[發明專利]一種基于元動作單元和整合主客觀權重的數控機床精度評估方法及壽命預測方法

有效

• 申請號: 201910561401.7
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110209119B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 王治超;張根保;冉琰;庾輝;王宏偉;金傳喜;朱曉;楊欣;陳一凡
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

1.一種基于元動作單元和整合主客觀權重的數控機床精度評估方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1)數控機床整機的FMA分解

利用功能-運動-動作的結構化分解方法對數控機床整機進行層層分解，最終將數控機床整機分解得到若干元動作單元，元動作單元只包含兩類最基本的運動單元，即移動單元和轉動單元；元動作單元為只與誤差指標相關的元動作單元；所有元動作單元構成數控機床的動作層；

步驟2)誤差指標的聚類

測量數控機床在停機狀態下的誤差指標，根據誤差指標所在的元動作單元，將誤差指標聚類到相應的元動作單元；所有誤差指標構成數控機床的誤差指標層；

步驟3)計算每個誤差指標的退化率

誤差指標的退化率用于度量誤差指標在允許的誤差范圍內退化后的誤差與初始誤差的差異程度，其計算公式如下：

其中，

DR_k表示第k項誤差指標的退化率；

表示第k項誤差指標允許的誤差；

表示第k項誤差指標退化后的誤差；

表示第k項誤差指標初始的誤差；

步驟4)計算每個誤差指標的客觀權重

誤差指標客觀權重計算過程如下：

4.1)歸一化處理

采用以下的公式進行歸一化處理：

其中m為誤差指標的個數；

4.2)熵值計算

e_k＝-p_kln(p_k)

其中如果p_k＝0，則e_k＝0；

4.3)每個誤差指標的客觀權重按下式計算

其中d_k＝1-e_k；

所有誤差指標的客觀權重構成的向量為

步驟5)計算每個誤差指標的主觀權重

主觀權重由層次分析法AHP確定，層次分析法的實施步驟如下：

5.1)構建層次結構

采用層次分析法AHP確定誤差指標的主觀權重，需要建立對應的層次結構，以步驟2)中誤差指標聚類后的層次結構作為層次分析法的層次結構；

5.2)建立配對比較矩陣

根據步驟5.1)所構建的層次結構，建立配對比較矩陣如下：

其中，A_ij為上一層次某元素直接對應的下一層次所有元素中第i個元素對第j個元素配對比較的值,i,j＝1,...,n,n為上一層次某元素直接對應的下一層次所有元素的個數，也即配對比較矩陣C的維數；當i≠j時,A_ji＝1/A_ij,當i＝j時，A_ij＝1；比較配對A_ij的偏好數值通過基本偏好量表進行評估；建立配對比較矩陣時，需在功能層、運動層、動作層和誤差指標層分別建立配對比較矩陣；

5.3)計算優先權重

對步驟5.2)建立的每一個配對比較矩陣，通過確定配對比較矩陣C最大特征值所對應的特征向量作為其優先級權重，其表達式如下：

Cw＝λ_maxw

其中，w是矩陣C最大特征值λ_max所對應的特征向量；

5.4)檢驗一致性

為了評價步驟5.2)所建立的每一個配對比較矩陣C邏輯上是否合理或合理的程度，采用一致性比C.R.度量該矩陣C的一致性程度，其計算式如下：

其中是一致性指數，R.I.是隨機一致性指數，隨機一致性指數由與配對比較矩陣C的維數相關的隨機一致性指數表確定；

5.5)分別確定每一個上一層次元素直接對應的下一層次所有元素之間的主觀權重，稱之為局部主觀權重

如果C.R.＜0.1，則表示配對比較矩陣C的一致性檢驗符合要求，對步驟5.3)的特征向量歸一化處理后作為局部主觀權重，配對比較矩陣C所涉及的所有元素的局部主觀權重構成的向量為否則，重新對步驟5.2)中對應的配對比較矩陣C進行賦值，直到滿足C.R.＜0.1為止；由此確定功能層、運動層、動作層和誤差指標層所涉及的所有元素的局部主觀權重；

5.6)計算每個誤差指標在所有誤差指標之間的主觀權重

將每個誤差指標的局部主觀權重與動作層對應元素的局部主觀權重、與運動層對應元素的局部主觀權重、與功能層對應元素的局部主觀權重連乘，即得到每個誤差指標在所有誤差指標之間的主觀權重，所有誤差指標的主觀權重構成的向量為

步驟6)整合誤差指標的主客觀權重得到整合權重

根據步驟4)和步驟5)確定的每個誤差指標的客觀權重和主觀權重，每個誤差指標整合后的整合權重w_k通過下式計算：

其中，k＝1,2,…,m，表示每個誤差指標客觀權重與主觀權重之間的相對重要系數；

步驟7)評估數控機床整機的精度

步驟3)得到每個誤差指標的退化率，步驟6)得到每個誤差指標的整合權重，則數控機床整機運行了一段時間之后，在t1時刻數控機床整機的誤差退化率通過下式計算：

其中，DR_k表示第k項誤差指標的退化率，w_k表示第k項誤差指標的整合權重，m表示誤差指標的個數；數控機床整機的誤差退化率DR_t1即表示數控機床整機在t1時刻的精度退化率，精度退化率越小，數控機床整機精度越高；精度退化率越大，數控機床整機精度越低。