓 仅模型 节流螺栓.ipt
活塞式气动马达.iam 各标准件由资源中心调入
部件模型、装配
活塞式气动马达装配图.idw
部件相关 图、爆炸图及明
活塞式气动马达.ipn
细栏
活塞式气动马达爆炸图.idw
按照提供的视频由渲染模块制作，需包
活塞式气动马达工作原理动
设计表达 工作原理动画 含圆盘逆时针转动、镜头调整及气缸淡
画.wmv
显设置；时长 5s；大小 1920×1080。2021 年全国职业院校技能大赛中职组
工业产品设计与创客实践赛项题目
赛题说明与参赛须知
1. 本赛题包含工业产品设计与创客实践赛项各模块内容。
2. 模块一包含两道题目，计时 2.5 小时；模块二包含两道题目，计时 2 小时；模块三包含两道题目，计
时 3.5 小时。各模块独立计时，不可相互借用时间。
3. 参赛选手须严格按照题目规定的路径及名称存储文件，并在比赛过程中及时保存。
4. 参赛选手应按照各题目要求，在指定的设备完成操作，并在比赛结束前将全部电子文件归档于指定位
置并按要求提交，未存储到指定位置或未按规定提交的运行记录或程序文件不作为竞赛成果予以评分。计算机
编辑文件请实时存盘，建议 10-15 分钟存盘一次，客观原因如断电情况下，酌情补时不超过 15 分钟。
5. 各报告文件、说明文档等须在提供的模板文件中完成。
6. 必须使用提供的帐号登录完成相关设计、制造工作。
7. 工程图按照题目图纸样式，依据机械制图“图样画法”国家标准绘制；标题栏、明细栏要求如下：
（1） 六视图、爆炸图标题栏要求填写图样名称、图样代号及基础视图比例；零件图标题栏要求填写图样
名称、图样代号、零件材料、零件重量及基础视图比例。
（2） 工程图明细栏要求包含序号、代号、名称、数量、材料、重量及备注；明细栏总宽 180mm，各列宽
度依次为 8mm、40mm、44mm、8mm、38mm、22mm、20mm。
3
2
1
序号 代号 名称 数量 材料 重量 备注
8. 严格遵守设备使用规范，安全操作加工设备。由于参赛选手人为原因导致竞赛设备损坏，以致无法正
常继续比赛，将取消参赛队竞赛资格。
注：赛题及图册仅以电子文档形式提供。
题目 2-2 轻量化设计（10 分）
注意：选手将在第一天比赛结束前将设计数据提交云计算平台，并在第二天比赛开始后下载结果。
如图 2-2、图 2-3 所示，活塞式气动马达各部件通过“支架”固定于底座，支架材质为钢，重量 0.035kg。
请根据以下条件，使用衍生式设计（Generative Design）技术进行轻量化设计。
1. 保持支架上方各零部件安装位置不变。
2. 保持支架与其他零件连接方式不变，即通过 4 个螺钉固定于底座，且另通过 2 个螺钉与气缸连接。
3. 考虑气缸工作时对支架的作用力，以竖直向下方向 8 倍于支架所承零部件重量为载荷条件进行设计。
4. 材料指定为 ABS，制造方式为无限制，螺钉连接面的最小壁厚为 2.5mm。
5. 以最小重量为设计目标，安全系数取为 2.0。
上方各零件
支架
总重量 8 倍
图 2-2 支架 图 2-3 支架承担载荷示意
题目 2-2 需提交的文件及相关要求见表 2-2；所有文件须在比赛结束前归档于“桌面 \ 赛位号 \ 2-2-设计挑
战-轻量化设计”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创建文件夹。
表 2-2 设计挑战轻量化设计部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
零件 轻量化支架 轻量化支架.f3d 或轻量化支架.stp .f3d 文件需导出至本地。
活塞式气动马达-轻量化.iam 使用轻量化设计支架替换原有设计
部件相关 部件模型、装配图
活塞式气动马达-轻量化装配图.idw 方案的部件模型与装配图。
设计报告 轻量化设计报告 轻量化设计报告.pptx 需使用提供的报告模板完成。
模块三 创客实践（35 分）
题目 3-1 虚拟装配实践（8 分）
运用表达视图模块，将题目 2-2 优化后的活塞式气动马达模型在虚拟环境中完成部件装配，制作虚拟装配
动画并使用提供的模板编写虚拟装配指导文件。相关要求如下：
1. 根据零部件实际制定正确的装配工序并选择正确的装配方式。
2. 装配过程中不得发生干涉、碰撞。
3. 虚拟装配动画应包含全部零件的装配过程，并根据表达需要指定各动作时间，调整镜头视角，设置零
部件淡显等。
题目 3-1 需提交的文件及相关要求见表 3-1；所有文件须在比赛结束前归档于“桌面 \ 赛位号 \ 3-1-创客实
践-虚拟装配实践”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创建文件夹。
表 3-1 创客实践虚拟装配部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
数字模型 轻量化装配模型 活塞式气动马达-轻量化装配.ipn
动画时长 20-30s，需根据装配
仿真动画 三维动画仿真视频 活塞式气动马达虚拟装配.wmv 对象的特点设置恰当的镜头，
分辨率为 1920×1080。
工艺文件 三维装配工艺文件 活塞式气动马达装配指导文件.pptx 需使用提供的模板完成。
题目 3-2 部件制造实践（27 分）
本题目包含增材制造，减材制造，增、减材复合加工三个任务。
任务一 增材制造（7分）
设置合理的 3D 打印参数，选择恰当的参数完成轻量化支架（数据模型已提供）的增材制造，并将各项打
印参数填入增材制造报告。注意：此部分制造的零件将在本题目任务三进一步做精加工处理，应考虑适当的加
工余量。
本题目要求完成 3D 打印参数设置及前期准备（材料为 ABS），并将数据输出至 3D 打印机。
任务二 减材制造（8分）
现有用于加工配合件零件 1〔图 3-1（a）〕、零件 2〔图 3-1（b）〕的毛坯两块（已提供，材料为代木），请
合理安排的加工工艺，按图纸要求完成零件 1、零件 2 减材制造。加工完成的零件应同时满足图 3-1（c）中的
两种方式装配要求。
（a）零件图 1
（b）零件图 2
（c）装配图
图 3-1 减材制造零（部）件工程图
任务三 增减材复合加工（12 分）
使用减材制造（数控铣削加工）方法，安排合理的加工工艺，必要时可自行设计辅助工装夹具进行装夹（夹
具可通过 3D 打印制造），对本题目任务一制造的轻量化支架模型的顶面、底面做精加工处理，将支架顶面至底
面的距离 18mm 控制于±0.1mm 范围内。
本题目要求设置工艺并输出加工代码，使用数控设备完成零部件加工。
题目 3-2 需提交的物品（文件）及相关要求见表 3-2，数字文件须在比赛结束前归档于 “桌面 \ 赛位号 \
3-2-部件制造实践”并按赛场要求提交；不得为不同类型的文件单独创建文件夹。
表 3-2 创客实践产品制造部分需提交的文件
内容 需提交的文件 文件命名方式 要求（备注）
使用 CAM 工具输出加工程序代 零件 1-1.txt、零件 1-2.txt…
加工代码 保存备查，不作评分依据。
码的文件 零件 2-1.txt、零件 2-2.txt…
3D 打印得到的轻量化支架
物理模型 或加工后的零件轻量化支架 — 加工后放置于工作台。
加工后的零件 1、零件 2
增材制造报告 增材制造报告.pptx
制造报告 需使用提供的报告模板完成。
减材制造报告 减材制造报告.pptx

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