（应用数学专业论文）切削液选择系统研究与开发.pdf

哈尔滨理t 大学理学硕+ 学位论文 切削液选择系统研究与开发 摘要 本文通过对数据库技术及综合评价方法的研究，设计开发了切削液选择 系统；针对从切削液数据库中选取的结果结合切削液性能指标，建立了切削液 a h p 层次结构及模糊综合评价模型；结合三角模糊数构建了多目标决策模型， 并进行了切削液实例的验证。 论文首先对专家数据和实际需求进行分析研究，建立了切削液数据库。 对从切削液数据库中得到的结果建立了切削液的a h p 层次结构及模糊综 合评价模型。该模型将模糊数学理论与层次分析法相结合，首先利用层次分析 法将评价问题因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，通 过两两比较的方法形成决策矩阵，确定各因素权重。其次以模糊数学理论为基 础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化。该 方法是一个多层次多指标，定量与定性分析相结合，全面的综合评价方法。 该模型将切削液的性能指标分层，降低了人为因素在确定指杯权重值时的 影响，使得指标权重的确定相对容易、合理：且使得各性能指标在综合评价中 能得到有效的体现，而模糊综合评价的引入使得评价结果更加符合人的常规思 维。 在对三角模糊数和模糊评价研究的基础上，优化了基于期望值的三角模糊 数互补判断矩阵的排序法。建立了切削液模糊多目标决策模型，采用加权折中 的方法解决切削液的多目标决策问题。目标权重的选取体现了决策者的偏好信 息，为了使评价结果更为准确合理，创造性地引入三角模糊数束规范决策者对 目标权重的选取，避免了决策者权重选取的盲目性。 论文的研究成果丰富了综合评价的理论和方法，将计算机数据库技术、数 学理论与工程实际相结合，实现了切削液的优选。 关键词：切削液；综合评价；模糊；数据库；多目标决策 竺竺堡塞三耋耋塞兰罂兰兰堡堡三 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fs e l e c t i o ns y s t e mo f c u t t i n gf l u i d s a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , b ys t u d y i n gt h ed a t a b a s et e c h n i q u ea n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m e t h o d s ，as e l e c t i o ns y s t e mo fc u t t i n gf l u i di sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d a h p h i b e r a r c h ys t r u c t u r ea n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l sa r ee s t a b l i s h e df o r t h er e s u l t sf r o mt h ed a t a b a s eo fc u t t i n gf l u i d sb yc o m b i n i n gt h ep e r f o r m a n c ei n d i c e s a n dam u l t i - o b j e c t i v ed e c i s i o n - m a k i n gm o d e lf o rc u t t i n gf l u i d si sg i v e nb ya p p l y i n g t r i a n g u l a rf u z z yn u m b e r f i n a l l yt h em o d e l sa l et e s t e db ys o m ec u t t i n gf l u i d i n s t a n c e s f i r s to fa l l ，t h ee x p e r td a t aa n dp r a c t i c a ld e m a n d sa r ea n a l y z e da n dt h e nt h e d a t a b a s eo f c u t t i n gf l u i d si ss e t 叩 a h ph i b e r a r c h ys t r u c t u r ea n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l sa r e e s t a b l i s h e d 。w h i c hc o m b i n ef u z z yt h e o r y 、i t ha n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，f o rt h e r e s u l t sf r o mt h ed a t a b a s eo fc u t t i n gf l u i d s f i r s t l y , b ya r r a n g i n ge v a l u a t i o np r o b l e m s a c c o r d i n gt oa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 。a na n a l y t i cm u l t i h i b e r a r c h ym o d e l ，i nw h i c h t h ew e i g h t sa r ed e t e r m i n e df o re a c hf a c t o rb yf o r m i n gad e c i s i o n - m a k i n gm a t r i xb y c o m p a r i s o n ，i sc o n s t r u c t e d s e c o n d l y , b a s e do nf u z z yt h e o r ya n dp r i n c i p l eo ff u z z y r e l a t i o nc o m p o s i t i o n , t h ef a c t o r sw h o s eb o u n d a r i e sa r en o te x p l i c i to rc a nn o tb c e a s i l yq u a n t i t a t i v e l yd e s c r i b e da r eq u a n t i f i e d t h eg i v e nm e t h o d ，w h i c hc o m b i n e s q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s w i t hq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，i sam u l t i l e v e l ，m u l t i - i n d e xa n d g e n e r a lm e t h o df o rc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n s i n c ea h pm o d e ld e l a m i u a t e st h ep e r f o r m a n c ei n d i c e so fc u t t i n gf l u i d , t h e i n f l u e n c eo fm a n - m a d ef a c t o r so nf i x i n gt h ew e i g h to fa ni n d e xc a nb er e d u c e d a sa r e s u l t ，t h ew e i g h t so fi n d i c e sc o u l db ef i x e de a s i l ya n dr e a s o n a b l ya n de v e r y p e r f o r m a n c ei n d e xc o u l db es h o w ni nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ne f f e c t i v e l y t h e i n t r o d u c t i o no f 吻c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm a k e st h er e s u l to fe v a l u a t i o n a c c o r dw i t ho u rr o u t i n et h i n k i n gb e t t e r b a s e do nt h er e s e a r c ho ft r i a n g u l a rf u z z yn u m b e ra n df u z z yc o m p r e h e n s i v e 竺尘堡矍三查兰矍兰竺三兰竺丝塞 e v a l u a t i o n , t h ee x p e c t e dv a l u e b a s e dc o m p l e m e n t a r y j u d g m e n tm a t r i c e so f w i a n g u l a r f h z z yn u m b e rs o r t i n gm e t h o di so p t i m i z e d m o r e o v e r , af u z z ym u l t i o b j e c t i v e d e c i s i o n - m a k i n gm o d e lo fc u t t i n gf l u i d si se s t a b l i s h e da n dt h em u l t i o b j e c t i v e d e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e mo f c u t t i n gf l u i d si ss o l v e dw i t ha d d i n gw e i g h t sa n ds p l i t t i n g t h ed i f f e r e n c e s i n c et h ew e i g h ts e l e c t i o nf o ra no b j e c tc a l lr e f l e c tt h ep a r t i a l n e s so f d e c i s i o n m a k e r s ，t h et r i a n g u l a rf u z z yn u m b e ri sc r e a t i v e l yi n t r o d u c e dt os t a n d a r d i z e t h es e l e c t i o no fw e i g h t sf o ra no b j e c tb yd e c i s i o n - m a k e l x ds ot h a tt h ee v a l u a t i o n r e s u l t sc a nb em o r ea c c u r a t ea n dr e a s o n a b l e ，a n dt h eb l i n d n e s si nt h es e l e c t i o no f w e i g h t c a l lb ea v o i d e d r e s u l t si nt h i sp a p e re n r i c ht h et h e o r ya n dt h em e t h o d so fc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n a n dt h eo p t i m a ls e l e c t i o nf o r c u t t i n gf l u i d sc a l lb ec a r r i e do u tb y c o m b i n i n gc o m p u t e r d a t a b a s e t e c h n i q u e a n dm a t h e m a t i c sw i t h e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s k e y w o r d sc u t t i n gf l u i d ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；f u z z y ；d a t a b a s e ；m u l t i - o b j e c t i v e d e c i s i o n - m a k i n g i 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文切削液选择系统研究与开 发，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究 工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或 撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：嘧 芬 日期：2 。6 年6 月5 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 切削液选择系统的研究与开发系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期阳j 在导师指导完下成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学 所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理 工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文 和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公旆论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密团 ( 请在以上相应方框内打4 ) 作者签名：嗜矸j 移 日期：2 。6年6 月5 日 导师签名：如；幻刃啄日期：2 0 0 6 年6 月6 同 哈尔泞理t 大学理学硕十学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着微电子和计算机的发展，计算机在改造传统制造业及实现自动化起着 越来越重要的作用，到了8 0 年代中期计算机辅助设计( c a d ) 【l i 与计算机辅 助制造( c a m ) l lj 成为一个独立的产业，而人工智能和第五代计算机的出现， 一种新的知识库管理系统和工程数据库管理系统产生了，数据库技术与多种技 术的结合形成了工程数据库【l l 、模糊数据库1 2 1 1 3 等。如何将现代化的技术应用 到生产实践中受到了广泛的关注，切削液的查询系统就是这样地涉及到多学科 应用与生产相结合的研究性课题。 系统理论【4 l 【5 l 和网络理论【6 l 在过去的3 0 年间得到了长足的发展，我们现今 已拥有分析和合成各种线性和非线性系统，对于此类系统我们有了很好的解决 方法，但经典的数学方法对于模糊事物难以解决；例如，切削液的选择一直部 是靠技术工人的经验，产品的质量、刀具的寿命等都与技术工人的经验有直接 的关系，而且缺乏一个有效的、量化的评价体系，模糊系统和模糊算法【6 】【8 1 1 9 1 的引入为解决此类问题做了初步的尝试，如何利用模糊算法建立切削液性能评 价体系是解决问题的一个关键。 现代加工业已从简单加工、大量消耗能源单纯追求利润，发展成为与现代 的高科技相结合在一定程度上实现了信息化与自动化【l o i 。各企业领导和工人已 不再只以经济这唯一指标来衡量企业，环境、健康越来越受到人们的重视，传 统的资源面临枯竭，可持续发展成为衡量企业综合实力【1 1 1 的重要指标。 绿色制造【1 0 1 1 2 1 已成为现代加工业的一发展趋势，它是一个综合考虑环境影 响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运 输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最 高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。 - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 竺查堡矍三查兰矍兰竺兰竺丝塞 1 1 1 切削液作用及存在问题 在舍属切削过程中，为提高切削效率，提高工件的精度和降低工件表面粗 糙度，延长刀具使用寿命，达到最佳的经济效果，就必须减少刀具与工件、刀 具与切屑之间磨擦，及时带走切削区内因材料变形而产生的热量。要达到这些 目的，一方面足通过开发高硬度耐高温的刀具材料和改进刀具的几何形状，如 随着碳素钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等刀具材料的相继问世以及使用转位刀 具等，使金属切削的加工效率得到迅速提高；另一方面采用性能优良的切( 磨) 削液【1 3 1 【1 4 l 【1 5 1 往往可以明显提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延长刀具使 用寿命，取得良好的经济效益。切削液的作用有如下几方面： 1 冷却作用 依靠切削液的对流换热和汽化把切削热从固体( 刀具、工件和切屑) 带走， 降低切削区的温度，减少工件变形，保持刀具硬度和尺寸。 2 润滑作用 切削液的润滑剂能及时渗入到切屑与刀具界面和刀具与工件界面，在切 屑、工件和刀具表面形成润滑膜，降低摩擦系数，减少切削阻力。最新研究表 明切削液除上述的润滑效果外，还可以直接渗入到金属表面的微小裂纹中，改 变被加工材料的物理性质，从而降低切削阻力，使切削过程容易进行。 3 清洗作用 在金属切削过程中，切削、铁粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀 具、砂轮上，影响切削效果，同时使工件和机床变脏，不易清洗，切削液的清 洗作用还应表现在对切屑、磨屑、铁粉、油污等有良好的分离和沉降作用。 4 防锈作用 在切削加工过程中，工件如果与水和切削液分解或氧化变质所产生的腐随 介质接触，如与硫、二氧化硫、氯离子、酸、硫化氢、碱等接触就会受到腐 蚀，机床与切削液接触的部位也会因此而产生腐蚀，在工件加工后或工序b j 存 放期间，如果切削液没有一定的防锈能力，工件会受到空气中的水分及腐蚀介 质的侵蚀而产生化学腐蚀和电化学腐蚀，造成工件生锈，因此，要求切削液必 须具有较好的防锈性能，这是切削液最基本的性能之一。 工程加工中切削液的使用除积极作用之外还带来一些负面影响。 首先是环境问题：在工程加工中产生的大量烟雾、飞溅的油沫以及泄漏的 切削液成为车间厂房的主要污染源，粘附在切削上的油污很难清除，往往随废 水排入江河污染环境。 其次是健康问题：工程加工中切削液的使用会产生大量的烟雾、飞溅的油 沫都会对操作工人的健康造成影响，切削液中的化学成份对人的伤害更大，长 期在这种环境中很容易患上职业病。 最后是成本问题：据日本企业统计金属加工中刀具使用费用占加工成本的 8 ，与切削液有关的费用( 采购管理、废液处理、切削液循环耗电、油雾处 理) 占加工成本的1 5 一1 9 i l ”。 1 1 2 建立切削液选择系统的意义 1 切削液的正确、合理使用能提高产量、降低成本、延长刀具的寿命、 降低产品表面粗糙值、提高尺寸精度和减少功率消耗： 2 减少因使用切削液而造成的环境污染，保护操作工人的健康防止职业 病的发生； 3 切削液的合理使用能节约资源实现可持续发展。 总之，一个合理的切削液使用方案，能降低企业的生产成本，技术工人的 操作难度，提高企业的效益和竞争能力实现绿色环保和可持续发展，也使得研 究和日新月异的计算机技术紧密结合。 评价方法的研究能使人们对切削液的整体性能有一个更清晰的认识，为进 一步对其改善以及科学的决策奠定基础；由于切削液评价具有模糊性，因此对 基于模糊集理论的综合评价方法的研究有重要的理论意义与现实意义；本文中 提出的评价方法还可以运用到生活质量、环境质量、综合国力，以及可持续发 展和科技创新能力等评价当中。 1 2 切削液选择的研究现状 在国外美国密执安技术大学对切削加工中有关切削液的适当用量问题进行 了研究，试图在满足加工要求的情况下，使切削液用量最少、与切削液有关的 费用也降至最僻】；美国t h y s s e n 制造公司对“最小润滑”加工技术进行了研 哈尔滨理t 大学理学顾十学位论文 究，使切削液流或气雾通过刀具作用于加工区域，切削液的流量由c n c 程序 控制，取得了很好的效果1 7 j ；日本住友电气工业公司开发了能以较高速度对淬 硬钢进行干式切削加工的刀具材料一住硼磨料( 立方氮化硼磨料工具商品 ：g ) b n x l 0 、b n x 2 5 1 l l j 。 在国内一些大型的企业中切削液的使用还依据专家手册选择相对合理的切 削液，但在一些小的加工企业和私人作坊根本无从谈起，加工中切削液多采用 价格便宜的切削油，严重影响工人的健康，而且没有对使用后的切削液进行处 理极大地影响环境。有关切削液选择方法的研究，2 0 0 5 年，胡适掣1 6 j 给出了 绿色制造中切削液的合理选择。2 0 0 3 年，许昶赓【1 7 l 研究了磨削液的选择与应 用。2 0 0 2 年，谭显春【ls 1 给出了面向绿色制造的切削液综合选择模型。1 9 8 0 年，汪培庄l ”j 教授提出了模糊综合评价模型。王光远1 2 0 1 研究了综合评价几种数 学模型的实质，王道勇【z l j 给出了模糊综合评判几种失效的判定及处理方法，张 晓平 2 2 1 1 2 3 1 提出了基于贴近度的模糊综合评价结果的集化方法，宋世德四l 提出 加权合成的方法来解决综合评价中的失真和失效问题。 1 9 9 3 年，陈守煜1 2 5 】提出“相对隶属度”的概念，并建立模糊优选模型进 行方案的优选，郝聚民等【2 6 j 提出影响度因子的概念，改进了相对隶属度的计算 方法，陈守煜b7 j 建立一个以决策者经验，偏好为监督，同时确定指标权重和决 策方案优属度的权监督多级模糊优选模型，姚敏、张森f 2 8 l 提出基于模糊一致矩 阵的决策方法，来解决定性指标较多的方案优选问题，黄建元博2 = 1 2 9 1 将其推广 到多层次的情形，张剖划等对基于定量指标数据建立的模糊一致判别矩阵进行 了改进，张吉军 3 1 l 对基于模糊一致判断矩阵的常用排序方法进行了比较研究， 陈守煜、刘金禄p 列对模糊优选模型关于权系数的敏感性进行研究，得到了保持 最优决策序列不变的扰动条件，陈守煜等1 3 那将模糊聚类、模糊模式识别、模糊 优选有机结合起来，建立了统一的迭代模型。当前没有可实用的切削液选择系 统，大都处于理论研究阶段，因此建立切削液选择系统有其重要的现实意义。 1 3 课题来源 本课题是黑龙江省重大科技攻关项目“刀具软件工具集”( g a 0 2 a 4 0 1 6 ) 的子课题“切削液选择专家系统” 哈尔滨理丁大学理学硕+ 学位论文 1 4 本文主要研究内容 本文主要研究切削液评价及选择方法，其主要内容如下： 1 根据数据库理论对切削液数据进行深入细致的分析，在此基础上建立 切削液数据库，实现切削液的初步选择。 2 在初选基础上，通过对切削液性能指标及综合评价方法的总结分析， 提出a h p 层次结构模糊综合评价模型，有效地解决切削液评价中指标众多， 指标权值确定困难、人为因素影响过大的问题；此方法能在计算机上方便的运 行，在计算机辅助优选切削液时，具有实用的价值。 3 建立以q ( z ) ( 性能属性) 、g ( x ) ( 加工属性) 、c ( x ) ( 经济性能) 、 e ( z ) ( 环境属性) 为决策目标的切削液多目标决策体系。 4 在对三角模糊数和模糊评价研究的基础上，优化了基于期望值的三角 模糊数互补判断矩阵的排序法。 5 为了使决策结果更为准确合理，创造性地引入三角模糊数来规范决策 者对目标权重的选取，避免决策者权重选取的盲目性。 6 决策过程中约束条件采用加权平均和基于木桶原理短板效应的最小隶 属度方法，既能体现决策者的偏好信息又能体现决策目标的整体性能。 哈尔滨理t 大学理学硕十学位论文 第2 章切削液选择系统的设计 8 0 年代以来，数据库技术得到了极大的发展。其特征表现在两个方面：一 方面数据库的发展涉及到各种应用( 工程与科学) 领域，如分布式数据库、工 程数据库、模糊数据库、时态数据库、并行数据库、多媒体数据库等。另一方 面改用新的数据模型，例如面向对象数据模型，对象关系数据模型、基于逻辑 的数据模型等，来研制新型的数据库。 2 1 工程数据库技术的应用与发展 近年来随着微电子和计算机技术渗透到各个领域，人类正在步入一个迅猛 发展的新时期。这个时期的主要标志是计算机和信息处理的广泛应用。计算机 在改造传统产业，实现管理自动化，促进新兴产业的发展等方面起到了重要作 用。例如7 0 年代的计算机辅助设计c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) ，8 0 年代 的计算机辅助制造c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 将传统制造业与新 兴的计算机技术应用相结合，是当今制造业发展的趋势。 2 1 1 计算机辅助设计 计算机辅助设计( c a d ：c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技术是以计算机、外围 设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分 析( f e a ) 及优化设计、数控加工编程( n c p ) 、仿真模拟及产品数据管理等 内容。随着i n t e m e t 网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、 虚拟设计及实时仿真也得到广泛应用。 智能技术把具有学习、记忆和推理功能的专家系统运用于c a d 系统，使系 统的性能得到更大的改善，可靠性进一步提高，灵活性更大，能够适应千变万 化的工程设计的实际需要。 c a d 技术的应用必然会产生巨大的效益，迅速、有效地利用这些最新的技 术，必然会不断提高我们的技术水平，提高我们的工作效率、管理水平，带来 巨大的经济效益和社会效益。 计算机辅助设计的核心之一是专家系统，丽专家系统【2 l ( e x p e r ts y s t e m ) 是一个基于知识的智能推理系统，它涉及到对知识获取、知识库、推理控制机 制以及智能人机接口的研究，是集人工智能和领域知识于一体的系统。近些 年，专家系统的迅速发展和广泛应用大大推进了各个应用领域向智能化方向发 展，成为人工智能从实验室研究进入实用领域的一个晕程碑。 在一个成熟的专家系统中，有几项技术是极为关键的。首先，为了便于知 识在计算机中的存贮、检索、使用和修改，并进行推理和搜索，知识表示技术 必须具有很高的效率，目前主要有产生式表达法、语义网络表达法、框架表达 法、谓词逻辑表达法等技术；其次，因为要在专家系统中用计算机模拟人的思 维，不精确推理方法是必不可少的，针对实际需要，概率算法一度成为最重要 的方法，近几年来，模糊数学【5 l 的引入为这一领域的发展开辟了新的i ； 景：最 后，和知识表示技术与推理方法相关，作为人的思维搜索过程的模拟，搜索策 略的好坏对系统的成败也是意义重大的，现在人们已经利用的技术有状态空间 法、问题递归法、最佳优先法等。 现阶段，专家系统主要应用在医学、故障诊断、化学、计算机软硬件、数 学以及工程等方面。人工智能系统的特殊性，决定了它是一个跨越多学科、充 满活力，对基础研究的依赖性很强的一个领域，它的发展，必将向我们展示科 学技术王国的更多魅力，也会令我们的生活更为美好。 2 1 2 计算机辅助机械加mc a m 1 c a m 系统见图2 1 狭义c a m ：计算机辅助机械加工一一数控加工。 2 先进制造技术的特点 ( 1 ) 系统工程； 物质流：具有一定几何参数和物理参数的材料、毛坯或半成品，刀具、央 具、量具及其它辅助物料输入制造系统各环节输出成品。这个流程为“物料” 的流动。 信息流：由加工任务、顺序、方法和物流要求等确定的计划、调度和管理 等。 ( 5 ) 可持续发展，强调拆卸、材料再循环、节约能源、保护环境； ( 6 ) 市场驱动、需求牵引、用户是核心，快速响应市场需求； ( 7 ) 市场形成科学。 臣夏蠹匿羽 图2 - 1 计算机辅助制造系统 f i g u r e2 - 1c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r es y s t e m 3 现代制造技术的内容和发展方向 先进制造业的实质： ( 1 ) 精密工程包括：精密加工、超精密加工、微细加工、纳米加工；追求 加工上的精度： ( 2 ) 制造自动化：设计、制造和管理的自动化，从系统角度出发，快速向 哈尔滨理t 大学理学顿十学位论文 应市场、提高生产率、保证质量。 现代制造技术的发展： ( 1 ) 单机自动化一自动线一数控机床一加工中心一柔性制造系统f m s 一 计算机集成制造系统c i m s - - - , 并行工程c e 一现代集成制造系统c i m s ； ( 2 ) 方向：柔性化、集成化、智能化、网络化； ( 3 ) 绿色制造。 绿色制造提出资源的大量消耗和环境污染一威胁人类生存发展一可持续发 展，绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目杯是 使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对 环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优 化。绿色工艺是实现绿色制造的重要环节。在工艺方案选择的过程中要对环境 图2 - 2 制造系统图 f i g u r e2 - 2m a n u f a c t u r es y s t e m 影响比较大的因素加以分析，如加工方法、刀具和切削液的选择等，建立绿色 制造的切削加工分析模型，根据生产的具体情况，生成具有可选择的多工艺路 哈尔滨理丁大学理学砸卜学位论文 线，提高工艺选择简捷化程度，达到节约能源，减少消耗，降低工艺成本和污 染处理费用等。 2 2 切削液选择系统 2 2 1 系统介绍 切削液数据库以切削液作用为出发点，以专家知识为基础，以权威手册为 数据采集源，依据切削液选择原则，综合了切n n - r q ，的实际经验，提供出符 合生产实际、提高切削效率和刀具寿命的切削液。 2 2 2 数据的结构分析 基于切削液的种类、加工方法、工件材料特性、刀具材料及其对应的具体 切削液选择原则，建立切削液数据库。 从数据库的构成看，数据库有两个表组成：切削液代号表和切削液类型 表。在切削液表中，共给出了单刃和可转位刀具车削、切断和成形刀具车削、 单刃刀具切螺纹、平面铣削( 用面铣刀) 、铣侧面和槽( 用套装式三面刃铣 刀) 、立铣( 用立铣刀周铣) 、槽铣( 用立铣刀铣槽) 、钻削等加工方法在不同 切削条件下对应的切削液代号。根据这些切削代号，在切削液类型表中可查 询到相应的切削液。在切削液类型表中，给出了九种切削液类型及其对应的切 削液具体组成。 2 - 3 切削液选择系统的设计 1 系统功能分析 综合考虑现代加工业中切削液的使用情况，切削液查询系统包括切削液类 型及检索代号，加工工序，刀具材料，加工工件。设计切削液数据库查询系统 的目的就是利用计算机的快速查询和运算功能，减轻熟练工人的工作强度，并 快速、准确地为切削加工提供合理的切削液，从而实现加工的自动化。 2 系统功能模块设计 在系统分析的基础上，结合操作上的方便，切削液选择系统包含主模块和 查询、维护、添加和打印几大功能，每个功能模块的子模块如图2 3 。 ( 1 ) 系统主模块 提供了切削液查询的主界面，作为系统的唯一出入口。在系统主界面中， 不仅提供了用于调用系统各功能模块的操作方法，而且还需要对使用系统的用 户进行合法性检验等相应的操作。 ( 2 ) 查询模块 查询模块提供了用于对数据进行查询操作的操作界面，用户根据查询目标 选择相应的查询对象，如由加工工序，刀具材料，加工工件的硬度得到相应的 切削液代号。 ( 3 ) 维护模块 维护模块允许用户对数据库中的数据进行维护操作，例如添加、删除、修 改等。具体的操作过程是首先选择需要进行维护的对象( 表) ，然后根据需要 进行相应的维护操作。 图2 - 3 系统功能结构图 f i g u r e2 - 3s y s t e mf u n c t i o na n ds t r u c t u r ec h a r t ( 4 ) 切削液评价模块 提供两种对切削液的评价方法：一种是基于a h p 层次结构及模糊的综合 哈尔滨理t 大学理学硕十学位论文 评价；另一种是基于模糊规划的选择方法。 ( 5 ) 信息输出模块 信息输出模块主要用于对相关查询结果及系统用户的察看与输出。 2 4 本章小结 本章介绍了工程数据库的发展，尤其是计算机辅助设计与计算机辅助制造 的发展使得现代加工制造业和计算机数据库技术有了紧密地联系。对现代加工 业中辅助系统切削液选择系统，结合数据库技术及工程实践的需要实现了对切 削液选择系统的总体功能的设计。 哈尔滨理t 大学理学硕+ 学位论文 第3 章切削液的f u z z y 综合评价 切削液的综合评价是一典型的涉及到多因素的综合评价问题，由于各因素 的影响程度是由人们的主观判断决定的，因此评价不可避免地带有主观性和模 糊性。为了提高切削液评价的客观性与准确性，本文利用a h p ( h l b e r a r c h y a n a l y s ；s ) 结构模型解决了切削液性能指标过多权值确定困难的问题；由于在综 合评价中性能指标的权重值满足归一性，分层的思想降低了因指标权值的微小 变化而导致的评价结果的不准确与不合理的可能性；模糊综合评价综合多个专 家意见，进行有效的定量化处理，定量与定性相结合，有效地解决评价过程中 因主观及客观造成的模糊性问题。使用a h p 层次结构与模糊综合评价的方法 能使切削液的选择有科学的依据，而不是只凭熟练工人的经验，能使切削液的 选取更加科学，有效、合理。 3 1 模糊数学发展与应用 1 9 6 5 年，美国控制论专家、数学家查德发表了论文模糊集合，标志着 模糊数学这门学科的诞生。模糊数学的研究内容主要有以下三个方面： 第一，研究模糊数学的理论，以及它和精确数学、随机数学的关系。察德 以精确数学集合论为基础，并考虑到对数学的集合概念进行修改和推广。他提 出用“模糊集合”作为表现模糊事物的数学模型。并在“模糊集合”上逐步建立运 算、变换规律开展有关的理论研究，就有可能构造出研究现实世界中的大量 模糊的数学基础，能够对看来相当复杂的模糊系统进行定量的描述和处理的数 学方法。 第二，研究模糊语言学和模糊逻辑。人类自然语言具有模糊性，人们经常 接受模糊语言与模糊信息，并能做出正确的识别和判断。为了实现用自然语占 跟计算机进行直接对话，就必须把人类的语占和思维过程提炼成数学模型，才 能给计算机输入指令，建立合适的模糊数学模型，这是运用数学方法的关键。 查德采用模糊集合理论来建立模糊语言的数学模型，使人类语占数量化、形式 化。为了使计算机能够模拟人脑高级智能的特点，就必须把计算机转到多值逻 辑基础上，研究模糊逻辑。目前，模糊逻辑还很不成熟，尚需继续研究。 哈尔滨理t 大学理学硕十学位论文 第三，研究模糊数学的应用。模糊数学是以不确定性的事物为其研究对象 的。模糊集合的出现是数学适应描述复杂事物的需要，查德的功绩在于用模糊 集合的理论找到解决模糊性对象加以确切化，从而使研究确定性对象的数学与 不确定性对象的数学沟通起来。在模糊数学中，目前已有模糊拓扑学、模糊群 论、模糊图论、模糊概率、模糊语占学、模糊逻辑学等分支。 模糊数学的应用：模糊数学是- f 3 新兴学科，它已初步应用于模糊控制、 模糊识别、模糊聚类分析、模糊决策、模糊评判、系统理论、信息捡索、医 学、生物学等各个方面。在气象、结构力学、控制、心理学等方面已有具体的 研究成果。然而模糊数学最重要的应用领域是计算机职能，不少人认为它与新 一代计算机的研制有密切的联系。模糊数学还远没有成熟，对它也还存在着不 同的意见和看法，有待实践去检验。 3 2 模糊数学理论基础 3 2 1 模糊集 定义3 1 设彳是论域j n o ，1 3 的一个映射，即j ：x - - 4 o ，l i ，x - - 4 j ( x ) 称彳 是j 上的模糊集，而函数彳( ) 称为模糊集彳的隶属度函数，j ( 工) 称为x 对模糊 集j 彳的隶属度 4 7 1 1 4 8 1 4 9 1 1 5 0 】。 模糊集合的表示方法： 1 f u z z y 集可表述为 a = ( 薯爿( j ) ) l x x ( 3 - 1 ) 称这种表示法为序对表示法。 2 单独由隶属函数表示f u z z y 集。 3 若x 为有限集“，1 2 ，矗 ，则a f ( x ) 表示为 哈尔滨理t 大学理学硕七学位论文 爿：型+ 型+ + 盟：窆型( 3 - 2 ) hx 2x n = x 或者 a = a ( x o ，a ( x o ，4 ( 矗) ( 3 3 ) 称前者为z a d e h 表示法，而后者称为向量表示法：若x 为无限集，z a d e h 使用 记号 一= l 掣( 3 - 4 ) 注意这垦的，并不是普通意义下的积分号与加号 3 2 2 隶属函数的确定 隶属程度的思想是模糊数学的基本思想，应用模糊数方法的关键在于建立 符合实际要求的隶属函数，这个问题至今未能完全解决。 定义3 2 模糊统计试验 所谓模糊统计试验包含四个要素： 1 论域u ； 2 u 中的一个固定元素； 3 c ，中的一个随机运动集合( 经典集合) 4 u 中的一个以a 作为弹性边界的模糊子集j ，制约着a 的运动，4 也可以覆盖u o ，致使对五的隶属关系是不确定的。 模糊统计试验的特点：在各次试验中，是固定的，而a 在随机变动。 3 2 2 1 隶属度的客观存在性 设傲抒次试验，计算出 u o 列- , i 的隶属频率= a + 的次数片 a h p 层次结构及模糊综合评价模型是指运用模糊数学理论与层次分析法相 结合，对复杂的社会经济以及科学管理领域中的问题的不同侧面所得的数据进 行综合评价的一种方法。该方法首先利用层次分析法分析复杂的社会经济以及 科学管理领域中的问题，根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解成不 同的组成因素，并按照因素间的关系影响，以及隶属关系，将因素按不同层次 聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，并最终把系统分析归结为最低 ( 供决策的方案、措施等) 相对于最高层( 总目标) 的相对重要性权重的确定 或相对优劣次序的排序问题。其次，以模糊数学理论为基础，应用模糊关系合 成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，适用于对规律不确定事 物的整体评价。该方法是一个多层次多指标，定量与定性分析相结合，能全面 综合评价切削液性能的方法。 3 3 1 模糊综合评价 模糊综合评价是对受多种因素影响的事物作出全面评价的一种十分有效的 方法。 设u = “，x 2 ， 为疗种因素( 或指标) ，v = “，v z ，v 埘 为m 种评价它 们的元素个数和名称均可根据实际问题需要由人们主观规定。由于各种因素所 处的地位不同，作用也不一样，当然权重也不同，因而评价也不同。人们对脚 种评价不是绝对的肯定或否定，因此综合评价应该是v 上的一个模糊子集 哈尔滨理t 大学理学硕十学位论文 秀= ( 岛，屯，瓦) ，( ”，其中屯u = l ，2 ，朋) 反应了第_ ，种评价_ 在综合评价中所占的地位( 即_ 对模糊集雪的隶属度： b ( ) = 屯) 。综合评价雪依赖于各个因素的权重，它应该是u 上的模糊子集 4 = ( q ，a 2 ，) f ( u ) ，且a s = l ，其中a j 表示第f 种因素的权重。因此， i ；l 一旦给定权重彳，相应地可得到一个综合评价雪。 建立一个从u 到矿的模糊变换于，如果对每一个因素m 单独作一个评价 f ( u 。) ，这可以看作是( ，到v 的模糊映射于，即 厂：u 卜f ( 矿) ， mi - - ) ( 坼) f ( v )( 3 - 5 ) 由夕可诱导出u 到矿的模糊线性变换0 ，我们就可以把0 看作为由权重 a 得到的综合评价雪的数学模型。 综合评价的过程： 1 因素集的分类 将因素集u = i i l ，u 2 ，) 按某种属性分为占类，即 u = ，2 ，) ，f = l ，2 ，j 它们满足条件： ( 1 ) ，l i + ，+ + ，= n ； ( 2 ) u l uu 2 u u u = ，； 竺尘篓竺三奎兰矍兰矍：兰堡竺兰 ( 3 ) ( v f ，烈f ，j u u u = 矿) 2 建立评语集 v = “，v 2 ， 3 建立权重集 ( 1 ) 因素类权重集 设第i 类因素u 的权数为q ( f = l ，2 ，s ) ，则因素类权重集为 a = ( q ，a 2 ，q ) ( 2 ) 因素权重集 设第f 类中的第，个因素的权数为，则因素权重集为 42 ( ，a , 2 ，) ，i = l ，2 ，j 4 一级综合评价 对每一类的各个因素进行综合评价，设一级f u z z y 综合评价的单因素评价 矩阵为 尼= 罐 哇 第i 类因素的f u z z y 综合评价为 e = 4 。，置 ( 3 6 ) r =最 ： e 于是二级f u z z y 综合评价为 b = a 。r r = a o ， 鸣o ，马 4o ，足 4o ，焉 鸣o ，恐 4o r 冠 ( 3 - 8 ) = ( 岛，6 2 ，) ( 3 如果有的子因素集v 仍含有较多的因素，可将u 再划分，于是有三级模 型，自然有更多级模型。 评