ISO 14955-2:2018
(Main)Machine tools — Environmental evaluation of machine tools — Part 2: Methods for measuring energy supplied to machine tools and machine tool components
Machine tools — Environmental evaluation of machine tools — Part 2: Methods for measuring energy supplied to machine tools and machine tool components
This document describes how measurements are made by providing measuring methods in order to produce reproducible data about the energy supplied to a machine tool under specified conditions. Furthermore, it provides methods to quantify the energy supplied to components in order to assign their share to generalized machine tool functions as described in ISO 14955‑1. It supports the energy-saving design methodology according to ISO 14955‑1 by providing measuring methods for the energy supplied to machine tools. The assignment of the energy supplied to machine tool functions requires measurements at machine tool component level. These measurements need to be reproducible and independent of conditions other than those being recorded and documented. The results of the measurements are intended to document improvements to the design, specifically under energy aspects, and/or to allow evaluating the energy involved in the manufacturing of a given part by a given machine tool. Any comparison requires identical conditions and ensures by specification and measurement that similar results are achieved.
Machines-outils — Évaluation environnementale des machines-outils — Partie 2: Méthode pour mesurer l'énergie apportée aux machines-outils et aux composants de machines-outils
Le présent document décrit comment les mesurages sont effectués en fournissant des méthodes de mesure afin de produire des données reproductibles concernant l'énergie apportée à une machine-outil dans des conditions spécifiées. Par ailleurs, il fournit des méthodes pour quantifier l'énergie apportée aux composants afin d'attribuer leur part aux fonctions généralisées de la machine-outil, comme décrit dans l'ISO 14955‑1. Il vient à l'appui de la méthode de conception permettant d'économiser l'énergie conformément à l'ISO 14955‑1 en fournissant des méthodes de mesure de l'énergie apportée aux machines-outils. L'attribution de l'énergie apportée aux fonctions de la machine-outil exige des mesurages au niveau des composants de la machine-outil. Ces mesurages nécessitent d'être reproductibles et indépendants des conditions autres que celles qui sont enregistrées et documentées. Les résultats des mesurages sont destinés à documenter les améliorations de la conception, notamment en ce qui concerne les aspects énergétiques, et/ou à permettre d'évaluer l'énergie utilisée dans la fabrication d'une pièce donnée par une machine-outil donnée. Toute comparaison exige des conditions identiques et garantit à l'aide d'une spécification et d'un mesurage que des résultats similaires sont obtenus.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14955-2
First edition
2018-06
Machine tools — Environmental
evaluation of machine tools —
Part 2:
Methods for measuring energy
supplied to machine tools and
machine tool components
Machines-outils — Évaluation environnementale des machines-
outils —
Partie 2: Méthode pour mesurer l'énergie apportée aux machines-
outils et aux composants de machines-outils
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 System and machine tool state description . 3
4.1 General . 3
4.2 Ambient conditions . 3
4.3 Operating states and machine tool activity . 3
4.4 Machine tool activity . 4
5 Test scenarios . 4
5.1 General . 4
5.2 Machine-based test scenario. 4
5.2.1 General. 4
5.2.2 Sample shift regime . 4
5.2.3 Specific shift regime . 6
5.3 Task-based test scenario . 8
6 System definition for measurement . 9
7 Measuring set up and methodology .12
7.1 Measuring points selection .12
7.2 Power measurement and calculation of energy supplied .12
7.3 Simultaneous measuring .13
7.4 Quasi-simultaneous measuring .13
7.5 Measuring equipment .13
7.5.1 General requirements .13
7.5.2 Equipment for electrical measurement .14
7.5.3 Equipment for measuring fluids.14
7.6 Measurement units.14
7.7 Measurement period.14
7.8 Conversion of measured values .14
7.9 Electrical energy equivalent .15
7.9.1 Standard conversion rates .15
7.9.2 Determination of electrical energy equivalent .15
8 Measurement uncertainty .17
9 Reporting of results .17
9.1 Reporting of individual measurement results .17
9.1.1 System description .17
9.1.2 Measurement setup description .17
9.1.3 Measurement result description .18
9.2 Mapping of measured values and interpretation .18
9.3 Measurement report .18
Annex A (informative) Electrical energy equivalent .19
Annex B (informative) Measuring of energy supplies (other than electrical) .22
Annex C (informative) Measurement example .33
Annex D (informative) Equations for the calculation of energy supplied and energy efficiency .38
Annex E (informative) Examples of power measurement setup .40
Bibliography .51
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools.
A list of all parts in the ISO 14955 series can be found on the ISO website.
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Introduction
As environmental impact is a common challenge for all products and as natural resources become
scarce, environmental performance criteria for machine tools need to be defined and the use of these
criteria needs to be specified.
Machine tools are complex systems used by industry to manufacture “ready for use” products or
semi-finished workpieces. Their environmental impact includes wasted raw material, use of auxiliary
substances such as lubricants and other material flows, as well as conversion of electrical energy
into heat, dissipation of heat to the ambient or heat exchange by fluids and possibly the use of other
resources such as compressed air. Based on relevance considerations, the ISO 14955 series is focussed
on environmental impacts related to the energy supplied to the machine tool during the use stage.
The performance of a machine tool as key data for investment is multi-dimensional regarding its
economic value, its technical specification and its operating requirements which are influenced by
the specific application. The energy supplied to the same machine tool can vary depending on the part
which is being manufactured and the conditions under which the machine tool is operated. Therefore,
the environmental evaluation of a machine tool cannot be done regardless of these aspects.
ISO 14955-1 describes a methodology for the environmental evaluation of machine tools and gives
reasons for measuring energy supplied to the machine tool.
ISO 14955-3 to ISO 14955-5 describe the application of ISO 14955-1 and ISO 14955-2 to specific groups
of machine tools.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 14955-2:2018(E)
Machine tools — Environmental evaluation of machine
tools —
Part 2:
Methods for measuring energy supplied to machine tools
and machine tool components
1 Scope
This document describes how measurements are made by providing measuring methods in order to
produce reproducible data about the energy supplied to a machine tool under specified conditions.
Furthermore, it provides methods to quantify the energy supplied to components in order to assign
their share to generalized machine tool functions as described in ISO 14955-1.
It supports the energy-saving design methodology according to ISO 14955-1 by providing measuring
methods for the energy supplied to machine tools. The assignment of the energy supplied to machine
tool functions requires measurements at machine tool component level. These measurements need to
be reproducible and independent of conditions other than those being recorded and documented.
The results of the measurements are intended to document improvements to the design, specifically
under energy aspects, and/or to allow evaluating the energy involved in the manufacturing of a given
part by a given machine tool. Any comparison requires identical conditions and ensures by specification
and measurement that similar results are achieved.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1217, Displacement compressors — Acceptance tests
ISO 8778, Pneumatic fluid power — Standard reference atmosphere
ISO 14955-1:2017, Environmental evaluation of machine tools — Part 1: Design methodology for energy-
efficient machine tools
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14955-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at https: //www .electropedia .org/
3.1
average electrical power
average value of active electrical power for a given period in time
Note 1 to entry: Definitions for the measurement of electric power quantities under sinusoidal, non-sinusoidal,
[13]
balanced, or unbalanced conditions are available in IEEE 1459-2010 .
3.2
electrical energy
active electrical power integrated over a given period of time
3.3
electrical energy equivalent
electrical energy (3.2) necessary to provide any other form of energy supplied to the machine tool (3.4)
3.4
machine tool
mechanical device which is fixed (i.e. not mobile) and powered (typically by electricity and compressed
air), typically used to process workpieces by selective removal/addition of material or mechanical
deformation
Note 1 to entry: Machine tools operation can be mechanical, controlled by humans or by computers. Machine tools
may have also a number of peripherals used for machine tool cooling/heating, process conditioning, workpiece
and tool handling (workpiece feeding excluded), recyclables and waste handling and other tasks connected to
their main activities.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.16]
3.5
machine tool component
mechanical, electrical, hydraulic, or pneumatic device of a machine tool (3.4), or a combination thereof
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.13]
3.6
machine tool function
machine tool (3.4) operation (machining process, motion and control), process conditioning, workpiece
handling, tool handling or die change, recyclables and waste handling, machine tool cooling/heating
Note 1 to entry: Any machine tool function may be realized by one machine tool component (3.5) or by a
combination of machine tool components. Some machine tool components may realize more than one machine
tool function.
Note 2 to entry: Machine tool functions may be used for identifying machine tool components relevant for energy
supplied to the machine tool.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.12, modified — The Note 2 to entry has been deleted and the Note 3 to
entry has become Note 2 to entry.]
3.7
evaluation period
continuous time interval in which the energy supplied and the result obtained are quantified
3.8
operating state
combination of ON, HOLD and OFF etc., settings of mains, peripheral units, machine tool (3.4) control,
machine tool processing unit and machine tool motion units including relevant machine tool activities
Note 1 to entry: Peripheral units are, for example, units for machine tool cooling/heating, process conditioning,
workpiece and tool handling, recyclables, and waste handling.
Note 2 to entry: Machine tool processing units are, for example, main spindle of a turning machine, tool spindle of
a machining centre, generator for electro-discharge machine, slide of a press, draw cushions of a press.
Note 3 to entry: Machine tool motion units are, for example, linear axes of a turning machine, linear and rotary
axes of a machining centre, linear axes of a wire electro-discharge machine.
Note 4 to entry: Reference to operating states (e.g. OFF, STANDBY, EXTENDED STANDBY, WARM UP, READY FOR
PROCESSING, PROCESSING and CYCLING) requires definition of these states. An example for such a definition for
a metal-cutting machine tool is given in ISO 14955-1:2017, Annex C.
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Note 5 to entry: Examples of machine tool activities are tool loading, workpiece loading, axes movements,
waiting, machining or cycling, or complete test cycles.
Note 6 to entry: Depending on the operating state and the machine tool activities, a mode of operation is selected
as defined by relevant safety standards of machine tools.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.7, modified — The reference in Note 4 to entry has been updated.]
3.9
pneumatic energy
energy supplied by a flux of compressed air
3.10
shift regime
set of operating states and their time shares within an evaluation period
3.11
machine tool activity
set of operations of a machine tool (3.4) in operating states other than OFF
Note 1 to entry: Machine tool activities are caused by a defined control input to the machine tool by the user such
as setting of a parameter or starting a program.
Note 2 to entry: Examples for machine tool activities are tool loading, workpiece loading, axes movement at
specified speed and acceleration, machining or cycling, or complete test cycles (with relevant parameters
specified).
4 System and machine tool state description
4.1 General
To perform the energy assessment, the system and the state of the machine tool shall be described. The
description of the system is suggested in Clause 6. The machine tool state is the result of three distinct
but not necessarily independent types of influences:
— ambient conditions;
— operating states;
— machine tool activity.
A complete statement shall comprise the system description and the state of the machine tool,
characterized by ambient conditions, operating state and machine tool activity. Measurements shall be
documented accordingly.
4.2 Ambient conditions
Measurements should be made at a stable ambient temperature, preferably at 20 °C. Ambient
temperature and its fluctuations shall be monitored and reported in terms of average value and its
variation (e.g. standard deviation or minimum/maximum values). Other ambient conditions, if relevant,
shall be reported (e.g. humidity, direct sunlight, heat transfer).
4.3 Operating states and machine tool activity
Operating states result from the selection of a mode of operation and, eventually, from the introduction
of further parameters by the operator, putting the machine tool in a desired state. The machine tool
may include provisions to switch automatically to a particular operating state when default conditions,
such as changing to STANDBY some time after finishing a part cycle and being unattended, are reached.
The transition from one operating state to another shall be considered as a separate operating state
if the assumed amount of energy supplied has a relevant share, e.g. the transition from OFF to READY
FOR PROCESSING, if the machine tool passes through a compulsory warm-up cycle.
Examples of operating states are OFF, transition from STANDBY to READY FOR PROCESSING, STANDBY,
READY FOR PROCESSING or CYCLING, PROCESSING or CYCLING, and transition from STANDBY to OFF.
DOWN BY FAILURE due to process failure or due to an emergency stop may be a relevant machine tool
operating state to be included in the evaluation. Definitions of operating states depend on the specific
machine tool and shall be documented (see ISO 14955-1:2017, Annex C).
4.4 Machine tool activity
Within an operating state and under stable ambient conditions, the energy supplied to the system
can depend on the machine tool activity. For certain operating states such as OFF or STANDBY, the
machine tool activity can depend on default settings. For others, such as READY FOR PROCESSING or
PROCESSING, the machine tool activity, comprising the set up with tools and parts, and programming
by the operator strongly influence the energy supplied to the system.
NOTE 1 Different machine tool activities can require certain modes of operation as laid down in safety
standards for machine tools.
NOTE 2 For sample or reference machine tool activities for testing, refer to subsequent parts of ISO 14955.
5 Test scenarios
5.1 General
Energy supplied to machine tools depends on the actual use. The test scenario depicts the prescribed
sequence of machine tool operating states, further on called “shift regime”, and, if necessary, the
corresponding machine tool activities (typically for the PROCESSING state). The scenario may include
non-productive times, such as organizational downtime, maintenance time and others. The shift
regime shall be determined according to the actual use of the machine tool in the field (e.g. based on
information acquired by data logging systems).
Test scenarios can be defined in two ways. Either they consider a generic production mission for that
machine kind, i.e. a machine-based test scenario, optionally referring to a specific application sector (e.g.
for a milling machine, automotive or mould and dies sectors). Or they refer to a specific manufacturing
task (e.g. a customer production), further on called “task-based test scenario”.
NOTE Machine-based test scenarios are proposed in subsequent parts of ISO 14955.
5.2 Machine-based test scenario
5.2.1 General
Machine-based test scenarios require the definition of shift regimes and corresponding machine tool
activities.
5.2.2 Sample shift regime
The sample shift regime illustrates how to describe and manage the reference sequence of machine
tool operating states. It reflects a simplified and clustered industrial use scenario with an average of
2,5 shifts, a selection of three characteristic operating states with one machine tool activity each and
an assumed time share for PROCESSING of 80 %. The default evaluation period is 24 h (see Figure 1,
Table 1).
NOTE 1 The measuring period can be significantly shorter than the evaluation period, see 7.7.
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NOTE 2 The energy supplied in the operating state OFF can be significant, in particular for resources other
than electricity.
Table 1 — Sequence of operating states for the sample shift regime
Duration Operating state Machine tool activity
1 4 h OFF None.
The operating state OFF or the operating
(0,5 shifts)
state commonly used when the machine tool
is unattended and not producing for more
than one hour.
2 4 h READY FOR PROCESSING The machine tool is ready to start ma-
chining immediately, as an indicative
(0,5 shifts)
value within 10 s.
3 16 h PROCESSING Typical machining cycle with or without a
part being machined.
(2,0 shifts)
If a part is being machined, process parameters (e.g. depth of cut, cutting speed, feed speed, type of
tool, tool condition), raw part (e.g. type of material, pre-processing of part including tolerances of pre-
machined surfaces), machining time and tolerances for machined surfaces (e.g. tolerances for diameters,
for position and orientation, for form, for roughness) shall be specified.
Key
1 OFF
2 READY FOR PROCESSING
3 PROCESSING
4 evaluation period
X time, in h
Y power, in W
Figure 1 — Illustration of power measurement during a sample shift regime
5.2.3 Specific shift regime
5.2.3.1 Motivation
Specific shift regimes shall be applied in cases where use scenarios and/or typical operating states differ
significantly from the sample shift regime. They may be suggested by the manufacturer/supplier or
result from an agreement between the manufacturer/supplier and the user. Specific shift regimes shall
be determined according to the actual or intended use of the machine tool, i.e. based on operating data
or on operating schedules. Operating states other than stated in 5.2.2 may be considered (e.g. warm-
up periods). The evaluation period shall be determined such as to minimize the influence of power
fluctuations caused by temperature gradients, switching and control of peripherals and any other
transients.
Time share and sequence of each operating state and/or each machine tool activity shall be defined.
5.2.3.2 Clustering of time shares for specific shift regimes
In some cases, the actual use of the machine consists of a sequence with numerous changes of operating
states and machine tool activities, as depicted in the example of Table 2. If, by expert judgement,
transients can be assumed to be negligible, or when they are considered as a separate operating state,
scattered time shares of each sequence of operating states and machine tool activity can be clustered
to a single share of the evaluation period for the chosen shift regime, as depicted for the same example
in Table 3. Operating states and machine tool activities are classified and numbered (e.g. 0, 1-0, 1-1, 2-0,
2-1) for easier clustering. The purpose of clustering is the simplification of the shift regime in order to
facilitate measuring and assessment.
Table 2 — Example for time shares of operating states and machine tool activities within a
specific shift regime
Operating READY FOR READY FOR READY FOR
PROCESSING OFF PROCESSING
state PROCESSING PROCESSING PROCESSING
Operating
state 2 3 1 2 3 2
number
Machine
activity 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1
number
Evaluation
10 h
period
06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
Time of day to to to to to to to to to to
07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Duration
1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,5 1 1 2 0,5 0,5
(h)
Table 3 — Example for clustering of operating states and machine tool activities within a
specific shift regime
Evaluation
10 h
period
READY FOR READY FOR
OFF PROCESSING PROCESSING
Clustered PROCESSING PROCESSING
number number number
shift number number
1–1 3–1 3–2
regime 2–1 2–2
1,0 h 4,5 h 1,0 h
1,5 h 2,0 h
6 © ISO 2018 – All rights reserved
5.2.3.3 Determination of specific shift regimes
As an example, Figure 2 presents the different operating states and machining activities for air-bending
processes on a press brake. In this case, the actual bending operation (operating state 3-1) takes less
[11]
than 10 % of the total production time .
Key
2–1 tool setup: get tool, change and carry away
2–2 preparation on PC: load new order from central server and programming or adapting bending program
2–3 supporting task: move pallets, rearrange sheets, counting, administrative tasks
2–4 loading new sheet: take a new sheet and position it against back gauge
3–1 punch moving downwards and bending: actual bending process
3–2 punch moving upwards
2–5 intermediate action: consult instruction screen and part handling between two bends
2–6 workpiece transport: put workpieces away and rearrange them
2–7 workpiece measure: measure the workpiece
2–8 human needs and distraction: being absent, non-productive human reasons
[11]
Figure 2 — Operating states and machine tool activities for air-bending processes
In this case, the use scenario differs significantly from the sample shift regime.
— A variety of machine tool activities take place in the operating state READY FOR PROCESSING, with
a time share of 77,2 %:2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7.
— The time share of PROCESSING is 12,5 %: 3-1, 3-2.
— Manual operation causes idle time for human needs and distraction in the operating state READY
FOR PROCESSING with a time share of 10,2 %:2-8.
These states comprise occupied time only, i.e. no operating state OFF. Due to necessary human presence,
the use scenario is based on two shifts only. A specific shift regime may therefore be composed as
depicted in Table 4, comprising one shift of 8 h in the operating state OFF.
Table 4 — Example for specific shift regime for an air bending machine tool according to
Figure 2
Evaluation period: 24 h
READY FOR PROCESSING: PROCESSING:
OFF: 14 h 2 h
8 h number number
2–1, 2–2, 2–3, 2–4, 2–5, 2–6, 2–7, 2–8 3–1, 3–2
5.2.3.4 Reduced shift regimes
In addition to the clustering of time shares, shift regimes may be further simplified to reduced shift
regimes in two ways.
Machine tool activities and/or operating states with a similar energy supplied during a given time
interval may be summarized, as shown in the example in 5.2.3.3.
Operating states with little impact on the total of energy supplied to the machine tool may be omitted.
As an example, if a machine tool has a dedicated operating state for tool change, which is, for the case
given, rarely used, and average power in this operating state is not significantly higher than in any
other operating state, this operating state may be omitted. An indicative value for rareness is 1 % of the
evaluation period, or 15 min per 24 h.
5.3 Task-based test scenario
Task-based test scenarios shall be derived from a given application (e.g. a machine tool specifically
configured for the production of one part or a part family). Task-based test scenarios shall be agreed
upon between manufacturer/supplier and user.
The definition of the task shall comprise a specification of the part geometry and of the features, of the
part quality and of the permissible machining time. Tolerances and times shall be measured, treatment
of parts out of tolerance shall be defined (e.g. addition of energy in parts, including material, as parts
out of tolerance are waste) and treatment of machining times beyond the specified maximum shall be
defined, i.e. comparison of excessive machining times with times within specification. The design of the
production process shall include necessary non-productive times, as depicted in Figure 3.
8 © ISO 2018 – All rights reserved
Key
1 PRE-PROCESSING
2 PROCESSING
3 POST-PROCESSING
4 evaluation period
X time, in h
Y power, in W
Figure 3 — Example of power measurement during task-based test scenario
6 System definition for measurement
All measurements shall be performed with the purpose of measuring all relevant energy supplies
crossing the system boundaries according to ISO 14955-1 under reproducible conditions. The system
boundary shall be defined in such a way as to include all necessary components of the machine tool and
to facilitate measurements at the system boundary.
The point of reference is the total electrical energy supplied. Other supplies shall be included in the
assessment if they are relevant. Relevancy for any other than electrical energy supplied is assumed
if the electrical energy equivalent exceeds 10 % of the total electrical energy supplied during the
evaluation period.
Energy supplies considered as not being relevant shall be listed and the basis for the assumption for not
being relevant shall be reported.
The evaluation may be developed stepwise in the following order and the energy may be calculated as
follows:
W = W + W + W + W (1)
Sys a b c d
where
W is the total energy supplied;
Sys
W is the electrical energy supplied;
a
W is the energy supplied by tube-bound supplies with inlet measuring only;
b
W is the energy supplied by tube-bound supplies with inlet and outlet measuring;
c
W is the energy supplied by other functions.
d
NOTE The energy supplied is not necessarily the physical energy flow across the system boundary. For
example, if a machine tool needs heat exchange by a cooling water circuit, the energy supplied is the electrical
energy equivalent of the cooling water, i.e. the energy needed for pumping and cooling the cooling water by a
factory installation.
a) Electrical energy (see Figure 4)
Key
1 machine tool
2 peripheral A
3 peripheral B
4 system boundary
5 electrical energy
Figure 4 — Point of reference for assessment is electrical energy supplied
b) Tube-bound supplies with inlet measuring only (e.g. compressed air) (see Figure 5)
10 © ISO 2018 – All rights reserved
Key
1 machine tool 4 system boundary
2 peripheral A 5 electrical energy
3 peripheral B 6 compressed air
Figure 5 — Inclusion of compressed air
c) Tube-bound supplies with inlet and outlet measuring (e.g. cooling water circuit for heat exchange)
(see Figure 6)
Key
1 machine tool 5 electrical energy
2 peripheral A 6 compressed air
3 peripheral B 7 cooling fluid
4 system boundary
Figure 6 — Inclusion of cooling water circuit
d) Other functions which are supplied primarily under the use of electrical energy (e.g. extraction of
contaminated air) (see Figure 7) or resources (e.g. process gas produced in a factory installation)
Key
1 machine tool 5 electrical energy
2 peripheral A 6 compressed air
3 peripheral B 7 cooling fluid
4 system boundary 8 contaminated air
Figure 7 — Inclusion of extraction of contaminated air
7 Measuring set up and methodology
7.1 Measuring points selection
As a minimum, each supply shall be measured at the system boundary. Furthermore, for relevant
machine tool components with a common supply at the system boundary, a measuring point within the
system boundary shall be considered. Relevancy of a machine tool component is assumed if the supply
of a machine tool component – all energies supplied to the machine tool component included — exceeds
10 % of the total electrical energy. The assumption may be based on experience with comparable
machine tools, estimations or calculations.
Over all, the measuring points shall enable a functional assignment of machine tool components to
machine tool functions according to ISO 14955-1 for 80 % or more of the energy supplied to the machine
tool within the evaluation period.
NOTE For compressed air system optimization and measuring, see ISO 11011.
7.2 Power measurement and calculation of energy supplied
Measuring of power is the base to evaluate the energy supplied by integration of power over time. To
determine the energy supplied to machine components, as required in ISO 14955-1:2017, 6.4.2, the
power applied to the machine tool components can be determined by measurement of auxiliary values
(e.g. voltage and current, pressure and flow) followed by calculation of power and energy.
The power measurement in systems described in this document cannot cover all possible technical
solutions but defines the principle of how to do power measurement also for other similar systems. For
12 © ISO 2018 – All rights reserved
examples of machine tool–specific power measurement setups, see machine tool-specific annexes in
the machine tool–specific parts of the ISO 14955 series.
Formulae for calculation of energy supplied and energy efficiency are given in Annex D. Examples of
power measurement setup are given in Annex E.
NOTE An example is measuring the pressure and stroke of a die cushion and calculating the energy by
multiplying the die cushion stroke by die cushion force (area multiplied by pressure) or calculating the power by
multiplying the die cushion velocity by die cushion force.
The energy supplied at the system boundary during a shift regime is calculated by multiplying the average
power of the operating states and machine tool activities with their time shares in the shift regime.
For the sample shift regime according to 5.2.2, the total energy supplied is calculated as follows:
W = 4 × P + 4 × P + 16 × P (2)
total OFF READY FOR PROCESSING PROCESSING
where
W is the total energy supplied during the evaluation period in [kWh];
total
P is the average power measured in the operating state OFF in [kW];
OFF
P is the average power measured in the operating state READY FOR PRO-
READY FOR PROCESSING
CESSING in [kW];
P is the average power measured in the operating state PROCESSING in [kW].
PROCESSING
NOTE Time periods for P , P and P are taken from Table 1.
OFF READY FOR PROCESSING PROCESSING
For specific shift regimes the formula above shall be adjusted accordingly.
7.3 Simultaneous measuring
Simultaneous measurement ensures fast and reliable data acquisition. It shall be done by multi-channel
measuring equipment, where the number of measuring channels corresponds to the number of relevant
machine tool components to be measured plus one, to measure the energy supplied at the inlet point.
7.4 Quasi-simultaneous measuring
If less measurement channels than the ones required for simultaneous measurements are available,
quasi-simultaneous measurement can be used. Compared to simultaneous measurement, quasi-
simultaneous measurement ensures reliable data acquisition at the expense of time. It shall be done by
measuring equipment with a minimum of two channels or two synchronized power meters and under
stable conditions. While one channel shall measure without interruption the total power supplied
to the machine tool during the measurement, the second channel shall be connected to the various
machine tool components one after the other without interrupting their function. With advantage, this
method can be used during regimes with clustered time shares with periodically repeated machine
tool activities allowing stable conditions for longer time intervals. Care shall be taken since many
components operate discontinuously on longer periods and expert judgment is necessary.
7.5 Measuring equipment
7.5.1 General requirements
The chosen measuring equipment shall be suitable (e.g. resolution and measuring range) to solve the
current task. The equipment shall be calibrated and measurement uncertainty shall be stated (see
Clause 8).
Measuring equipment shall suppress any influence of transients falsifying the measuring result.
The sampling rate of the data acquisition system shall be suitable for correct measurement of the
fluctuations of values within the measuring period. Equipment parameters influencing its accuracy
due to other than nominal conditions (such as high-frequency distortion of measured signals) shall be
reported. These are analog/digital converter sampling rate, anti-aliasing filter frequency or compliance
with relevant standards (e.g. IEC 62053-22).
NOTE Integrated devices of the machine tool can serve as measuring equipment.
7.5.2 Equipment for electrical measurement
The equipment for electrical measurement shall be capable of providing the following data:
— active electrical power, i.e. wattmeter;
— electrical energy within the measuring period or average electrical power within the measuring
period.
NOTE Any supplementary measurands such as peak power, apparent power (see [13]), etc. for purposes
other than measuring energy supplied to the machine tool are not within the scope of this document.
7.5.3 Equipment for measuring fluids
Calorimetric measurement equipment is suitable for air and water. In order to determine the flow of
fluids (e.g. mineral oil), measurement of other values and calculation may be done (see also Figure B.1).
Temperature of fluids shall be measured by sensors in the fluid or outside on the surface of a thermally
non-insulated tube. See also Annex B.
7.6 Measurement units
All measurement results shall be reported in units of the measuring instrument and in the following way.
— Active electrical power shall be expressed in kW or in W. Electrical energy shall be expressed in
kWh or in Wh.
— Pneumatic energy shall be measured as standard volume flow rate according to ISO 1217 at
standard reference atmosphere according to ISO 8778, integrated over time and expressed as cubic
meter at standard reference atmosphere [m (ANR)] supplied at specified nominal pressure at the
machine tool inlet point. Alternatively, the mass flow rate may be measured, integrated over time
and converted into cubic meter at standard reference atmosphere [m (ANR)].
— Liquid measurements shall include temperature in degree Celsius (°C), volume flow rate in litre per
minute (l/m) integrated over time and expressed as volume in cubic meter (m ) and pressure in
Pascal (Pa).
7.7 Measurement period
The default measuring period is the evaluation period. Based on expert judgement or on monitoring of
measuring results during the measurement, the measuring period can be shortened to a minimum of
5 min and the energy supplied shall be extrapolated to match the respective shift regime. The reason
for the shortening shall be stated. Typical reasons for shortening are the observation of repetitive
pattern or of a stabilization of power supplied after some time.
7.8 Conversion of measured values
In order to facilitate interpretation and comparison, all energy supplied to the machine tool shall be
expressed in kWh or in Wh.
14 © ISO 2018 – All rights reserved
If the unit of th
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14955-2
Première édition
2018-06
Machines-outils — Évaluation
environnementale des machines-
outils —
Partie 2:
Méthode pour mesurer l'énergie
apportée aux machines-outils et aux
composants de machines-outils
Machine tools — Environmental evaluation of machine tools —
Part 2: Methods for measuring energy supplied to machine tools and
machine tool components
Numéro de référence
©
ISO 2018
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Description du système et de l’état de la machine-outil . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Conditions ambiantes . 4
4.3 États de fonctionnement et opération de la machine-outil . 4
4.4 Opération de la machine-outil . 4
5 Scénarios d’essai . 4
5.1 Généralités . 4
5.2 Scénario d’essai basé sur la machine . 5
5.2.1 Généralités . 5
5.2.2 Échantillon de régime de postes . 5
5.2.3 Régime de postes spécifique . 6
5.3 Scénario d’essai basé sur la tâche . 9
6 Définition du système pour le mesurage .10
7 Installation et méthodes de mesure .13
7.1 Sélection des points de mesure .13
7.2 Mesurage de la puissance et calcul de l’énergie apportée .13
7.3 Mesurage simultané .14
7.4 Mesurage quasi simultané .14
7.5 Équipement de mesure .15
7.5.1 Exigences générales .15
7.5.2 Équipement pour les mesurages électriques .15
7.5.3 Équipement pour les mesurages des fluides .15
7.6 Unités de mesure .15
7.7 Période de mesure .16
7.8 Conversion des valeurs mesurées .16
7.9 Équivalent énergie électrique .16
7.9.1 Taux de conversion normalisés .16
7.9.2 Détermination de l’équivalent énergie électrique .16
8 Incertitude de mesure .18
9 Consignation des résultats dans un rapport .18
9.1 Rapport des résultats de mesurage individuels .18
9.1.1 Description du système .18
9.1.2 Description du montage de mesure .19
9.1.3 Description du résultat de mesure .19
9.2 Mise en correspondance des valeurs mesurées et interprétation.19
9.3 Rapport de mesure .19
Annexe A (informative) Équivalent énergie électrique .21
Annexe B (informative) Mesurage des alimentations en énergie (autres qu’électrique) .24
Annexe C (informative) Exemple de mesurage .36
Annexe D (informative) Équations pour le calcul de l’énergie apportée et de
l’efficacité énergétique.42
Annexe E (informative) Exemples de montage pour mesurage de la puissance .44
Bibliographie .55
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/avant -propos.
Le comité chargé de l'élaboration du présent document est l'ISO/TC 39, Machines-outils.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14955 se trouve sur le site de l’ISO.
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Introduction
Comme l’impact environnemental est un enjeu commun pour tous les produits et comme les ressources
naturelles s’épuisent, des critères de performance environnementale pour les machines-outils
nécessitent d’être définis et l’utilisation de ces critères nécessite d’être spécifiée.
Les machines-outils sont des systèmes complexes utilisés par l’industrie pour fabriquer des produits
«prêts à l’emploi» ou des pièces semi-finies. Leur impact environnemental englobe les déchets de
matières premières, l’utilisation de substances auxiliaires telles que les lubrifiants et autres flux
de matière ainsi que la conversion de l’énergie électrique en chaleur, la dissipation de la chaleur
dans le milieu ambiant ou l’échange de chaleur par les fluides et éventuellement l’utilisation d’autres
ressources telles que l’air comprimé. Sur la base de considérations de pertinence, la série ISO 14955
porte essentiellement sur les impacts environnementaux liés à l’énergie apportée à la machine-outil
pendant la phase d’utilisation.
Les performances d’une machine-outil, en tant qu’informations importantes pour l’investissement,
sont multi directionnelles compte tenu de sa valeur économique, ses caractéristiques techniques et ses
exigences de fonctionnement, qui dépendent de son application spécifique. L’énergie apportée à une
même machine-outil peut varier en fonction de la pièce fabriquée et des conditions de fonctionnement
de la machine-outil. L’évaluation environnementale d’une machine-outil ne peut donc pas être réalisée
sans tenir compte de ces aspects.
L’ISO 14955-1 décrit une méthodologie pour l’évaluation environnementale des machines-outils et
donne des raisons pour le mesurage de l’énergie apportée à la machine-outil.
Les ISO 14955-3 à ISO 14955-5 décrivent l’application de l’ISO 14955-1 et de l’ISO 14955-2 aux groupes
spécifiques de machines-outils.
NORME INTERNATIONALE ISO 14955-2:2018(F)
Machines-outils — Évaluation environnementale des
machines-outils —
Partie 2:
Méthode pour mesurer l'énergie apportée aux machines-
outils et aux composants de machines-outils
1 Domaine d'application
Le présent document décrit comment les mesurages sont effectués en fournissant des méthodes de
mesure afin de produire des données reproductibles concernant l’énergie apportée à une machine-outil
dans des conditions spécifiées. Par ailleurs, il fournit des méthodes pour quantifier l’énergie apportée
aux composants afin d’attribuer leur part aux fonctions généralisées de la machine-outil, comme décrit
dans l’ISO 14955-1.
Il vient à l’appui de la méthode de conception permettant d’économiser l’énergie conformément à
l’ISO 14955-1 en fournissant des méthodes de mesure de l’énergie apportée aux machines-outils.
L’attribution de l’énergie apportée aux fonctions de la machine-outil exige des mesurages au niveau des
composants de la machine-outil. Ces mesurages nécessitent d’être reproductibles et indépendants des
conditions autres que celles qui sont enregistrées et documentées.
Les résultats des mesurages sont destinés à documenter les améliorations de la conception, notamment
en ce qui concerne les aspects énergétiques, et/ou à permettre d’évaluer l’énergie utilisée dans la
fabrication d’une pièce donnée par une machine-outil donnée. Toute comparaison exige des conditions
identiques et garantit à l’aide d’une spécification et d’un mesurage que des résultats similaires sont
obtenus.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1217, Compresseurs volumétriques — Essais de réception
ISO 8778, Transmissions pneumatiques — Atmosphère normalisée de référence
ISO 14955-1:2017, Machines-outils — Évaluation environnementale des machines-outils — Partie 1:
Méthode de conception pour l'efficacité énergétique des machines-outils
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 14955-1 ainsi que les
suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
puissance électrique moyenne
valeur moyenne de la puissance électrique active pour une période donnée
Note 1 à l'article: Les définitions relatives au mesurage des grandeurs de puissance électrique dans des conditions
[13]
sinusoïdales, non sinusoïdales, équilibrées ou non équilibrées sont disponibles dans l’IEEE 1459-2010 .
3.2
énergie électrique
puissance électrique active intégrée sur une période donnée
3.3
équivalent énergie électrique
énergie électrique (3.2) nécessaire pour produire toute autre forme d’énergie apportée à la machine-
outil (3.4)
3.4
machine-outil
dispositif mécanique fixe (c’est-à-dire non mobile) et alimenté en énergie (généralement électrique et
pneumatique), habituellement utilisé pour le traitement des pièces par enlèvement/ajout sélectif de
matériau ou déformation mécanique
Note 1 à l'article: Les machines-outils peuvent fonctionner mécaniquement, sur commande d’humains ou
d’ordinateurs. Les machines-outils peuvent également être équipées d’un certain nombre d’unités périphériques
utilisées pour le refroidissement/chauffage, le processus de conditionnement, la manutention de pièce et d’outil
(à l’exception de l’alimentation de la pièce), le traitement des matériaux recyclables et des déchets de la machine-
outil et d’autres tâches liées à leurs opérations principales.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.16]
3.5
composant de machine-outil
dispositif mécanique, électrique, hydraulique ou pneumatique d’une machine-outil (3.4), ou combinaison
de ces dispositifs
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.13]
3.6
fonction d’une machine-outil
fonctionnement de la machine-outil (3.4) (processus d’usinage, mouvement et commande), processus de
conditionnement, manutention de pièce, manutention d’outil ou changement de matrice, traitement des
matériaux recyclables et des déchets, refroidissement/chauffage de la machine-outil
Note 1 à l'article: Toute fonction de machine-outil peut être exécutée par un seul composant de la machine-outil
(3.5) ou par une combinaison de composants de la machine-outil. Certains composants de la machine-outil
peuvent exécuter plus d’une fonction de la machine-outil.
Note 2 à l'article: Les fonctions de la machine-outil peuvent être utilisées pour identifier les composants de la
machine-outil liés à l’énergie fournie à la machine-outil.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.12, modifiée — La Note 2 à l’article a été supprimée et la Note 3 à l’article
est devenue la Note 2 à l’article.]
3.7
période d’évaluation
intervalle de temps continu pendant lequel l’énergie apportée et le résultat obtenu sont quantifiés
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
3.8
état de fonctionnement
combinaison de MARCHE, VEILLE et ARRÊT, etc., de réglage de l’alimentation électrique, des unités
périphériques, de la commande de la machine-outil (3.4), de l’unité de traitement de la machine-outil et des
unités de mouvement de la machine-outil, y compris les opérations pertinentes liées à la machine-outil
Note 1 à l'article: Les unités périphériques sont, par exemple, les unités de refroidissement/chauffage de la
machine-outil, de conditionnement du processus, de manutention de la pièce et de l’outil, de traitement des
matériaux recyclables et des déchets.
Note 2 à l'article: Les unités de traitement de la machine-outil sont, par exemple, la broche principale d’un tour,
la broche porte-outil d’un centre d’usinage, le générateur d’une machine d’usinage par électroérosion, la coulisse
d’une presse, les coussins d’emboutissage d’une presse.
Note 3 à l'article: Les unités de mouvement de la machine-outil sont, par exemple, les axes linéaires d’un tour, les
axes linéaires et rotatifs d’un centre d’usinage, les axes linéaires d’une machine d’usinage par électroérosion.
Note 4 à l'article: La référence aux états de fonctionnement (par exemple, ARRÊT, VEILLE, VEILLE PROLONGÉE,
PRÉCHAUFFAGE, PRÊTE À FONCTIONNER, TRAITEMENT EN COURS et CYCLE EN COURS) exigent une définition
de ces états. Un exemple pour une telle définition pour une machine-outil par enlèvement de métal est donné
dans l’ISO 14955-1:2017, Annexe C.
Note 5 à l'article: Des exemples d’opérations de la machine-outil sont le chargement d’outil, le chargement de la
pièce, les mouvements des axes, l’attente, l’usinage ou le cycle de fonctionnement, ou encore des cycles d’essai
complets.
Note 6 à l'article: En fonction de l’état de fonctionnement et des opérations de la machine-outil, un mode de
fonctionnement est sélectionné comme défini dans les normes de sécurité applicables aux machines-outils.
[SOURCE: ISO 14955-1:2017, 3.7, modifiée — La référence dans la Note 4 à l’article a été mise à jour.]
3.9
énergie pneumatique
énergie apportée par un flux d’air comprimé
3.10
régime de postes
ensemble d’états de fonctionnement et de leurs parts de temps respectives au cours d’une période
d’évaluation
3.11
opération de la machine-outil
ensemble d’opérations d’une machine-outil (3.4) dans les états de fonctionnement autres qu’ARRÊT
Note 1 à l'article: Les opérations d’une machine-outil sont causées par une commande définie transmise à la
machine-outil par l’utilisateur, telle que le réglage d’un paramètre ou le démarrage un programme.
Note 2 à l'article: Des exemples d’opérations d’une machine-outil sont le chargement d’outil, le chargement de la
pièce, le mouvement des axes à une vitesse et une accélération spécifiées, l’usinage ou le cycle de fonctionnement,
ou des cycles d’essai complets (avec les paramètres pertinents spécifiés).
4 Description du système et de l’état de la machine-outil
4.1 Généralités
Pour réaliser l’évaluation énergétique, le système et l’état de la machine-outil doivent être décrits. La
description du système est proposée à l’Article 6. L’état de la machine-outil est le résultat de trois types
d’influence distincts, mais pas nécessairement indépendants:
— conditions ambiantes;
— états de fonctionnement;
— opération de la machine-outil.
Un énoncé complet doit comprendre la description du système et l’état de la machine-outil, caractérisé
par les conditions ambiantes, l’état de fonctionnement et l’opération de la machine-outil. Les mesurages
doivent être documentés conformément.
4.2 Conditions ambiantes
Il convient d’effectuer les mesurages à une température ambiante stable, de préférence à 20 °C. La
température ambiante et ses fluctuations doivent être surveillées et consignées dans le rapport en
termes de valeur moyenne et sa variation (par exemple, écart-type ou valeurs minimale/maximale).
Les autres conditions ambiantes, le cas échéant, doivent être consignées dans le rapport (par exemple,
humidité, lumière directe du soleil, transfert de chaleur).
4.3 États de fonctionnement et opération de la machine-outil
Les états de fonctionnement résultent de la sélection d’un mode de fonctionnement et finalement de
l’introduction de paramètres supplémentaires par l’opérateur pour mettre la machine-outil dans un
état souhaité. La machine-outil peut comprendre des dispositions pour passer automatiquement à un
état de fonctionnement particulier lorsque les conditions par défaut, telles que le passage en VEILLE un
certain temps après la fin d’un cycle partiel et en l’absence de surveillance, sont atteintes.
La transition d’un état de fonctionnement à un autre doit être considérée comme un état de
fonctionnement distinct si la quantité d’énergie apportée supposée représente une part pertinente,
par exemple, la transition d’ARRÊT à PRÊTE À FONCTIONNER, si la machine-outil passe par un cycle
obligatoire de mise en température.
Des exemples d’états de fonctionnement sont ARRÊT, transition de VEILLE à PRÊTE À FONCTIONNER,
VEILLE, PRÊTE À FONCTIONNER ou PRÊTE POUR LE CYCLE DE FONCTIONNEMENT, TRAITEMENT EN
COURS ou CYCLE DE FONCTIONNEMENT, et transition de VEILLE à ARRÊT.
ARRÊT POUR DÉFAILLANCE en raison d’une défaillance du procédé ou d’un arrêt d’urgence peut être
un état de fonctionnement de la machine-outil pertinent à inclure dans l’évaluation. Les définitions des
états de fonctionnement dépendent de la machine-outil spécifique et doivent être documentées (voir
ISO 14955-1:2017, Annexe C).
4.4 Opération de la machine-outil
Dans un état de fonctionnement et dans des conditions ambiantes stables, l’énergie apportée au système
peut dépendre de l’opération de la machine-outil. Pour certains états de fonctionnement tels que ARRÊT
ou VEILLE, l’opération de la machine-outil peut dépendre des réglages par défaut. Pour d’autres, tels
que PRÊTE À FONCTIONNER ou TRAITEMENT EN COURS, l’opération de la machine-outil, comprenant
le montage avec les outils et les pièces, et la programmation par l’opérateur ont une forte influence sur
l’énergie apportée au système.
NOTE 1 Les différentes opérations des machines-outils peuvent nécessiter certains modes de fonctionnement
décrits dans les normes de sécurité relatives aux machines-outils.
NOTE 2 Pour les activités d’une machine-outil d'échantillon ou de référence pour les essais, se reporter aux
parties suivantes de l’ISO 14955.
5 Scénarios d’essai
5.1 Généralités
L’énergie apportée aux machines-outils dépend de l’utilisation réelle. Le scénario d’essai décrit
la séquence prescrite d’états de fonctionnement de la machine-outil, appelée ci-après «régime de
postes» et, si nécessaire, les opérations correspondantes de la machine-outil (généralement pour l’état
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés
TRAITEMENT EN COURS). Le scénario peut comprendre des temps improductifs, tels que les arrêts
organisationnels, les temps de maintenance et autres. Le régime de postes doit être déterminé en
fonction de l’utilisation réelle de la machine-outil sur le site (par exemple, basé sur des informations
acquises par des systèmes d’enregistrement de données).
Les scénarios d’essai peuvent être définis de deux manières. Soit ils considèrent une mission générique
de production pour ce type de machine, c’est-à-dire un scénario d’essai basé sur la machine, se
rapportant éventuellement à un secteur d’application spécifique (par exemple, pour une fraiseuse, les
secteurs de l’automobile ou des moules et matrices). Soit ils se rapportent à une tâche de fabrication
spécifique (par exemple, la production d’un client) et sont désignés ci-après «scénarios d’essai basés sur
la tâche».
NOTE Des scénarios d’essai basés sur la machine sont proposés dans les parties suivantes de l’ISO 14955.
5.2 Scénario d’essai basé sur la machine
5.2.1 Généralités
Les scénarios d’essai basés sur la machine exigent la définition des régimes de postes et des opérations
de la machine-outil correspondantes.
5.2.2 Échantillon de régime de postes
L’échantillon de régime de postes montre comment décrire et gérer la séquence de référence des états de
fonctionnement d’une machine-outil. Il reflète un scénario d’utilisation industrielle simplifié et regroupé
avec une moyenne de 2,5 postes, une sélection de trois états de fonctionnement caractéristiques avec
une seule opération de la machine-outil pour chacun et une part de temps supposée de TRAITEMENT
EN COURS de 80 %. La période d’évaluation par défaut est de 24 h (voir la Figure 1, Tableau 1).
NOTE 1 La période de mesure peut être nettement plus courte que la période d’évaluation; voir 7.7.
NOTE 2 L’énergie apportée à l’état de fonctionnement ARRÊT peut être significative, en particulier pour les
ressources autres que l’électricité.
Tableau 1 — Séquence d’états de fonctionnement pour l’échantillon de régime de postes
Durée État de fonctionnement Opération de la machine-outil
1 4 h ARRÊT Aucune.
(0,5 poste) État de fonctionnement ARRÊT ou état de
fonctionnement couramment utilisé lorsque
la machine-outil est sans surveillance et ne
produit pas pendant plus d’une heure.
2 4 h PRÊTE À FONCTIONNER La machine-outil est prête à débuter
l’usinage immédiatement, à titre indicatif
(0,5 poste)
dans un délai de 10 s.
3 16 h TRAITEMENT EN COURS Cycle d’usinage type avec ou sans pièce en
cours d’usinage.
(2,0 postes)
Si une pièce est usinée, les paramètres du procédé (par exemple, profondeur de coupe, vitesse de
coupe, vitesse d’avance, type d’outil, état de l’outil), la pièce brute (par exemple, type de matériau, pré-
traitement de la pièce y compris les tolérances relatives aux surfaces pré-usinées), le temps d’usinage
et les tolérances relatives aux surfaces usinées (par exemple, tolérances relatives aux diamètres, à la
position et à l’orientation, à la forme, à la rugosité) doivent être spécifiés.
Légende
1 ARRÊT
2 PRÊTE À FONCTIONNER
3 TRAITEMENT EN COURS
4 période d’évaluation
X temps, en h
Y puissance, en W
Figure 1 — Illustration d’un mesurage de puissance pendant un échantillon de régime de postes
5.2.3 Régime de postes spécifique
5.2.3.1 Motivation
Des régimes de postes spécifiques doivent être appliqués dans les cas où les scénarios d’utilisation et/ou
les états de fonctionnement types diffèrent nettement de l’échantillon de régime de postes. Ils peuvent
être proposés par le fabricant/fournisseur ou résulter d’un accord entre le fabricant/fournisseur et
l’utilisateur. Les régimes de postes spécifiques doivent être déterminés en fonction de l’utilisation réelle
ou prévue de la machine-outil, c’est-à-dire sur la base de données d’exploitation ou de programmes
d’exploitation. Des états de fonctionnement autres que ceux indiqués en 5.2.2 peuvent être envisagés
(par exemple, périodes de mise en température). La période d’évaluation doit être déterminée de
manière à réduire au minimum l’influence des fluctuations de puissance dues aux gradients de
température, à la commutation et à la commande d’unités périphériques et à tout autre transitoire.
La part de temps et la séquence de chaque état de fonctionnement et/ou de chaque opération de la
machine-outil doivent être définies.
5.2.3.2 Regroupement de parts de temps pour des régimes de postes spécifiques
Dans certains cas, l’utilisation réelle de la machine consiste en une séquence avec de nombreux
changements d’états de fonctionnement et d’opérations de la machine-outil, comme décrit dans
l’exemple du Tableau 2. Si, selon un avis d’expert, les transitoires peuvent être supposés négligeables,
ou s’ils sont considérés comme un état de fonctionnement distinct, les parts de temps dispersées de
chaque séquence d’états de fonctionnement et d’opération de la machine-outil peuvent être regroupées
en une seule part de la période d’évaluation pour le régime de postes choisi, comme décrit pour le
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même exemple dans le Tableau 3. Les états de fonctionnement et les opérations de la machine-outil
sont classés et numérotés (par exemple, 0, 1-0, 1-1, 2-0, 2-1) pour faciliter le regroupement. L’objectif du
regroupement est la simplification du régime de postes de manière à faciliter le mesurage et l’évaluation.
Tableau 2 — Exemple de parts de temps d’états de fonctionnement et d’opérations de la
machine-outil dans le cadre d’un régime de postes spécifique
PRÊTE À PRÊTE PRÊTE
État de fonc- TRAITEMENT
FONCTION TRAITEMENT EN COURS ARRÊT À FONC À FONC
tionne ment EN COURS
NER TIONNER TIONNER
Numéro
de l’état de
2 3 1 2 3 2
fonctionne-
ment
Numéro de
l’opération
1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1
de la
machine
Période
10 h
d’évaluation
06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
Moment de
à à à à à à à à à à
la journée
07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Durée
1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,5 1 1 2 0,5 0,5
(h)
Tableau 3 — Exemple de regroupement des états de fonctionnement et des opérations de la
machine-outil dans le cadre d’un régime de postes spécifique
Période
10 h
d’évaluation
PRÊTE À TRAITEMENT
PRÊTE À TRAITEMENT
ARRÊT
FONCTIONNER EN COURS
Régime FONCTIONNER EN COURS
numéro
de poste numéro numéro
numéro numéro
1-1
regroupé 2-1 3-2
2-2 3-1
1,0 h
1,5 h 1,0 h
2,0 h 4,5 h
5.2.3.3 Détermination de régimes de postes spécifiques
À titre d’exemple, la Figure 2 présente les différents états de fonctionnement et les différentes opérations
d’usinage pour des procédés de pliage en l’air sur une presse plieuse. Dans ce cas, l’opération de pliage
[11]
réelle (état de fonctionnement 3-1) représente moins de 10 % du temps total de production .
Légende
2–1 montage de l’outil: prendre l’outil, le changer et l’emmener
2–2 préparation sur PC: charger une nouvelle commande à partir du serveur central et programmer ou adapter
un programme de pliage
2–3 tâche support: déplacer les palettes, réorganiser les tôles, comptage, tâches administratives
2–4 chargement d’une nouvelle tôle: prendre une nouvelle tôle et la positionner contre la butée arrière
3–1 déplacement du poinçon vers le bas et pliage: procédé de pliage réel
3–2 déplacement du poinçon vers le haut
2–5 action intermédiaire: consulter l’écran d’instructions et manutentionner la pièce entre deux pliages
2–6 transport des pièces: retirer les pièces et les ranger
2–7 mesurage de la pièce: mesurer la pièce
2–8 besoins et distraction humains: absence, raisons d’improductivité humaines
Figure 2 — États de fonctionnement et opérations de la machine-outil pour des procédés de
[11]
pliage en l’air
Dans ce cas, le scénario d’utilisation diffère nettement de l’échantillon de régime de postes.
— Diverses opérations de la machine-outil interviennent au cours de l’état de fonctionnement PRÊTE
À FONCTIONNER, avec une part de temps de 77,2 %: 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7.
— La part de temps de TRAITEMENT EN COURS est de 12,5 %: 3-1, 3-2.
— Une opération manuelle entraîne une période d’inactivité relative aux besoins et distraction
humains au cours de l’état de fonctionnement PRÊTE À FONCTIONNER, avec une part de temps
de 10,2 %: 2-8.
Ces états représentent le temps occupé uniquement, c’est-à-dire aucun état de fonctionnement ARRÊT.
En raison de la nécessité d’une présence humaine, le scénario d’utilisation est basé sur deux postes
uniquement. Un régime de postes spécifique peut donc être composé comme décrit dans le Tableau 4,
comprenant un poste de 8 h à l’état de fonctionnement ARRÊT.
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Tableau 4 — Exemple de régime de postes spécifique pour une machine-outil de pliage en l’air
conforme à la Figure 2
Période d’évaluation: 24 h
TRAITEMENT EN COURS:
PRÊTE À FONCTIONNER:
2 h
ARRÊT: 14 h
8 h numéros numéros
2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8
3-1, 3-2
5.2.3.4 Régime de postes réduit
En complément du regroupement des parts de temps, les régimes de postes peuvent également être
simplifiés en régimes de postes réduits de deux manières.
Les opérations d’une machine-outil et/ou les états de fonctionnement ayant une énergie apportée
similaire pendant un intervalle de temps donné peuvent être additionnés, comme indiqué dans
l’exemple en 5.2.3.3.
Les états de fonctionnement ayant peu d’impact sur l’énergie totale apportée à la machine-outil
peuvent être ignorés. Par exemple, si une machine-outil a un état de fonctionnement dédié pour le
changement d’outil qui, dans le cas étudié, est rarement utilisé, et que la puissance moyenne dans cet
état de fonctionnement n’est pas nettement plus élevée que dans tout autre état de fonctionnement, cet
état de fonctionnement peut être ignoré. Une valeur indicative pour la rareté est de 1 % de la période
d’évaluation, ou 15 min par 24 h.
5.3 Scénario d’essai basé sur la tâche
Les scénarios d’essai basés sur la tâche doivent découler d’une application donnée (par exemple, une
machine-outil spécifiquement configurée pour la production d’une pièce ou d’une famille de pièces). Les
scénarios d’essai basés sur la tâche doivent être convenus entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
La définition de la tâche doit comprendre une spécification de la géométrie et des caractéristiques de la
pièce, de la qualité de la pièce et du temps d’usinage admissible. Les tolérances et les temps doivent être
mesurés, le traitement des pièces hors tolérance doit être défini (par exemple, ajout d’énergie pour les
pièces, y compris le matériau, car les pièces hors tolérance sont des déchets) et le traitement des temps
d’usinage au-delà du maximum spécifié doit être défini, c’est-à-dire comparaison des temps d’usinage
excessifs avec les temps compris dans les limites de la spécification. La conception du processus de
production doit comprendre les temps improductifs nécessaires, tels que décrits à la Figure 3.
Légende
1 PRÉ-TRAITEMENT
2 TRAITEMENT EN COURS
3 POST-TRAITEMENT
4 période d’évaluation
X temps, en h
Y puissance, en W
Figure 3 — Exemple d’un mesurage de puissance pendant un scénario d’essai basé sur la tâche
6 Définition du système pour le mesurage
Tous les mesurages doivent être effectués dans le but de mesurer toutes les alimentations en énergie
pertinentes franchissant les frontières du système conformément à l’ISO 14955-1 dans des conditions
reproductibles. La frontière du système doit être définie de manière à comprendre tous les composants
nécessaires de la machine-outil et à faciliter les mesurages au niveau de la frontière du système.
Le point de référence est l’énergie électrique totale apportée. D’autres alimentations doivent être
comprises dans l’évaluation si elles sont pertinentes. Toute énergie autre que l’énergie électrique
apportée est supposée pertinente si l’équivalent énergie électrique dépasse 10 % de l’énergie électrique
totale apportée pendant la période d’évaluation.
Les alimentations en énergie considérées non pertinentes doivent être énumérées et la base de
l’hypothèse de non-pertinence doit être consignée dans le rapport.
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L’évaluation peut être développée pas à pas dans l’ordre suivant et l’énergie peut être calculée de la
manière suivante:
WW=+WW++W (1)
Sysa bc d
où
W est l’énergie totale apportée;
Sys
W est l’énergie électrique apportée;
a
W est l’énergie apportée par alimentations par canalisation avec mesurage à l’entrée uniquement;
b
W est l’énergie apportée par alimentations par canalisation avec mesurage à l’entrée et à la
c
sortie;
W est l’énergie apportée par d’autres fonctions.
d
NOTE L’énergie apportée n’est pas nécessairement le flux d’énergie physique franchissant la frontière
du système. Par exemple, si une machine-outil a besoin d’un échange de chaleur par un circuit d’eau de
refroidissement, l’énergie apportée est l’équivalent énergie électrique de l’eau de refroidissement, c’est-à-dire
l’énergie requise pour le pompage et le refroidissement de l’eau de refroidissement par une installation de l’usine.
a) Énergie électrique (voir la Figure 4).
Légende
1 machine-outil
2 unité périphérique A
3 unité périphérique B
4 frontière du système
5 énergie électrique
Figure 4 — Le point de référence pour l’évaluation est l’énergie électrique apportée
b) Alimentations par canalisations avec mesurage à l’entrée uniquement (par exemple, air comprimé)
(voir la Figure 5).
Légende
1 machine-outil 4 frontière du système
2 unité périphérique A 5 énergie électrique
3 unité périphérique B 6 air comprimé
Figure 5 — Inclusion de l’air comprimé
c) Alimentations par canalisations avec mesurage à l’entrée et à la sortie (par exemple, circuit d’eau
de refroidissement pour l’échange de chaleur) (voir la Figure 6).
Légende
1 machine-outil 5 énergie électrique
2 unité périphérique A 6 air comprimé
3 unité périphérique B 7 fluide de refroidissement
4 frontière du système
Figure 6 — Inclusion d’un circuit d’eau de refroidissement
12 © ISO 2018 – Tous droits réservés
d) Autres fonctions qui sont principalement alimentées dans le cadre de l’utilisation d’énergie
électrique (par exemple, extraction de l’air contaminé) (voir la Figure 7) ou de ressources (par
exemple, gaz de procédé produit dans une installation de l’usine).
Légende
1 machine-outil 5 énergie électrique
2 unité périphérique A 6 air comprimé
3 unité périphérique B 7 fluide de refroidissement
4 frontière du système 8 air contaminé
Figure 7 — Inclusion de l’extraction de l’air contaminé
7 Installation et méthodes de mesure
7.1 Sélection des points de mesure
Au minimum, chaque alimentation doit être mesurée au niveau de la frontière du système. Par ailleurs,
pour les composants pertinents de la machine-outil ayant une alimentation commune au niveau de la
frontière du système, un point de mesure à l’intérieur de la frontière du système doit être envisagé. Un
composant de la machine-outil est supposé pertinent si l’alimentation du composant de la machine-
outil - toutes les énergies apportées au composant de la machine-outil comprises - dépasse 10 % de
l’énergie électrique totale. L’hypothèse peut être basée sur l’expérience acquise avec des machines-
outils comparables, sur des estimations ou sur des calculs.
Globalement, les points de mesure doivent permettre une affectation fonctionnelle des composants de
la machine-outil aux fonctions de la machine-outil conformément à l’ISO 14955-1 pour 80 % ou plus de
l’énergie apportée à la machine-outil pendant la période d’évaluation.
NOTE Pour l’optimisation du circuit d’air comprimé et le mesurage, voir l’ISO 11011.
7.2 Mesurage de la puissance et calcul de l’énergie apportée
Le mesurage de la puissance est la base pour évaluer l’énergie apportée par intégration de la puissance
dans le temps. Pour déterminer l’énergie apportée aux composants d’une machine, comme exigé
dans l’ISO 14955-1:2017, 6.4.2, la puissance appliquée aux composants de la machine-outil peut être
déterminée par le mesurage des valeurs auxiliaires (par exemple, tension et intensité, pression et
débit), suivi du calcul de la puissance et de l’énergie.
Le mesurage de la puissance dans les systèmes décrits dans le présent document ne peut pas couvrir
toutes les solutions techniques possibles, mais définit le principe de mesurage de la puissance
également pour d’autres systèmes similaires. Pour des exemples de configurations de mesurage de
la puissance spécifiques à une machine-outil, voir les annexes spécifiques à la machine-outil dans les
parties spécifiques à la machine-outil de la série ISO 14955.
Les formules pour le calcul de l’énergie apportée et de l’efficacité énergétique sont données dans
l’Annexe D. Des exemples de montage de mesurage de la puissance sont donnés dans l’Annexe E.
NOTE Un exemple consiste à mesurer la pression et la course d’un coussin élastique et à calculer l’énergie en
multipliant la course du coussin élastique par la force du coussin élastique (aire multipliée par la pression) ou à
calculer la puissance en multipliant la vitesse du coussin élastique p
...
Questions, Comments and Discussion
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