MODELS FOR EFFICIENCY OPTIMIZATION OF INDUSTRIAL PLANTS AND LOGISTICS

In the last decades, the global markets have driven the manufacturing and service companies to be more flexible and efficient as for goods and services operations are concerned. More attention has also been paid to the performance of productive and logistic systems. In fact, the strict relation between flexibility and competitiveness of companies and efficiency of their productive plants and logistics is well known. It is important to define, monitor and improve the efficiency of industrial and logistic systems. Many definitions of efficiency have been introduced and the most important is the Overall Equipment Efficiency (OEE), introduced by Nakajima at the end of the ‘80s. This index quickly spread in many industrial fields and it connects the efficiency of productive and logistic systems to three main factors: the availability of systems, the quality of produced goods/services and the productive and logistics performance. Between these factors, more attention has been paid to the parameter related to the availability of systems. Moreover, it is known that the availability is strictly linked to the survival behavior of systems. In this field, the manuscript introduces several innovative theoretical models for the survival analysis of components and productive-logistics complex systems, with particular attention to the systems which operate in different operative conditions. This thesis is structured in the following main parts: 1. Introduction of most important models of OEE and their relationship with availability of productive and logistic systems; 2. Discussion about the relation between survival behavior and operative conditions; 3. Definition and development of innovative theoretical models for the system reliability modeling and their validation thanks to several industrial applications; 4. Definition and development of innovative maintenance policies for the efficiency improvement, based on the extension of scientific literature, thanks to the theoretical models introduced in previous parts; 5. Definition of innovative model for the performance analysis of logistic systems, in particular for Automated Storage/Retrieval Systems and comparison with the existing models. The research has also been carried out in collaboration with Prof. Hoang Pham, director of Department of Industrial and Systems Engineering, Rutgers University, Piscataway – New Jersey (USA), during a period the author spent as “visiting researcher” in the Quality and Reliability Engineering Laboratory of that department. The present work has carried out to the publishing of several scientific contributions in relevant International Journals and Conferences, like International Journal of Mathematics in Operational Research, International Journal of System Science and IEEE Transactions on Man, Cybernetics and Systems.

Negli ultimi decenni, il mercato ha portato le aziende manifatturiere e di servizi ad essere più flessibili e efficienti nella produzione dei propri beni e servizi. Maggior attenzione è stata quindi posta nei confronti delle performance dei sistemi produttivi-logistici. É infatti noto lo stretto legame tra flessibilità e competitività delle aziende con l’efficienza degli impianti produttivi e della logistica caratterizzanti le stesse. É importante quindi riuscire a definire, monitorare e migliorare l’efficienza degli impianti industriali e dei sistemi logistici. Sono stati introdotte numerose definizioni di efficienza, tra le quali la più importante è l’Overall Equipment Efficiency (OEE), introdotta alla fine degli anni ’80 da Nakajima. Tale indice si è presto diffuso in numerosi settori e lega l’efficienza dei sistemi produttivi e logistici a tre fattori principali: la disponibilità dei sistemi, la qualità dei beni/servizi e le performance produttive e logistiche. Tra questi fattori, maggior attenzione è stata posta al parametro relativo alla disponibilità dei sistemi. Inoltre è noto come la disponibilità dei sistemi sia strettamente legata al comportamento affidabilistico dei sistemi stessi. Su tale fronte, questo elaborato introduce innovativi modelli teorici per l’analisi dell’affidabilità e disponibilità di componente e sistemi logistico-produttivi, con particolare attenzione ai sistemi soggetti a diverse condizioni operative. La tesi si articola in tali principali parti: 1. Introduzione ai principali modelli di OEE e loro legame con la disponibilità dei sistemi logistico-produttivi; 2. Discussione del legame stretto tra comportamento affidabilistico e condizioni ambientali; 3. Sviluppo di modelli teorici innovativi per la modellazione delle caratteristiche affidabilistiche e loro validazione tramite applicazioni industriali; 4. Definizione e sviluppo di nuove politiche manutentive basate sull’estensione della letteratura scientifica grazie ai modelli teorici precedentemente verificati, per il miglioramento degli indici di efficienza; 5. Definizione di un nuovo modello per l’analisi delle performance di sistemi logistici quali gli Automated Storage/Retrieval Systems e comparazione con i modelli esistenti in letteratura. Il lavoro di tesi è stato sviluppato in stretta collaborazione anche con il Prof. Hoang Pham, direttore del Department of Industrial and Systems Engineering, Rutgers University, Piscataway – New Jersey (USA), grazie ad un periodo di ricerca di alcuni mesi svolto dall’autore presso Quality and Reliability Engineering Laboratory di tale dipartimento. Il presente lavoro ha portato anche alla pubblicazione di diversi contributi su importanti riviste e convegni internazionali, quali International Journal of Mathematics in Operational Research, International Journal of System Science e IEEE Transactions on Man, Cybernetics and Systems.