本发明涉及汽车生产教学技术领域，特别涉及一种模拟实际生产的汽车模型教学生产线及教学方法。
背景技术：
近年来，随着我国汽车产业的迅猛发展，开设汽车类专业的学校也越来越多；但不管是中职学校、高职学校还是本科院校，为了便于学生对汽车专业知识的学习，若干汽车专业教具是必不可少的。因此，当前市场上也出现了很多关于汽车专业教学的教具与用品，但多数为示教板类型或组合一些实物与原理图拼在一起的台架形式。这样的教具就算是采用了汽车零部件相关实物，但是缺乏具体安装位置的显示，也由于与实车的实际情况相差较大，很不直观，学生难于理解，老师也难于施教，从而影响了教学效果。
目前多数高等院校与生产对接，引进真实产线的案例很多，但基本上有两种：一、完全移植真实产线，直接搬进校园；二、模拟生产线，不进行实际生产，仅做模拟展示用；上述两种情况均不适用于教学应用，原因有：1.引进真实产线的院校，比较好的学校投入生产，但与企业生产车间不同，学校尤其是高校，主要承担的是理论及技能教学、学生操作等实验实训功能，学校中搭建产线的最终目的并非是生产盈利；2.另有一部分学校，出于安全及设备使用及维护成本考虑，产线建设完成之后就闲置不用，财力物力投入与教学产出极不平衡；3.完全采用模拟的产线采用全模拟的形式，脱离了真实产线的加工工艺，失去了产线的意义，有悖于高校推行“产学研用”的发展理念，无法起到应有的教学作用。
专利名称为一种汽车理实一体化教学实训装置(公开号为cn206524085u)的中国发明专利，公开了一种汽车理实一体化教学实训装置，包括装置本体，安装在装置本体上的显示屏幕，还包括：集成电路板、控制系统、资源库教学系统与检测考核系统，所述控制系统通过导线分别与资源库教学系统与检测考核系统连接，所述控制系统安装在集成电路板上，集成电路板安装在显示屏幕内部；该汽车理实一体化教学实训装置，在教学上还是不能很好地让学生理解汽车生产线的具体操作，不能很好地达到生产与教学结合的效果。
技术实现要素：
为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种模拟实际生产的汽车模型教学生产线，结合实际汽车生产线，在焊接工位和喷涂工位采用灯光跟随，避免产生有害气体，可以在学校内切身体验汽车生产的环境，更好地理解，达到生产和教学结合的效果；还提供一种模拟实际生产的汽车模型教学方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种模拟实际生产的汽车模型教学生产线，其中，包括用于展示材料采购和计划排单的生产管理区域及用于展示汽车生产加工的生产加工区域；所述生产加工区域包括用于对汽车零件进行冲压的冲压工位、用于对汽车零件进行打磨的打磨工位、用于对各个汽车零件进行焊接的焊接工位、用于汽车零件进行喷漆的喷涂工位及用于将各个汽车零件进行组装的装配工位；在焊接工位和喷涂工位采用灯光跟随的方式。
作为本发明的一种改进，所述生产加工区域还包括处于焊接工位与喷涂工位之间的检测工位，该检测工位用于检测汽车零件是否焊接合格。
作为本发明的进一步改进，所述生产加工区域还包括处于装配工位之后的激光打标工位，该激光打标工位用于对组装好的汽车进行激光打标。
作为本发明的更进一步改进，所述生产加工区域还包括处于激光打标工位之后的用于将汽车成品堆好在成品库内的码垛工位。
作为本发明的更进一步改进，在激光打标工位与码垛工位之间设置有agv磁导航线，该agv磁导航线上agv从激光打标工位将汽车成品运送到码垛工位。
作为本发明的更进一步改进，在所述生产加工区域内设置参观走道。
作为本发明的更进一步改进，在生产管理区域设置有生产管理台，在该生产管理台内设置有：
输入模块，用于输入客户信息及需求信息；
排单模块，用于根据生产情况、现有物料及输入模块的输入信息安排生产计划；
进度跟踪模块，用于根据排单模块的安排的生产计划结合现场加工进度、库存状况，确定加工进度和交货日程；
配送模块，用于根据生产计划的时间安排，对每个生产工艺需要的材料进行配送；
订单模块，用于根据进度跟踪模块的信息生产订单，安排加工生产。
作为本发明的更进一步改进，还包括用于展示各工位具体操作过程的生产模拟展示区域。
作为本发明的更进一步改进，在生产模拟展示区域设置展示台，该展示台内设置有：
冲压展示模块，用于展示冲压工艺流程；
焊接展示模块，用于展示焊接工艺流程；
喷涂展示模块，用于展示喷涂工艺流程；
总装展示模块，用于展示驱动电机装配工艺流程和总装配工艺流程。
一种模拟实际生产的汽车模型教学方法，其中，包括如下步骤：
s1、在生产管理区域学习汽车实际生产中生产计划排单，查看生的排单计划表；
s2、在生产加工区域，结合排单计划表，逐步参观冲压工位、打磨工位、焊接工位、喷涂工位和装配工位的具体生产过程。
在本发明中，结合实际汽车生产线，在焊接工位和喷涂工位采用灯光跟随，避免产生有害气体，可以在学校内切身体验汽车生产的环境，更好地理解，达到生产和教学结合的效果。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的连接布局框图；
图2为本发明的生产加工区域的连接框图；
图3为本发明中生产管理台内的连接框图；
图4为本发明中展示台内连接框图；
图5为本发明的生产加工区域的实施例一的示意图；
图6为本发明的服务机器人交互系统网络结构示意图；
图7为本发明的服务机器人app的工作流程示意图；
图8为本发明的教学方法的步骤流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1至图5所示，本发明提供实施例一：
实施例一的一种模拟实际生产的汽车模型教学生产线，包括用于展示材料采购和计划排单的生产管理区域、用于展示汽车生产加工的生产加工区域和用于展示各工位具体操作过程的生产模拟展示区域。
如图2所示，生产加工区域包括顺序排布设置的用于对汽车零件进行冲压的冲压工位、用于对汽车零件进行打磨的打磨工位、用于对各个汽车零件进行焊接的焊接工位、用于检测汽车零件是否焊接合格的检测工位、用于汽车零件进行喷漆的喷涂工位及用于将各个汽车零件进行组装的装配工位、用于对组装好的汽车进行激光打标的激光打标工位及用于将汽车成品堆好在成品库内的码垛工位。
在激光打标工位与码垛工位之间设置有agv磁导航线，该agv磁导航线上agv从激光打标工位将汽车成品运送到码垛工位。
在焊接工位和喷涂工位采用灯光跟随的方式；灯光跟随的方式是利用灯光跟随机构进行灯光跟随指引，该灯光跟随机构包括led灯和工位控制器，工位控制器控制led灯进行流程灯光指引。其它工位均与实际生产一样；在生产加工区域内设置参观走道，该参观走道处于各工位旁边且沿各工位顺序设置延伸。
本实施例一在保证核心流程的真实生产工艺外，产线兼具教学功能，同时考虑环保、安全等因素；本实施例采用如下措施：
1.保留核心流程的真实加工工艺：
冲压、装配、打磨、激光打标、agv运送及入库等功能采用真实工艺，还原真实产线流程。
2.模拟替代有安全隐患的部分流程：
焊接、喷涂工艺等易产生有害气体污染的生产环节采用灯光跟随等方式进行，减少教学环境的污染，保证产线环境的生产安全。
3.生产流程支持开放式运营：
生产加工区域各工位采用光栅和电子围栏进行安全生产防护，在保证安全的前提下，可无障碍进行教学展示及实训操作；也方便在参观走道上进行参观演示，同时安全也有保障。
如图5所示，具体地：在冲压工位，由车身入料短线和车顶盖入料短线送入材料到微型压机处进行冲压，形成冲压件；在打磨工位，通过1#机器人将冲压件送入柔性打磨机处进行打磨而成打磨件；在焊接工位，由2#机器人将打磨件进行焊接成焊接件，此处焊接采用灯光跟随，因实际生产过程中焊接易产生有害气体；在检测工位，由旋转台将焊接件由焊接工位进行90度转弯到检测工位，进行视觉检测，如果检测不合格，由1#气动移载机将不合格产品通过不合格品回流短线送到不合格品回收箱内，避免材料浪费，进行回收再利用；检测合格的输入至喷涂工位；在喷涂工位，由3#机器人对合格品进行喷漆而成半成品，此处喷漆也采用灯光跟随，因为实际生产中喷漆易产生有害物质；喷漆后在烘箱内烘干后，输送至装配工位；在装配工位；由车架或小车横入料短线输送材料，结合半成品由4#机器人进行装配，再输送至激光打标工位；在激光打标工位，由激光打标机对装配后的成品进行激光打标，再2#气动移载机送入成品或小车模入库短线，由agv小车在agv磁导航线上运输到码垛工位；在码垛工位，由码垛机将成品堆叠在成品库内的立体库货架上。
为了实现智能制造综合生产示范线生产数据的采集、追溯、控制和管理；通过实时抓取设备数据和控制生产信息以及提供更精确有效的生产管理报表，帮助操作人员进行智能制造综合生产示范线操作和管理人员随时掌握生产运行状况，不断改善智能制造综合生产示范线项目生产管理，提高项目智能制造水平，在生产管理区域设置有生产管理台，如图3所示，在该生产管理台内设置有：
输入模块，用于输入客户信息及需求信息；具体地包括客户信息、交期、产品、数量、价格等信息；
排单模块，用于根据生产情况、现有物料及输入模块的输入信息安排生产计划；具体地讲，该模块根据现有生产情况计划、客户订单、现有物料、设备人员生产能力等计算出的生产数量进度的安排；
进度跟踪模块，用于根据排单模块的安排的生产计划结合现场加工进度、库存状况，确定加工进度和交货日程；具体地讲，根据产品结构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工时期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序，也就是说，根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划，然后基于产品生成进度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，计算所需物料的需求量和需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程；
采购模块，用于根据生产计划及库存情况推导出所需要的材料，从而拟定采购计划；具体地讲，根据生产计划和产品的结构以及库存情况，逐步推导出生产产品所需要的零部件、原材料等的生产计划和采购计划；
配送模块，用于根据生产计划的时间安排，对每个生产工艺需要的材料进行配送；具体地讲，根据生产计划的时间安排，对每个生产工艺需要的物料、数量、配送时间的全局计划；
订单模块，用于根据进度跟踪模块的信息生产订单，安排加工生产；具体地讲，根据生产计划，自动或手动建立的生产任务单据，是生产制造的单据流主要工作依据，贯穿整个生产过程，该生产任务单据送入生产加工区域而为依据进行加工生产；该任务单据主要信息；产品编码、型号名称、数量单位、交付日期等信息。
本发明提供实施例二(如图4所示)：
该实施例二除包括实施例一外，还包括：
在生产模拟展示区域设置展示台，该展示台内设置有：
冲压展示模块，用于展示冲压工艺流程；
焊接展示模块，用于展示焊接工艺流程；
喷涂展示模块，用于展示喷涂工艺流程；
总装展示模块，用于展示驱动电机装配工艺流程和总装配工艺流程。
具体地讲，展示台采用vr模拟方式，展现企业生产车间中，汽车生产冲压、焊接、喷涂、总装过程，并结合工业机器人，了解机器人点位及编程指令；包含功能如下：展示设备名称及注释；点击选择编程指令；展示驱动电机装配；呈现视觉检测动画。
由于汽车零部件复杂多样，因此该展示台不会一一展示各个部件的生产工艺，以车顶盖的冲压、焊接(含点焊、弧焊)为例演示；喷涂以车身面漆喷涂为例，假设底漆和中间层已喷涂完毕；装配以最终装配线为例，假设各分线已装配完成。
具体方法如下：
1)登录展示台的场景点击开始，进入四大工艺选择界面，例如：中央为新能源汽车比亚迪秦三维模型；
2)冲压展示模块内冲压工艺界面显示汽车覆盖件三维模型及名称；显示冲压工艺流程图文；显示车顶盖冲压图文；工艺流程为以车顶盖为例，可以观看车顶盖冲压的视频；
3)焊接展示模块内焊接工艺界面显示车身各分总成名称；显示焊接工艺各分总成介绍；显示车顶盖焊接点图文；以顶盖分总成焊接为例，可以观年车顶盖焊接的视频；
4)喷涂展示模块内喷涂工艺界面显示整车模型；显示喷涂工艺图文流程；显示车身涂装工艺过程；可以车身面漆喷涂的视频；
5)总装展示模块内驱动电机装配线界面显示电机模型及部件名称；显示驱动电机装配流程；可以观看驱动电机装配的视频；
6)总装展示模块内总装显示界面显示汽车各分装配部件的名称；显示装配流程图文；可以观看装配视频；
7)以上五大工艺中关于工艺流程和工艺的图文介绍可放大观看；
8)以上五个工艺从进入生产车间，一直循环播放动画，用户可到处浏览，光标引导用户到上料机器人处，可通过示教器xyz，移动机器人；可上下翻看编程指令；点击中断按钮，动画可暂停，复位中断按钮，动画继续进行。
本发明提供实施例三：
该实施例三包括除实施例一和实施例二的技术内容外，还引入服务机器人，进行指导参观教学，具体如下：
(一)服务机器人的整体框架：
服务机器人与生产线相结合，整个框架由3部分组成：
1.服务机器人人机交互
服务机器人人机交互，有两种方式实现，一种是使用语音交互，向机器人传达请求；一种是通过无线遥控器，向机器人发送请求。
2.服务机器人与生产线通讯
服务机器人与生产线的通讯，是服务机器人与plc通过网络进行通信，也是机器人与生产线对接的关键。
3.app的业务流程
app的工作业务流程，是把自主开发的app安装到服务机器人的pad上，根据不同的请求控制机器人的行走路线和地图规划以及其他业务模块。
(二)系统业务流程
可以分成六个接待模式：
1、接待员在生产线门口说：小丽，在吗？或者是通过遥控器发出1号遥控按键机器人从待机点a0走到门口a1点，并且机器人语音输出：来了，请问有什么可以效劳的？
2、接待员说：帮我给大家介绍一下；或者是通过遥控器发出2号遥控按键。机器人语音输出：好的。各位来宾，我们现在看到的是由xxx学院和xxx公司共同研制的智能制造生产示范线，这条示范线以汽车模型加工为载体，浓缩了汽车生产制造的四大工艺，集中体现了智能生产和智慧工厂理念；从用户下单到产品出库，让学生在校园里就体验和学习到真实的制造系统与生产环境；谢谢大家的捧场！
3、接待员说：谢谢小丽，请到后门等一下我吧！或者是通过遥控器发出3号按键。机器人说：好的，并且从当前的a1点走到a2等待点。
4、接待员说：小丽，再帮我个忙；或者通过遥控器发出4号按键。机器人通过语音回复：没问题，请说！
5、接待员说：帮我取一个纪念品过来；或者通过遥控器发出5号按键。机器人通过语音回复：好的，请稍等；接着机器人从当前的a2点走向生产线出料口a3点等待生产线上的机械手传送纪念品到托盘上面；取得纪念品之后，服务机器人从当前的a3点走向a2点，到达a2点之后通过语音输出，纪念品已经拿到了，请笑纳。此时，参观人员从服务机器人上面拿走车模纪念品。
6、接待员说：谢谢小丽，请回吧；或者是通过遥控器发出6号按键。机器人识别之后，从当前的a2点返回a0待机点。
如图6，展示了与服务机器人的网络拓扑结构，其采用传统的以太网架构，在服务机器人内部网络中，服务机器人身前的pad，信号处理的arm小板，电机驱动板他们通过一个路由器进行网络连接。对于在整个生产线上，各种设备之间的通信也是采用以太网架构，包含plc、agv小车等等，他们通过一个工业组网的路由器进行组网。
服务机器人跟生产线的通信，是通过服务机器人内部网络当中的无线路由器wan口去中继工业组网的路由器，然后在内部做网络nat来实现的。
遥控器的按键事件是通过433无线发送给arm小板，arm小板通过socket网络透传给pad平板。
如图7所示，app的业务流程，具体地如下：
app主要完成语音处理、遥控请求、地图构建、运动控制。语音方面，采用了讯飞的离线开发库做语音识别和语音合成。遥控器的请求是解决在杂音严重的环境下，语音模块无法正常识别的情况；app系统运行之后，先是对讯飞离线库的初始化，接着连接激光导航，恢复和构建地图；然后进入信息接收；当收到请求1时，控制机器人从a0移动到a1点迎宾，并且语音合成输出；当收到请求2时，语音合成输出对产线的讲解；当收到请求3时，语音合成输出提示语，并且控制机器人从a1移动到a2待机点；当收到请求4时，语音合成输出提示语；当收到请求5时，语音合成输出，并且向产线发出取料的请求然后等待plc的确认信号。当得到允许之后，控制服务机器人从a2的待机点，移动到生产线的出料口a3点。取取到礼品之后，向产线发出离开的请求然后等待plc的应答。当得到允许之后，移动到a2送礼点等待；当收到请求6时，语音合成输出提示音，并且回到迎宾待机点。
请求指令集：
请求1：语音识别，“小丽在吗”；或者是遥控器1号按键；
请求2：语音识别，“帮我给大家介绍一下”；或者是遥控器2号按键；
请求3：语音识别，“谢谢小丽，请到后门等我吧”；或者是遥控器3号按键
请求4：语音识别，“小丽再帮我个忙”；或者是遥控器4号按键
请求5：语音识别，“帮我取一个纪念品过来”；或者是遥控器5号按键
请求6：语音识别，“谢谢小丽，请回吧”；或者是遥控器6号按键。
如图8所示，本发明提供一种模拟实际生产的汽车模型教学方法，包括如下步骤：
s1、在生产管理区域学习汽车实际生产中生产计划排单，查看生的排单计划表；
s2、在生产加工区域，结合排单计划表，逐步参观冲压工位、打磨工位、焊接工位、喷涂工位和装配工位的具体生产过程；
s3、在生产模拟展示区域，结合生产加工区域的观看记忆，可以观看冲压工艺、焊接工艺、喷涂工艺和装配工艺的视频及技术要点。
在步骤s1内，先了解客户信息、交期、产品、数量、价格等信息；再根据现有生产情况计划、客户订单、现有物料、设备人员生产能力等计算出的生产数量进度的安排；然后根据根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划，然后基于产品生成进度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，计算所需物料的需求量和需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程；而后根据生产计划的时间安排，对每个生产工艺需要的物料、数量、配送时间的全局计划；同时根据生产计划和产品的结构以及库存情况，逐步推导出生产产品所需要的零部件、原材料等的生产计划和采购计划；最后根据生产计划，自动或手动建立的生产任务单据，将生产任务单据送入生产加工区域而为依据进行加工生产。
在步骤s2内，在参观走道上参照生产任务单据依次观看冲压工位、打磨工位、焊接工位、检测工位、喷涂工位、装配工位、激光打标工位、码垛工位的具体加工工艺过程。
在步骤s3内，依次观看冲压工艺、焊接工艺、喷涂工艺和装配工艺的视频及技术细节图文。
本发明针对应用型院校定制开发，与当地产业发展现状相对应，可模块化拆解，支持产线进行分模块安装、调试及生产实训操作。本发明智能化管理，信息物联，实现教学与生产相对应；其与实体生产线相对应，开发汽车生产四大工艺vr互动，实现虚实对应，可使学生对产线形成感性认知，并可反复体验，重复再现生产工艺流程。整个生产线及环境介绍，可采用app控制服务机器人实现，支持人机交互和无线遥控发送请求，可实现与产线信息互通、人机交互下单、礼品传送功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。