造船设备综合能力评价系统研究.doc

造船设备综合能力评价系统研究李发均，董雅丽，李景辉, 戴永清（1.空军雷达学院黄陂校区，武汉 430345；2.空军雷达学院信息对抗系，武汉 430019）摘要：系统重点研究了船体构件加工设备的配置技术，包括边缘加工设备和成形加工设备在船体构件加工设备静态信息、动态信息建模基础上，进一步建立了设备能力模型同时，通过面向设备能力评价——基于成组技术的船体构件编码系统，充分利用CBR技术，实现对工艺设备配置技术人员的技术和经验知识的继承和合理利用运用模糊评判理论对设备进行综合能力的评判，为配置和调度提供技术基础最后达到设备配置和管理的优化关键字：造船设备；能力评价；模糊评判 中图法分类号：U671.99Research on Evaluation System of Shipbuilding Equipments’ comprehensive Ability Li Fajun, Dong Yali, Li Jinghui，Dai Yongqing（Huangpi Compus,AFRA,Wuhan 430345）( Department of Information Countermeasures,AFRA,Wuhan 430019)Abstract：This system has mainly study the configuring of hull component machining equipments, including edge machining equipments and figuration machining equipments. Based on shipbuilding resource static and dynamic information modeling, it has built the equipment model of capability. Contemporary, by the hull component coding system based on Group Technology, and making the best of Case-Based Reasoning Technology, it has come to inherit and with reason make use of the skill and the experience knowledge of the process equipment configuring personnel. It gives the base of configuring and attempering by taking use of fuzzy judging theory on equipment integration capability. Finally, come to the equipment configuring of managing and optimizing, supply correspond information to the equipment attempering.Key words：shipbuilding equipments；ability evaluation；fuzzy judging 1引言对于船体构件加工设备，对零件的直接加工能力主要体现在加工方法和对零件材料、类型、工艺特征的加工能力。

同时还考虑到造船对时间的要求性非常高，所以对设备工作的负荷率和设备的状态非常相关，故在能力评价上还应该考虑设备的负荷能力同时，造船是一个低附加值，高投入的制造业，如何降低成本对企业的效益关系非常之重大，故对设备的选择也要考虑到设备的经济性，本系统主要考虑其中2个经济指标，台时费用和人工费用，将来可以扩展到设备的维修费用等同时，船体构件加工设备配置的经验性非常重要，由于船体构件加工设备和零件的生产管理比较特殊化，相对没有比较标准的流程并且每个生产厂的设备状况和生产管理原则规范都不统一因此，设备配置对技术人员的技术经验要求非常高如何充分利用以往历史的技术人员的经验知识，显得格外地重要因此，还应该考虑以往的设备选择评价经验充分利用设备工艺知识库的知识，并不断的提高知识质量和充实知识库同时，造船行业很多特殊性，比如在同一毛坯上，经常会号料出好几个零件，一般的零件都是单件，故一个毛坯就要生产好几种不一样的零件，为了减少零件加工过程中的物流量，提高生产效率造船厂都有一个不成文的规范，即同一毛坯上的零件尽量配置同一设备（同加工方法）因此，对设备满足该配置原则的能力也应该一起综合考虑本方法从四个方面实现设备综合能力的描述和评价：第一方面,建立设备能力矩阵，对相对固定的零件类型、使用材料等，以零件编码结构为基础，用设备能力矩阵来描述设备对零件类型或材料的直接加工能力；第二方面，通过对设备无故障运行时间、设备负荷率、人工费用和台时费用等的考虑，作为设备加工能力的另一重要因素。

第三方面，建立零件的基于成组技术的零件编码体系，对零件进行相似匹配，找出待评价零件工艺工序相似的工艺工序，找出其对设备选择的历史经验第四方面，考虑到同一毛坯零件尽量选择同一设备的原则下，对设备满足该原则的能力作为描述设备综合能力的一个重要因素最后，共同作为评判因素进行模糊综合评判，最终得出设备对零件的综合能力2设备能力矩阵该方法是从制造资源选取决策的需要而发展起来的描述设备加工能力的一种数学表达在本系统中，直接采用零件成组编码中所描述的零件类型、毛坯等矩阵来设计设备的能力矩阵例如表1所示，为本系统采用的“面向设备能力评价和基于成组技术的造船构件编码体系”中零件类型分类编码的结构表1 形状、毛坯分类编码第一位第二位（空间形状特征)01234560板材平直构件平面非直边构件单向曲度构件双向曲度构件复杂曲度构件具有折角的单向曲度构件具有折角的复杂曲度构件1型材平直构件单向微弯构件复杂曲度构件----表2 边缘、破口特征编码第三位(边缘形状特征)第四位（坡口形状特征)01230直线边直I直V直K直X1曲线边曲I曲V曲K曲X2孔口边孔I孔V孔K孔X与之对应的，可以建立一个10×10的设备能力矩阵来描述设备对零件类型的加工能力。

例如某船体构件加工设备的加工零件类型矩阵为：每个矩阵元素代表着该船体构件加工设备对于该位置零件编码所代表的零件类型的可加工程度，该程度可以分为很适合加工（适应度为1）、适合加工（适应度为0.6）、可以加工（适应度为0.4）和不可加工（适应度为0）当设备对某个特征的适应度大于0.4时，表示该设备可以加工该类型的零件；当适应度小于0.4时，表示不能加工或不适合加工该类型的零件具体应用时，可以根据零件的编码在每个设备的能力矩阵中搜索出该设备对该零件类型的可加工程度，根据该程度筛选出可加工该零件类型的设备由于系统主要面向的是船体构件加工设备，而船体构件加工设备相对比较复杂仅用设备能力矩阵来描述设备能力显然不能满足要求，还必须辅以其他方法，这就是下面介绍的基于CBR技术的设备推荐和设备综合能力模糊评价3 基于CBR技术的设备推荐本系统采用的是基于零件编码的加权相似系数检索法相似性系数是用于衡量新零件与某一个实例相似程度的一个参数，用表示船体构件特征的相似性主要表现为结构特征（形状、尺寸）、材料特征（种类、剖面类型）和工艺特征（加工方法、设备、流程）等的相似性，它们对船体构件的分类起决定性的作用因此，在计算相似性系数时，必须要综合考虑这些因素。

首先根据“基于成组技术的造船构件（零件）编码体系”，为每一个零件编制一个特征编码，共22位，这个编码即包含了零件在上述各个方面的信息然后根据各个码在工艺设备配置中的重要性的不同，分别给它们分配不同的权重接着确定每一位码的不同取值之间的匹配率或称相似度，最后把各位码的匹配率与它们对应的权重相乘并求和，即得两个零件之间的相似度系数，式1相似零件工序匹配算法流程如图1所示图1 相似零件工序匹配算法流程把这22位码分为7个大类，并根据它们在工艺设备推荐过程中的重要程度分配给不同的权重系数如表3所示表3 零件特征编码各码位一级权重系数表类别一级权重一级匹配率材料信息：1位码（毛坯形状）=0.3空间形状：2、3位码=0.2坡口形状：4位码=0.2尺寸：5-7位码（厚、长、宽）=0.2任务截止日期：8-15位码=0.02任务时间段：16-18位码=0.02切割标准长度：19-22位码=0.06的计算公式如下:= *+*+*+*+*+*+*（++++++=1） (式1)可以证明1 表4 零件特征编码各码位权重系数表编码位12345678-1516-1819-22权重0.30.10.10.20.10.050.050.020.020.064 设备综合能力评价方法4.1设备综合能力评价方法概述经过研究，系统采用较为成熟的模糊综合评价方法来进行设备综合能力评价。

但由于设备综合能力包含了较多因素，如果在评价时使用单级模糊综合评判算法，为每个因素赋予一定的权重，将会出现各因素权重过小而导致评判时某些因素因权重过小而被忽略因此，具体评价使用了三级模糊综合评判算法，将与设备综合能力有关的信息分为若干类，作为第三级模糊综合评判因素集；将每个信息类中的各信息子类作为第二级模糊综合评判因素集；将每个信息子类中的各信息作为第一级模糊综合评判因素集；具体设置如图2所示图2 船体构件加工设备加工能力模糊综合评判因素集在本系统中，模糊综合评判的因素集由用户根据实际情况从图2所示的因素集中选择并设置；评判的备择集由所有参与评价的船体构件加工设备组成评判的权重集通过专家评价法来得到4.2 模糊综合评判因素集属性值的获取与模糊化4.2.1模糊综合评判因素集属性值的获取类型设备综合能力模糊综合评价能够准确实施的前提和关键，是获得正确的评判因素属性值针对本系统的特点，系统中评判因素的属性值的获取类型可以分为以下三种情况第一种类型，其属性值为数值，且需要进行设备特征与零件特征间的匹配，比如特征的各项几何参数这类属性值一般采用比值法获得，且保证小于1以龙门剪床为例，其剪床最大加工宽度为10m，而所要加工零件的最大宽度为5m，则评价初始值为：。

第二种类型，其属性值为数值，不需要进行设备特征与零件特征间的匹配，可直接采用该值如经济性、设备状态因素的数值第三种类型，其属性值不是数值型，且存在两种或两种以上的情况如设备的可加工特征，可加工材料等这类属性需要根据具体情况和工艺要求进行赋值若只存在两种情况，即满足要求和不满足要求，则满足条件时赋1值，不满足条件时赋0值；若存在两种以上的情况，则需根据具体要求赋值，如对零件工艺特征的可加工性，若某设备很适合加工该特征，则赋1值，若不能加工，则赋0值，介于可加工与不可加工之间的，则赋0～1之间的值，且值越大说明越适合加工4.2.2模糊综合评判因素集属性值的规范化由于因素集属性值的获取类型不同，其代表的意义和量纲都不同，为了消除不同的物理量纲对决策结果的影响，就需要对获得的因素集属性值进行规范化处理本系统用以下两种方法分别对评价值进行规范化处理：①效益型，属性值越大越好： ， ； ②成。