摘要: 磨床數控（kòng）化（huà）改造是一種基於資源循環利用（yòng）的製造新模式。文章在數控磨床的設計理念、方法以及磨床改造經驗的基（jī）礎上，以磨床數控化改造可行性為研究對象，建立一種基於專家經驗知識的磨（mó）床（chuáng）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，並將這種方法應用到MA1320 /H的數控化改造過程中，為（wéi）MA1320 /H 的設計製造（zào）提供了理（lǐ）論支撐，結果表明改造後的磨床節約成本（běn）30%以上，且性能及穩（wěn）定性超過原有舊機（jī）床。

     關鍵詞: 磨床; 數控化改造; 可行（háng）性; 量化方法

      0 引言

      普通磨床數控化改造是（shì）一（yī）個充分運（yùn）用綠（lǜ）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（jì）術對普通磨床進行可改造度評價、拆卸（xiè）以及創新性（xìng）再設計、再製造、再裝（zhuāng）配的過（guò）程［1］。其目標是充分利（lì）用現有磨床資源，改造後的磨床（chuáng）功能更強、性能在指標（biāo）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（chuáng）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（kòng）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（shēng）命周期過程進行綜合（hé）考慮。對普通磨床的數控化改造度進行評定（dìng），首先需確定數控化（huà）改造度評價指標體係。在對磨床數控（kòng）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（jì）可行性兩個方麵來考慮。可行性評估指標如表（biǎo）1 所示（shì），可行（háng）性評估指標主要（yào）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（biāo）表

     1． 1． 1 技術可行性評估指標及量化

     相比（bǐ）於機床製造過程，技術可（kě）行性在機床數控（kòng）化改造方麵顯得（dé）尤為（wéi）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（cóng）改造工藝過程的各個階段進（jìn）行考慮，包括零部（bù）件通借用（yòng）可行性、整（zhěng）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（líng）部件通借用（yòng）是數控（kòng）化改造過程（chéng）的第一（yī）步，是（shì）重新進入改造工藝過程的基礎與前提（tí）。零部件（jiàn）通借用可以為磨床的改造節省大量重新（xīn）設（shè）計的時間，而零部（bù）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（shù）量等方麵對其進行評（píng）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（gāi）指標的量化難度，主要由專家評判通零部件借用程（chéng）度來評定。評判結果x1可分為{ A，B，C} ，分別對（duì）應的指標值為{ 0. 95， 0. 65， 0. 40} 。

     ( 2) 整機性能升（shēng）級可行性

     隨著客戶對磨床加工精（jīng）度、自動化水平、能效水平（píng）等性能要求的越來越高，僅僅將數控係統安裝應用在普通磨床上已不能滿足（zú）客戶需求，而需要通（tōng）過各類高（gāo）新技（jì）術對普通磨床進行功能及性能提升［5］。為（wéi）了使該指標可量化（huà），主（zhǔ）要通過衡量磨床精（jīng）度（dù）提升來評判該性能提升的可（kě）行性（xìng）。表2 是衡量磨床精度的諸項指標向量表。A 表示數控（kòng）化改造磨床精度指標值（zhí）構成的向量，B 表示普通磨床對應（yīng）的出廠標（biāo）準各精（jīng）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（yǔ）一般分為較好、好、一般、差、很差。精度評價指標（biāo）表如表（biǎo）3 所示，其中的界限值主要通過（guò）工業實踐與專家經驗來確定。

     對數控化改造（zào）磨床的精度（dù）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（jǔ）陣，p l表示（shì）第l 項指標cl的權重係數（shù），其（qí）中p1 +p2 +… + pl +… + pm = 1。

     ( 3) 再裝配簡易性

     將（jiāng）零部件裝配一台磨床而同時（shí）保證（zhèng）產（chǎn）品質量的關鍵因素取（qǔ）決於（yú）再裝配的簡易性［6］，花費（fèi）在再裝配流程上的時間越短，成本就會越低。由於再裝配的工藝過程的不確定性，評定再裝（zhuāng）配的簡易性很難定量分析（xī），隻能通過專家評定（dìng）方法來進行定性描（miáo）述。將x3的評價結果分為{ A，B，C，D} ，分別對應（yīng）的指標值為{ 0. 9，0. 75， 0. 60， 0. 45} 。
基於以上（shàng）對技術可行性中零部件（jiàn）通借（jiè）用可行性、整（zhěng）機性能升級可行性（xìng）及再裝配簡易性三個指標的分析，可得出數（shù）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（zhǐ）標（biāo）及量化

     對於機床製造企業而言（yán），實施（shī）數控化（huà）改造的最主要目的是獲取（qǔ）可（kě）觀的經濟收益［7］。機床的附加值越高，經濟效益就會越顯（xiǎn）著［8］。機床附加值越（yuè）大、改造成本（běn）越低，經（jīng）濟可行性越好，改造（zào）度就（jiù）會越高［9］。磨床數（shù）控化改造也遵循（xún）這一規律，同時還具有顯著的（de）間接經濟（jì）效（xiào）益，可節約客戶大量的設備資金投入，交（jiāo）貨（huò）期縮（suō）短一半，而性（xìng）能超出（chū）原有磨床。理論（lùn）上間接經濟效益也同樣（yàng）較難評定，因此本文主要從數控化改造成本方麵來判定經濟可行性。

     實（shí）施數控化改造的成本y 主要（yào）由數控係統費用和改造過（guò）程費用兩部分構成，客戶計劃（huá）為數控化改造承擔的價格為q。磨（mó）床經濟（jì）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 之間的一個關係函數y = q·f，其中，當f≤1 時，磨床（chuáng）將獲利; 然（rán）而當f ＞ 1 時，將很難獲取收益。其中，B 的值介於0 ～ 1 之間，式中（zhōng）的界限值主要根（gēn）據專家實（shí）踐經驗而確定。

     1． 2 指標權重的（de）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（dìng）。文中將應用層次分析法確定（dìng）各個（gè）指標的權重。層次（cì）分析法是一種將決策相關元素分解（jiě）多（duō）層次，並進行定性和定量分析的決策方法［10］，當進行方案選（xuǎn）擇時，多使用（yòng）決策分析法［11］。由於用於確定指標權重的唯一信息或（huò）知識來源是專家的經驗，權重值（zhí）由這些專家的（de）反映所決定。

     通過層次分析法來確（què）定各個指標權重有四個步驟，第一是（shì）建立層（céng）次分析模型; 第二是建立優先級判斷尺度; 第三是建（jiàn）立判斷矩陣（zhèn）; 第四是各（gè）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（qí）次，建立優先級（jí）判斷尺（chǐ）度，如表4 所（suǒ）示。

                             表4 判斷尺度比較表

     然後根（gēn）據判斷尺度（dù）表，由專家對各指標進行兩兩比較，建（jiàn）立判斷（duàn）矩陣如表5 所示。

                                    表5 判斷矩陣表

     最後，各指標的權重值通過層次分析法（fǎ）確定，結果M = { 0. 260， 0. 376， 0. 360}1． 3 MA1320 /H 數控化改造舉例在（zài）某機床生（shēng）產企業一台MA1320 /H 采用傳統的繼電器進行邏（luó）輯控製，控製（zhì）技術落後（hòu），但是機械精度高，公司決定對其進行數控化改（gǎi）造。再（zài）改造前必須認真合（hé）理的評價其數控化改造度。下麵是（shì）對該機床數控化（huà）改（gǎi）造（zào）的詳細分析過（guò）程。

     1． 3． 1 技術可行性分析

     首先對（duì）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。基於上節中提出的評價指標量化（huà）方法對技術可行性各個指標進行量化，可得到技術（shù）可行性評價結果，如表（biǎo）6 所示。

      MA1320 /H 普通外圓磨床數（shù）控化改造的技術可行（háng）性可通過式A = x1m1 + x2m2 + x3m3，計算得（dé）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（yī）步。

      1． 3． 2 經濟（jì）可行性分析（xī）

     對其（qí）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後，計算改造成本以確保磨床有（yǒu）利（lì）潤（rùn）。MA1320 /H 普（pǔ）通外圓磨床數控化改造（zào）的改造成本15 萬，隨後，我們假設20 萬作為客戶的價格（gé）對改造磨床的成本分析可知，f = 15 /20 = 0． 75( f≤1) 經濟可（kě）行性評（píng）價值B =1。這表示改造後的磨床（chuáng）具有較好的經濟可行性，製造企業可（kě）獲（huò）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，改造後的MA1320 /H 保留了機械本體，數控係統采用國產開通數控（kòng）的（de）KT630 係統，由於其控製係統功能強，能根據加工要求，實現手自動（dòng）磨削、砂輪可手自動成型修整並自動補償（cháng）等功能（néng）。使用（yòng）國產（chǎn）開通數（shù）控，同樣能夠滿足精度的要（yào）求，較一（yī）些進口（kǒu）的數（shù）控係統降低了采購成（chéng）本，經濟可行（háng）性高。通過對MA1320 /H 數控化（huà）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（shì）加（jiā）工（gōng）跟蹤數據表明改造後的磨床節約成本30%以上，且機床性能及穩定性超過原有舊（jiù）機床。

     2 、結束語

     本文（wén）以經濟性、技術性的磨床數控化改造方案綜合評價指標體係為基礎，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（mó）床MA1320/H 的數控（kòng）化改造過程中，收到良好的應用效果。對於磨床（chuáng）數控化改造產業，將這種（zhǒng）量化方法應用於實際生產（chǎn）過程中，是該產業快速發展的迫切需求，可為（wéi）我國磨床改造產業的規模化發展提（tí）供理（lǐ）論技術支撐。