MULTI-CRITERIA DECISION METHODS TO SUPPORT THE MAINTENANCE MANAGEMENT OF COMPLEX SYSTEMS

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.

La presente tesi di dottorato propone l’utilizzo dei metodi decisionali multi-criterio (MCDM) quale strumento strategico per supportare la gestione della manutenzione di sistemi complessi. Lo sviluppo di questa tesi di dottorato è regolato da un accordo di cotutela stipulato tra l’Università degli Studi di Palermo (UNIPA) e l’Universitat Politècnica de València (UPV), nell’ambito dei rispettivi programmi di dottorato in “Ingegneria dell’Innovazione Tecnologica” e “Matematica”. In relazione alla presente tesi, tali programmi sono strettamente correlati attraverso il topic MCDM, il quale fornisce strumenti cruciali per gestire la manutenzione di sistemi complessi reali applicando approfondite analisi matematiche. Lo scopo di tale collaborazione consiste nel trattare in maniera robusta l’incertezza caratterizzante l’espressione di valutazioni soggettive, nel raccogliere e sintetizzare i giudizi attribuiti dai diversi decisori, nonché nel trattare ampi insiemi degli elementi che caratterizzano la tematica affrontata. Il tema principale del presente lavoro di dottorato è la gestione delle attività di manutenzione con lo scopo di migliorare i livelli di innovazione tecnologica e di performance dei sistemi complessi analizzati. Tutte le tipologie di sistema possono essere considerate quale oggetto di studio, inclusi i sistemi produttivi e di servizi, tra gli altri, valutando i rispettivi contesti reali. La presente tesi di dottorato propone dunque di affrontare la gestione della manutenzione attraverso lo sviluppo di tre linee di ricerca, tra esse strettamente correlate. • La prima linea costituisce il corpo principale e illustra la maggior parte degli aspetti metodologici della tesi. Si riferisce all’utilizzo dei metodi MCDM per supportare decisioni manutentive strategiche e per trattare l’incertezza che affetta dati/valutazioni anche quando più decisori sono coinvolti (esperti in manutenzione). • La seconda linea sviluppa analisi affidabilistiche per sistemi complessi reali (anche in termini di analisi dell’affidabilità umana) sulla base delle quali deve essere implementata una generica attività manutentiva. Tali analisi sono approcciate considerando sia la configurazione affidabilistica dei componenti appartenenti al sistema oggetto di studio sia le specifiche caratteristiche dell’ambiente operativo. • La terza linea di ricerca si focalizza su importanti aspetti metodologici a supporto della gestione della manutenzione, ed enfatizza il bisogno di monitorare la performance delle attività manutentive e di valutare la loro efficacia utilizzando appropriati indicatori. Un’ampia gamma di casi studio reali è stata affrontata al fine di valutare l’efficacia dei metodi MCDM in tema di manutenzione e quindi validare l’utilità dell’approccio proposto.