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(dòng)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(diǎn)[1]。國家電網(wǎng)營銷智用〔2018〕45號(hào)文要求，電動(dòng)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(jì)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(shí)問題。

國網(wǎng)湖北省計(jì)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(yàn)規(guī)范。提出了一種基于CAN總線檢測實(shí)現(xiàn)方法[3]。國網(wǎng)湖北省電力科學(xué)研究院對(duì)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(jì)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(duì)充電樁檢測的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)出一套全功能充電樁檢測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)交流充電樁、直流充電樁性能和計(jì)量準(zhǔn)確性的檢測[6]。廣東珠海質(zhì)量監(jiān)督檢測所對(duì)電動(dòng)汽車充電樁的試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，提出了一種充電樁檢測試驗(yàn)工作臺(tái)，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(diǎn)和不同點(diǎn)，來設(shè)計(jì)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(tái)和配套設(shè)備，具備國家計(jì)量檢定規(guī)程《電動(dòng)汽車交流充電樁》和《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)》中規(guī)定的充電樁各類檢測項(xiàng)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(jì)量中心，檢測人員將待檢充電樁搬運(yùn)至檢測試驗(yàn)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(jì)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(hào)線，接線完畢后通電依次進(jìn)行協(xié)議互操作性和計(jì)量一致性等檢測內(nèi)容，這個(gè)過程需3～4 h。檢測完成后記錄數(shù)據(jù)，生成報(bào)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(duì)充電樁目前檢測現(xiàn)狀，本文從試驗(yàn)人員、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法三個(gè)方面對(duì)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(yàn)人員

充電樁檢測項(xiàng)目中包含38項(xiàng)，目前的檢測方式幾乎每一個(gè)項(xiàng)目都需要現(xiàn)場試驗(yàn)人員進(jìn)行測試線、信號(hào)線、電源線的安裝，操作過程中幾乎每一項(xiàng)都需要現(xiàn)場試驗(yàn)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(yàn)室需人工操作叉車來回搬運(yùn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，充電樁在檢測過程中，試驗(yàn)人員必須等待當(dāng)前檢測項(xiàng)目完成，才可以繼續(xù)進(jìn)行下一項(xiàng)的檢測項(xiàng)目，試驗(yàn)人員等候時(shí)間長，人員利用效率低[12]。

2.2 充電樁檢測試驗(yàn)設(shè)備

目前的檢測設(shè)備是針對(duì)待檢測充電樁配置滿足所有檢測項(xiàng)目要求的試驗(yàn)設(shè)備，在進(jìn)行配電容量設(shè)計(jì)時(shí)，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(huì)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(jí)也會(huì)成倍增加，增加試驗(yàn)室施工難度和成本。

其次，在38項(xiàng)充電樁檢測項(xiàng)目中，部分項(xiàng)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(huì)成倍的增加，增加檢測試驗(yàn)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(xiàng)目的檢測能力，當(dāng)進(jìn)行其中的某項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，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(yàn)效率[13]。

2.3 充電樁檢測試驗(yàn)方法

充電樁檢驗(yàn)規(guī)程要求的檢測項(xiàng)目達(dá)38項(xiàng)，這些檢測項(xiàng)目的試驗(yàn)操作、試驗(yàn)結(jié)果記錄都只能靠現(xiàn)場的試驗(yàn)人員來完成，工作復(fù)雜，容易造成試驗(yàn)人員思路混亂，工作失誤，造成檢測結(jié)果錯(cuò)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(xiàng)目中，部分項(xiàng)目耗時(shí)非常長，例如：計(jì)量顯示值誤差測量，計(jì)費(fèi)金額誤差測量等項(xiàng)目。在進(jìn)行這些非常耗時(shí)的檢測項(xiàng)目時(shí)，其他設(shè)備和現(xiàn)場試驗(yàn)人員都處于等候狀態(tài)，這些耗時(shí)長的檢測項(xiàng)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(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)活動(dòng)劃分為若干個(gè)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(dòng)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(dòng)分工”理論：當(dāng)某一生產(chǎn)任務(wù)被劃分成若干個(gè)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(shí)將會(huì)變得非常的熟練和高效，每個(gè)工人都會(huì)成為對(duì)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(dòng)中相同類型零部件之間的公差在控制一定范圍內(nèi)時(shí)，那么在生產(chǎn)裝配過程中每一類型零部件中的任意一個(gè)都可以進(jìn)行裝配生產(chǎn)[17]。

在當(dāng)前各省計(jì)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(duì)于不同充電樁應(yīng)該進(jìn)行的檢測項(xiàng)目和順序大致上是一樣的，所以從這個(gè)角度來看，充電樁檢測流水線就是一個(gè)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(gè)主要部分：

1）自動(dòng)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(xiàng)目，自動(dòng)化檢測工裝出庫，待檢充電樁與自動(dòng)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(dòng)化流水線檢測工序：待檢充電樁與自動(dòng)化檢測工裝人工接線完成后，通過AGV自動(dòng)導(dǎo)引車轉(zhuǎn)運(yùn)至自動(dòng)化檢測工位，自動(dòng)化檢測工位設(shè)置有電動(dòng)汽車充電設(shè)施自動(dòng)檢測平臺(tái)，自動(dòng)化檢測工位可以實(shí)現(xiàn)如表3所示的國家標(biāo)準(zhǔn)中要求的檢測項(xiàng)目。整個(gè)自動(dòng)檢測工序，根據(jù)目前各充電樁計(jì)量單位日常開展充電樁檢測工作統(tǒng)計(jì)，耗時(shí)約200.5 min。

表3 自動(dòng)檢測平臺(tái)檢測項(xiàng)目

3）自動(dòng)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(jì)

本課題中根據(jù)各個(gè)工序?qū)θ藛T專業(yè)技能和設(shè)備需求不同，劃分出四個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化檢測工位之間串聯(lián)流動(dòng)起來。檢測流水線流程設(shè)計(jì)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(dòng)檢測流水線的檢測效率主要取決于對(duì)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(duì)充電樁檢測流水線的各個(gè)流程線平衡研究，對(duì)充電樁全周期中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行充電樁被試品、檢測人員、試驗(yàn)檢測設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的物流設(shè)計(jì)，保證人力物力各方面的協(xié)調(diào)、充分調(diào)動(dòng)，試驗(yàn)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(shí)間測算統(tǒng)計(jì)

北京市作為電動(dòng)汽車發(fā)展建設(shè)運(yùn)營的第一批試點(diǎn)城市，在開展充電樁檢測工作已具備多年工作經(jīng)驗(yàn)，且試驗(yàn)設(shè)備齊全，試驗(yàn)場地充足。作者深入北京電力科學(xué)研究充電樁檢測實(shí)驗(yàn)室開展調(diào)查研究，對(duì)作者在本文中設(shè)計(jì)的充電樁檢測流水線方案中劃分的各個(gè)工位和工序在現(xiàn)場開展模擬試驗(yàn)，設(shè)定現(xiàn)場物流運(yùn)輸由兩臺(tái)自動(dòng)搬運(yùn)導(dǎo)引車AGV工作，對(duì)各個(gè)工序環(huán)節(jié)的實(shí)際操作時(shí)間測算，測算統(tǒng)計(jì)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(shí)間

表7 自動(dòng)檢測工序時(shí)間

表8 檢測完成后拆線、打包時(shí)間核算

4.2 充電樁流水線檢測方法效率驗(yàn)證

充電樁檢測流水線的各個(gè)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(dòng)化測試工裝接線以后才能進(jìn)行自動(dòng)化測試；上一臺(tái)充電樁進(jìn)行自動(dòng)化測試時(shí)，由于自動(dòng)化檢測平臺(tái)設(shè)備占用，無法進(jìn)行下一臺(tái)充電樁的自動(dòng)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(dòng)導(dǎo)引車每一條流水線配置兩臺(tái)，那么例如待檢充電樁從存儲(chǔ)區(qū)域運(yùn)輸?shù)讲鸢b工位的同時(shí)，已檢充電樁可以從打包工位運(yùn)輸?shù)匠潆姌洞鎯?chǔ)區(qū)域。

只有充分發(fā)揮檢測流水線各個(gè)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(gè)周期，全周期甘特圖如圖3所示。

圖3 檢測流水線循環(huán)時(shí)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(tái)充電樁的檢測工作，測試總時(shí)間430.5 min，24 h最大檢測量30臺(tái)，10 h最大檢測量10臺(tái)。

由圖3可以看出完成一個(gè)周期6個(gè)批次檢測時(shí)間為1431.5 min，平均單個(gè)周期的檢測時(shí)間為238.6 min，而單獨(dú)一個(gè)批次完整的檢測時(shí)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(duì)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(gè)可行的解決方案。并對(duì)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(shí)間等要素合理的劃分為若干個(gè)流水線工位，設(shè)計(jì)出串聯(lián)所有工位的檢測流程，對(duì)充電樁檢測各個(gè)環(huán)節(jié)的耗時(shí)進(jìn)行了測算，依據(jù)線平衡分析原理，對(duì)各個(gè)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(duì)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(jì)算出系統(tǒng)檢測最優(yōu)甘特圖，進(jìn)一步驗(yàn)證了充電樁檢測流水線對(duì)充電樁檢測效率的提升作用。