Risk-based asset management framework to drive the maintenance decision-making process in manufacturing

The optimization of the processes within a company is fundamental in order to survive and to excel in the today’s economic context. One of the possible competitive levers is the discipline of the Asset Management (AM), which aims at managing the physical assets along its whole life cycle, from the design and engineering phases up to its disposal. Among the functions that play a fundamental role for AM there is maintenance but, at the current state of the art, few studies have yet been conducted regarding the integration of maintenance management activities into an AM perspective that allows coordination with other functions. For this reason, the goal of this thesis is to provide a framework to strategically drive tactical decisions finalized at the optimization of the maintenance plans of a manufacturing company. In order to reach this goal, it is fundamental to guarantee the following AM pillars: (i) life-cycle orientation; (ii) system orientation; (iii) risk orientation; (iv) asset-centric orientation; (v) alignment between asset control levels (strategic-tactical-operational). The frameworks findable in literature are only partially compliant with the AM pillars mentioned above. The framework proposed within this thesis is informed by the AM pillars, and it is based on a multi-dimensional risk analysis that allows to evaluate the criticality of the manufacturing assets at three levels: (i) standard criticality, related to the intrinsic criticality of the machine; (ii) system criticality, related to the asset criticality deriving from the system configuration in which it is installed; (iii) operational criticality, based on the operational data of the system (i.e., the plant). At every level of analysis, the criticality is defined through a multi-criteria analysis, based on risk elements evaluated on the basis of the company’s value elements, in order to drive maintenance planning at strategic level. Moreover, the framework suggests tools and resources to utilize in order to obtain the desired outputs. To demonstrate and validate the framework, a case study concerning a recently installed plant of an important food company is presented. In order to validate it in the MOL phase of a plant as well, the thesis was supported by the utilization of the Asset Performance Management (APM) software RMES® provided by CGS sa. The thesis is part of a collaboration project between the Manufacturing Group of the Department of Management Engineering of Politecnico di Milano and an important Italian company.

Nell’attuale contesto economico, l’ottimizzazione dei processi all’interno delle aziende manifatturiere è fondamentale per sopravvivere e anche per eccellere nel mercato globale. Una delle possibili leve competitive è rappresentata dalla disciplina dell’Asset Management (AM), che si pone l’obiettivo di gestire l’asset fisico lungo tutto il suo ciclo di vita, dalle fasi di progettazione e ingegnerizzazione fino alla sua dismissione. Tra le funzioni che giocano un ruolo fondamentale per l’AM vi è la manutenzione ma, allo stato dell’arte attuale, sono stati condotti ancora pochi studi riguardo all’integrazione delle attività di gestione della manutenzione in una visione di AM che permetta il coordinamento con altre funzioni. Per questo motivo, l’obiettivo di questa tesi è di costruire un framework che possa guidare strategicamente decisioni tattiche finalizzate all’ottimizzazione dei piani di manutenzione di un’azienda di produzione. Per raggiungere tale obiettivo è fondamentale che vengano garantiti i pilastri fondamentali dell’AM: (i) orientamento all’intero ciclo di vita; (ii) orientamento sistemico; (iii) orientamento al rischio; (iv) orientamento asset-centrico; (v) allineamento tra i livelli di controllo dell’asset (strategico-tattico-operazionale). I framework già esistenti in letteratura rispettano solo parzialmente i pilastri dell’Asset Management appena citati. Il framework proposto in questa tesi è arricchito dai pilastri fondamentali dell’AM, e si fonda su un’analisi di rischio multi-dimensionale che permette di valutare la criticità degli asset produttivi a tre livelli: (i) criticità standard, legata alla criticità intrinseca dell’asset; (ii) criticità di sistema, legata alla criticità dell’asset a seconda del sistema in cui è installato; (iii) criticità operazionale, fondata sui dati operativi di funzionamento del sistema (impianto). Ad ogni livello di analisi, la criticità è definita attraverso un’analisi multi-criterio, fondata su elementi di rischio valutati in base agli elementi di valore aziendali, per guidare a livello strategico le decisioni di pianificazione della manutenzione. Il framework, inoltre, suggerisce strumenti e risorse da utilizzare al fine di ottenere gli output desiderati. Per dimostrare e validare il framework, si presenta un caso di studio relativo ad un nuovo impianto di recente installazione di una importante azienda operante nel settore alimentare. Al fine di ottenere la validazione anche per la fase MOL di un impianto, si è utilizzato il software di Asset Performance Management (APM) RMES®, fornito da CGS sa. La tesi si colloca all’interno del progetto di collaborazione tra il Manufacturing Group del Dipartimento di Ingegneria Gestionale del Politecnico di Milano e una importante azienda italiana.