Multiple sleep states for machine tools in energy saving manufacturing

The goal of a more sustainable production and a higher resource efficiency is a key for reducing environmental impact. In the manufacturing industry it results that many machine tools are left idle consuming energy, when no part needs to be processed. This thesis proposes an energy model, for machine tools dedicated to machining operations, characterized by different low energy consumption sleep states, in which the machine can be triggered when idle. The triggering of the machine into such states relies on controls, that disable/enable some machine components, and the resume of machine readiness depends on compulsory start up times, one for each control. An extension of a time-based policy, available in literature is proposed. The extended control policy aims at switching off some machine component when their service is not required and on again when machine needs to work. An optimization algorithm based on discrete events simulation is presented and exploited for finding the optimal times to switch off and on again the machine controls, under the hypothesis of stochastic interarrivals of parts. Numerical results are obtained from data of a 5-axes CNC machining center.

L’ obiettivo di una produzione industriale sostenibile ed un utilizzo di risorse piu ́ efficiente sono concetti chiave per ridurre l’impatto ambientale. Nella produzione industriale spesso risulta che le macchine utensili non vengano spente quando la produzione è interrotta, consumando energia senza che ve ne sia realmente bisogno. Questa tesi propone un modello energetico per le macchine utensili dedite ad operazioni di asportazione. Il modello è caratterizzato da differenti stati energetici di basso consumo, da considerare quando la macchina è inutilizzata. Il passaggio tra questi stati a basso consumo dipende da controlli che disabilitano/abilitano alcuni componenti della macchina. Il ristoro delle condizioni di operativita ́ della macchina da questi stati prevede un tempo di ripristino, dipendente dai componenti. Viene inoltre proposta l’ estensione di una politica di controllo disponibile in letteratura. La politica estesa mira a spegnere alcuni componenti della macchina quando la loro funzione non è richiesta ed a riaccenderli quando la macchina deve processare nuove parti. Un algoritmo basato su simulazione ad eventi discreti viene proposto per ottimizzare gli istanti in cui mettere la macchina in un basso consumo e ripristinarla a funzionalita ́ totale. Nei casi ottimizzati gli inter- arrivi delle parti da lavorare sono considerati stocastici. I risultati numerici sono ottenuti da una macchina a 5 assi a controllo numerico.