劉偉 王睿 張?zhí)镓S 許諾 黃志娟

摘要：針對(duì)某供電公司電能計(jì)量智能表庫電能表出庫過程中粘貼安裝信息標(biāo)簽這一工作環(huán)節(jié)存在的耗時(shí)長、 效率低等問題，基于噴墨打印技術(shù)，對(duì)噴碼設(shè)備進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、組裝調(diào)試和效果檢查。實(shí)現(xiàn)對(duì) 表計(jì)周轉(zhuǎn)箱內(nèi)電能表的精準(zhǔn)定位，從而快速將安裝信息噴印在電能表上，有效加快了智能表庫電能表的出 庫速度，提升了工作效率與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：智能表庫；電能表出庫；安裝信息標(biāo)簽；噴碼機(jī)

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和城市建設(shè)水 平的不斷提升，智能電表的需求量不斷增大。智能 電表作為智能電網(wǎng) [1] 的終端，集采集、存儲(chǔ)與通信 于一身，承擔(dān)著千家萬戶的電能計(jì)量任務(wù)。

某供電公司的智能表庫 [2] 通過全自動(dòng)出入庫系 統(tǒng)，秉承“先進(jìn)先出、智能選配”的原則，開展合 格電能表的資產(chǎn)管理工作，實(shí)現(xiàn)了電能表集約化、 智能化管控。智能表庫批量配表 [3] 業(yè)務(wù)流程主要由 任務(wù)分理、任務(wù)下發(fā)、表庫接收任務(wù)、表計(jì)出庫和 任務(wù)反饋等環(huán)節(jié)組成。目前，智能表庫的批量配表 工作存在過度依賴人工、效率偏低的問題。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，影響智能表庫批量配表業(yè)務(wù)效 率的關(guān)鍵因素是粘貼安裝信息標(biāo)簽用時(shí)過長。傳 統(tǒng)工藝中安裝標(biāo)簽需人工手動(dòng)將標(biāo)簽黏附在表計(jì)表 面，這種工藝速度慢、耗時(shí)長，亟須尋找一種新的 方式進(jìn)行優(yōu)化。

1 標(biāo)簽操作方法

1.1 傳統(tǒng)標(biāo)簽操作方法

傳統(tǒng)的標(biāo)簽操作方法主要依賴人工操作，通過 將需要粘貼信息的電能表依次放置于試驗(yàn)室地面， 工作人員將電能表裝接單和電能表表體的資產(chǎn)碼進(jìn) 行校核，匹配后把表計(jì)基本信息以及安裝信息打印 成標(biāo)簽，將標(biāo)簽貼于電能表的空白位置，安裝人員 在領(lǐng)取表計(jì)后，可以根據(jù)標(biāo)簽信息逐戶安裝電能表。

該方法在實(shí)際操作過程中存在很多問題：一是 耗費(fèi)人力和時(shí)間。通過分析該供電公司所在市的表 計(jì)產(chǎn)量登記數(shù)據(jù)，兩人一組對(duì) 100 塊電能表進(jìn)行表計(jì)安裝信息標(biāo)注，整個(gè)過程耗時(shí)約 1 h。而該市運(yùn) 行的表計(jì)約 253 萬只，每年批量新裝和周期輪換數(shù) 量約占總數(shù)的 4.5%，數(shù)量巨大，消耗的人力以及 時(shí)間也會(huì)大大增加。二是粘貼的標(biāo)簽容易脫落。紙 質(zhì)標(biāo)簽在搬運(yùn)以及粘貼不牢固時(shí)易脫落，影響信息 識(shí)別。三是工藝美觀性差。對(duì)于不同型號(hào)的表計(jì)， 紙質(zhì)標(biāo)簽需貼在不同的位置，無法統(tǒng)一，在外觀上 顯得不美觀。因此，傳統(tǒng)方法存在用時(shí)長、效率低 和資源消耗大的問題。

1.2 改進(jìn)標(biāo)簽操作方法

針對(duì)傳統(tǒng)方法耗時(shí)長、人力消耗大和標(biāo)簽易脫 落等缺點(diǎn)，提出兩種智能化的方法，在減少人力的 同時(shí)提升工作效率，解決標(biāo)簽易脫落和工藝美觀性 的問題。

1.2.1 激光雕刻標(biāo)簽操作方法

激光雕刻是一種智能化的方法，可以在很大程 度上減少人員的投入，通過激光雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)智能 化、自動(dòng)化，從而縮短時(shí)間，提高工作效率。本試 驗(yàn)采用一臺(tái) CO2 激光器技術(shù)的激光雕刻機(jī)。通過 將激光束的高能量濃縮在一個(gè)小區(qū)域，使材料發(fā)生 化學(xué)或者物理反應(yīng)。通過計(jì)算機(jī)控制坐標(biāo)以及雕刻 的開關(guān)，將計(jì)算機(jī)中的圖像進(jìn)行雕刻。該類雕刻機(jī) 適用于非金屬材料，具有使用范圍廣、工具安全性 高、準(zhǔn)確度高以及適用于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

本試驗(yàn)中使用的激光雕刻機(jī)的激光雕刻面積為 600 mm×500 mm，精度為 0.1 mm，并且配備刻印 確認(rèn)功能。使用激光雕刻機(jī)進(jìn)行 3 次試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì) 象數(shù)量分別為 30 只、50 只、60 只，計(jì)算每表平均 耗時(shí)，如表 1 所示。

1.2.2 噴墨工藝標(biāo)簽操作方法

噴墨工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法在一定程度上也可以減 少人員投入，提升貼標(biāo)簽的效率。噴墨方法是使用 一臺(tái)連續(xù)噴印技術(shù)（continuous ink jet，CIJ）噴碼 機(jī)。通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓縮，對(duì)墨水產(chǎn)生一定的壓 力，帶壓力的墨水經(jīng)過噴嘴，產(chǎn)生墨點(diǎn)，墨點(diǎn)通過 充電槽充電，使構(gòu)成編碼的每個(gè)墨滴帶上不同的電 荷。每個(gè)帶特定電荷的墨滴飛經(jīng)打印頭內(nèi)部產(chǎn)生的 高壓電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的偏移，墨滴上的電荷量決 定了其在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)度。噴頭將墨滴噴出，附著 在指定位置，從而形成各種文字、圖案等標(biāo)識(shí)。未 帶電荷的墨滴不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，落在打印頭內(nèi)部并返回 墨水系統(tǒng)。因?yàn)橛湍珖娚涫沁B續(xù)式的，所以機(jī)器被 稱為連續(xù)式噴碼機(jī)。噴碼機(jī)的原理決定了其只能噴 印 2 ～ 15 cm 字符或圖案，所以又稱為小字符噴碼 機(jī)。小字符噴碼機(jī)產(chǎn)生一連串的小墨滴并選擇其中 一些墨滴進(jìn)行噴印，從而形成產(chǎn)品上的字符。未使 用的墨滴會(huì)被回收到噴碼機(jī)，最終重新匯入墨水 流中。CIJ 噴碼機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)如下：一是可以對(duì)幾乎 任何材料噴碼，并且能夠以相同的速度從向上、向 下，以及任何方向進(jìn)行噴碼。二是資金成本較低且 噴碼效果良好，不論噴碼基材表面是否平整或者是 否靜止都可以實(shí)現(xiàn)很好的噴墨效果。

本試驗(yàn)對(duì)噴碼機(jī)的要求為：噴印標(biāo)識(shí)分辨率達(dá) 到 32 像素，并為噴碼機(jī)配置 X-Y 軸滾珠絲桿聯(lián)動(dòng) 裝置，聯(lián)動(dòng)裝置行程為 600 mm×500 mm。使用噴 碼機(jī)進(jìn)行 3 次試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象數(shù)量分別為 30 只50 只、60 只，計(jì)算每表平均耗時(shí)，如表 2 所示。

通過對(duì)比表 1 與表 2 的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，相較于 傳統(tǒng)標(biāo)簽操作方法，兩種非傳統(tǒng)的方法使用的人力 大大減少，縮短了工作時(shí)間，貼標(biāo)簽的工作效率也 大幅提升。然而，在相同試驗(yàn)數(shù)量的情況下，激光 雕刻機(jī)的每表平均耗時(shí)比噴碼機(jī)多 1.48 s，說明使 用噴碼機(jī)具有更好的效果，因此采用噴碼機(jī)噴墨工藝完成標(biāo)簽的打印。

2 噴碼設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

2.1 噴碼設(shè)備主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

一般情況下，電能表出庫時(shí)放置于規(guī)定的表計(jì) 周轉(zhuǎn)箱中，表計(jì)周轉(zhuǎn)箱尺寸為統(tǒng)一規(guī)定。三相電能 表采用的是58 cm×46 cm×19 cm的矩形紙制周轉(zhuǎn)箱， 每箱安放 5 只三相電能表，電能表依次排列。單相 電能表采用的也是 58 cm×46 cm×19 cm 的矩形紙制 周轉(zhuǎn)箱，每箱按 3×5 規(guī)格放置 15 只單相電能表， 表與表之間存在一定的間距。為了對(duì)電能表更好地 定位與噴墨，需要根據(jù)紙箱規(guī)格及電能表放置位置 確定噴碼機(jī)支架的尺寸和噴碼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。電 能表周轉(zhuǎn)箱噴墨運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)行路線分為 X 路 線與 Y 路線，可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)單相電能表的精準(zhǔn)定 位，并對(duì)每個(gè)表進(jìn)行準(zhǔn)確噴墨打印。同時(shí)，噴墨結(jié) 構(gòu)需要在 Z 方向上下移動(dòng)。因此，X、Y、Z 方向共 同決定著噴碼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡。噴碼設(shè)備主視 圖如圖 1 所示。

噴碼設(shè)備由噴碼機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)共同 組成，噴碼機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是噴碼設(shè)備的主體機(jī)構(gòu)。為 了更好地實(shí)現(xiàn)噴碼，需要根據(jù)實(shí)際電能表放置箱體 的尺寸及貨架的高低決定噴碼機(jī)主體的尺寸。噴碼 機(jī)主體在運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性是影響噴碼效果的主 要原因，為了提高噴碼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，還設(shè)計(jì) 了一種滾珠絲桿。

2.2 噴碼機(jī)外機(jī)的設(shè)計(jì)

噴碼機(jī)的主體結(jié)構(gòu)、傳送裝置以及其他構(gòu)成部 分需要集中安裝于一個(gè)裝置中，以便于噴碼一體化 運(yùn)作。因此，根據(jù)噴碼機(jī)主體機(jī)構(gòu)尺寸對(duì)噴碼機(jī)的 外機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，噴碼機(jī)外機(jī)設(shè)計(jì)如圖 2 所示。

3 噴碼設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

噴碼機(jī)的運(yùn)作除了對(duì)硬件要求外還需要軟件的 支撐。噴碼操作前，將電能表信息以及電能表的安 裝匹配信息進(jìn)行抄錄，存放在營銷系統(tǒng)中。再將這 些信息傳送到噴碼系統(tǒng)里，一一匹配后操控運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的移動(dòng)并對(duì)電能表進(jìn)行噴碼操作。

4 組裝調(diào)試

各部件制作完成后，進(jìn)行裝置整體聯(lián)合調(diào)試工 作。聯(lián)合調(diào)試前，單獨(dú)測(cè)試各部分功能。為確保裝 置達(dá)到預(yù)期效果，將該裝置送至第三方專業(yè)檢測(cè)機(jī) 構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢測(cè)， 確保所有數(shù)據(jù)均達(dá)到 100% 的合格標(biāo)準(zhǔn)，以保證裝 置的安全可靠。

5 效果檢查

為了驗(yàn)證噴碼設(shè)備的性能，對(duì) 5 批電能表進(jìn)行 噴碼試驗(yàn)，每批次各 100 只電能表，5 批電能表的噴 碼準(zhǔn)確率均為 100%，因此，噴碼機(jī)具有穩(wěn)定的性能， 符合試驗(yàn)預(yù)期與現(xiàn)實(shí)需求。圖 3 為噴碼機(jī)打印效果。

6 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)電能表貼標(biāo)簽存在的耗時(shí)長、效率 低、收益少等問題，本文提出使用噴碼機(jī)對(duì)電能表 精準(zhǔn)定位，運(yùn)用噴墨工藝實(shí)現(xiàn)電能表貼標(biāo)簽。這種 方法大大縮短了貼標(biāo)簽的時(shí)間，提高了表計(jì)出庫的 效率；標(biāo)簽信息包含用戶信息，裝接人員無須進(jìn)行 二次確定，縮短了后續(xù)裝表的時(shí)間，提高了工作效 率，減少了表計(jì)串戶問題；提升了客戶電力獲得感 和滿意度，響應(yīng)了該公司提質(zhì)增效的號(hào)召和優(yōu)質(zhì)服 務(wù)的理念。

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