汪先煒，湯國龍，胡華鋒

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，武漢 430070）

引言

2020年3月，“新基建”被正式提出，其中電動汽車充電設(shè)施即充電樁被確定屬于“新基建”的范圍，即將成為我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面接下來“十四五規(guī)劃”的工作重點[1]。國家電網(wǎng)營銷智用〔2018〕45號文要求，電動汽車充電樁安裝前必須進(jìn)行抽樣檢測和到貨全檢，以保證該批次樣品的計量準(zhǔn)確、安全可靠[2]。隨著充電樁建設(shè)規(guī)模的增大，存在著充電樁數(shù)量龐大，檢測工作量大的現(xiàn)實問題。

國網(wǎng)湖北省計量中心依據(jù)國家能源局2018年發(fā)布的交流充電樁和直流充電樁檢驗規(guī)范。提出了一種基于CAN總線檢測實現(xiàn)方法[3]。國網(wǎng)湖北省電力科學(xué)研究院對充電樁CAN總線檢測方式的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了一種基于蟻群算法的充電樁CAN總線測試方式[4]。國網(wǎng)浙江省電力科學(xué)研究院設(shè)計了一套充電樁協(xié)議互操作性檢測系統(tǒng)[5]。云南電網(wǎng)對充電樁檢測的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，設(shè)計出一套全功能充電樁檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)交流充電樁、直流充電樁性能和計量準(zhǔn)確性的檢測[6]。廣東珠海質(zhì)量監(jiān)督檢測所對電動汽車充電樁的試驗系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的方案設(shè)計，提出了一種充電樁檢測試驗工作臺，具備初步的充電樁全功能檢測能力[7]。

本文研究的充電樁檢測方法基于流水線策略，將流水線的模式運(yùn)用到充電樁檢測中，通過研究充電樁檢測和生產(chǎn)制造流水線之間的相同點和不同點，來設(shè)計一種充電樁檢測流水線模型[8,9]，能夠顯著的提高充電樁檢測的效率。

1 現(xiàn)存的充電樁到貨檢測方法

目前，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等國家電網(wǎng)各科研院所已經(jīng)研發(fā)出一套完備的充電樁檢測平臺和配套設(shè)備，具備國家計量檢定規(guī)程《電動汽車交流充電樁》和《電動汽車非車載充電機(jī)》中規(guī)定的充電樁各類檢測項目的檢測能力[10]。

充電樁現(xiàn)行的檢測流程是：充電樁生產(chǎn)廠家將待檢測充電樁運(yùn)送到計量中心，檢測人員將待檢充電樁搬運(yùn)至檢測試驗室，隨后人工拆除充電樁木包裝進(jìn)行外觀檢查和一般特性檢查并記錄結(jié)果，之后檢測人員連接待檢充電樁和協(xié)議互操作、計量一致性檢測設(shè)備之間的檢測線、連接待檢充電樁和負(fù)載之間的電源線、連接測試線和信號線，接線完畢后通電依次進(jìn)行協(xié)議互操作性和計量一致性等檢測內(nèi)容，這個過程需3～4 h。檢測完成后記錄數(shù)據(jù)，生成報表，拆除所有連接線，然后進(jìn)行木包裝打包，重新打包之后的充電樁搬運(yùn)至戶外堆場或倉庫存放[11]。

2 制約充電樁檢測效率原因

針對充電樁目前檢測現(xiàn)狀，本文從試驗人員、試驗設(shè)備、試驗方法三個方面對造成充電樁檢測效率低的因果關(guān)系進(jìn)行分析。

2.1 充電樁檢測試驗人員

充電樁檢測項目中包含38項，目前的檢測方式幾乎每一個項目都需要現(xiàn)場試驗人員進(jìn)行測試線、信號線、電源線的安裝，操作過程中幾乎每一項都需要現(xiàn)場試驗人員進(jìn)行檢測儀器的操作，檢測數(shù)據(jù)的讀取記錄。待檢測充電樁從倉庫到試驗室需人工操作叉車來回搬運(yùn)，費(fèi)時費(fèi)力。此外，充電樁在檢測過程中，試驗人員必須等待當(dāng)前檢測項目完成，才可以繼續(xù)進(jìn)行下一項的檢測項目，試驗人員等候時間長，人員利用效率低[12]。

2.2 充電樁檢測試驗設(shè)備

目前的檢測設(shè)備是針對待檢測充電樁配置滿足所有檢測項目要求的試驗設(shè)備，在進(jìn)行配電容量設(shè)計時，為了滿足240 kW大功率直流充電樁的檢測需求，往往單套檢測設(shè)備配置的電源容量很大。如果配置多套充電樁檢測設(shè)備，那么配置的電源容量會成倍的增加，隨之而來的導(dǎo)致電纜、插頭、開關(guān)等配套設(shè)備的電流等級也會成倍增加，增加試驗室施工難度和成本。

其次，在38項充電樁檢測項目中，部分項目需要帶負(fù)載進(jìn)行測試，為了滿足240 kW大功率直流充電樁的檢測需求，每套充電樁檢測設(shè)備需配置240 kW的直流負(fù)載，如果配置多套充電樁檢測設(shè)備，同樣的，配置的直流負(fù)載也會成倍的增加，增加檢測試驗室的設(shè)備占用面積和建設(shè)投入成本。

最后，單套設(shè)備配置檢測設(shè)備具備所有檢測項目的檢測能力，當(dāng)進(jìn)行其中的某項試驗項目時，其他所有的檢測設(shè)備都處于閑置狀態(tài)，造成設(shè)備資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，嚴(yán)重影響充電樁檢測的試驗效率[13]。

2.3 充電樁檢測試驗方法

充電樁檢驗規(guī)程要求的檢測項目達(dá)38項，這些檢測項目的試驗操作、試驗結(jié)果記錄都只能靠現(xiàn)場的試驗人員來完成，工作復(fù)雜，容易造成試驗人員思路混亂，工作失誤，造成檢測結(jié)果錯誤，增加復(fù)檢次數(shù)，嚴(yán)重影響工作效率。

其次，充電樁檢測項目中，部分項目耗時非常長，例如：計量顯示值誤差測量，計費(fèi)金額誤差測量等項目。在進(jìn)行這些非常耗時的檢測項目時，其他設(shè)備和現(xiàn)場試驗人員都處于等候狀態(tài)，這些耗時長的檢測項目嚴(yán)重影響了充電樁檢測的工作效率[14]。

3 充電樁流水線檢測方法

從第2節(jié)可以發(fā)現(xiàn)，目前充電樁檢測效率的低下主要是檢測流程復(fù)雜、占用設(shè)備過多、檢測人員專業(yè)素質(zhì)不夠、智能化程度不高等問題造成的。類似的，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，生產(chǎn)流水線發(fā)明之前，各類產(chǎn)品制做主要由專業(yè)的匠人手工打造，存在制做流程復(fù)雜、采用的生產(chǎn)工具多、專業(yè)能力要求高、智能化程度低等問題[8,9]。而流水線的提出將一個復(fù)雜的生產(chǎn)活動劃分為若干個工位，采用智能化的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)、減少單位產(chǎn)出的設(shè)備投入、降低操作工人專業(yè)能力門檻、提高生產(chǎn)活動的智能化程度，大大的提高了生產(chǎn)效率[15]。

3.1 充電樁檢測流水線理論依據(jù)

1766年亞當(dāng)·斯密在《國富論》里面提出“生產(chǎn)勞動分工”理論：當(dāng)某一生產(chǎn)任務(wù)被劃分成若干個小的任務(wù)，將生產(chǎn)工人安排到這些小的任務(wù)上面工作，那么這些工人在完成這一小的生產(chǎn)任務(wù)時將會變得非常的熟練和高效，每個工人都會成為對應(yīng)小的任務(wù)方面的專家[16]。伊萊·惠特尼和他人在19世紀(jì)初一同提出“零件的互換性”理論：當(dāng)生產(chǎn)活動中相同類型零部件之間的公差在控制一定范圍內(nèi)時，那么在生產(chǎn)裝配過程中每一類型零部件中的任意一個都可以進(jìn)行裝配生產(chǎn)[17]。

在當(dāng)前各省計量中心開展的充電樁檢測工作，已經(jīng)存在滿足上述兩種理論的基礎(chǔ)，與生產(chǎn)流水線類似。雖然充電樁檢測過程和制造過程中有著一些相同的地方，具備建立充電樁檢測流水線的基礎(chǔ)，但是充電樁的檢測過程與制造過程也存在著很多有差異的地方，充電樁檢測也有著其獨(dú)特之處，如表1所示。

表1 充電樁檢測與制造過程區(qū)別

假設(shè)把充電樁檢測看作成已檢充電樁數(shù)據(jù)的制造工廠，那么檢測流水線就是其中的一條制造流水線。盡管充電樁的檢測過程與車間生產(chǎn)過程存在很多的差異，但是對于不同充電樁應(yīng)該進(jìn)行的檢測項目和順序大致上是一樣的，所以從這個角度來看，充電樁檢測流水線就是一個具備標(biāo)準(zhǔn)檢測流程的制造工廠[18,19]。

3.2 充電樁檢測流程分解

充電樁檢測流程分為三個主要部分：

1）自動化流水線檢測前工序：主要包括待檢充電樁出庫，充電模塊出庫，拆木包裝，木包裝箱入庫存放，人工檢測項目，自動化檢測工裝出庫，待檢充電樁與自動化檢測工裝人工接線，各工序如表2所示。

表2 拆包、人工檢測及接線工序

2）動化流水線檢測工序：待檢充電樁與自動化檢測工裝人工接線完成后，通過AGV自動導(dǎo)引車轉(zhuǎn)運(yùn)至自動化檢測工位，自動化檢測工位設(shè)置有電動汽車充電設(shè)施自動檢測平臺，自動化檢測工位可以實現(xiàn)如表3所示的國家標(biāo)準(zhǔn)中要求的檢測項目。整個自動檢測工序，根據(jù)目前各充電樁計量單位日常開展充電樁檢測工作統(tǒng)計，耗時約200.5 min。

表3 自動檢測平臺檢測項目

3）自動化流水線檢測后工序：包括充電樁拆線、充電樁包裝箱出庫、充電模塊包裝箱出庫、人工拆除充電模塊、已檢充電樁打包、已檢充電樁入庫、充電模塊入庫，各工序如表4所示。

表4 檢測完成后拆線、打包

3.3 充電樁檢測流水線工位及流程設(shè)計

本課題中根據(jù)各個工序?qū)θ藛T專業(yè)技能和設(shè)備需求不同，劃分出四個不同的工位，分別是：拆打包工位、接線工位、人工檢測工位、自動化檢測工位。各工位工作內(nèi)容和所需要的人力物料資源如表5所示。

表5 充電樁檢測流水線各工位劃分

通過AGV自動導(dǎo)引小車將充電樁在拆打包工位、接線工位、人工檢測工位、自動化檢測工位之間串聯(lián)流動起來。檢測流水線流程設(shè)計如圖1所示，檢測流水線充電樁流水路徑如圖2所示。

圖1 檢測流水線流程圖

圖2 檢測流水線流轉(zhuǎn)路徑

4 充電樁流水線線平衡

線平衡問題是關(guān)于流水線研究中的一種重要問題，充電樁自動檢測流水線的檢測效率主要取決于對人力、物力各方面的資源利用率，而線平衡的研究可以有效的提高檢測流水線各方面資源的利用率[20]。通過對充電樁檢測流水線的各個流程線平衡研究，對充電樁全周期中各個環(huán)節(jié)進(jìn)行充電樁被試品、檢測人員、試驗檢測設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的物流設(shè)計，保證人力物力各方面的協(xié)調(diào)、充分調(diào)動，試驗充電樁檢測流水線的設(shè)定檢測目標(biāo)，提高充電樁檢測效率。

4.1 流水線各工序時間測算統(tǒng)計

北京市作為電動汽車發(fā)展建設(shè)運(yùn)營的第一批試點城市，在開展充電樁檢測工作已具備多年工作經(jīng)驗，且試驗設(shè)備齊全，試驗場地充足。作者深入北京電力科學(xué)研究充電樁檢測實驗室開展調(diào)查研究，對作者在本文中設(shè)計的充電樁檢測流水線方案中劃分的各個工位和工序在現(xiàn)場開展模擬試驗，設(shè)定現(xiàn)場物流運(yùn)輸由兩臺自動搬運(yùn)導(dǎo)引車AGV工作，對各個工序環(huán)節(jié)的實際操作時間測算，測算統(tǒng)計結(jié)果如表6、表7、表8所示。

表6 拆包、人工檢測及接線工序時間

表7 自動檢測工序時間

表8 檢測完成后拆線、打包時間核算

4.2 充電樁流水線檢測方法效率驗證

充電樁檢測流水線的各個環(huán)節(jié)之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，包括：

1）順序關(guān)系：例如必須完成待檢充電樁與自動化測試工裝接線以后才能進(jìn)行自動化測試；上一臺充電樁進(jìn)行自動化測試時，由于自動化檢測平臺設(shè)備占用，無法進(jìn)行下一臺充電樁的自動化測試。

2）并行關(guān)系：假設(shè)本課題中檢測流水線所用到運(yùn)輸工具AGV自動導(dǎo)引車每一條流水線配置兩臺，那么例如待檢充電樁從存儲區(qū)域運(yùn)輸?shù)讲鸢b工位的同時，已檢充電樁可以從打包工位運(yùn)輸?shù)匠潆姌洞鎯^(qū)域。

只有充分發(fā)揮檢測流水線各個環(huán)節(jié)之間的順序關(guān)系和并行關(guān)系，才能將充電樁檢測流水線的檢測效率最大化。假設(shè)某省電力公司開展的充電樁檢測流水線6批次為一個周期，全周期甘特圖如圖3所示。

圖3 檢測流水線循環(huán)時間節(jié)拍周期甘特圖

流水線全檢環(huán)節(jié)工作按照每天最大6批開展，每批完成5臺充電樁的檢測工作，測試總時間430.5 min，24 h最大檢測量30臺，10 h最大檢測量10臺。

由圖3可以看出完成一個周期6個批次檢測時間為1431.5 min，平均單個周期的檢測時間為238.6 min，而單獨(dú)一個批次完整的檢測時間如圖所示430.5 min，可以看出檢測效率整整提高一倍。

5 結(jié)論

本文針對目前充電樁檢測任務(wù)的迫切需求和目前面臨的難題，提出了充電樁檢測流水線的策略，并構(gòu)建了充電樁檢測流水線管理系統(tǒng)的模型，為大批量、快速、準(zhǔn)確的開展充電樁檢測業(yè)務(wù)提出一個可行的解決方案。并對充電樁檢測過程的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行拆解分析，根據(jù)專業(yè)性、設(shè)備要求、人員要求，操作時間等要素合理的劃分為若干個流水線工位，設(shè)計出串聯(lián)所有工位的檢測流程，對充電樁檢測各個環(huán)節(jié)的耗時進(jìn)行了測算，依據(jù)線平衡分析原理，對各個環(huán)節(jié)的順序關(guān)系和平行關(guān)系進(jìn)行分析，模擬充電樁檢測流水線對到貨充電樁進(jìn)行分批次流水化檢測，進(jìn)行線平衡分析，歸納計算出系統(tǒng)檢測最優(yōu)甘特圖，進(jìn)一步驗證了充電樁檢測流水線對充電樁檢測效率的提升作用。