[发明专利]一种数控机床组件重要性评估方法

权利要求书

1.一种数控机床组件重要性评估方法，包括下述步骤：

步骤一：将整个数控机床系统部件划分为n个组件；根据采集的数控机床现场故障信息，借助于数据计算、故障致因分析和系统结构功能方面的相关经验确定故障时间，建立各个组件与故障时间间对应关系及组件间故障传播关系；

步骤二：根据故障致因分析建立组件故障传播有向图；

步骤三：基于时间相关建立数控机床系统组件故障概率模型；

步骤四：应用条件概率定义建立组件间直接故障传递概率模型；

步骤五：基于改进LeaderRank算法的数控机床系统组件故障影响度计算，据此进行组件重要性排序，以实现组件重要性评估；

步骤五所述基于改进LeaderRank算法的数控机床系统组件故障影响度计算，据此进行组件重要性排序，以实现组件重要性评估，是指按照以下步骤计算数控机床系统组件故障影响度：

(1)构建扩展加权故障传播有向图，步骤如下：

1)在组件故障传播有向图中引入背景节点v_g，并将该节点与有向图中所有n组件节点双向连接，于是得到n+1个节点组成的扩展故障传播有向图；

2)定义节点间有向连边权值；

设n组件节点间有向连边权值为故障传递概率，即w_ij＝p_(i→j),(1≤i,j≤n)；背景节点v_g指向v_i的有向边权值为w_gi＝1；任一组件节点v_i与背景节点v_g有向边的权值w_ig，设节点v_i直接指向的组件节点有m个，则n+1个节点中任一节点到自己的有向边权值为0；

3)在n+1个节点组成的扩展故障传播有向图中，融入节点间有向连边权值，以构建扩展加权故障传播有向图；

(2)数控机床系统扩展加权故障传播有向图描述矩阵

数控机床系统扩展加权故障传播有向图描述矩阵是指：

为描述由n个系统组件节点v_i∈V,(i＝1,2,…,n)与一个背景节点v_g组成的有向加权网络中节点间有向连接关系，引入邻接矩阵A＝[a_ij]_(n+1)(n+1)；当节点间有连接时，邻接矩阵中元素a_ij取节点间权值，否则取0；

用邻接矩阵A＝[a_ij]_(n+1)×(n+1)对扩展加权故障传播有向图模型进行描述；

当i≠j时，

当i＝j时，a_ij＝0；

(3)状态转移概率矩阵Q计算

将邻接矩阵A进行转置得到(A)^T，然后将(A)^T的每行元素除以此行元素的总和，得到状态转移概率矩阵Q，该矩阵元素q_ij记录一个节点v_j到达另一个节点v_i的概率，其取值为：

(4)运用改进LeaderRank算法进行节点影响度值计算

定义一个n+1维向量ILR，它的分量分别代表n个组件与背景节点的初始故障影响度ILR值，记ILR＝[ILR(v₁),ILR(v₂),…,ILR(v_n),ILR(v_g)]^Τ，ILR(t-1)、ILR(t)分别表示第(t-1)次、第t次迭代所得的(n+1)个节点的初始故障影响度值组成的(n+1)×1阶矩阵；那么初始故障影响度ILR值的迭代计算就可以采用矩阵化的计算方式，将状态转移概率矩阵Q代入公式(5)进行迭代计算：

ILR(t+1)＝Q^TILR(t) (5)

迭代初始条件为：ILR(1)＝[1，1，…，1，0]^Τ；

设ε为指定的迭代收敛平稳阈值，迭代计算当满足时，说明迭代稳定了,迭代结束；

记迭代至t_c步稳定时，各节点初始故障影响度ILR值为ILR(t_c)，背景节点v_g将其影响力ILR_g(t_c)平均分配给有向图中的其他n个节点，从而获得其他n个组件节点的故障影响度，则ILR_j(1≤j≤n)值可按公式(6)计算：

至此计算出系统组件节点故障影响度ILR值，依据ILR值大小排序实现组件重要性评估。