Prognostics-Based Two-Operator Competition for Maintenance and Service Part Logistics

Prognostics and timely maintenance of components are critical to the continuing operation of a system. By implementing prognostics, it is possible for the operator to maintain the system in the right place at the right time. However, the complexity in the real world makes near-zero downtime difficult to achieve partly because of a possible shortage of required service parts. This is realistic and quite important in maintenance practice. To coordinate with a prognostics-based maintenance schedule, the operator must decide when to order service parts and how to compete with other operators who also need the same parts. This research addresses a joint decision-making approach that assists two operators in making proactive maintenance decisions and strategically competing for a service part that both operators rely on for their individual operations. To this end, a maintenance policy involving competition in service part procurement is developed based on the Stackelberg game-theoretic model. Variations of the policy are formulated for three different scenarios and solved via either backward induction or genetic algorithm methods. Unlike the first two scenarios, the possibility for either of the operators being the leader in such competitions is considered in the third scenario. A numerical study on wind turbine operation is provided to demonstrate the use of the joint decision-making approach in maintenance and service part logistics

A review on maintenance optimization

To this day, continuous developments of technical systems and increasing reliance on equipment have resulted in a growing importance of effective maintenance activities. During the last couple of decades, a substantial amount of research has been carried out on this topic. In this study we review more than two hundred papers on maintenance modeling and optimization that have appeared in the period 2001 to 2018. We begin by describing terms commonly used in the modeling process. Then, in our classification, we first distinguish single-unit and multi-unit systems. Further sub-classification follows, based on the state space of the deterioration process modeled. Other features that we discuss in this review are discrete and continuous condition monitoring, inspection, replacement, repair, and the various types of dependencies that may exist between units within systems. We end with the main developments during the review period and with potential future research directions

Modèles de fiabilité et de maintenance prédictive de systèmes sujets à des défaillances interactives

RÉSUMÉ: L’interaction des défaillances est une thématique qui prend une ampleur considérable dans le monde de la recherche industrielle moderne. Les systèmes sont de plus en plus complexes et leurs fonctionnements et défaillances sur le long terme sont sujets à diverses sources d’influence internes et externes. Les actifs physiques en particulier sont soumis à l’impact du temps, de l’environnement et du rythme de leur utilisation. Connaître ces sources d’influence n’est pas suffisant car il importe de comprendre quelles sont les relations qui les lient afin de planifier de façon efficiente la maintenance des actifs. En effet, cette dernière peut s’avérer très couteuse et sa mauvaise planification peut conduire à l’utilisation de systèmes dangereux pouvant engendrer des évènements catastrophiques. La fiabilité est un vaste domaine. Elle propose une large panoplie de modèles mathématiques qui permettent de prédire le fonctionnement et les défaillances des actifs physiques. Ceci dit, les concepts des modèles les plus appliqués à ce jour se basent sur des hypothèses parfois simplistes et occultent bien souvent certaines relations de dépendances qui régissent un système. L’interaction des défaillances dans le cadre des dépendances stochastiques est abordée par de nombreux travaux de recherches. Par contre, la compréhension et l’implémentation de ces travaux demeurent un défi pour les spécialistes en maintenance qui ont besoin de modèles réalistes pour une maintenance préventive efficace. Cette thèse traite de la fiabilité et la maintenance prédictive des actifs physiques en exploitation et sujets à divers modes de défaillance interactifs. Elle établit avant tout l’importance d’accorder une attention particulière à l’interaction des défaillances dans le domaine de la fiabilité et de la maintenance. Dans une revue de littérature, les concepts et les méthodes de modélisation et d’optimisation en fiabilité et en maintenance préventive sont présentés. Les divers types de dépendances dans un système sont discutés. Un cas d’application, à savoir celui des ponceaux en béton, est proposé. Les travaux entrepris par la suite fournissent avant tout un cadre pour la modélisation de la fiabilité incluant l’interaction des défaillances. A cette fin, une étude comparative des modèles existants les plus pertinents est effectuée de points de vue conceptuel, méthodologique et applicatif. Le cadre étant défini, un modèle basé sur les chocs extrêmes et les chaînes de Markov est construit afin de valoriser le caractère séquentiel des défaillances interactives. Cette proposition est améliorée pour prendre en compte la dégradation du système. Une stratégie de maintenance prédictive est conséquemment développée. Toutes ces approches sont appliquées à un ensemble de ponceaux en béton observés sur plusieurs années. Cela permet d’expliquer les dépendances entre l’occurrence de déplacements et l’occurrence de fissures dans une structure. Tous ces concepts et résultats sont finalement discutés afin de déterminer des perspectives réalistes pour une étude approfondie de l’interactivité d’un point de vue fiabiliste et dans un but stratégique pour la planification de la maintenance.----------ABSTRACT: Failure interaction is a subject gaining growing attention in the world of modern industrial research. Systems are becoming increasingly complex. Their life cycles are subject to various internal and external influences. Physical assets in particular are impacted by time, environment and usage. Knowing these sources of influence is not enough. Indeed, it is important to understand the relationships between them in order to plan effectively for the maintenance of assets. Maintenance can be quite expensive. Thus, poor planning can lead to dangerous systems that could cause catastrophic events. Reliability engineering offers a wide range of mathematical models to predict failures. That being said, the concepts of the most widely applied models in the industry are often based on simplistic assumptions and tend to overlook certain dependencies within a system. Failure interaction in the context of stochastic dependencies is largely addressed in the literature. However, understanding and implementing the proposed approaches remains a challenge for maintenance specialists that need realistic models for efficient maintenance planning. This thesis focuses on the reliability and predictive maintenance of physical assets subject to interactive failure modes. First of all, it emphasizes the importance of paying particular attention to failure interaction. In a literature review, the concepts and methods for modeling and optimizing reliability and preventive maintenance are presented. The diverse dependencies in a system are discussed. A case study is proposed, namely concrete culverts. Subsequently, the research provides a framework for modeling reliability that integrates the interaction of failures. To this end, the most relevant models in the literature are comparatively studied from a conceptual, methodological and applicative point of view. In the defined framework, a model based on extreme shocks and Markov processes is built in order to represent the sequential nature of interactive failures. This approach is extended to take into account the natural degradation of a system. A predictive maintenance strategy is consequently developed. All these models are applied to a set of concrete culverts observed over several years. The dependences between the occurrence of displacements and the occurrence of cracks in a structure are explained through these approaches. Finally, these concepts and results are discussed in order to determine realistic perspectives for in-depth studies of the impact of failure interaction on reliability and for strategic maintenance plannin

Evaluating maintenance policies by quantitative modeling and analysis

International audienceThe growing importance of maintenance in the evolving industrial scenario and the technological advancements of the recent years have yielded the development of modern maintenance strategies such as the condition-based maintenance (CBM) and the predictive maintenance (PrM). In practice, assessing whether these strategies really improve the maintenance performance becomes a funda-mental issue. In the present work, this is addressed with reference to an example concerning the stochastic crack growth of a generic mechanical component subject to fatigue degradation. It is shown that modeling and analysis provide information useful for setting a maintenance policy

Framework for spare parts management. Methods to improve decision making. (Marco de referencia para la gestión de repuestos. Métodos para la mejora del proceso de toma de decisiones)

Este trabajo surge en un marco de colaboración con la Universidad de Brescia, mediante el intercambio de información con uno de sus alumnos y el seguimiento en paralelo de los departamentos homo logos correspondientes. Este intercambio se facilita tanto por el uso del inglés para la realización del trabajo, como por los conocimientos de italiano adquiridos en el Politécnico de Milán durante una estancia anual donde el tema de investigación presentado aparece de forma recurrente. En el sector industrial, especialmente en aquellas empresas con activos que requieren grandes inversiones y alto grado de especialización, nos encontramos con el problema de la gestión de repuestos, cuya gestión tiene un notable impacto en el desempeño final de la organización. Cualquier fallo en la maquinaria conlleva un paro en la producción principal, y este paro n depende del tiempo de diagnóstico, reparación o cambio de pieza. Siendo piezas de alta especialización esto puede implicar fabricar el repuesto desde cero con sus implicaciones: Caí da del nivel de servicio, menores tasas de producción, roturas de stock, perdidas... Se podrí a pensar que la solución es mantener un nivel de stock de piezas de repuesto de manera que se reduzcan estos Lead Time, pero se debe tener en cuenta que mantener un stock de piezas de repuestos con riesgo de obsolescencia alto, costes de mantenimiento de inventario elevado y de alguna manera “secundarios” para la producción, puede significar unos costes excesivos. La clave está en buscar el balance que permita minimizar los costes conjuntos y encuentre el modo de proceder óptimo. En la literatura se estudia el problema de gestión de repuestos, pero se hace de manera demasiado focalizada, estudiando y actuando sobre cada pequen o proceso decisional en vez de tratar de atacar el todo. Este ha sido el objetivo de este trabajo, ofrecer una metodología completa, que englobe todos los procesos de gestión, que aporte herramientas y modelos, que encontrando su justificación en la literatura, proporcionen un respaldo y un soporte objetivo a los protocolos de acción a la hora de la toma de decisiones.Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriale