运用模糊数学的数控机床状态评估方法.pdf

第 2 9卷第 5期 2 O O 8年 5月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo 】 ． 2 9 No ． 5 M．d v ． 2 008 运 用模糊数 学 的数 控机床 状 态评估 方法 莫小立 湖南生物机电学院，长沙 4 1 0 1 2 7 摘要 对数控机床评估方法进行 了分析 ， 确立了评估指标 ， 提 出了一种运用模糊数 学原理对 数控机床改造的技术状态进行评估的方法。所提 出的评估方法对数控机床状 态的评价有 实用价 值 。 关键词 模糊数学；数控 ；评估 中图分类号 T G 6 5 9 ；O 1 5 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 } 0 5 0 0 7 6 0 3 S t a t ee v a l u a t i n g M e t h o d 0 n Nu me r i c a l Co n t r o l l e d M a c l l i n e T0 0 l M o Xi a ol i H u n a n B i o l o g i c a l a n d E l e c t r o m e c h a n i c a l C o U e g e ，C h a n g s h a 4 1 0 1 2 7 ，C h i n a Ab s t r a c t e s t a t ee v a l u a t i n g me t h o d o n t h e n u me r i c al c o n t r o l l e d ma c h i n e t o o l wa s a n aly z e d．T h e i n d e x e v alu a t i n g was e s t a b l i s h ed ，an d a me t h o d o f h o w t o e v alu a t e t h e i mp r o v ed t e c h n i c al s t a t e o f the n um e r i c al c o n t r o l l e d m a c h i n e t ool w as p u t f o r w a r d． e e v alu a t i o n me tho d p r e s e n t ed w as u s e f u l t o the s tat ee v alu a t i n g o f the n um e ric a l c o n t r o l l ed ma c hi n e t ool a p p l i e d． Ke y wo r d s FUZ zY；n um e ric al c o n t r o l ；e s t i ma t i o n 1 评估方法的分析及选择 设备评价的重要环节是评定成新率 ， 成新率评 定的准确性对机器设备技术状态评估影响很大。成 新率是反映机器设备新 旧程度 的比率 ， 它 只与机器 设备本身的有形损耗有关 ， 设备 的有形损耗导致功 能降低。据文献[ 2 ] 成新率有 以下几种表示方法 1 法规折 旧年限法该法评估 的成新率往往 低估了机床的现值， 与机床的真实价值相脱节。这 种评估方法 比较简单 ， 但准确性较差。 2 经验在计法该评估方法 适用于持续正常 使用状况下 ， 对机床成新率的评估 。它 的准确性对 评估人员专业功底和实践经 验依赖性较强 ， 结论偏 颇之处在所难免。 3 修复费用法修复费用法适用于经 过大修 或更新后的机床， 主要是根据其修复的技术指标， 鉴 定其修复效果， 审核修复费用。 4 评分法该法又分 为直接打分评分法和分 结构评分法。 在多数情况下 ， 直接打分评价法是很适用 的， 它 的主要优点是 ， 对那些好的状 况和坏 的状况 易于判 断和评分 ； 缺点是对 目标判据的重要性没有区分。 分结构评分法评定成新率 ， 不仅把 目标 判据 的 重要性考虑进去 ， 而且可靠性强 、 质量好 、 准确性高 ， 适用范 围广 。这种定量评估 结果有权 威性和说 服 力 ， 特别适合数控设备这种价值较高的设备。 2 评估指标的设置及状态评估 对于数控设备来说 ， 如何客观 、 正确地评价其状 态 ， 目前在国际上仍无一致性规定。尤其对那些使 用年限较长 、 工作性能不稳定的设备 ， 只有真正了解 其状态 ， 才能为更新 、 改造提供决策 的依据。因此 ， 确定评估指标 尤为重要。本 文选择可靠性 、 可维修 性 、 先进性、 简便性和有效性 5 个参数作为数控机床 的评估指标 。 1 可靠性 从 系统工程的观点看 ， 产品的可靠性就是产品 或系统满足使用要求 ， 在规定条件下和规定时间内， 完成规定任务或功能而不出现故障的可能性。 可靠性是随机的、 无法准确预知 的， 但依据大量 的统计数据 、 借助概率统计 的方法是可以去估计的。 这种用概率统计方法表示可靠性大小的概率尺度称 为可靠度。 可靠 性一 般用 平均 故障 时 间 MT B F来衡 量。 它是指一旦发生故障 ， 经修理可继续使用的产品 、 设 备或系统装置 ， 从 每一次故障到下一次故障的平均 间隔时间， 评分标准见表 1 。 表 1 可靠性评分标 准 一 7 6 维普资讯 箜 鲞箜 塑 运用 糊数学的数控机床状态评估方法莫小立 V o 1 ． 2 9 N 。 ． 5 2 可维修性 数控系统属于可修复产品， 维修性是指可修复 产品在规定时间内按照规定的程序和方法进行维修 时， 保持和恢复到能完成规定功能状态的属性。 现在， 可维修性已开始被人们所重视。它是指可 维修产品在规定条件下、 规定时间内完成规定维修任 务的能力。它可以用维修系数来确定， 维修系数 ， Q 蚩 1 式中￡ 故障停机损失 ； E 日常检修费用。 Q值越大 ， 可维修性越差 ， 可以 1 ． 5为界 ， ≤1 ． 5 的维修性较好 ， 而 1 ． 5的则较差。评分标 准见表 2。 表 2 维修 性评 分标 准 Q值 ≤1 ． 5 1 ． 5～2 2 ～3 3 ～5 5 ～7≥ 分值 1 0 ． 8 0 ． 6 0 ． 3 0． 2 0． 1 3 先进性 所谓先进性 ， 主要是 以数控系统 的生产年代来 划分。评分标准如表 3 。 表 3 先进性评分标准 时I] ／ a ≤3 3 ～6 6 1 0 1 0 1 5 1 5 2 0 2 0 ～ 2 5 2 5 3 0 t3 0 分值 l 0 ． 9 0 ． 8 0 ． 7 0 ． 6 0 ． 4 0 ． 3 0 ． 1 4 简便性 简便性是指产 品或装置的难易程度 ， 评分标准 如表 4 。 表 4 简便性评分标准 5 有效性 有效性又称可用性 。它的特 征量是有效度 ， 是 一 个反映可维修 产品在规定条件下使用 ， 在规定维 修条件下修复， 在规定的时间具有或维持其规定功 能处于正常状态的概率。有效度是工作时间 t 与维 修时问r的函数 ， 记为 l ， t ， r 。由于时间不同使用 有效度的特征量也不一样 。有效度的观测值 ， 可用时间 ， 一可用时间 不可用时间 有效性指标等级见表 5 。 表5 有效性指标等级对照表 总性能权重分配如 表 6 ， 各个性能又可按 以下 几个部分进行权重分配 ， 见表 7 。 总性能分值 ∑各性能分值 权重 表 6 总性能权重分配 各性能分值 ∑各部分分值 权重 表 7 各部分权重分配 对机床技术状态评估的原则 一般以上状态 高 于 0 ． 5分 应加以充分利用 ， 较差状态 0 ． 4～0 ． 5分 供暂时维持使用 ， 陈旧状态 0 ． 1 5 ～0 ． 4分 则应安排 进行改造 。 3 运用模糊数学原理评估数控机床的状态 根据经验和专家评分 ， 从生产 、 质量 、 产品成本 、 安全和维护等诸多方面来评估数控机床的状态， 这 实际上是一种依靠心理测量的综 合决策过程 ， 具有 很强的模糊性。本节采用模糊数学原理从理论上评 估数控机床的状态。 3 ． 1 数 学模型的建立 1 因素集 F的程度分布 影响数控机床性能的因素集 F{ Fl ， F 2 ， ⋯ ， F l 0 } 式中F 。 按 2班制计算的设备利用率 ； F 有无代用设备 ； F ， 故障停机对生产影响程度 的大小 ； F 设备与质量的关系 ； F 质量 的稳定性 ； 设备购置价格 ； F ， 设备的安全性 ； F 设备复杂程度 ； 停机时间； F 。 备件情况。 可将评价者按操作人员 、 维修人员和管理人员 分为三类评价者集合 E q { E l ， E q 2 ， ⋯， E ， ⋯ ， E } 3 其 中 q1 ， 2 ， 3 ； ． 1， 2， ⋯ ， 』 v。 任取一待评价设备 B， 对每个 因素 ， 第 q类 的第 个人用重 要程度 、 自信程度独 立地评价设备 B， 重要程度的取值 范围为[ 0 ， 1 ] ， 很不重要 为 0 ， 一 般为 0 ． 5 ， 很重要为 1 。 自信程度的取值范围为[ 0 ， 1 ] ， 很无把握为 0 ， 一般为 0 ． 5 ， 很有把握为 1 。 第 q类评 价者关于单 因素 对待评价设备 B 的集体评价的点估计值 A ∑A ／ ∑A 坷 4 一 7 7 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N o ． 5 运用模糊数学的数控机床状态评估方法莫小立 第 2 9 卷第 5 期 如果 3类评价者集合 。 、 、 的权重分配为 b l 、 b 2 、 b 3 Zb 。 1 ， 则 A 。 ∑A 6 5 待评价 设备 关 于 因素 集 F 的程 度 分 布 A A l ， A 2 ， ⋯ ， Al0 。 2 权重分配的确定 由于评价者们专长不同 ， 故需用不同的权重分 配 b 。 来表示第q 类评价者集体评价的点估计值在综 合决策 中的重要程度 。 设有 P位专家各 自独立地参与 b 。 、 b 、 b 的确 定 ， 对于 b 。 ， 第 1 位专家在重要程度 [ O ， 1 ]内无记忆 地取值 3～5次 ， 得 区间[ ， ] ， 计算 b 1 ／ 2 p ∑ 6 m 1 ∑ 一 7 6 8 ∑ b z m 则 b 。 、 b 、 b 便是要求的权重分配。 3 因素集 F的综合程度评估 为 了综合专家对被评价设备的估计值 ， 需要构 造综 合 函数 。 。 A 。 ， A ， ⋯， A。 。 ， 有 下 面 5种 A 。 ， V A ， ∑C O i A ， V C O iA ，V C O A 。其 中， 表示 A 。 ， A ， ⋯， A。。 中取最小值 ， V表示 A。 ， A ， ⋯ ，A 。 。 中取最大值 ， C O ∈[ 0 ， 1 ] ， ∑C O 1 。 取一合适的综合函数， 得出待评价设备 B 关于 因素集 的综合程度评估值 A Ml 0 A。 ， A 2 ， ⋯， Al 0 9 设 { 。 ， ， ⋯， ， } 为 台主要生产设备 ， 其综 合程度估计值分别为 n ， 1 ≤r ≤ ， 将其按大小排 列 A。 ， A ， ⋯， A 。根据评估结果 ， 选 出适 当比例高 估计值的设备 ， 作为重点改造对象。 3． 2 实际 应用 根据上述模糊数学综合程度估计模 型， 选取 已 评估 出的 3台设备作为待评 价设备 以供分析 ， 它们 的原始资料如表 8所示。集 中不 同专 长的评价 者 们 ， 各 自独立地从多方面来度量设备的状态 ， 得 出设 备关于因素集 F的程度 分布 ， 权 重分配 b 。 、 b 、 b 依 1 O位专家评价为 0 ． 3 5 、 0 ． 2 5 、 0 ． 4 ， 机床各 因素评 估值可以由式 5 计算得出。 表 8 3台待改造设备的原始状况 结合需要选取综合 函数 M。 。 A 。 ， A ， ⋯， A 。 。 ∑C O A ， 其 中 C O 。 ，C O ， ⋯ ， C O 。 。 为 因素集 F的权重分 配 ， 依上述权 重分配的确定法 ， 得 出 0 ． 1 l ， 0． 1 2，C O 30． 1 4， 40． 1 4， C O 50． 1 3， C O 60． 0 7， C O 70． 1 4， C O 80． 0 5， C O 90． 0 6， C Ol 00． 0 4。 对企业 中所有主要生产设备作 出同样的评价 ， 将它们 的综合程度估计值按顺序排列 ， 选 出适 当比 例高估计值 的设备 ， 作为重点改造对象。在实际应 用中， 证明此法合理有效 ， 并收到了较好的效益。 参考文献 [ 1 ] 李保文 ． 国外设 备管 理模 式及 发展 趋 势 [ J ] ． 设 备 管理 ＆维 修 ， 2 0 0 0 1 o 4 0 4 1 ． [ 2 ] 上 海设备 管理协会 ． 设 备工程 经济学 [ M] ． 哈尔 滨 黑龙江人 民出 版社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 谢方琳 ． 机械设 备成新率评 估方 法简介 [ J ] 中国设备 管理 ， 1 9 9 7 3 4 1 4 4． [ 4 ] 张振 民 ． 运用 模糊关 系方程评 估成新 率试探 [ J ] ． 中国设备 管理 ， 1 9 9 7． 5 05 3． 作者简介 莫小立 1 9 6 4一 ， 女 ， 湖南长沙人 ， 讲师 ， 毕 业于湖南 大学机械制造专业 ， 现 从事 机械制造 教 学工作 ， 电子 信箱 s s 0 u 1 2 6． e O ll 1 ． 收稿 日期 2 0 0 r 7 ． 1 2 ． 2 6 本 I F U 声明 煤矿机械 杂志连续 4次被认定为中文核心期刊， 黑龙江省优秀期刊， 列入 剑桥科学文摘 、 文摘杂志 来源期刊。本刊 已加入“ 中国期刊网” 、 “ 万方数据网” 和“ 重庆维普网” ， 作者稿酬由本杂志社一次付清。本杂志社属自负盈亏单位 ， 在本刊发表 文章收发表费， 同时也付给作者稿酬 ， 如有不同意上面所述者， 请来函说明， 本杂志社将做适当处理。投稿必须通过电子信箱 发来 ， 投稿只能用 Wo r d排双栏版并请仔细阅读 ， 字数在 3 0 0 0 5 0 0 0字为宜。投稿之前， 请查看 m k j x ． e l l 网址投稿须知， 在第 一 作者简介文末留下联系电话、 电子信箱。 2 0 0 8 年本刊仍为国际标准 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