xviii
Contents
3.2.3 Energy Consumption of Manufacturing Processes
and Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
3.3 Energy Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
3.4 Energy Saving Potentials and Energy Efficiency
in Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.4.1 Energy Saving Potentials in Manufacturing . . . . . . . . . . . .
61
3.4.2 Energy Performance Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
4 State of the Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
4.1 Selection and Evaluation of Relevant Research Approaches . . . .
68
4.1.1 General Limitations for the Selection of Research
Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
4.1.2 Studies on the Optimization of the Energy Demand
in Production Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
4.1.3 Studies on Simulation-Based Modeling
of the Energy Demand in Production Systems . . . . . . . . . .
75
4.1.4 Studies on Simulation-Based optimization of Energy
Efficiency in Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
4.2 Comparison of Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
4.3 Derivation of Research Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
5 Development of a Simulation-based Methodology for Energy
Efficiency Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
5.1 Concept Objective and Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
5.2 Conceptual Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
5.3 Description of the M&S Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
5.3.1 Production Flow Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
5.3.2 Machine Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.3.3 Energy Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.4 Interaction Point Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.4 Description of the Optimization Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.4.1 Energy Optimization Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.2 Optimization Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.4.3 Optimization Parameters and Constraints . . . . . . . . . . . . . . 117
5.4.4 Interdependencies between the Simulation Model
and the Optimization Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.5 Software Evaluation and Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.5.1 Overview of Multi-method Simulators . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.5.2 Software Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.6 Prototypical Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126