摘要: 磨床數控化改造是一種基於（yú）資源循環利（lì）用的（de）製造新模式。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（shù）控化改造可行性為研究對象，建（jiàn）立一種基於專家經驗知識（shí）的磨床數控（kòng）化改造綜合評估方法模型，提出一種可行性的量化方法，並將這種方法應用到MA1320 /H的數控化改造過（guò）程中，為MA1320 /H 的設計製造提供了理論支撐，結果表明改造後的磨床節約成本30%以上，且性能及穩定性超（chāo）過原有舊機床。

     關鍵詞: 磨床（chuáng）; 數控化改造; 可行性; 量化方法

      0 引言

      普（pǔ）通磨床數控化改造是一個充分運（yùn）用綠色製造技術和其它先進製造技術、信息技術、數控及自動化技術等高新技術對普通（tōng）磨床進行（háng）可改造度評價、拆卸以及創（chuàng）新性再設計、再製（zhì）造（zào）、再裝配的過程［1］。其目標是充分利用現有磨床資源，改造後的磨床功能更強、性能（néng）在（zài）指（zhǐ）標更（gèng）優，實現資源循環利用和磨床質量跨越式提（tí）升。目（mù）前，我國（guó）存在大量（liàng）的普（pǔ）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（jià）總體框架

     1． 1 可行性評估指標及量化

     分析（xī）磨床數控（kòng）化改造須從零部件通借用（yòng）、再加工、性（xìng）能升級、再裝配以及再使用等生命（mìng）周（zhōu）期過程（chéng）進（jìn）行綜合（hé）考慮。對普通磨床的（de）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係（xì）。在對磨床數（shù）控化改造行（háng）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（píng）估主要從技（jì）術可（kě）行（háng）性、經濟可行性兩個方麵來考慮（lǜ）。可行性評估（gū）指標如表1 所示，可行性（xìng）評估指標主要由技術可行性、經濟可行（háng）性兩部分（fèn）組成。

                              表1 可行性（xìng）評估指標表（biǎo）

     1． 1． 1 技術可行性評估指標及量化

     相比於機（jī）床製造（zào）過程，技術可行性在機床數控化改造方（fāng）麵（miàn）顯得尤為重要，因為技術（shù）可行性是獲得用戶肯定的（de）首要因素［4］。技（jì）術可行性應該從改造工藝過程的（de）各個階段進行考慮，包括零部（bù）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（jiàn）通（tōng）借用可行性

     零部件通借用是數控（kòng）化改造（zào）過程的第一步，是重新（xīn）進入改造工藝過（guò）程的（de）基礎與前（qián）提。零部件（jiàn）通借（jiè）用可以為磨床（chuáng）的（de）改造（zào）節省（shěng）大量重（chóng）新設計的時間，而零部（bù）件的通借用一般由專家（jiā）在重新設（shè）計前從磨床（chuáng）的整體結構、連接方式、零部件類型及數量等方麵對其進行評定。為了簡化以及（jí）定量化零部件通借（jiè）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（kě）用型及不（bú）可借用型。為了降低該指（zhǐ）標的量化難度，主要由專（zhuān）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（de）指標值為{ 0. 95， 0. 65， 0. 40} 。

     ( 2) 整機性能升級可行性

     隨著（zhe）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（gāo），僅僅將數控係統安裝應用在普通磨床上已不能滿足客戶需求，而需要通（tōng）過各類高新（xīn）技（jì）術對普（pǔ）通磨床進行功（gōng）能及性能提升［5］。為了使該指（zhǐ）標可量（liàng）化，主要通過衡量磨床（chuáng）精度提升來評判該性能提升的可（kě）行性。表2 是衡量磨床精度的諸項（xiàng）指標向量（liàng）表。A 表示數控化改造（zào）磨床精度指標值構成的向量，B 表示普通磨床對（duì）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（dù）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（yǔ）專家經（jīng）驗（yàn）來確定。

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

     ( 3) 再（zài）裝配簡易性

     將零部件裝配一台（tái）磨床而同（tóng）時保證產品質量（liàng）的（de）關鍵因素取決於再裝配的簡易性［6］，花費在再裝配（pèi）流程（chéng）上的時間越短，成本就會越（yuè）低。由於（yú）再裝配的工藝過程的不確定性，評定再（zài）裝配的簡易性很難定量分析，隻能通（tōng）過專（zhuān）家評定（dìng）方法來進行（háng）定性描述。將x3的評價結果（guǒ）分（fèn）為{ A，B，C，D} ，分別對應的（de）指標值為{ 0. 9，0. 75， 0. 60， 0. 45} 。
基於以（yǐ）上對技術可行性中零部件（jiàn）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（kě）得出數控化（huà）改（gǎi）造（zào）磨床技術可行性的評價值A，A = x1m1 + x2m2 + x3m3。其（qí）中m1、m2、m3分別代表x1、x2、x3的權重值，可（kě）通過層次分析法來確定。

     1． 1． 2 經濟可行性指（zhǐ）標及量化（huà）

     對於（yú）機床製造企業而言，實（shí）施數控化（huà）改造的最主要目的是獲取可觀的經濟收益［7］。機床（chuáng）的（de）附加值越高，經濟效益就會越顯著［8］。機床附加值越（yuè）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（jiāo）貨期縮短一半，而（ér）性能超出原有磨床。理論上間（jiān）接經濟（jì）效益也同樣較難（nán）評定（dìng），因此本文主（zhǔ）要（yào）從數控化改造成本方（fāng）麵來判定經濟可行性。

     實施數（shù）控化改（gǎi）造的成本y 主要由數控係統費用（yòng）和改造過程費用兩部分構成，客戶計劃為數（shù）控化改造承擔的價格為q。磨床經濟可行性（xìng）評價（jià）的指標值（zhí）B( 見公（gōng）式1) 可以通過（guò）我們可以建立（lì）q 與y 之間的一個關係（xì）函數y = q·f，其中，當f≤1 時（shí），磨床將獲利; 然而當f ＞ 1 時，將（jiāng）很難獲取收益。其中，B 的值介於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（biāo）權（quán）重的確定

     為了確定各個評價指標（biāo）的評價值，各個指標的相對權重（chóng）應該首先確定。文中將應用層次分析法確定各個（gè）指標的權重。層次分析法是一種將決策相關元素分（fèn）解多層次，並進行定性（xìng）和定量分（fèn）析的決策方（fāng）法［10］，當進（jìn）行方案選擇時，多使用（yòng）決策分析（xī）法［11］。由於用於確定指標權重的唯一（yī）信息或知識來（lái）源是專家的經驗，權重值由這些專家的反映所決定。

     通過層（céng）次分（fèn）析法來確（què）定各（gè）個指標權重有四個步驟（zhòu），第一是建立層次分析（xī）模型; 第二是建立優先級判斷尺（chǐ）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（xìng）指標權重確定問題，建立層次分析模型，如圖2 所示（shì）。

     其次，建立優先級（jí）判（pàn）斷尺度，如表4 所示。

                             表4 判斷尺度比較表

     然後根據判斷尺度表，由專家對各（gè）指標進行兩兩比較（jiào），建立判斷矩陣如（rú）表5 所示。

                                    表5 判斷矩陣表

     最後，各指標的權重值通過層次分（fèn）析法確定，結（jié）果M = { 0. 260， 0. 376， 0. 360}1． 3 MA1320 /H 數（shù）控（kòng）化改造（zào）舉例在某機床生產企業一台MA1320 /H 采用傳（chuán）統（tǒng）的繼電器進行邏輯控製，控製技術落後，但是機械精度高，公司決定對其進行數控（kòng）化改造。再改造前必須認真合理的評價其數控化（huà）改造度。下麵是（shì）對該機床數控化改造的詳細分析（xī）過程。

     1． 3． 1 技術可行性分析

     首先對MA1320/H 普通外圓磨床（chuáng）的技術可行性進行分析（xī），以確保（bǎo）其可通過各種先進（jìn）技術進行（háng）性能提升。基於上節中提出的評價指標量化方法（fǎ）對技術可行性各個指標進行量化，可得到技術可行性評（píng）價結果（guǒ），如表6 所示。

      MA1320 /H 普通外圓磨床數控化改造（zào）的技（jì）術可行性可通過式A = x1m1 + x2m2 + x3m3，計算（suàn）得出（chū），A =0. 84 × 0. 260 + 0. 96 × 0. 376 + 0. 90 × 0. 360 = 0. 903，滿（mǎn）足A≥0. 6，根據評價結（jié）果，該磨床數控化改造的技術可行性（xìng）較好，可進入下一步。

      1． 3． 2 經濟可行性分析

     對其實施改（gǎi）造具有較好技術可行性的MA1320 /H進行經濟可行（háng）性評價後，計算（suàn）改（gǎi）造成本以確保磨床有利潤。MA1320 /H 普通（tōng）外圓磨床數控化改造的改造成本15 萬，隨後（hòu），我們假設20 萬作為客戶（hù）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。這表示改造後的（de）磨床具有較好的經濟可行性，製造企業（yè）可獲取較大的利潤，經濟效益顯著（zhe）。

      1． 3． 3 結論

      MA1320 /H 普通外圓磨床（chuáng）具（jù）有較好（hǎo）的數控化（huà）改造（zào）度，改造後的MA1320 /H 保留了機械本體，數（shù）控係統采（cǎi）用國產開通數控的KT630 係統，由於其控製係統功（gōng）能強，能根據加工要求，實現手自動磨削、砂輪可手自（zì）動成型修整（zhěng）並自動補償等功能。使用國產開通數控，同樣能（néng）夠滿足精度的要求（qiú），較一些進口的數（shù）控（kòng）係統降低（dī）了采購成本，經濟可（kě）行性高。通過（guò）對MA1320 /H 數控化改造，增強（qiáng）了其可靠性（xìng），提高了該磨床的自動化程度。設計裝配及試加工（gōng）跟蹤數據表明改造後的磨床節（jiē）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（yǐ）經濟性、技術性的磨床數控（kòng）化改造方案綜合評價指標體係為（wéi）基礎，提出一種磨床數控化改造可行性量化方（fāng）法，將這（zhè）種可行性量化方法應（yīng）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。對於磨床（chuáng）數控化改造產（chǎn）業，將（jiāng）這種量（liàng）化方法應用於實際生產過程中（zhōng），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（zhǎn）提供（gòng）理論技術支撐。