Impact of opportunistic maintenance on manufacturing systems performance

Opportunistic Maintenance has generated significant interest as a way of performing Maintenance interventions along with Production activities gaining from the existing interactions in complex Manufacturing Systems. Special attention has been dedicated till now on theoretical implications and mathematical formulation of this topic. The aim of this work, instead, is to investigate in depth, from a practical point of view, how the introduction of an Opportunistic Maintenance approach in a real system can affect the Throughput of the line in order to create consciousness about its hidden opportunities but also threats that have not been analysed yet. We, in fact, propose a new methodology which takes advantage of the so called Maintenance Opportunity Windows, defined as the maximum time durations that allow Maintenance on specific machines without bringing production loss to the system. For example, Minor Maintenance interventions can be performed during idle times of machines due to failures of other machines of the line that cause blocking or starvation phenomena. Therefore, the model for the new proposed approach and the software for the analysis of breakdowns Propagation Time and Maintenance Opportunity Window are provided: the latter can be used as a tool to analyse the specific Manufacturing System considered, showing how a failure in one of the machines of the line propagates on the other machines of the system and also which are the time windows that can be exploited for the execution of Minor Maintenance works. At first we tested the model with fictitious and generic numbers but then its applicability and its results have been validated with real data about failure modes obtained from a real plant of Scania. Despite the differences that could exist between theory and reality, the methodology proved that interesting possibilities exist even if the associated risk should be also taken into account. This Thesis can be used as an instrument to assess if performing Minor Maintenance interventions during Corrective Maintenance activities can increase the performance of the production system or on the contrary augment the variability of the output. This is done in order to raise awareness about the elements that have impact on the total Throughput such as buffer capacities and buffer contents, failure and repair probabilities, or Minor Maintenance durations. Finally, the proposed model is suitable to be implemented in a wide range of real cases and it leads to new research fields for the analysis of benefits and risks of Opportunistic Maintenance in different Manufacturing systems configurations.

La Manutenzione Opportunistica ha iniziato a generare interesse come approccio che suggerisce di eseguire interventi di Manutenzione durante le attività produttive ordinarie poiché in questo modo si riesce ad usufruire delle relazioni che si creano in Sistemi Produttivi complessi. Finora l’attenzione è stata rivolta a implicazioni teoretiche e formulazioni matematiche relative all’argomento in questione. Lo scopo di questo lavoro, invece, è quello di investigare in dettaglio, da un punto di vista pratico, come l’introduzione di un approccio di Manutenzione Opportunistica in un Sistema reale può impattare sul Throughput della linea in modo da creare consapevolezza sia riguardo alle sue opportunità nascoste sia ai rischi non ancora analizzati. Infatti, viene qui proposta una nuova metodologia che approfitta delle cosiddette Finestre Opportunistiche, definite come la durata massima che consente un intervento di Manutenzione su specifiche macchine senza creare perdita di produttività al sistema nel suo insieme. Ad esempio, l’intervento di Manutenzione Minore può essere eseguito durante i tempi di inattività delle machine dovuti a guasti di altre stazioni della linea che causano fenomeni di Blocking o Starvation. Pertanto, il modello del nuovo approccio presentato e il software usato per l’analisi del tempo di Propagazione di un guasto e della Finestra Opportunistica vengono descritti: quest’ultimo può essere usato come strumento per analizzare il Sistema Produttivo specifico dal momento che mostra come un guasto in una delle machine della linea si propaghi alle altre machine e anche quali siano le finestre temporali che possono essere usate per l’esecuzione di lavori di Manutenzione Minore. All’inizio il modello è stato testato con numeri fittizi ma successivamente la sua applicabilità e i relativi risultati sono stati validati con dati reali di guasti di un impianto Scania. Nonostante le differenze che possono esistere tra teoria e realtà, la metodologia mostra come esistano possibilità interessanti sebbene anche il relativo rischio non debba essere trascurato. Questa tesi può essere usata come strumento per verificare se la realizzazione di interventi di Manutenzione Minore durante attività di Manutenzione Correttiva possa aumentare le prestazione del Sistema Produttivo o, al contrario, la variabilità dell’output. Lo scopo è quello di aumentare la conoscenza degli elementi che hanno impatto sul Throughput totale come ad esempio le capacità dei buffer e il loro reale livello, le probabilità di guasto e di riparazione o le durate di Manutenzione Minore. Infine, il modello proposto si presta ad essere implementato in un’ampia gamma di casi reali e apre la strada a nuove aree di ricerca per l’analisi di benefici e rischi della Manutenzione Opportunistica in differenti configurazioni di Sistemi Produttivi.