Additive manufacturing in aeronautics spare parts supply chain : an evaluation based on inventory policies

Additive manufacturing (AM) is a promising manufacturing technology which is finding its way into mainstream manufacturing industry. As compared to conventional manufacturing (CM) it has a number of advantages in terms of better energy efficiency, cutback in emissions, better design handling and lower set-up lead time. At the same time, the production lead time is generally slower, making this technology not suitable for the production of medium-large batches. This work is mainly focused on these aspects, hence the time difference in terms of production and set-up lead times, by evaluating the impact of AM on the aircraft spare parts supply chain, in particular on the inventory level of the so called “slow moving parts”. An aircraft supply chain is very critical because even a small shortage of spare part leads to heavy financial losses. This makes it mandatory for the aircraft companies and operators to keep large stock of all the spare parts throughout the year and thus invest a lot of money in the inventory even if the parts are not frequently needed. The peculiarity of the aircraft spare parts is that they require several months for manufacturing using conventional manufacturing processes like casting, drilling, electrical discharge machining and welding since setting up all these processes takes a non-negligible amount of time. Conversely the set-up lead time of additive manufacturing is small as compared to these conventional processes and hence this work tries to advocate this feature of additive manufacturing to demonstrate how the total inventory of spare parts held in an aircraft spare parts supply chain and costs related can be significantly reduced using this new technology. The work starts with a presentation about the spare parts and AM industrial background. This is followed by a modelling of inventory policies in AM and CM cases in order to find inventory levels and related costs. At the end a comparison between the two technologies impact is made.

L’ Additive Manufacturing (AM) è una tecnologia manifatturiera promettente che sta trovando la sua strada nell’industria manifatturiera tradizionale. Rispetto alla produzione convenzionale (CM) presenta numerosi vantaggi in termini di migliore efficienza energetica, riduzione delle emissioni, migliore gestione della progettazione e tempi di settaggio macchina inferiori. Allo stesso tempo, la velocità di produzione è generalmente più lenta, rendendo questa tecnologia non adatta alla produzione di lotti medio-grandi. Questo lavoro si concentra principalmente su questi aspetti, quindi sulla differenza temporale in termini di tempi di produzione e di settaggio macchina, valutando l’impatto di AM sulla catena di fornitura dei pezzi di ricambio in ambito aeronautico, in particolare sul livello di inventario delle cosiddette "parti a movimento lento". Una catena di approvvigionamento in ambito aeronautico è molto critica perché anche una piccola carenza di pezzi di ricambio porta a pesanti perdite finanziarie. Ciò rende obbligatorio per le compagnie aeree e gli operatori mantenere un ampio livello d’inventario di tutti i pezzi di ricambio durante tutto l’anno e quindi investire molto nell’inventario anche se le parti non sono frequentemente richieste. La particolarità dei pezzi di ricambio aeronautiche è che richiedono diversi mesi per la produzione utilizzando processi di produzione convenzionali come la fusione, la perforazione, l’ elettroerosione e la saldatura poiché la configurazione di tutti questi processi richiede un tempo non trascurabile. Viceversa, il tempo di realizzazione della produzione con AM è ridotto rispetto a questi processi convenzionali, quindi questo lavoro di tesi cerca di sostenere questa caratteristica dell’AM per dimostrare come l’inventario totale dei pezzi di ricambio, considerando una catena di fornitura di pezzi di ricambio in ambito aeronautico, e costi correlati può essere significativamente ridotto usando questa nuova tecnologia. Il lavoro inizia con una presentazione sulle logiche legate alla catena di approvvigionamento di pezzi di ricambio e sul background industriale dell’AM. Ciò è seguito da una modellizzazione delle politiche di inventario nei casi AM e CM al fine di trovare i livelli di inventario e i relativi costi. In ultimo è presentato un confronto tra l’impatto delle due tecnologie.