[发明专利]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

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，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。

主权项

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，e_j＞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；xij(2,t,q)的含义为隶属于第i个大系统的第二层次子系统sq(2,t)下属第j项指标的标准观测值，其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,mtq；t＝1,2,…,n1；q＝1,2,…,mt；进而得到权化指标矩阵相应的正定矩阵为H(2,t,q)＝(A(2,t,q))TA(2,t,q)   (17)采用线性加权综合法构造子系统的综合评价函数确定权重系数向量b(2,t,q)的基本思想是最大程度反映不同评价对象相对于评价目标的差异性，转化为数学语言，即使线性综合评价函数yi(2,t,q)对n个评价对象的综合评价值有最大化的离散程度；若取b(2,t,q)为正定矩阵H(2,t,q)所有基本特征值中最大者所对应的特征列向量，则评价值具有最大离散程度，将特征向量归一化后得到指标权重系数向量，由式(18)即求得所有评价对象子系统sq(2,t)的综合评价值；(九)多级指标递阶评价对于Y轴几何误差、Z轴几何误差等三级指标，热误差等二级指标，效率、可靠性等一级指标下属的具体性能指标，重复步骤(一)～(八)；对于几何误差下属4个三级指标U111～U114，重复步骤(一)～(八)，得到不同机床几何误差综合评价值；需要指出的是，在根据三级指标评价值计算二级指标评价值时数据的数量级已具有一致性，故不再进行标准化处理；对于精度下属3个二级指标U11～U13，重复步骤(一)～(八)，得到不同机床的精度综合评价值。