實(shí)例淺析數(shù)控車床智能模塊化設(shè)計(jì)方法

李建賓 任華麗

【摘要】信息技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)全球化推動了制造業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)變革，在面對客戶多樣化及個性化的需求時，產(chǎn)品模塊化是適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式和產(chǎn)品開發(fā)模式的一種新的設(shè)計(jì)理念和方法，而數(shù)控機(jī)床作為重要的基礎(chǔ)裝備，其零部件已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化。本文以臥式數(shù)控車床為例，建立了臥式數(shù)控車床產(chǎn)品規(guī)劃階段質(zhì)量屋及其優(yōu)化模型，分析了數(shù)控車床智能模塊的選擇與算法，分析了產(chǎn)品規(guī)劃階段質(zhì)量屋的構(gòu)建，并探索了臥式數(shù)控車床相似實(shí)例及評價，以期能夠進(jìn)一步推動數(shù)控車床向智能模塊化方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】實(shí)例淺析數(shù)控車床智能模塊化算法

從上個世紀(jì)五十年代末開始，國外已經(jīng)開始模塊化設(shè)計(jì)的研究，但研制的模塊化產(chǎn)品不能有效的進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，智能性差，適應(yīng)能力差，目前模塊化設(shè)計(jì)是向著智能型、通用型系統(tǒng)方向發(fā)展，模塊化設(shè)計(jì)的目的就是滿足客戶需求條件的模塊組合，模塊化設(shè)計(jì)可以通過多種途徑獲取有效信息，通過上門服務(wù)獲取信息、通過通信途徑等其他途徑獲取信息，并根據(jù)用戶需求快速地從模塊庫中求解出所需要的模塊?，F(xiàn)在我們以臥式數(shù)控車床為實(shí)例，提出數(shù)控車床智能模塊化設(shè)計(jì)方法，解決模塊智能化選擇功能、算法功能及環(huán)境適應(yīng)功能。

一、數(shù)控車床智能模塊的選擇及其算法

1.智能模塊的選擇

首先，基于用戶需求下，總用戶需求是臥式數(shù)控車床層次結(jié)構(gòu)圖的第一層；其次，將總用戶需求分解組合得到第二層，包括性能、可靠性和維修性三類分項(xiàng)需求；第三層包括加工范圍、使用壽命和精度等，是從屬與各分項(xiàng)需求的具體用戶需求。

2.智能模塊的算法

首先，數(shù)控車床的判斷矩陣及相對權(quán)重的構(gòu)成和確定。在構(gòu)造判斷矩陣時，要根據(jù)下層各元素對上層某元素的相對重要性，把下層第i個元素對第j個元素的相對重要程度估計(jì)值記為aij，在這一步中要反復(fù)回答兩個元素ai和aj那個重要些。并且為了使結(jié)果更加合理，可以請有關(guān)專家、用戶等發(fā)表看法，從而構(gòu)成了一個n階判斷矩陣：

當(dāng)RC>0.1時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)修正判斷矩陣，<0.1時可以接受是一致性的。由此根據(jù)上列公式和圖表，就得出了臥式數(shù)控車床用戶需求各層次相對權(quán)重及一致性檢驗(yàn)結(jié)果。另外，為了計(jì)算出各判斷矩陣的特征根與矢量，沿著層次結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述過程，從上往下得到權(quán)重矢量。并且以此為基礎(chǔ)，得出最底層因素相對于目標(biāo)層的總排序權(quán)重為：

二、臥式數(shù)控車床方案設(shè)計(jì)智能模型組合的構(gòu)建與優(yōu)化

1.方案設(shè)計(jì)智能模型組合的構(gòu)建

根據(jù)獲取的臥式數(shù)控車床用戶需求及其權(quán)重，依據(jù)機(jī)床企業(yè)的市場競爭和技術(shù)競爭評估，建立臥式數(shù)控車床產(chǎn)品規(guī)劃階段的質(zhì)量屋，左墻為臥式數(shù)控車床用戶需求及其權(quán)重；天花板包括最大切削直徑、最大回轉(zhuǎn)直徑等；房間為臥式數(shù)控車床個技術(shù)特性與各用戶需求的相互關(guān)系；屋頂為產(chǎn)品技術(shù)特性之間的自相關(guān)矩陣；地下室包括技術(shù)競爭性評估等和技術(shù)特性的重要度；右墻為基于用戶需求下，來評估本公司和競爭者公司的產(chǎn)品。

2.方案設(shè)計(jì)智能組合的優(yōu)化

建立臥式數(shù)控車床產(chǎn)品質(zhì)量屋能夠組合出用戶總體滿意度最大化的車床，為了在有限資源約束下，進(jìn)一步建立起優(yōu)化決策模型，選擇出車床關(guān)鍵技術(shù)特性。假設(shè)模塊組合設(shè)計(jì)投入的總成本為C，為了滿足需求的技術(shù)特性，通過產(chǎn)品規(guī)劃階段質(zhì)量屋確定有m項(xiàng)，總時間不能超過T。如果為組合設(shè)計(jì)第j項(xiàng)技術(shù)特性需要時間的區(qū)間估計(jì)；而是組合設(shè)計(jì)第j項(xiàng)技術(shù)特性所需要費(fèi)用的區(qū)間估計(jì)值，則j 項(xiàng)技術(shù)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)達(dá)到的用戶滿意度.

為了最大限度地滿足用戶需求，數(shù)控機(jī)床模塊組著設(shè)計(jì)者要分別估計(jì)各項(xiàng)技術(shù)特性的設(shè)計(jì)費(fèi)用和時間區(qū)間。依次計(jì)算出相應(yīng)的pj值，并將其帶入臥式數(shù)控車床產(chǎn)品規(guī)劃階段優(yōu)化鞠策模型公式中，最后對該模型運(yùn)用0-1整數(shù)規(guī)劃法求解，在現(xiàn)有資源和時間約束條件下，使六項(xiàng)技術(shù)特性在模塊組合過程中滿足相應(yīng)技術(shù)要求。

三、臥式數(shù)控車床方案設(shè)計(jì)智能模型實(shí)例檢索、評價

本文根據(jù)質(zhì)量屋確定車床固定樣品和樣品集示例，分別計(jì)算出模糊相似優(yōu)先比矩陣，得到臥式數(shù)控車床樣品集的一個優(yōu)劣次序，求出第一優(yōu)越對象，找出確界最大者所在的行，對其進(jìn)行自然數(shù)順序編號，得到各技術(shù)特性相似順序編號表。通過知悉各技術(shù)特性和重要度尋找相似實(shí)例，并采用加權(quán)平均法進(jìn)行模糊綜合評判，將技術(shù)特性的重要度歸一化，根據(jù)各技術(shù)特性的優(yōu)選順序編號，計(jì)算出各技術(shù)特性的相對權(quán)重，計(jì)算出各實(shí)例的相似拍訊數(shù)值，并根據(jù)S值的大小，能夠判斷機(jī)床與用戶需求的機(jī)床相似。

參考文獻(xiàn)

[1]邵偉平，劉永賢，郝永平.基于分布式約束滿足的產(chǎn)品配置研究[J].東北大學(xué)學(xué)報，2007，28（l）：103-106.

[2]劉思峰.黨耀國，方志耕，等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.