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      摘要: 磨床數控化改造是一種基于資源循環利用的制造新模式。文章在數控磨床的設計理念、方法以及磨床改造經驗的基礎上，以磨床數控化改造可行性為研究對象，建立一種基于專家經驗知識的磨床數控化改造綜合評估方法模型，提出一種可行性的量化方法，并將這種方法應用到MA1320 /H的數控化改造過程中，為MA1320 /H 的設計制造提供了理論支撐，結果表明改造后的磨床節約成本30%以上，且性能及穩定性超過原有舊機床。

     關鍵詞: 磨床; 數控化改造; 可行性; 量化方法

      0 引言

      普通磨床數控化改造是一個充分運用綠色制造技術和其它先進制造技術、信息技術、數控及自動化技術等高新技術對普通磨床進行可改造度評價、拆卸以及創新性再設計、再制造、再裝配的過程［1］。其目標是充分利用現有磨床資源，改造后的磨床功能更強、性能在指標更優，實現資源循環利用和磨床質量跨越式提升。目前，我國存在大量的普通磨床床迫切需要數控化改造，市場前景廣闊［2］。

     圖1 磨床數控化改造可行性量化評價總體框架

     1． 1 可行性評估指標及量化

     分析磨床數控化改造須從零部件通借用、再加工、性能升級、再裝配以及再使用等生命周期過程進行綜合考慮。對普通磨床的數控化改造度進行評定，首先需確定數控化改造度評價指標體系。在對磨床數控化改造行業調研分析獲取數據及案例進行綜合的基礎上，可得出可行性評估主要從技術可行性、經濟可行性兩個方面來考慮。可行性評估指標如表1 所示，可行性評估指標主要由技術可行性、經濟可行性兩部分組成。

                              表1 可行性評估指標表

     1． 1． 1 技術可行性評估指標及量化

     相比于機床制造過程，技術可行性在機床數控化改造方面顯得尤為重要，因為技術可行性是獲得用戶肯定的首要因素［4］。技術可行性應該從改造工藝過程的各個階段進行考慮，包括零部件通借用可行性、整機性能升級可行性、再裝配簡易性等。

     ( 1) 零部件通借用可行性

     零部件通借用是數控化改造過程的第一步，是重新進入改造工藝過程的基礎與前提。零部件通借用可以為磨床的改造節省大量重新設計的時間，而零部件的通借用一般由專家在重新設計前從磨床的整體結構、連接方式、零部件類型及數量等方面對其進行評定。為了簡化以及定量化零部件通借用可行性，可以將零部件分為三種類型: 直接借用型、再加工可用型及不可借用型。為了降低該指標的量化難度，主要由專家評判通零部件借用程度來評定。評判結果x1可分為{ A，B，C} ，分別對應的指標值為{ 0. 95， 0. 65， 0. 40} 。

     ( 2) 整機性能升級可行性

     隨著客戶對磨床加工精度、自動化水平、能效水平等性能要求的越來越高，僅僅將數控系統安裝應用在普通磨床上已不能滿足客戶需求，而需要通過各類高新技術對普通磨床進行功能及性能提升［5］。為了使該指標可量化，主要通過衡量磨床精度提升來評判該性能提升的可行性。表2 是衡量磨床精度的諸項指標向量表。A 表示數控化改造磨床精度指標值構成的向量，B 表示普通磨床對應的出廠標準各精度指標值向量，D 為精度指標比較向量，定義C 為精度評價指標矩陣。

     衡量精度等級評語一般分為較好、好、一般、差、很差。精度評價指標表如表3 所示，其中的界限值主要通過工業實踐與專家經驗來確定。

     對數控化改造磨床的精度進行綜合評價，精度評價指標值為x2，x2 = C* P，其中，“* ”代表矩陣數量乘，P = { p1，p2，…，pl，…，pm} 為各項指標的權重構成的矩陣，p l表示第l 項指標cl的權重系數，其中p1 +p2 +… + pl +… + pm = 1。

     ( 3) 再裝配簡易性

     將零部件裝配一臺磨床而同時保證產品質量的關鍵因素取決于再裝配的簡易性［6］，花費在再裝配流程上的時間越短，成本就會越低。由于再裝配的工藝過程的不確定性，評定再裝配的簡易性很難定量分析，只能通過專家評定方法來進行定性描述。將x3的評價結果分為{ A，B，C，D} ，分別對應的指標值為{ 0. 9，0. 75， 0. 60， 0. 45} 。
基于以上對技術可行性中零部件通借用可行性、整機性能升級可行性及再裝配簡易性三個指標的分析，可得出數控化改造磨床技術可行性的評價值A，A = x1m1 + x2m2 + x3m3。其中m1、m2、m3分別代表x1、x2、x3的權重值，可通過層次分析法來確定。

     1． 1． 2 經濟可行性指標及量化

     對于機床制造企業而言，實施數控化改造的最主要目的是獲取可觀的經濟收益［7］。機床的附加值越高，經濟效益就會越顯著［8］。機床附加值越大、改造成本越低，經濟可行性越好，改造度就會越高［9］。磨床數控化改造也遵循這一規律，同時還具有顯著的間接經濟效益，可節約客戶大量的設備資金投入，交貨期縮短一半，而性能超出原有磨床。理論上間接經濟效益也同樣較難評定，因此本文主要從數控化改造成本方面來判定經濟可行性。

     實施數控化改造的成本y 主要由數控系統費用和改造過程費用兩部分構成，客戶計劃為數控化改造承擔的價格為q。磨床經濟可行性評價的指標值B( 見公式1) 可以通過我們可以建立q 與y 之間的一個關系函數y = q·f，其中，當f≤1 時，磨床將獲利; 然而當f ＞ 1 時，將很難獲取收益。其中，B 的值介于0 ～ 1 之間，式中的界限值主要根據專家實踐經驗而確定。

     1． 2 指標權重的確定

     為了確定各個評價指標的評價值，各個指標的相對權重應該首先確定。文中將應用層次分析法確定各個指標的權重。層次分析法是一種將決策相關元素分解多層次，并進行定性和定量分析的決策方法［10］，當進行方案選擇時，多使用決策分析法［11］。由于用于確定指標權重的唯一信息或知識來源是專家的經驗，權重值由這些專家的反映所決定。

     通過層次分析法來確定各個指標權重有四個步驟，第一是建立層次分析模型; 第二是建立優先級判斷尺度; 第三是建立判斷矩陣; 第四是各指標相對權重值的確定。首先，針對技術可行性指標權重確定問題，建立層次分析模型，如圖2 所示。

     其次，建立優先級判斷尺度，如表4 所示。

                             表4 判斷尺度比較表

     然后根據判斷尺度表，由專家對各指標進行兩兩比較，建立判斷矩陣如表5 所示。

                                    表5 判斷矩陣表

     最后，各指標的權重值通過層次分析法確定，結果M = { 0. 260， 0. 376， 0. 360}1． 3 MA1320 /H 數控化改造舉例在某機床生產企業一臺MA1320 /H 采用傳統的繼電器進行邏輯控制，控制技術落后，但是機械精度高，公司決定對其進行數控化改造。再改造前必須認真合理的評價其數控化改造度。下面是對該機床數控化改造的詳細分析過程。

     1． 3． 1 技術可行性分析

     首先對MA1320/H 普通外圓磨床的技術可行性進行分析，以確保其可通過各種先進技術進行性能提升。基于上節中提出的評價指標量化方法對技術可行性各個指標進行量化，可得到技術可行性評價結果，如表6 所示。

      MA1320 /H 普通外圓磨床數控化改造的技術可行性可通過式A = x1m1 + x2m2 + x3m3，計算得出，A =0. 84 × 0. 260 + 0. 96 × 0. 376 + 0. 90 × 0. 360 = 0. 903，滿足A≥0. 6，根據評價結果，該磨床數控化改造的技術可行性較好，可進入下一步。

      1． 3． 2 經濟可行性分析

     對其實施改造具有較好技術可行性的MA1320 /H進行經濟可行性評價后，計算改造成本以確保磨床有利潤。MA1320 /H 普通外圓磨床數控化改造的改造成本15 萬，隨后，我們假設20 萬作為客戶的價格對改造磨床的成本分析可知，f = 15 /20 = 0． 75( f≤1) 經濟可行性評價值B =1。這表示改造后的磨床具有較好的經濟可行性，制造企業可獲取較大的利潤，經濟效益顯著。

      1． 3． 3 結論

      MA1320 /H 普通外圓磨床具有較好的數控化改造度，改造后的MA1320 /H 保留了機械本體，數控系統采用國產開通數控的KT630 系統，由于其控制系統功能強，能根據加工要求，實現手自動磨削、砂輪可手自動成型修整并自動補償等功能。使用國產開通數控，同樣能夠滿足精度的要求，較一些進口的數控系統降低了采購成本，經濟可行性高。通過對MA1320 /H 數控化改造，增強了其可靠性，提高了該磨床的自動化程度。設計裝配及試加工跟蹤數據表明改造后的磨床節約成本30%以上，且機床性能及穩定性超過原有舊機床。

     2 、結束語

     本文以經濟性、技術性的磨床數控化改造方案綜合評價指標體系為基礎，提出一種磨床數控化改造可行性量化方法，將這種可行性量化方法應用在普通外圓磨床MA1320/H 的數控化改造過程中，收到良好的應用效果。對于磨床數控化改造產業，將這種量化方法應用于實際生產過程中，是該產業快速發展的迫切需求，可為我國磨床改造產業的規模化發展提供理論技術支撐。