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    基于層次分析法的數(shù)控機(jī)床精度評價系統(tǒng)

    2017-12-11 10:07:40孫惠娟
    電腦知識與技術(shù) 2017年31期
    關(guān)鍵詞:層次分析法數(shù)控機(jī)床精度

    孫惠娟

    摘要:機(jī)床精度問題是機(jī)床設(shè)計廠家和用戶普通關(guān)心的問題,針對機(jī)床的精度評價問題,利用層次分析法對實驗對象機(jī)床進(jìn)行了測評指標(biāo)集的設(shè)計,構(gòu)建機(jī)床精度評價指標(biāo)體系,并根據(jù)用戶的需求開發(fā)了數(shù)控機(jī)床精度評價原型系統(tǒng),為數(shù)控機(jī)床精度的保持和提高奠定了理論與實踐的基礎(chǔ)。

    關(guān)鍵詞:層次分析法;數(shù)控機(jī)床;精度

    中圖分類號:TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2017)31-0066-03

    數(shù)控機(jī)床的各項誤差對機(jī)床的加工精度有不同程度的影響,通過對各種誤差源進(jìn)行檢測得到機(jī)床的各項誤差值。根據(jù)機(jī)床當(dāng)前測得的各項誤差,如何來判斷機(jī)床當(dāng)前的整體精度與可加工能力,則需要對機(jī)床的整體精度進(jìn)行綜合評價,判斷機(jī)床目前的整體精度狀況,然后再進(jìn)行逐層分析,找出哪些部件的誤差對機(jī)床整體精度影響較為明顯,判斷在目前的精度狀況下機(jī)床的可加工能力及精度未來的變化趨勢。因此,利用機(jī)床的各項誤差指標(biāo)進(jìn)行機(jī)床的整體精度評價的過程是一個由下到上、由局部到整體的過程。本文基于層次分析法的模糊綜合評判對機(jī)床精度進(jìn)行評價,根據(jù)用戶需求開發(fā)基于J2EE平臺的數(shù)控機(jī)床精度評價系統(tǒng),實現(xiàn)對實驗對象機(jī)床的精度進(jìn)行評價與分析。

    1 層次分析評判法

    機(jī)床的精度屬于多目標(biāo)決策問題,可運用多目標(biāo)多屬性的方案評價與決策方法對機(jī)床進(jìn)行評價和決策來確定機(jī)床精度狀態(tài)。采用層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重,將評判的主要因素按屬性分為若干層,首先在每一層內(nèi)部進(jìn)行綜合評判,在對各層的評判結(jié)果進(jìn)行層次間的高一層次的綜合評判,同時運用模糊綜合評判方法,求解機(jī)床精度評判模型,通過比較其綜合精度,對機(jī)床精度進(jìn)行評價。

    層次分析法是一種定量與定性相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法,不僅能夠有效地對人們的主觀判斷做客觀描述,而且簡潔、適用,在對定性事件進(jìn)行定量分析和模糊評價中,該方法應(yīng)用比較廣泛[1-4]。

    層次分析法的主要步驟[5]如下:

    1) 對構(gòu)成評價系統(tǒng)的目的、評價指標(biāo)等要素建立多級評價結(jié)構(gòu)模型。

    2) 對同一級的評價要素以上一級的要素為指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,并根據(jù)評價尺度確定其相對重要度,由此建立各個判斷矩陣。

    3) 計算各級判斷矩陣的特征向量,確定各要素的相對重要度。

    4) 最后計算綜合重要度,對各種方案要素進(jìn)行排序,從而為決策提供依據(jù)。

    利用基于層次分析法對數(shù)控機(jī)床精度進(jìn)行評價的具體過程參見論文[6]。

    2 精度指標(biāo)評價體系設(shè)計

    利用層次分析法進(jìn)行機(jī)床精度評價的第一步是建立多級評價結(jié)構(gòu)模型,其中精度評價指標(biāo)的選取尤為重要,所選取的指標(biāo)既要盡可能全面,又要使精度指標(biāo)的數(shù)據(jù)容易獲取。本文運用層次分析法思想建立了如圖1所示的評價指標(biāo)體系,體系分三個層次,第一層為總目標(biāo)因素集[U=U1,U2,U3,U4];

    第二層為二級目標(biāo)因素集[Ui],

    其中[U1=U11,U12,U13,U14,U15,U16],

    [U2=U21,U22,U23],

    [U3=U31,U32,U33,U34,U35],

    [U4=U41,U42,U43]。

    第三層為三級目標(biāo)因素集[Uij],

    其中[U11=U111,U112,U113,U114,U115],

    [U12=U121,U122,U123,U124,U125],

    [U13=U131,U132,U133,U134,U135],

    [U14=U141,U142],

    [U15=U151,U152],

    [U16=U161,U162,U163,U164,U165]。

    3 基于J2EE的數(shù)控機(jī)床精度測評系統(tǒng)

    3.1 開發(fā)及運行環(huán)境

    本系統(tǒng)使用J2EE作為開發(fā)平臺,采用Myeclipse8.0+Tomcat5.5進(jìn)行整體設(shè)計。服務(wù)器端采用Java編寫,可直接應(yīng)用于各種不同的服務(wù)器平臺之上。數(shù)據(jù)庫采用Oracle9i作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。系統(tǒng)環(huán)境基于微軟Windows XP/Server 2003,系統(tǒng)架構(gòu)采用WEB方式(B/S架構(gòu))開發(fā),集成平臺核心框架與各子系統(tǒng)采用基于XML Web Services技術(shù)的松散集成方式。系統(tǒng)采用MVC架構(gòu)設(shè)計,進(jìn)一步明晰各層次關(guān)系,增強(qiáng)構(gòu)件可重用度,提高開發(fā)效率。

    圖2所示為系統(tǒng)的架構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)基于組件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,與平臺無關(guān)。業(yè)務(wù)邏輯被封裝成可復(fù)用的組件,J2EE服務(wù)器以容器的形式為所有的組件類型提供后臺服務(wù)。

    3.2 數(shù)控機(jī)床精度測評系統(tǒng)主要功能

    如圖3所示,數(shù)控機(jī)床精度測評系統(tǒng)主要分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)瀏覽與修改模塊、精度數(shù)據(jù)獲取模塊、判斷矩陣修改模塊、機(jī)床精度評價模塊、測評結(jié)果顯示模塊五大功能模塊。其中:1)信息瀏覽模塊主要對系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽,還包括對機(jī)床信息、檢測工具信息、精度指標(biāo)信息和精度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行添加、刪除和修改等功能;2)精度數(shù)據(jù)獲取模塊主要有生成精度數(shù)據(jù)模版、上傳精度數(shù)據(jù)文件、錄入精度數(shù)據(jù)等功能;3)判定矩陣修改模塊可實現(xiàn)對判定矩陣的查詢及修改功能,該模塊還提供了精度評價指標(biāo)判定矩陣的修改功能;4)精度測評功能模塊主要完成對機(jī)床精度數(shù)據(jù)的評價。利用精度數(shù)據(jù)獲取子模塊,用戶能夠?qū)z測的精度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。該模塊還可根據(jù)獲取的精度數(shù)據(jù)和所選的精度指標(biāo)項,對機(jī)床的當(dāng)前精度(包括單項精度和綜合精度)按照給定的算法進(jìn)行評價,并給出評價結(jié)果;5)結(jié)果顯示功能模塊能夠根據(jù)用戶的需要,導(dǎo)出各個時間節(jié)點的各種精度測評報告、精度對比分析報告和精度改進(jìn)建議報告,以PDF、Excel等滿足用戶需要的多種文件格式輸出,并可在軟件操作界面對所評價的結(jié)果以及歷史數(shù)據(jù)以圖形化方式顯示。

    3.3 數(shù)控機(jī)床精度測評流程

    對數(shù)控機(jī)床精度進(jìn)行評價的流程如圖4所示。進(jìn)入精度測評模塊后首先選擇所評價的對象機(jī)床,評價記錄的時間為系統(tǒng)當(dāng)前的時間。針對當(dāng)前選擇的機(jī)床確定要評價的精度指標(biāo)項,可以選擇任意多項精度指標(biāo)進(jìn)行評價,如果選擇單項精度指標(biāo)進(jìn)行評價,則未選中的精度指標(biāo)項其權(quán)重系數(shù)可設(shè)為接近于0的數(shù),然后利用1~9標(biāo)定法確定各層相鄰兩個指標(biāo)項之間的重要性,建立整個評價體系中各層的判斷矩陣。對于已經(jīng)確定的判斷矩陣求解其最大特征值并進(jìn)行歸一化處理,得到各層的權(quán)重系數(shù)。由專家組、相關(guān)工程人員對低層精度指標(biāo)進(jìn)行評價,并對評價結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和整理得到底層的評價矩陣。在確定了各層的權(quán)重系數(shù)和評價矩陣后,從低層開始逐層計算各層的評價結(jié)果向量,在對上一層進(jìn)行評價時,其評價矩陣直接利用下層的評價矩陣進(jìn)行計算,依此法逐層進(jìn)行評價,最終得到最高層的評價結(jié)果向量。本文所開發(fā)的精度測評系統(tǒng),可將每次評價的結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中,方便以后查詢和對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,預(yù)測機(jī)床的精度發(fā)展趨勢。

    3.4 數(shù)控機(jī)床精度測評典型模塊運行實例

    1) 測評系統(tǒng)主界面

    成功登錄系統(tǒng)后即進(jìn)入如圖5所示的系統(tǒng)主界面,主界面左側(cè)的目錄是測評系統(tǒng)的主要功能模塊,點擊某項功能,其主要功能模塊界面可在右側(cè)主頁面中展現(xiàn)。

    2) 精度指標(biāo)瀏覽與修改界面

    如圖6和圖7所示為精度指標(biāo)項的信息瀏覽和修改界面,通過精度指標(biāo)修改界面可以實現(xiàn)對所評機(jī)床的精度指標(biāo)項進(jìn)行添加、刪除和修改等操作。

    4) 精度獲取界面

    如圖8所示,用戶可以根據(jù)需要選擇合適的方式對精度數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。上傳的文件類型默認(rèn)為Excel格式。在進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳時,可以根據(jù)檢測模式的不同,生成不同的模板數(shù)據(jù),用戶只需要在該模板中填入數(shù)據(jù),再選擇上傳即可存入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。

    5) 精度測評界面

    精度評價時,首先選擇對象機(jī)床,然后確定機(jī)床精度測評的項目,即單項精度或綜合精度。綜合精度評價時的界面如圖9所示,綜合精度評價時用戶可以選擇任意多項評價指標(biāo)。精度評價完成后,測評結(jié)果將以PDF文件的格式保存到指定的目錄下。

    6) 精度測評結(jié)果查看

    測評報告模塊可以根據(jù)時間節(jié)點查看前期測評結(jié)果。圖10為機(jī)床綜合精度測評結(jié)果,用戶可以打開相應(yīng)的測評報告。同時用戶還可以在此界面上查看某臺機(jī)床特定時間的評價報告、精度對比分析報告和精度改進(jìn)建議報告等。

    4 結(jié)論

    本文介紹了利用層次分析法對數(shù)控機(jī)床精度進(jìn)行評價的主要步驟,并根據(jù)用戶的實際需要,開發(fā)了數(shù)控機(jī)床精度測評原型系統(tǒng),利用該系統(tǒng)可方便地對機(jī)床當(dāng)前的整體精度與進(jìn)行綜合評價,為數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)保養(yǎng)及加工質(zhì)量的提高機(jī)床提供了依據(jù)。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 劉寧.工程目標(biāo)決策研究[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

    [2] 劉怡,張子剛.基于模糊層次分析法的工作流任務(wù)排序研究[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2006,12(5).

    [3] 熊立,梁樑,王國華.層次分析法中數(shù)字標(biāo)度的選擇與評價方法研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2005, 3(3):72-79.

    [4] Bard J F,Sousk S F.A tradeoff analysis for rough terrain cargo handlers using the AHP: an example of group decision making[J].Engineering Management, IEEE Transactions on,1990,37(3):222-228.

    [5] 呂正建.機(jī)床夾具評價體系及評價方法研究[D].大連:大連交通大學(xué),2007.

    [6] 封志明,殷國富.基于層次分析法的數(shù)控機(jī)床精度模糊評價[J].高技術(shù)通訊,2014, 24(2):183-188.

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