Method for Energy Efficience Simulation of Machine Tools in Design Stage

Disertační práce je zaměřena na návrh metody pro simulaci energetické náročnosti obráběcího stroje v provozu ve fázi jeho vývoje. Pro návrh metody jsou východiskem poznatky získané z rešeršní práce z oblastí vědy a průmyslu. Metoda samotná je tvořena pěti na sebe navazujícími kroky, které je třeba realizovat v náležitém pořadí tak, aby bylo možné vytvořit relevantní energetický profil obráběcího stroje. Výstupem navržené metody jsou simulovaná data poskytující průběh spotřebované energie a potřebného výkonu, které jsou závislé na čase. Výstupní data jsou získána na základě simulace řízení obráběcího stroje podle G-kódu, který je pro simulaci interpretován do podoby matrice překladačem. Matrice obsahuje potřebná data pro řízení, jako jsou požadované koncové body nástroje, a požadované posuvové rychlosti, ke kterým je přiřazen časový údaj. G-kód je tedy částečně časově parametrizován. To je následně prostřednictvím matematického modelu pohonných mechanismů kompletně časově parametrizováno a dále díky součinnosti softwaru pro řízení pohonných mechanismů (Matlab Simulink) a softwaru pro fyzikální simulace (MSC Adams) zpracováno do podoby výstupních dat. Jako vstupní parametr simulace je užit koeficient sloužící jako násobitel normálové síly u pohonných mechanismů, který je funkcí posuvové rychlosti. Ztrátová funkce je získána experimentálně. V rámci disertační práce byly provedeny dva experimenty sloužící k verifikaci navržené metody. U každého experimentu je postupováno dle navržené metody a součástí je porovnání simulace s naměřenými daty při různých provozních režimech. Navržená metoda, popsaná v disertační práci, umožňuje konstruktérům sumarizovat energetickou náročnost navrhovaného stroje ještě před jeho výrobou. Při správné interpretaci mohou výsledky metody sloužit jako podklad k zlepšení energetického profilu a tím ke zvýšení energetické účinnosti obráběcího stroje.Ph.D. thesis is focused on the design of the method for simulation of energy demands of machine tool in operation at the stage of its development. Proposed method is developer on the basis of literature search in science and in industry. The method itself is composed of five related steps, that must be realised in the proper order in order to create a relevant energy profile of a machine tool. The output from the method are simulated data providing a course of comsumed energy and required power which are time dependent. Output data are obtained on the basis of the drive system simulation of machine tool through G-code, that is interpreted for simulation by the compiler into the matrix. It contains data necessary for controlling of machine tool, such as the required end points of the tool and required feed rates, to which is assigned a time value. G-code is partially time parametrized. It is then followed by full time parametrization through a of mathematical model of drive mechanisms and due the synergy of software for drive mechanisms control (Matlab Simulink) and software for physical simulation (MSC Adams) is processed into output data. As an input parameter figures also coefficient used as multiplier of the normal force of driving mechanisms, which is a function of feed rate. This loss function is obtained experimantally. In the context of Ph.D. thesis were conducted two experiments, used to verify the developed method. For each experiment is proceeded according to estabilished method and it is included a comparsion of simulation and measured data for various operating modes. The proposed method, described in the Ph.D. thesis, allows designers to summarize the energy demand of the proposed machine before its production. When correctly interpreted, the results of the method can serve as a basis for improving the energy profile and thereby increasing the energy efficiency of the machine tool