Analysis of a threshold-based control policy for integrating maintenance in short term production planning

The Thesis focuses on a new integrated approach for the Performance evaluation of Manufacturing systems which combines Short term Production Planning and Maintenance policies. Traditionally, the goal of Maintenance is developing strategies in order to preserve the efficiency of degrading resources over time. At the same time, the goal of Production planning is to guarantee the satisfaction of production requirements. Nowadays, the success of a company depends on the coherence of its strategy with the competitive environment and the level of integration of its policies and decisions. The knowledge of how a Manufacturing system works, in terms of relations between variables and according to parameters' variation, becomes a key factor for companies' competitiveness. Some relations are well known by companies, because they involve variables from the same function, for example the relation between the buffer capacity and the maximum throughput. Some other relations need to be explored and analysed better and deeply, because they involve variables and parameters from different functions, i.e. the buffer capacity has an impact also to Maintenance policies, and maintenance strategy, meaning the combination between Preventive and Corrective maintenance, influences the Production rate. The Thesis is divided into two parts. In the first part, a theoretical proof is provided for the new approach proposed, which integrates a model for Performance evaluation of two-stage Manufacturing systems based on continuous-time Markov Chain with a mixed Preventive and Corrective Maintenance strategy. It is proved that it exists an optimal buffer level where to start a Preventive Maintenance action if and only if the system is in some predefined conditions, that depend on machine degradation and on costs structure. In the second part, the approach is applied to a real industrial case within a manufacturing line at Robert Bosch GmbH. Despite the difference between theory and reality, the project, which lasted two months, proved that an integrated approach on Production control and Preventive Maintenance control policy based on system's conditions is more valuable than an optimal Maintenance control policy based only on Maintenance variables i.e. Failure distributions. The model proposed is then appropriate to be implemented in a wide range of real cases, and it leads to new research fields for the analysis of integrated control policies in Manufacturing systems.

La Tesi presenta un nuovo approccio per la valutazione delle performance di Sistemi Manufatturieri tramite una politica di controllo della produzione su breve periodo che integra una strategia di Manutenzione Preventiva basata sulle condizioni del sistema. Se la Manutenzione infatti ha come obiettivo quello di massimizzare l'affidabilità delle risorse che degradano, lo scopo della gestione di un Sistema Manufatturiero è garantire il raggiungimento dei requisiti di produzione, che comprendono efficienza ed efficacia. Oggigiorno, il successo di un'azienda dipende dalla coerenza della sua strategia con il contesto di competizione e il livello di integrazione delle sue politiche e decisioni. La conoscenza di come funziona un Sistema Manufatturiero, in termini di relazioni tra variabili, e a seconda di variazioni di parametri, diventa quindi un fattore essenziale per la competitività. Tradizionalmente, decisioni sul controllo della produzione tengono conto di variabili proprie della produzione quali la capacità dei buffer, mentre decisioni sulla strategia di manutenzione si basano sull'analisi dei guasti delle singole risorse. Essendo un Sistema Manufatturiero un oggetto complesso, è dimostrato tuttavia come parametri quali la capacità del buffer vadano tenuti in considerazione nel pianificare una strategia di manutenzione, che deve essere quanto più pianificata in tempi cosiddetti `mascherati', che non impattino, cioè, sulla produzione. La tesi è divisa in due parti: nella prima, si dimostra, dato un sistema manufatturiero formato da due macchine disaccoppiate da buffer, in cui la macchina a monte degrada, l'ottimalità di una politica di controllo che attivi la Manutenzione Preventiva sulla macchina a monte se e solo se il buffer supera un certo livello e la macchina si trova in condizioni degradate. Nella seconda parte, l'approccio è applicato a un caso reale, nello specifico presso l'azienda Robert Bosch GmbH; fatte le dovute variazioni alle ipotesi del modello di partenza, si verifica la convenienza dell'approccio proposto.