TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.6, Jun e  201 4, pp. 4849 ~ 4 8 5 3   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i6.584 4          4849     Re cei v ed  Jan uary 18, 201 4 ;  Revi sed Ma rch 1 8 , 2014;  Acce pted Ma rch 3 0 , 2014   Applying Extenics Theory to Motion Performs  Evaluation of Numerical Machines       Chen Liu    North Ch ina In stitute of Scien c and T e chno log y , Ch ina, 0 6 520 1,   email: li uch e n @ ncist.ed u .cn       A b st r a ct  T he motio n  pe rforms ev alu a ti on in dex es of nu meric a l co nt rol mach ine to ols (NC) ar ma de o f   mu ltipl e  el e m e n ts. In order to evalu a te moti on perfor m s of  numeric al con t rol mac h i ne to ols ob jective l y, w e   have  a ppl ied  t he  exten i cs th e o ry to  estab lish  the  ma tter-el e me nt mo del   for   the motio n  per forms eva l uati o of the NC. T h e  relati ona l d egr ee w a s calc ul a t ed by i n tr od uc ing th e rel a tio n a l functi on  in t he exte nsi on s e theory, a nd th e  eval uati on i n d e xes w e ig ht co efficient of  NC  w e re defi ned  b y  usin g the  1-9  scale  law  in  A H P   (the a nalytic  hi erarchy  proc es s). A nu mer i cal  control   mac h i ne to ol  as a  study  obj ect, the  motion  p e rfor ms   w a s studied by  using the  exte nics theory.  T h e result in dicat e s that the ex tenics the o ry is appr opri a te for th e   moti on  perfor m s eval uatio n .T he  moti on p e rforms  of t he ev alu a ted N C  w a s goo d, the ev alu a tion  meth o d   possess es a certain pr actica bility.     Ke y w ords :   extenics the o r y , motio n  perf o rms ev al uatio n,  AHP (analy t ic hierarc h y p r ocess), nu me rica l   control mac h in tool     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion   A numeri c al  control ma chin e tool (NC) ha s so me ch ara c te ristics, such  as hig h   pro c e ssi ng  preci s ion, th e stabilizin g qu al ity, high  prod uction  efficie n cy, better a daptability to  the  cha nge d de si gn of p r od uct s . A num eri c al co ntrol  ma chin e tool  ca n proces s th e pa rts that t he  comm on ma chine tool ca n t do. It is beneficial  to the developm e n t of the compre hen sive and   automatic ma nufactu re te chnolo g y [1]. Along  with th e exten s ive u s of num eri c al ma chin e to ols,   the use r de mand hig h e r  perfo rman ce s. Becau s e nu meri cal ma ch ine tools h a ve a great vari ety  and the  pe rforma nce ind e xes a r ma de of m u ltiple  elem ents, i t  is not  goo d  to evaluate   the  motion pe rforms qualitative l y or quant itatively with a single metho d The motio n  p e rform s  of  NC is a  sig n ificant  p a rt of the overall fu nction s. It sh ows the   techni cality of  NC. So, th study of  moti on p e rfo r m s  is  followed  with interes t, it is  necess ary t o   evaluate an d  analyse the  motion pe rforms of NC . The motion pe rform s  index es involve fe ed  velocity, the rotation rate of  chief axis an d the adj u s tment rang e of it, the power of  chief axis, the  torque  of fee d  axis, the  c oordi nate  stroke s, the  ra nge of   swing  angle, th cap a city of t ool  maga zine, th e tool  cha ngi ng time, etc   [2]. From th above a nalysis an d d ue to  more  ind e xes of   the motion p e rform s , extenics theory l eade d-in, the  matter-ele m ent model of  motion perfo rms   evaluation  of NC i s  fou n d ed ab usi ng t he matter- ele m ent theo ry and exten s io n set the o ry,  the  motion pe rforms level of NC is dete r min ed by  solving  its matter-el e ment mod e l  [3]. The paper  sele cts  six indexes to eval uate the NC, whi c h fo rm th e motion pe rform s  evaluati ng system, th ey  are fe ed vel o city (m/min ), the rotation  ra te of ch ief axis (r/min), the  x/y/ z coordin a te stroke(m m),  the rang e of   swing a ngle (°), the capa city of tool  magazine a nd the tool ch angin g   time(s).       2.  Founding th e Model   2.1 Foundin g  the Ma tte r-element Mod e 2.1.1. Identify ing Classical Matter-ele ment    The qua ntity  of motion perf o rm s evaluati on index is n,  sho w n c 1  ,c ,c 3 ,, …c n the  quantity of motion perfo rm s level of NC  is m [4].  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4849 – 4 853   4850 jn n j j j ji i j j x c x c x c N X C N R , , , ) ( ) , , ( 2 2 1 1 jn jn n j j j j j b a c b a c b a c N , , , , , , ) ( 2 2 2 1 1 1                           (1)     i=1,2…,n j = 1,2…,m   Whe r e  equ ation  (1) is matt er-eleme nt m odel,  N j  i s   sh own  the  moti on p e rfo r m s  l e vel j, C i   is the motion  perfo rms eval uation ind e x of N , x ji  is th e magnitud e  limits of C i  in N [4].    2.1.2. Identify ing Extensional Matter -element  Extensional  matter-eleme n t is the magnitude lim its of every evaluation index in all the  motion perfo rms level. Wh ere Equatio n  (2) is  sh own, p is all th e evaluation index, X pi  is  the  magnitud e  limits of c i  , X pi   is a pi ,b pi   pn n p p p p x c x c x c p X C P R , , , ) , , ( 2 2 1 1 = pn pn n p p p p b a c b a c b a c p , , , , , , 2 2 2 1 1 1                                              (2)     2.1.3. Matter-element A w a i ting Ev aluation  The m a chini ng  cente r  a w aiting evalu a tion i s   sho w n  PM, the  co ncrete valu of every  evaluation i n dex is  sh own  by matter-el ement. Whe r e Wquation  (3) i s   sho w n.  xi is the valu e of  motion pe rforms index of ci  .    n n M M M x c x c x c p X C P R , , , ) , , ( 2 2 1 1                                                                         (3)    2.2. Relation al Degre e  of  Ev er y   Ev al u a tion Lev e l in NC  A w a i ti ng Ev aluation   The interval  distan ce of P M  and N with  rega rd to the motion pe rform s  evaluati on index   C i   is shown  ρ x i x ji , w h ich of PM and Np is shown  ρ x i x pi . The rela tional deg ree  of  evaluation in dex C with re gard to the ev aluation g r ad e j is sho w n i n  Equation (4 ).  ) , ( ) , ( ) , ( ) ( ji i pi i ji i i j x x x x x x x K                                                        (4)    The wei ght of C i  is w i  , so the relatio nal  degree of NC awaiting eval uation P with rega rd  to the evaluation gra de j is  sho w n in Equ a tion (5 ).    n i i j i M j ) x ( K w ) p ( K 1                                                      (5)      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Applyin g  Exte nics Theo ry to Motion Perf orm s   Evalu a tion of Num e ri cal Ma chin es  (Ch en Liu )   4851 2.3.  Defining  the  Weigh t  of Ev er y  Ev aluation Index b y   AHP   The gist of AHP is as follo ws, the influe nce of  differe nt factors o n  a target is co mpared,   the peopl e’s subje c tive e v aluation s  is sho w n a n d  handle d  by  quantum  sh ape, thereby  its   prop ortio n  i s   founde d in  th e targ et, final ly the con c lu sion  of e s tim a te is defin ed . [3]   The mov e s   and  sub s tan c es of AHP  roughly  con s i s t of the fo llowin g  aspe cts: esta b lish  the hierarchi c al  stru cture; b uild the jud g m ent  matrix  of every layer facto r s;  test the co n s iste ncy of the   judgme n t ma trix and  revi se it; a scertain the  seq uen ce p r efe r ence of eve r y layer fa cto r s;  ascertai n  th e overall  seq uen ce p r eference; ins pec t the totality c o ns is tenc y.[2] AHP is  us ed to   obtain the pro portion s of evaluati on ind e x es in the mo tion perfo rms.       3.  An Example  of Sy nthetically  Analy s is  of a Motion  Performs Ev aluation o f  NC   As the NC machi ne tool is  developin g  a nd  it s st r u ct u r e cha r a c t e ri st ics i s  impr ov e d the  function a nd the quality are  raisin g su bst antially . The motion pe rforms evaluatio n indexe s  of NC  are feed velo city (m/min), the rotation  ra te of ch ief axis(r/min), the x/y/ z coordinat e stro ke s(mm ),  the rang e of swing a ngle (°), the capa city of  tool magazine a nd the tool ch angin g   time(s).   The feed velo city affects the pro c e ssi ng  quality,  produ ce efficie n cy  and the tool life. The  chief axis  of NC i s  d r ived  by t he dire ct-curre nt or alt e rnatin g- cu rrent motor to  have wid e  sp eed  regul ation  ra nge  and  hig h  rotatio n  a c curacy.  High  rotation  rat e  of chief axi s  i s  b enefici a l to  raisi n g  the  proce s sing  qu a lity of part s The x/y/ z co ordin a te stro ke a r e   the size of coo r di nate  stro ke s, it d e termin es the  pro c e ssi ng  ra nge, n a mely  the si ze  of th e p r o c e s sed  part. Th pap e r   sele ct x coo r dinate st ro ke  as the evalu a tion  index. The ra nge of  swin g angl e  is the co ntro lled  rang e of swin g angle  co ordinate s , it affects th e pr ocessing a b ility to the spa c positio n of pa rts.   The  capa city  of tool mag a zine an d the t ool chan ging  time strai ghtl y  infl uence th e produ ctivity of  NC. The  cap a city of tool maga zine i s  the qua ntit y o f  tools that can be checked in it. The tool  cha ngin g  tim e  is th e time  that the tool  used in  chie f axis is cha nged  by the  tool u s ed i n   next  prod uctio n  proce s se s in the tool maga zi ne.  In evaluation  model, n equ als 4. The mo tion perfo rms  grad es of NC are A, B, C and D.     3.1. Foundin g  the Ma tte r-element Mod e Identifying cla ssi cal matte r- elem ent is shown in Equa tion (6)    5 , 1 100 , 80 260 , 240 1200 , 1000 10000 , 8000 30 , 20 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c N R A a          12 , 5 80 , 60 240 , 220 1000 , 800 8000 , 6000 20 , 15 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c N R B B   18 , 12 60 , 30 220 , 200 800 , 600 6000 , 5000 15 , 10 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c N R C C            25 , 18 30 , 16 200 , 180 600 , 400 5000 , 3000 10 , 8 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c N R D D             (6)     Identifying extensio nal mat t er-el e ment is sho w n in Eq uation (7 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4849 – 4 853   4852 25 , 1 100 , 16 260 , 180 1200 , 400 10000 , 3000 30 , 8 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c N R P P                                                                             (7)     Identifying the matter-ele m ent awaitin g   evaluation i s  sh own in Equation (8).     12 24 210 650 8100 18 ) ( 6 5 4 3 2 1 c c c c c c P R M M                                                                                   (8)     3.2. Calculati ng the Relati onal Degr ee   The rel a tional  degre e  of the NC i s  sh own in Equation  (9).     353 . 0 3 25 . 0 167 . 0 47 . 0 4 0 429 . 0 5 . 0 25 . 0 42 . 0 231 . 0 0 818 . 0 25 . 0 5 . 0 033 . 0 25 . 0 75 . 1 875 . 0 5 . 0 583 . 0 036 . 0 5455 . 0 M K                               (9)                                   3.3. Defining  the Weig ht  of ev er y   Ev a l uation Inde x b y  AHP  Acco rdi ng to  six eval uatio n ind e xes de fined,  qu antifying the  de ci sion  an alysi s , 1 to  and their recipro c al u s ed,  the matrix  S about relat i ve importan c e two each other ind e xe s is  founde d. As shown in Equa tion (10 )     1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 4 1 3 1 5 1 1 2 1 1 2 1 4 1 1 4 1 1 1 3 1 1 3 2 1 1 2 1 2 5 4 3 2 1 S                                                           (10)                                 Approximate  method of  so lvi ng is  used,  feature  vect ors w  an d maxi mal characte ristic ma x  are gotten [5 ], and sho w in Equation (11).      T w 142 . 0 058 . 0 128 . 0 152 . 0 169 . 0 351 . 0   132 . 6 max                                                                                             (11 )     Becau s of obje c tive things’  compl e xity  and the un derstandi ng  variety of pe ople, the  con c lu sio n s p r oba bly are n o t same  whe n  a great qu a n tity factors a r e co mpa r ed  with ea ch oth e r.  So examinin g the  con s i s tency of  matri x  S is ne ce ssary. T he  co nsi s ten c y target is  sh own  in  Equation (12) [6].             0264 . 0 5 6 132 . 6 1 max n n CI                                                                    (12 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Applyin g  Exte nics Theo ry to Motion Perf orm s   Evalu a tion of Num e ri cal Ma chin es  (Ch en Liu )   4853 The ave r a g e  ran dom ness target i s   sh own 26 . 1 RI  thoug table loo k -up ,  so th rand omn e ss  con s i s ten c y ratio is sh own in Equation (13).       1 . 0 021 . 0 26 . 1 0264 . 0 RI CI CR                                                       (13)    The matrix S meets the ne eds of con s ist ency. The fea t ure vecto r w  sho w s the we ights  of evaluation  indexe s   3.4. Motion Performs Ev aluation Gr a d e   The feature vectors  w  and equation (9) a r e sub s tituted  in  Equation (5), the synthe tical  relation al deg ree of motion  perfo rms eval uati on grade  of the NC is  shown in Equa tion (14 )    T K 391 . 1 279 . 0 073 . 0 140 . 0                                          (14 )                                                Based o n  the  large s t deg re e of membership,  the motion perfo rms g r ade of this NC is B.      4. Conclusio n   (1) In thi s   pa per, th rea s onabl e motio n  pe rf orms e v aluation i n d e xes  are  sele cted, a n d   the motion performs  ev aluation s y s t em of NC is  founded. Re lational degree is   c a lc ulated though  relation al fun c tion, the wei ghs a r e calcu l ated by  AHP. Therefo r e, the motion pe rform s  evaluati on  is more rea s o nable.   (2) T he moti on pe rform s   evaluation of  NC b a sed o n  extenics th eory a c cord s with the   reality of it, th e evaluation  con c lu sio n  is  depe ndabl e.  (3) Th e pap e r  con s id ered  the pra c tice  usa ge  of the motion pe rforms  evaluatio n of NC,  the evaluatio n con c lu sio n  is feasibl e . It suppli ed t he ma chine r y choice wit h  an overall  and   reliabl e meth od.      Referen ces   [1]  Zhao Yug a n g , Song  xia n ch un. T e chnolo g y  of Num e ric a l Co ntrol. Be ijin g: Engi ne er ing Ind u str y   Publ ishi ng H o u s e. 2003: 1- 13.   [2]  Che n  Liu,  Xu ming W a n g Quality Eval ua tion of Belt C onv ey or Base d on Extenics  T heory.  4 th   Internatio na C onfere n ce on Manufactur i ng  Scienc e a nd E ngi neer in g (IC M SE). Dali an,  Chin a. 2 013 ;   694- 697: 2 960- 296 3 .   [3] Z hang  Gen bao Pang Jihon g.    A  comprehen sive eval uati o n  method of fuzz y  matter elem ent for CN C   equ ipme nt qua lit y .  Jour nal  of Cho ngq in g Uni v ersity 201 1; 3 4 : 36-41.   [4]  Cai W en. Mat t er-elem ent modl e an d ap pl icatio n. Beiji ng : Literature of  Science a n d   T e chnolo g Publ ishi ng H o u s e. 2008: 3 8 -6 9.  [5]  Y e   Y a oju n , W a ng sh ouj un, W e i le i.   Appro x i m ate  comp utation o n  the ma ximum ei ge nval ue of matri x s .   Journ a l of He n an  Agr i cult ural  Univers i ty 200 1; 35: 69-7 1 [6]  W ang  Y i n g l uo. S y stem En gin e e rin g . Beiji ng: Engi neer in g Industr y  P ubl ishi ng Ho use. 20 0 3 : 1 12-1 34.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.