CN107292090A - 一种高速压力机结构方案综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速压力机结构方案综合评价方法，首先确立高速压力机结构方案的综合评价指标体系，给定各项评价指标所需接近或避开的目标值以及其权重，将各候选方案的评价指标值表示为实数、区间数或三角模糊数，然后将各候选方案中的偏离型和固定型评价指标进行等效变换后加权规范化，将效益和成本型评价指标直接进行加权规范化，根据各评价指标的类型来确定正负理想解，计算各方案分别到正负理想解的距离，根据各方案到正负理想解的距离求得相对贴近度，相对贴近度最大的候选方案即为最佳方案。本发明基于TOPSIS法，结合区间可能度和相对偏好关系对高速压力机结构方案进行综合评价，可有效地获得综合性能优且结构工艺性好的最佳方案。

Description

一种高速压力机结构方案综合评价方法

技术领域

本发明涉及压力机技术领域，尤其涉及一种高速压力机结构设计方案综合评价方法。

背景技术

高速压力机是一种以连续式高速冲压为目的的自动冲床，因其具有清洁绿色生产的优势被广泛应用于汽车、航空航天、仪表等行业。在高速压力机设计过程中，其结构方案优化对实现低成本高精密冲压、延长配套模具使用寿命等有着直接而重要的影响。滑块和上横梁是高速压力机的关键组成部分。其刚度、强度等力学性能指标极大地影响着冲压制品的质量和配套模具的使用寿命。高速压力机滑块的刚度通常用冲压过程中的最大变形量予以表示，即滑块的最大变形量越大，其刚度就越高。若高速压力机的上横梁长时间的应力集中可能产生疲劳裂纹和损伤。在高速压力机工作过程中，当任何一个固有频率接近冲压频率时，会发生共振现象，从而将导致高速压力机关键部件的损坏甚至是高速压力机的崩溃。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高速压力机结构方案综合评价方法，高速压力机结构方案的综合评价指标体系中，给定各项评价指标所需接近或避开的目标值以及其权重，将各候选方案的评价指标值表示为实数、区间数或三角模糊数，然后将各候选方案中的偏离型和固定型评价指标进行等效变换后加权规范化，将效益和成本型评价指标直接进行加权规范化，根据各评价指标的类型来确定正负理想解，并计算出各方案分别到正负理想解的距离，从而根据各方案到正负理想解的距离求得相对贴近度，则相对贴近度最大的候选方案即为结构的最佳方案。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高速压力机结构方案综合评价方法，包括以下步骤：

1)根据高速压力机的性能需求与工艺要求，确定高速压力机结构方案的综合评价指标体系，给定各项评价指标所需接近或避开的目标值K_j(j＝1,2,…,n)以及其权重w_j(j＝1,2,3,…,n)，获取各候选方案的评价指标值；其中，j为评价指标的序号。

2)将各候选方案的评价指标值表示为相应的实数、区间数或三角模糊数，构造n项评价指标对m个高速压力机结构候选方案的综合决策矩阵F＝[f_ij]_m×n,(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)；

3)将各候选方案中的偏离型和固定型评价指标进行等效变换后进行向量规范化，将效益和成本型评价指标直接进行向量规范化，构造规范化综合决策矩阵R＝[r_ij]_m×n；所述等效变换具体为：将评价指标值减去相应的目标值，使偏离型评价指标等效变换成负理想解为0的效益型指标，使固定型评价指标等效变换成正理想解为0的成本型指标；

①当评价指标值为实数时，等效变换后直接取其绝对值进行向量规范化；

②当评价指标值为区间数时，利用区间可能度比较等效变换后的评价指标值与0的大小，将比0小的评价指标关于0作对称变换后进行向量规范化；

③当评价指标值为三角模糊数时，利用相对偏好关系比较等效变换后的评价指标值与0的大小，将比0小的评价指标值关于0作对称变换后进行向量规范化。

4)构造加权规范化综合决策矩阵G＝[g_ij]_m×n；

候选方案i(i＝1,2,…,m)的第j(j＝1,2,…,n)个评价指标加权规范化为

g_ij＝w_jr_ij(i＝1,2,3,…,m；j＝1,2,3,…,n) (式1)

其中，

5)根据G中的各评价指标的类型和数学表达方式来确定第j(j＝1,2,…,n)个评价指标的正负理想解；

6)计算出各方案分别到正负理想解的距离；

候选方案i(i＝1,2,…,m)分别到正理想解的距离和负理想解的距离为：

其中，为候选方案i的第j个评价指标到正理想解的距离；为候选方案i的第j个评价指标到负理想解的距离。

7)根据步骤6)得到的距离计算出各方案的相对贴近度；

候选方案i(i＝1,2,…,m)的相对贴近度为：

8)选择相对贴近度最大的设计方案作为最优的结构方案。

进一步地，所述步骤2)中，

2.1)当评价指标值为实数时表示为f_ij；

2.2)当评价指标值为区间数时表示为其中，为区间数的下界，为区间数的上界；

2.3)当评价指标值为模糊数时，采用三角形隶属函数来描述，表示为其中，为三角模糊数的下界，为三角模糊数的上界；为三角模糊数的中心。

本发明的有益效果是：现有的基于TOPSIS的综合评价方法无法用于处理含有偏离型和固定型指标的高速压力机结构方案多属性决策问题，本申请通过对偏离型和固定型指标进行等效变换，使其分别转换为负理想解为0的效益型指标和正理想解为0的成本型指标，这样可用于处理同时含有成本型、效益型、偏离型和固定型指标的多属性决策问题，并考虑了实数、区间数和模糊语言三种指标值类型。将处理后的各评价指标统一加权规范化，可快速确定各评价指标的正负理想解，并计算出各方案分别到正负理想解的距离。利用各方案到正负理想解的距离计算出相对贴近度，从而将相对贴近度最大的候选方案作为结构的最佳方案。该多类型指标综合评价方法简单高效，可用于处理含有固定型和偏离型的决策问题，能快速地从候选方案中找出最优方案。

附图说明

图1为高速压力机结构方案综合评价的流程图。

具体实施方式

本发明的高速压力机的结构方案优选以3000kN公称力和80-240spm冲压频率的高速压力机为例。因此，在高速压力机设计过程中，需使滑块的最大变形量尽量小，而上横梁有必要确保其强度，使其最大等效应力小于[60,61]MPa。与此同时，滑块在80-240spm冲压频率的冲压过程中，其低阶固有频率应避开1.33-4Hz范围，防止产生共振。考虑到滑块的固有频率接近50Hz的工作频率时也有可能发生共振，因而也需避开此频率范围。此外，整个高速压力机的结构工艺性的好坏对其生产成本有着重要影响，也作为评价指标之一。由此可见，高速压力机的结构方案优选是一个涉及实数型、区间型和模糊语言型等多类型评价指标的综合决策过程。现有的基于TOPSIS的多指标评价方法通常只能应用于具有多个相同类型评价指标的综合决策问题，且存在一定的局限性。因此，需要研究一种基于TOPSIS法，能够有效地处理含有成本型、效益型、固定型和偏离型的多类型混合指标(指标可表示为实数、区间数和模糊语言)的综合评价方法，应用于高速压力机结构方案的综合决策，以快速选出滑块最大变形量小、上横梁最大应力满足要求、防止共振发生且结构工艺性好的结构设计方案。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。高速压力机结构方案综合评价的流程见图1所示。

1)根据高速压力机的性能需求与工艺要求，确定高速压力机结构方案的综合评价指标体系，给定各项评价指标所需接近或避开的目标值K_j(j＝1,2,…,n)以及其权重w_j(j＝1,2,3,…,n)，获取各候选方案的评价指标值；

根据3000kN公称力和80-240spm冲压频率的高速压力机的性能需求与工艺要求，选择滑块最大变形量、上横梁最大应力、滑块最接近冲压频率的固有频率、滑块最接近工作频率的固有频率、整机结构工艺性共5项评价指标，构建高速压力机结构设计方案的评价指标体系。获取9个候选设计方案的评价指标值，如表1所列，滑块最大变形量为实数型指标，上横梁最大应力、滑块固有频率为区间数型指标，结构工艺性指标为模糊语言指标。

各评价指标所需接近或避开的目标值以及其权重如下：

滑块最大变形量所需接近的目标值为K₁＝0mm，w₁＝0.3；

上横梁最大应力所需接近的目标值为K₂＝[60,61]MPa，w₂＝0.2；

滑块接近冲压频率的固有频率所需避开的目标值为K₃＝[1.33,4]Hz，w₃＝0.15；

滑块接近工作频率的固有频率所需避开的目标值为K₄＝[50,50]Hz，w₄＝0.15；

整机结构工艺性所需接近的目标值为K₅＝(1,1,1)，w₅＝0.2。

2)将各候选方案的评价指标值表示为相应的实数、区间数或三角模糊数，构造结构方案综合决策矩阵，如表1所列；

结构工艺性指标用模糊语言{差、较差、中等、较好、好}来评价，采用三角形隶属函数，将其转换为三角模糊数即为{[0,0.1,0.2],[0.2,0.3,0.4],[0.4,0.5,0.6],[0.6,0.7,0.8],[0.8,0.9,1]}。9个候选方案的工艺性如表1中第6列所示。其它实数型指标和区间型指标如表1中第2至5列所示。

表1

3)将各评价指标值统一规范化，构造规范化综合决策矩阵R＝[r_ij]_m×n；

3.1)滑块最大变形量和结构工艺性分别为成本和效益型评价指标，分别计算出候选方案滑块最大变形量和结构工艺性评价指标的规范化值，其中i＝1,2,…,9，j分别取1和5，其结果如表2中第2和6列所示；

3.2)上横梁最大应力为固定型评价指标且数学表达方式为区间数，计算出候选方案上横梁最大应力评价指标的规范化值，其中i＝1,2,…,9，j取2，K_j取K₂＝[60,61]，其结果如表2中第3列所示；

3.3)滑块固有频率为偏离型指标且数学表达方式为区间数，分别计算出候选方案滑块接近冲压频率的固有频率、滑块接近工作频率的固有频率两评价指标的规范化值，其中i＝1,2,…,9，j分别取3和4，K_j分别取K₃＝[1.33,4]和K₄＝[50,50]，其结果如表2中第4和5列所示。

表2

4)构造加权规范化综合决策矩阵G＝[g_ij]_m×n；

利用式(1)计算出候选方案各评价指标的加权规范化值，其中w₁至w₅分别取0.3、0.2、0.15、0.15、0.2，其结果如表3所示。

表3

5)确定各评价指标的正负理想解；

滑块最大变形量为实数成本型指标，上横梁最大应力为区间数固定型指标，滑块接近冲压频率的固有频率、滑块接近工作频率的固有频率两评价指标都为区间数偏离型指标，结构工艺性为三角模糊数效益型指标，根据G中的各评价指标的类型和数学表达方式来获得各评价指标的正负理想解，如表4所示。

表4

6)计算出各方案分别到正负理想解的距离；

利用式(2)计算出各候选方案到正理想解的距离，其结果如表5中第2列所示；

利用式(3)计算出各候选方案到负理想解的距离，其结果如表5中第3列所示。

7)计算出各方案的相对贴近度；

利用式(4)计算出各候选方案的相对贴近度，其结果如表5中第4列所示；

8)选择相对贴近度最大的设计方案作为最优的结构方案。根据表5中第5列所示的各候选方案的相对贴近度计算结果的排序，方案4的相对贴近度最大，因此，方案4为高速压力机结构的最佳方案。

表5

方案	到正理想解的距离	到负理想解的距离	相对贴近度	排序
					1	0.1979	0.1803	0.4768	5
2	0.1517	0.1681	0.5258	3
					3	0.2066	0.185	0.4725	6
4	0.0985	0.2378	0.7072	1
					5	0.2087	0.175	0.4562	7
6	0.138	0.2255	0.6204	2
					7	0.1749	0.1769	0.5028	4
8	0.2169	0.1343	0.3824	8
					9	0.234	0.1221	0.3428	9

Claims (2)

1.一种高速压力机结构方案综合评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据高速压力机的性能需求与工艺要求，确定高速压力机结构方案的综合评价指标体系，给定各项评价指标所需接近或避开的目标值以及其权重，获取各候选方案的评价指标值；

2)将各候选方案的评价指标值表示为相应的实数、区间数或三角模糊数，构造n项评价指标对m个高速压力机结构候选方案的综合决策矩阵F；

3)将各候选方案中的偏离型和固定型评价指标进行等效变换后进行向量规范化，将效益和成本型评价指标直接进行向量规范化，构造规范化综合决策矩阵R；所述等效变换具体为：将评价指标值减去相应的目标值，使偏离型评价指标等效变换成负理想解为0的效益型指标，使固定型评价指标等效变换成正理想解为0的成本型指标；

①当评价指标值为实数时，等效变换后直接取其绝对值进行向量规范化；

②当评价指标值为区间数时，利用区间可能度比较等效变换后的评价指标值与0的大小，将比0小的评价指标值关于0作对称变换后进行向量规范化；

③当评价指标值为三角模糊数时，利用相对偏好关系比较等效变换后的评价指标值与0的大小，将比0小的评价指标值关于0作对称变换后进行向量规范化。

4)构造加权规范化综合决策矩阵G；

5)根据G中的各评价指标的类型和数学表达方式来确定每个评价指标的正负理想解；

6)计算出各方案分别到正负理想解的距离；

7)根据步骤6)得到的距离计算出各方案的相对贴近度；

8)选择相对贴近度最大的设计方案作为最优的结构方案。

2.根据权利要求1所述的高速压力机结构方案综合评价方法，其特征在于，所述步骤2)中，n项评价指标对m个高速压力机结构候选方案的综合决策矩阵F＝[f_ij]_m×n,(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)；

2.1)当评价指标值为实数时表示为f_ij；

2.2)当评价指标值为区间数时表示为其中，为区间数的下界，为区间数的上界；

2.3)当评价指标值为模糊数时，采用三角形隶属函数来描述，表示为其中， 为三角模糊数的下界，为三角模糊数的上界；为三角模糊数的中心。