Multi-criteria decision methods to support the maintenance management of complex systems

Abstract

[ES] Esta tesis doctoral propone el uso de métodos de toma de decisiones multi-criterio (MCDM, por sus iniciales en inglés) como herramienta estratégica para apoyar la gestión del mantenimiento de sistemas complejos. El desarrollo de esta tesis doctoral se enmarca dentro de un acuerdo de cotutela entre la Università degli Studi di Palermo (UNIPA) y la Universitat Politècnica de València (UPV), dentro de sus respectivos programas de doctorado en 'Ingeniería de Innovación Tecnológica' y 'Matemáticas'. Estos programas están estrechamente vinculados a través del tópico MCDM, ya que proporciona herramientas cruciales para gestionar el mantenimiento de sistemas complejos reales utilizando análisis matemáticos serios. El propósito de esta sinergia es tener en cuenta de forma sólida la incertidumbre al atribuir evaluaciones subjetivas, recopilar y sintetizar juicios atribuidos por varios responsables de la toma de decisiones, y tratar con conjuntos grandes de esos elementos. El tema principal del presente trabajo de doctorado es el gestionamiento de las actividades de mantenimiento para aumentar los niveles de innovación tecnológica y el rendimiento de los sistemas complejos. Cualquier sistema puede ser considerado objeto de estudio, incluidos los sistemas de producción y los de prestación de servicios, entre otros, mediante la evaluación de sus contextos reales. Esta tesis doctoral propone afrontar la gestión del mantenimiento a través del desarrollo de tres líneas principales de investigación estrechamente vinculadas. ¿ La primera es el núcleo, e ilustra la mayoría de los aspectos metodológicos de la tesis. Se refiere al uso de métodos MCDM para apoyar decisiones estratégicas de mantenimiento, y para hacer frente a la incertidumbre que afecta a los datos/evaluaciones, incluso cuando están involucrados varios responsables (expertos en mantenimiento) en la toma de decisiones. ¿ La segunda línea desarrolla análisis de fiabilidad para sistemas complejos reales (también en términos de fiabilidad humana) sobre cuya base se debe implementar cualquier actividad de mantenimiento. Estos análisis consideran la configuración de fiabilidad de los componentes del sistema en estudio y las características específicas del entorno operativo. ¿ La tercera línea de investigación aborda aspectos metodológicos importantes de la gestión de mantenimiento y enfatiza la necesidad de monitorizar el funcionamiento de las actividades de mantenimiento y de evaluar su efectividad utilizando indicadores adecuados. Se ha elaborado una amplia gama de casos de estudio del mundo real para evaluar la eficacia de los métodos MCDM en el mantenimiento y así probar la utilidad del enfoque propuesto.

[CA] Aquesta tesi doctoral proposa l'ús de mètodes de presa de decisions multi-criteri (MCDM, per les seves inicials en anglès) com a eina estratègica per donar suport a la gestió del manteniment de sistemes complexos. El desenvolupament d'aquesta tesi doctoral s'emmarca dins d'un acord de cotutela entre la Università degli Studi di Palermo (UNIPA) i la Universitat Politècnica de València (UPV), dins dels seus respectius programes de doctorat en 'Enginyeria d'Innovació Tecnològica' i ' Matemàtiques '. Aquests programes estan estretament vinculats a través del tòpic MCDM, ja que proporciona eines crucials per gestionar el manteniment de sistemes complexos reals utilitzant anàlisis matemàtics profunds. El propòsit d'aquesta sinergia és tenir en compte de forma sòlida la incertesa en atribuir avaluacions subjectius, recopilar i sintetitzar judicis atribuïts per diversos responsables de la presa de decisions, i tractar amb conjunts grans d'aquests elements en els problemes plantejats. El tema principal del present treball de doctorat es la gestió de les activitats de manteniment per augmentar els nivells d'innovació tecnològica i el rendiment dels sistemes complexos. Qualsevol sistema pot ser considerat objecte d'estudi, inclosos els sistemes de producció i els de prestació de serveis, entre d'altres, mitjançant l'avaluació dels seus contextos reals. Aquesta tesi doctoral proposa afrontar la gestió del manteniment mitjançant el desenvolupament de tres línies principals d'investigació estretament vinculades. ¿ La primera és el nucli, i il·lustra la majoria dels aspectes metodològics de la tesi. Es refereix a l'ús de mètodes MCDM per donar suport a decisions estratègiques de manteniment, i per fer front a la incertesa que afecta les dades/avaluacions, fins i tot quan estan involucrats diversos responsables (experts en manteniment) en la presa de decisions. ¿ La segona línia desenvolupa anàlisis de fiabilitat per a sistemes complexos reals (també en termes de fiabilitat humana) sobre la qual base s'ha d'implementar qualsevol activitat de manteniment. Aquestes anàlisis consideren la configuració de fiabilitat dels components del sistema en estudi i les característiques específiques de l'entorn operatiu. ¿ La tercera línia d'investigació aborda aspectes metodològics importants de la gestió de manteniment i emfatitza la necessitat de monitoritzar el funcionament de les activitats de manteniment i d'avaluar la seva efectivitat utilitzant indicadors adequats. S'ha elaborat una àmplia gamma de casos d'estudi del món real per avaluar l'eficàcia dels mètodes MCDM en el manteniment i així provar la utilitat de l'enfocament proposat.

[EN] This doctoral thesis proposes using multi-criteria decision making (MCDM) methods as a strategic tool to support maintenance management of complex systems. The development of this doctoral thesis is framed within a cotutelle (co-tutoring) agreement between the Università degli Studi di Palermo (UNIPA) and the Universitat Politècnica de València (UPV), within their respective programmes of doctorates in 'Technological Innovation Engineering' and 'Mathematics'. Regarding this thesis, these programmes are closely linked through the topic of MCDM, providing crucial tools to manage maintenance of real complex systems by applying in-depth mathematical analyses. The purpose of this connection is to robustly take into account uncertainty in attributing subjective evaluations, collecting and synthetizing judgments attributed by various decision makers, and dealing with large sets of elements characterising the faced issue. The main topic of the present doctoral work is the management of maintenance activities to increase the levels of technological innovation and performance of the analysed complex systems. All kinds of systems can be considered as objects of study, including production systems and service delivery systems, among others, by evaluating their real contexts. Thus, this doctoral thesis proposes facing maintenance management through the development of three tightly linked main research lines. ¿ The first is the core and illustrates most of the methodological aspects of the thesis. It refers to the use of MCDM methods for supporting strategic maintenance decisions, and dealing with uncertainty affecting data/evaluations even when several decision makers are involved (experts in maintenance). ¿ The second line develops reliability analyses for real complex systems (also in terms of human reliability analysis) on the basis of which any maintenance activity must be implemented. These analyses are approached by considering the reliability configuration of both the components belonging to the system under study and the specific features of the operational environment. ¿ The third research line focuses on important methodological aspects to support maintenance management, and emphasises the need to monitor the performance of maintenance activities and evaluate their effectiveness using suitable indicators. A wide range of real real-world case studies has been faced to evaluate the effectiveness of MCDM methods in maintenance and then prove the usefulness of the proposed approach.