一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法技术

一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法，属于数控机床性能评价技术领域。采用线性比例法对机床的各项性能指标数据进行标准化处理。依据序关系分析法确定各级指标的主观权重，采用熵权法和均方差法确定各级指标的两种客观权重，基于向量皮尔森相关系数的原理综合主客观权重信息。利用综合权重对指标进行权化处理，通过权化指标矩阵对应的正定矩阵确定指标的最终权重系数，并基于线性加权评价函数求得三级指标的综合评价值。最后采用类似的方法逐层向上计算得到大系统的综合评价值。本发明专利技术用于对各种数控机床的综合性能评价，以及不同机床具体性能的横向对比，为机床综合性能评价提供了一种科学的、可操作的评价方法和流程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法
本专利技术属于数控机床性能评价
，具体为一种基于改进型拉开档次法和综合集成赋权的数控机床性能综合评价方法。
技术介绍
数控机床作为机械制造的基础装备，加工性能受到诸多因素的影响，并最终反映到产品质量的优劣上。因此要得到综合性能良好的产品，必须要提高机床的加工性能。性能测评是其中的关键一环，在加工一批零件之前对数控机床进行全面、综合的评价，掌握数控机床当前的运行状况，从而保证数控机床能工作于性能优良的状态，进而避免了机床加工性能满足不了产品性能要求的问题。为保证零件加工的质量，目前常用的方法都是对成品零件进行各项质量检查，发现问题后再解决。这种方法的效率低、误差大，不仅延长了生产周期，而且大大增加了生产成本。理想的解决办法是对数控机床的关键性能指标进行定期检测，发现精度、效率、可靠性和能耗的变化，据此判断影响机床加工性能的因素，并做出针对性的补偿或改进。数控机床综合性能评价是区分机床性能状况的重要手段，对优化数控机床设计方案具有重要意义，同时也是用户选择适合工况数控机床的参考依据。目前，数控机床的加工性能评价较为局限，大多是就机床精度或可靠性这一方面进行评价，采用的评价方法和理论也较为单一，对机床综合性能的评价研究较少。然而，对于实际生产应用，仅仅考虑机床某一方面的性能是不全面、不可靠的。用户在选择机床时，综合性能的全面测评显得尤为必要。2010年，刘世豪等在《山东大学学报》第40期第1卷发表文章《基于层次分析法的数控机床性能模糊综合评判》，利用层次分析法建立了数控机床综合评价模型，确定了各层指标的权重系数，通过模糊算子和权重向量得到模糊综合评判结果，并对卧式加工中心的综合性能进行了评价。2012年，孙惠娟等在《四川大学学报》第44期第6卷发表文章《五轴数控机床综合误差建模评价方法研究》，提出了一种针对几何、伺服误差的机床精度综合评价模型，并通过圆测试实验进行了模型验证。2017年，王伟等在《机械工程学报》第53卷第21期发表文章《基于综合评价体系的五轴数控机床加工性能评价和误差溯源方法》，通过仿真平台建立了机床控制系统参数S试件加工误差之间的映射关系,在各轴分类评价隶属度的基础上开发了误差溯源的综合评价体系，最后通过某五轴AB摆数控机床的切削试验,验证了方法的有效性。2011年，刘弹等在专利“一种基于粗糙集的数控机床两轴联动性能评估方法”申请号：201110434047.5中，通过粗糙集理论对初始决策表进行多属性离散化处理，将约简结果与两轴联动性能决策表进行对比匹配获得评估结果。2017年，李国发等在专利“一种考虑工况差异的数控机床可靠性评估的方法”申请号：201711273428.3中，建立了考虑工况差异的数控机床混合变参数幂律分布可靠性模型，并对幂律分布进行假设检验。综上可知，尽管目前专家学者对数控机床的性能评价进行了较多的研究，但是大多是基于精度或是可靠性等某一个方面的指标进行评价，对综合性能进行全面评价的研究较少。此外，少数几个对数控机床加工性能进行综合评价的研究也几乎都是基于多级模糊综合评价理论，虽然模糊评价适应了数控机床某些指标的模糊特性，且给出的具有鲜明等级特征的评价结果较为直观，一定程度上克服了传统数学评价方法结果较为单一的问题，但是仍存在一些不足之处：它难以解决指标间的关联性造成评价信息具有较大重复性的问题；没有系统、可靠的方法确定隶属度函数；且评价过程包含了大量的主观判断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于改进型拉开档次法的机床综合性能评价方法，该方法的评价结果不仅具有较高的区分度，且便于各大系统以及子系统之间的纵向或横向对比，解决机床综合性能无法进行量化评估的问题，为机床综合性能的评价提供系统、科学的依据。本专利技术的技术方案：一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法，步骤如下：(一)数控机床关键性能指标体系的建立数控机床关键性能指标归结为精度、效率、可靠性和能耗四方面，不同方面的因素对数控机床综合性能的影响有较大不同，将指标种类进行划分并分析从属关系，建立多层次的指标集，逐级构建评价体系；对于数控机床的关键性能指标，作如下分级：第一级：数控机床的精度、效率、可靠性和能耗；第二级：精度下属几何误差、热误差和复合运动误差三个二级指标，以及其它三个一级指标隶属的具体指标；机床正常工作时在不同轴向、平面上的误差表现形式和大小都不同，因此补充分级，有：第三级：精度下属二级指标体现在不同轴和平面上的误差，包括X轴几何误差、垂直度误差、X进给轴热误差及X-Y平面圆度误差；机床运动部件沿不同轴向移动时相对理想位置偏离的形式及大小都不同，故继续对几何误差下属三级指标分级，有：第四级：每个轴的三项移动性误差和转角误差，三轴之间垂直度误差；各级评价指标之间的隶属关系是确定的，按照多级综合评价的一般过程，最终确定如图1所示具有四级结构的数控机床关键性能指标体系；(二)获取评价指标原始数据机床性能数据通过激光干涉仪、球杆仪等装置获取，对m台数控机床的n项性能指标进行评价，构建m×n阶评价指标原始数据矩阵；(三)评价指标预处理首先将所有指标统一为极大型，选择能使评价值差异较大、稳定性最优、最大限度保留数据变异信息的线性比例法mj作为无量纲化方法：式中，x′j取为被评价对象样本中第j项评价指标的最小值；(四)序关系分析法确定主观权重①确定序关系首先，在原始评价指标集中选出一个关于评价目标的重要性程度最高的指标记为x1，随后在剩下的m-1个指标中继续筛选，以此原理类推，最终确定该评价指标集的一个序关系：②相邻指标重要性程度判断设对于排序相邻的评价指标xk-1和xk之间重要性程度比值的理性判断为式中，rk的值取为1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，分别代表指标xk-1比xk同等重要，稍微重要，明显重要，强烈重要和极端重要；③权重系数计算根据重要性程度的判断即按下式求出指标的主观权重系数：(五)熵值法确定客观权重系数①对标准化数据进行归一化处理②计算各项评价指标熵值式中，③确定归一化的权重系数式中，各项评价指标的差异性系数gj＝1-ej；(六)均方差法确定客观权重系数①计算各项评价指标的均值②计算各项评价指标均方差③确定归一化的权重系数(七)基于皮尔森相关系数的综合集成赋权此方法的内涵是对具体的几种主、客观赋权方法进行相关性分析，得到单个权重向量与其他权重向量的量化相关程度，并以此来衡量各个赋权方法的相对重要性，突出稳定可靠的权重向量的作用；对于任意两个权重向量X＝{x1,x2,…,xn}，Y＝{y1,y2,…,yn}，对相关系数P(X,Y)作如下定义：式中，分别为X、Y的平均值，P(X,Y)∈[-1,1]；当P(X,Y)＝±1，表示两变量具有完全的线性相关性；当P(X,Y)＝0，则表明两变量线性无关；为了便于后续的计算，调整P(X,Y)的取值区间，定义下式为两变量之间的相关度：进而给出某一权向量Wk与其余权向量的总相关度为以总相关度衡量权重向量的重要性程度，确定综合集成赋权系数(八)基于改进型拉开档次法确定最终权重系数首先对各评价指标进行区分重要性程度的权化处理式中，wj(2,t,q)为表征指标重要性程度的综合集成权重系数；xi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法，其特征在于，步骤如下：(一)数控机床关键性能指标体系的建立数控机床关键性能指标归结为精度、效率、可靠性和能耗四方面，不同方面的因素对数控机床综合性能的影响有较大不同，将指标种类进行划分并分析从属关系，建立多层次的指标集，逐级构建评价体系；对于数控机床的关键性能指标，作如下分级：第一级：数控机床的精度、效率、可靠性和能耗；第二级：精度下属几何误差、热误差和复合运动误差三个二级指标，以及其它三个一级指标隶属的具体指标；机床正常工作时在不同轴向、平面上的误差表现形式和大小都不同，因此补充分级，有：第三级：精度下属二级指标体现在不同轴和平面上的误差，包括X轴几何误差、垂直度误差、X进给轴热误差及X‑Y平面圆度误差；机床运动部件沿不同轴向移动时相对理想位置偏离的形式及大小都不同，故继续对几何误差下属三级指标分级，有：第四级：每个轴的三项移动性误差和转角误差，三轴之间垂直度误差；各级评价指标之间的隶属关系是确定的，按照多级综合评价的一般过程，最终确定如图1所示具有四级结构的数控机床关键性能指标体系；(二)获取评价指标原始数据机床性能数据通过激光干涉仪、球杆仪等装置获取，对m台数控机床的n项性能指标进行评价，构建m×n阶评价指标原始数据矩阵；(三)评价指标预处理首先将所有指标统一为极大型，选择能使评价值差异较大、稳定性最优、最大限度保留数据变异信息的线性比例法mj作为无量纲化方法：...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价方法，其特征在于，步骤如下：(一)数控机床关键性能指标体系的建立数控机床关键性能指标归结为精度、效率、可靠性和能耗四方面，不同方面的因素对数控机床综合性能的影响有较大不同，将指标种类进行划分并分析从属关系，建立多层次的指标集，逐级构建评价体系；对于数控机床的关键性能指标，作如下分级：第一级：数控机床的精度、效率、可靠性和能耗；第二级：精度下属几何误差、热误差和复合运动误差三个二级指标，以及其它三个一级指标隶属的具体指标；机床正常工作时在不同轴向、平面上的误差表现形式和大小都不同，因此补充分级，有：第三级：精度下属二级指标体现在不同轴和平面上的误差，包括X轴几何误差、垂直度误差、X进给轴热误差及X-Y平面圆度误差；机床运动部件沿不同轴向移动时相对理想位置偏离的形式及大小都不同，故继续对几何误差下属三级指标分级，有：第四级：每个轴的三项移动性误差和转角误差，三轴之间垂直度误差；各级评价指标之间的隶属关系是确定的，按照多级综合评价的一般过程，最终确定如图1所示具有四级结构的数控机床关键性能指标体系；(二)获取评价指标原始数据机床性能数据通过激光干涉仪、球杆仪等装置获取，对m台数控机床的n项性能指标进行评价，构建m×n阶评价指标原始数据矩阵；(三)评价指标预处理首先将所有指标统一为极大型，选择能使评价值差异较大、稳定性最优、最大限度保留数据变异信息的线性比例法mj作为无量纲化方法：式中，x′j取为被评价对象样本中第j项评价指标的最小值；(四)序关系分析法确定主观权重①确定序关系首先，在原始评价指标集中选出一个关于评价目标的重要性程度最高的指标记为x1，随后在剩下的m-1个指标中继续筛选，以此原理类推，最终确定该评价指标集的一个序关系：②相邻指标重要性程度判断设对于排序相邻的评价指标xk-1和xk之间重要性程度比值的理性判断为式中，rk的值取为1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，分别代表指标xk-1比xk同等重要，稍微重要，明显重要，强烈重要和极端重要；③权重系数计算根据重要性程度的判断即按下式求出指标的主观权重系数：(五)熵值法确定客观权重系数①对标准化数据进行归一化处理②计算各项评价指标熵值式中，ej＞0；③确定归一化的权重系数式中，各项评价指标的差异性系数gj＝1-ej；(六)均方差法确定客观权重系数①计算各项评价指标的均值②计算各项评价指标均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阔，刘海波，李特，褚恒，王永青，贾振元，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21