[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)型拉開(kāi)檔次法的數(shù)控機(jī)床綜合性能評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810983909.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109241601B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉闊;劉海波;李特;褚恒;王永青;賈振元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06Q10/06
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種基于改進(jìn)型拉開(kāi)檔次法的數(shù)控機(jī)床綜合性能評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟如下：

(一)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵性能指標(biāo)體系的建立

數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵性能指標(biāo)歸結(jié)為精度、效率、可靠性和能耗四方面，不同方面的因素對(duì)數(shù)控機(jī)床綜合性能的影響有較大不同，將指標(biāo)種類進(jìn)行劃分并分析從屬關(guān)系，建立多層次的指標(biāo)集，逐級(jí)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系；對(duì)于數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵性能指標(biāo)，作如下分級(jí)：

第一級(jí)：數(shù)控機(jī)床的精度、效率、可靠性和能耗；

第二級(jí)：精度下屬幾何誤差、熱誤差和復(fù)合運(yùn)動(dòng)誤差三個(gè)二級(jí)指標(biāo)，以及其它三個(gè)一級(jí)指標(biāo)隸屬的具體指標(biāo)；

機(jī)床正常工作時(shí)在不同軸向、平面上的誤差表現(xiàn)形式和大小都不同，因此補(bǔ)充分級(jí)，有：

第三級(jí)：精度下屬二級(jí)指標(biāo)體現(xiàn)在不同軸和平面上的誤差，包括X軸幾何誤差、Y軸幾何誤差、Z軸幾何誤差、垂直度誤差、X進(jìn)給軸熱誤差、Y進(jìn)給軸熱誤差、Z進(jìn)給軸熱誤差、主軸軸向熱誤差、X-Y平面圓度誤差、Y-Z平面圓度誤差及X-Z平面圓度誤差；

機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件沿不同軸向移動(dòng)時(shí)相對(duì)理想位置偏離的形式及大小都不同，故繼續(xù)對(duì)幾何誤差下屬三級(jí)指標(biāo)分級(jí)，有：

第四級(jí)：每個(gè)軸的三項(xiàng)移動(dòng)性誤差和轉(zhuǎn)角誤差，三軸之間垂直度誤差；

各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的隸屬關(guān)系是確定的，按照多級(jí)綜合評(píng)價(jià)的一般過(guò)程，最終確定具有上述四級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵性能指標(biāo)體系；

(二)獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

機(jī)床性能數(shù)據(jù)通過(guò)激光干涉儀、球桿儀裝置獲取，對(duì)m臺(tái)數(shù)控機(jī)床的n項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，構(gòu)建m×n階評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)矩陣；

(三)評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)處理

首先將所有指標(biāo)統(tǒng)一為極大型，選擇能使評(píng)價(jià)值差異較大、穩(wěn)定性最優(yōu)、最大限度保留數(shù)據(jù)變異信息的線性比例法m_j作為無(wú)量綱化方法：

式中，x′_j取為被評(píng)價(jià)對(duì)象樣本中第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最小值；

(四)序關(guān)系分析法確定主觀權(quán)重

①確定序關(guān)系

首先，在原始評(píng)價(jià)指標(biāo)集中選出一個(gè)關(guān)于評(píng)價(jià)目標(biāo)的重要性程度最高的指標(biāo)記為x₁，隨后在剩下的m-1個(gè)指標(biāo)中繼續(xù)篩選，以此原理類推，最終確定該評(píng)價(jià)指標(biāo)集的一個(gè)序關(guān)系：

x₁＞x₂＞…＞x_m (2)

②相鄰指標(biāo)重要性程度判斷

設(shè)對(duì)于排序相鄰的評(píng)價(jià)指標(biāo)x_k-1和x_k之間重要性程度比值的理性判斷為

式中，r_k的值取為1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，分別代表指標(biāo)x_k-1比x_k同等重要，稍微重要，明顯重要，強(qiáng)烈重要和極端重要；

③權(quán)重系數(shù)計(jì)算

根據(jù)重要性程度的判斷即按下式求出指標(biāo)的主觀權(quán)重系數(shù)：

(五)熵值法確定客觀權(quán)重系數(shù)

①對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理

②計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)熵值

式中，

③確定歸一化的權(quán)重系數(shù)

式中，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異性系數(shù)g_j＝1-e_j；

(六)均方差法確定客觀權(quán)重系數(shù)

①計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的均值

②計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均方差

③確定歸一化的權(quán)重系數(shù)

(七)基于皮爾森相關(guān)系數(shù)的綜合集成賦權(quán)

此方法的內(nèi)涵是對(duì)具體的幾種主、客觀賦權(quán)方法進(jìn)行相關(guān)性分析，得到單個(gè)權(quán)重向量與其他權(quán)重向量的量化相關(guān)程度，并以此來(lái)衡量各個(gè)賦權(quán)方法的相對(duì)重要性，突出穩(wěn)定可靠的權(quán)重向量的作用；

對(duì)于任意兩個(gè)權(quán)重向量X＝{x₁,x₂,…,x_n}，Y＝{y₁,y₂,…,y_n}，對(duì)相關(guān)系數(shù)P(X,Y)作如下定義：

式中，分別為X、Y的平均值，P(X,Y)∈[-1,1]；當(dāng)P(X,Y)＝±1，表示兩變量具有完全的線性相關(guān)性；當(dāng)P(X,Y)＝0，則表明兩變量線性無(wú)關(guān)；

為了便于后續(xù)的計(jì)算，調(diào)整P(X,Y)的取值區(qū)間，定義下式為兩變量之間的相關(guān)度：

進(jìn)而給出某一權(quán)向量W_k與其余權(quán)向量的總相關(guān)度為

以總相關(guān)度衡量權(quán)重向量的重要性程度，確定綜合集成賦權(quán)系數(shù)

(八)基于改進(jìn)型拉開(kāi)檔次法確定最終權(quán)重系數(shù)

首先對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分重要性程度的權(quán)化處理

式中，w_j^(2,t,q)為表征指標(biāo)重要性程度的綜合集成權(quán)重系數(shù)；x_ij^(2,t,q)的含義為隸屬于第i個(gè)大系統(tǒng)的第二層次子系統(tǒng)s_q^(2,t)下屬第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)值，其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m_tq；t＝1,2,…,n₁；q＝1,2,…,m_t；進(jìn)而得到權(quán)化指標(biāo)矩陣

相應(yīng)的正定矩陣為

H^(2,t,q)＝(A^(2,t,q))^TA^(2,t,q) (17)

采用線性加權(quán)綜合法構(gòu)造子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)

確定權(quán)重系數(shù)向量b^(2,t,q)的基本思想是最大程度反映不同評(píng)價(jià)對(duì)象相對(duì)于評(píng)價(jià)目標(biāo)的差異性，轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語(yǔ)言，即使線性綜合評(píng)價(jià)函數(shù)y_i^(2,t,q)對(duì)n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)值有最大化的離散程度；

若取b^(2,t,q)為正定矩陣H^(2,t,q)所有基本特征值中最大者所對(duì)應(yīng)的特征列向量，則評(píng)價(jià)值具有最大離散程度，將特征向量歸一化后得到指標(biāo)權(quán)重系數(shù)向量，由式(18)即求得所有評(píng)價(jià)對(duì)象子系統(tǒng)s_q^(2,t)的綜合評(píng)價(jià)值；

(九)多級(jí)指標(biāo)遞階評(píng)價(jià)

對(duì)于效率、可靠性、能耗一級(jí)指標(biāo)下屬的具體性能指標(biāo)，重復(fù)步驟(一)～(八)；

對(duì)于幾何誤差下屬4個(gè)三級(jí)指標(biāo)：X軸幾何誤差U₁₁₁、Y軸幾何誤差U₁₁₂、Z軸幾何誤差U₁₁₃及垂直度誤差U₁₁₄，重復(fù)步驟(一)～(八)，得到不同機(jī)床幾何誤差綜合評(píng)價(jià)值；在根據(jù)三級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值計(jì)算二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)已具有一致性，故不再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

對(duì)于精度下屬3個(gè)二級(jí)指標(biāo)：幾何誤差U₁₁、熱誤差U₁₂及復(fù)合運(yùn)動(dòng)誤差U₁₃，重復(fù)步驟(一)～(八)，得到不同機(jī)床的精度綜合評(píng)價(jià)值。