Development and application of a system-oriented reliability-based integration framework for optimal Joint maintenance and production planning

The integration of production and maintenance planning is fundamental for an effective Asset Management process that enhances sustainable competitiveness of an asset-intensive company. The main advantage of this approach is an effective integration of activities that share the same productive resources to improve the RAM (Reliability, Availability and Maintainability) performance of a system. Firstly, the thesis proposes a literature screening process capable in order to select the most adequate Joint maintenance and production planning model in the literature, targeting a specific industrial context which is a batch process plant. This literature screening is done in three steps leading to the selection of the most suitable optimization model in term of integration capability, conceptual coherence and applicability. In particular, the requirements for a modelling that considers the system structure avoiding a black box modelling effort approach are detected. Secondly, the research is focused on developing a framework in order to integrate the selected Joint optimization model with a systemic perspective that not only considers the structure of the system but also evaluates the optimization process at system level based on a reliability-oriented approach. In detail, the main contribution of the thesis is a four-step iterative integration framework which, through a reliability-oriented approach, the system criticalities are evaluated and the best design reconfiguration alternatives are identified. In particular, the more convenient re-design options are selected by the model jointly optimizing maintenance and production planning and the results are evaluated based on their impact on the overall system performance. The reliability analyses are supported by the mean of the R-MES software in this thesis. Finally, an industrial case is presented to validate the model and to understand in detail the dynamic behaviour of the proposed framework.

L’integrazione tra manutenzione e produzione è un elemento fondamentale per una efficace gestione degli asset che possa contribuire alla competitività sostenibile di una compagnia asset-intensive. Il maggior contributo di questo approccio è l’integrazione e ottimizzazione di attività che condividono le medesime risorse per migliorare le prestazioni in termini di affidabilità, disponibilità e manutenibilità di un sistema. Questa tesi intende sviluppare un processo di revisione critica della letteratura che possa, attraverso tre step di selezione, selezionare il modello integrato di pianificazione di manutenzione e produzione più adeguato per uno specifico contesto industriale: in questo caso vengono analizzate le necessità di un impianto batch process. I tre step permettono di identificare il modello più adatto in termini di livello di integrazione, coerenza teorica e applicabilità. In particolare, è individuata la necessità di un modello che non assumi un approccio black box nel modellare il sistema e che sia capace di proporre una ottimizzazione della configurazione progettuale dell’impianto. Il maggior contributo di questa tesi è lo sviluppo di un framework di integrazione che permetta di implementare nel modello integrato di ottimizzazione selezionato una prospettiva sistemica e orientata all’affidabilità. La tesi propone un framework di integrazione con un approccio iterativo e basato su quattro step che permette di identificare le criticità del sistema impiantistico e di determinare le migliori opzioni di riconfigurazione progettuale. Il modello integrato di ottimizzazione seleziona le opzioni di riconfigurazione più convenienti congiuntamente and una pianificazione ottima di manutenzione e produzione e consecutivamente i risultati dell’ottimizzazione a livello di processo unitario sono valutati sulla base del loro impatto a livello sistemico. Il software R-MES è utilizzato in questa tesi per le analisi di affidabilità sistemica. Il modello è validato attraverso lo sviluppo di un caso industriale che permette di valutarne l’efficacia e di sottolineare le dinamiche del framework proposto nella tesi.