Spare parts criticality analysis in biogas plants
Rodriguez, Jancarlo (2021)
Rodriguez, Jancarlo
2021
Ympäristö- ja energiatekniikan DI-ohjelma - Programme in Environmental and Energy Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104263484
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104263484
Tiivistelmä
The heterogenous nature of spare parts pose a great challenge for internal spare parts management in industrial companies. Therefore, it is important for asset-intensive industrial plants to categorise their spare parts assortment into relevant categories to control different items with varying characteristics. However, prior literature lacks implementation of spare parts multi-criteria classification methods in an industrial context and the use of such methods among practitioners is still limited. This thesis is conducted as a single case study, providing a method for spare parts criticality classification which can be used as a management tool in the case company.
The thesis is conducted with a constructive research approach with an intention to solve a real-life managerial problem by developing a problem-solving construction and to test its practical applicability by implementing it. The research was conducted as mixed-model research by combining quantitative and qualitative data collection techniques and analysis procedures. The collected qualitative data were analysed using an inductive approach by summarising as well as restructuring meanings into narratives to help the creation of the classification method. The classification method quantifies the qualitative judgements of spare parts characteristics into numerical codes so that the classification results can be analysed statistically. The developed classification method was used to categorise the spare parts assortment into relevant categories in three biogas plants of the case company. Each of these plants represents a mesophilic wet digestion technique in which biogas is produced through anaerobic treatment by adding organic matter into continuously stirred tank reactors (CSTR) using pumps.
In this thesis, multi-criteria approach for spare parts classification is presented. The method is based on a decision tree approach which classifies spare parts into different classes based on their criticality. Five criticality criteria are considered in the method: functional criticality, alternative production, availability, value, and demand pattern. However, many of these criteria include several other aspects as well. A spare parts management matrix is also provided to support managers in their decision-making and to give recommendations for spare parts management according to the criticality class derived from the criticality analysis. The conducted criticality analyses found that current safety stocks are partially deficient: each of the three biogas plants examined stored less than 40 % of the spare parts for which stock keeping is recommended.
The developed criticality classification method was evaluated as applicable for spare parts management in the case company. The method can be used to assess spare parts criticality in a transparent and systematic manner by considering several criteria affecting criticality, thus providing the means to support maintenance and plant managers in their decision-making. However, the greatest disadvantage of the method is that it requires expert judgement which exposes to a high level of subjectivity.
The results of the criticality analyses conducted during the thesis provide a comprehensive overview of spare parts criticality classification in biogas plants, and thus they can provide insights for other practitioners in similar industrial settings. In that respect, this thesis can be seen as a contribution towards bridging the gap between spare parts management research and practice. Varaosien heterogeenisuus luo haasteita teollisuusyritysten varaosien hallintaan. Tämän vuoksi pääomaintensiivisten tuotantolaitosten on tärkeää jakaa varaosat eri luokkiin niiden ominaisuuksien perusteella helpottaakseen niiden hallintaa. Varaosien luokittelua käsittelevässä kirjallisuudessa on kuitenkin kiinnitetty varsin vähän huomiota varaosien monikriteeristen luokittelumenetelmien implementointiin teollisessa ympäristössä, ja tällaisten menetelmien käyttö on edelleen rajallista käytännössä. Tämä diplomityö toteutetaan tapaustutkimuksena, jossa kehitetään kriittisyysluokittelumenetelmä kohdeyrityksen varaosien hallinnan tueksi.
Tämä tutkimus toteutettiin konstruktiivisella tutkimusotteella, jonka tavoitteena on ratkaista tosielämän ongelma kehittämällä ratkaisu ja testata sen käytännön toimivuutta implementoinnin kautta. Tutkimus toteutettiin sekamallitutkimuksena yhdistämällä kvalitatiivisia ja kvantitatiivisia tiedonkeruu- sekä analysointimenetelmiä. Kerätty kvalitatiivinen aineisto analysoitiin käyttämällä induktiivista päättelylogiikkaa, jossa aineisto tiivistettiin ja muotoiltiin narratiiveiksi. Analysoitua aineistoa hyödynnettiin varaosien luokittelumenetelmän kehittämisessä. Luokittelumenetelmässä kvantifioitiin varaosien ominaisuuksia kuvaavat kvalitatiiviset väittämät numeerisiksi koodeiksi tulosten tilastollisen analyysin mahdollistamiseksi. Kehitettyä luokittelumenetelmää käytettiin varaosien luokitteluun kolmessa kohdeyrityksen biokaasulaitoksessa. Kukin näistä biokaasulaitoksista edustaa mesofiilista märkämädätystekniikkaa, jossa biokaasua tuotetaan anaerobisen käsittelyn avulla pumppaamalla orgaanista aineitta täyssekoitteiseen reaktoriin.
Tässä diplomityössä esitetään päätöspuulogiikkaan perustuva varaosien monikriteerinen luokittelumenetelmä, jossa varaosat luokitellaan niiden kriittisyyden mukaan. Luokittelumenetelmä ottaa huomioon viisi eri kriittisyyskriteeriä: funktionaalinen kriittisyys, vaihtoehtoiset toimintatavat, saatavuus, hinta ja kysynnän luonne. Monet näistä kriteereistä huomioi myös muita näkökohtia. Työssä esitetään myös varaosien hallintamatriisi, jossa annetaan suosituksia varaosien hallintaan kriittisyysanalyysistä johdetuille eri kriittisyysluokkien osille. Näin ollen varaosien hallintamatriisia voidaan käyttää päätöksenteon tukena. Toteutettujen kriittisyysanalyysien pohjalta havaittiin nykyisten varmuusvarastojen olevan osittain puutteellisia: kukin tarkastelluista kolmesta biokaasulaitoksesta varastoi alle 40 % sellaisista varaosista, joille varmuusvarastointia suositellaan.
Kehitetty kriittisyysluokittelumenetelmä todettiin varaosien hallintaan soveltuvaksi työkaluksi kohdeyrityksessä. Menetelmää voidaan käyttää varaosien kriittisyyden läpinäkyvään ja systemaattiseen arviointiin ottamalla huomioon useita kriittisyyteen vaikuttavia kriteereitä. Näin ollen sekä laitos- että kunnossapitopäälliköt voivat käyttää menetelmää päätöksenteon tukena varaosien hallinnassa. Menetelmän huonona puolena voidaan pitää sen riskiä muuttua subjektiiviseksi, sillä analyysin suorittaminen perustuu asiantuntijan arvostelukykyyn.
Diplomityössä suoritettujen kriittisyysanalyysien tulokset antavat kattavan yleiskuvan biokaasulaitosten varaosien kriittisyysluokittelusta, ja siten ne voivat tarjota hyödyllistä tietoa myös muille vastaavan teollisuudenalan toimijoille. Tältä osin tämän työn voidaan nähdä kurovan varaosien hallinnan tutkimuksen ja käytännön välistä kuilua.
The thesis is conducted with a constructive research approach with an intention to solve a real-life managerial problem by developing a problem-solving construction and to test its practical applicability by implementing it. The research was conducted as mixed-model research by combining quantitative and qualitative data collection techniques and analysis procedures. The collected qualitative data were analysed using an inductive approach by summarising as well as restructuring meanings into narratives to help the creation of the classification method. The classification method quantifies the qualitative judgements of spare parts characteristics into numerical codes so that the classification results can be analysed statistically. The developed classification method was used to categorise the spare parts assortment into relevant categories in three biogas plants of the case company. Each of these plants represents a mesophilic wet digestion technique in which biogas is produced through anaerobic treatment by adding organic matter into continuously stirred tank reactors (CSTR) using pumps.
In this thesis, multi-criteria approach for spare parts classification is presented. The method is based on a decision tree approach which classifies spare parts into different classes based on their criticality. Five criticality criteria are considered in the method: functional criticality, alternative production, availability, value, and demand pattern. However, many of these criteria include several other aspects as well. A spare parts management matrix is also provided to support managers in their decision-making and to give recommendations for spare parts management according to the criticality class derived from the criticality analysis. The conducted criticality analyses found that current safety stocks are partially deficient: each of the three biogas plants examined stored less than 40 % of the spare parts for which stock keeping is recommended.
The developed criticality classification method was evaluated as applicable for spare parts management in the case company. The method can be used to assess spare parts criticality in a transparent and systematic manner by considering several criteria affecting criticality, thus providing the means to support maintenance and plant managers in their decision-making. However, the greatest disadvantage of the method is that it requires expert judgement which exposes to a high level of subjectivity.
The results of the criticality analyses conducted during the thesis provide a comprehensive overview of spare parts criticality classification in biogas plants, and thus they can provide insights for other practitioners in similar industrial settings. In that respect, this thesis can be seen as a contribution towards bridging the gap between spare parts management research and practice.
Tämä tutkimus toteutettiin konstruktiivisella tutkimusotteella, jonka tavoitteena on ratkaista tosielämän ongelma kehittämällä ratkaisu ja testata sen käytännön toimivuutta implementoinnin kautta. Tutkimus toteutettiin sekamallitutkimuksena yhdistämällä kvalitatiivisia ja kvantitatiivisia tiedonkeruu- sekä analysointimenetelmiä. Kerätty kvalitatiivinen aineisto analysoitiin käyttämällä induktiivista päättelylogiikkaa, jossa aineisto tiivistettiin ja muotoiltiin narratiiveiksi. Analysoitua aineistoa hyödynnettiin varaosien luokittelumenetelmän kehittämisessä. Luokittelumenetelmässä kvantifioitiin varaosien ominaisuuksia kuvaavat kvalitatiiviset väittämät numeerisiksi koodeiksi tulosten tilastollisen analyysin mahdollistamiseksi. Kehitettyä luokittelumenetelmää käytettiin varaosien luokitteluun kolmessa kohdeyrityksen biokaasulaitoksessa. Kukin näistä biokaasulaitoksista edustaa mesofiilista märkämädätystekniikkaa, jossa biokaasua tuotetaan anaerobisen käsittelyn avulla pumppaamalla orgaanista aineitta täyssekoitteiseen reaktoriin.
Tässä diplomityössä esitetään päätöspuulogiikkaan perustuva varaosien monikriteerinen luokittelumenetelmä, jossa varaosat luokitellaan niiden kriittisyyden mukaan. Luokittelumenetelmä ottaa huomioon viisi eri kriittisyyskriteeriä: funktionaalinen kriittisyys, vaihtoehtoiset toimintatavat, saatavuus, hinta ja kysynnän luonne. Monet näistä kriteereistä huomioi myös muita näkökohtia. Työssä esitetään myös varaosien hallintamatriisi, jossa annetaan suosituksia varaosien hallintaan kriittisyysanalyysistä johdetuille eri kriittisyysluokkien osille. Näin ollen varaosien hallintamatriisia voidaan käyttää päätöksenteon tukena. Toteutettujen kriittisyysanalyysien pohjalta havaittiin nykyisten varmuusvarastojen olevan osittain puutteellisia: kukin tarkastelluista kolmesta biokaasulaitoksesta varastoi alle 40 % sellaisista varaosista, joille varmuusvarastointia suositellaan.
Kehitetty kriittisyysluokittelumenetelmä todettiin varaosien hallintaan soveltuvaksi työkaluksi kohdeyrityksessä. Menetelmää voidaan käyttää varaosien kriittisyyden läpinäkyvään ja systemaattiseen arviointiin ottamalla huomioon useita kriittisyyteen vaikuttavia kriteereitä. Näin ollen sekä laitos- että kunnossapitopäälliköt voivat käyttää menetelmää päätöksenteon tukena varaosien hallinnassa. Menetelmän huonona puolena voidaan pitää sen riskiä muuttua subjektiiviseksi, sillä analyysin suorittaminen perustuu asiantuntijan arvostelukykyyn.
Diplomityössä suoritettujen kriittisyysanalyysien tulokset antavat kattavan yleiskuvan biokaasulaitosten varaosien kriittisyysluokittelusta, ja siten ne voivat tarjota hyödyllistä tietoa myös muille vastaavan teollisuudenalan toimijoille. Tältä osin tämän työn voidaan nähdä kurovan varaosien hallinnan tutkimuksen ja käytännön välistä kuilua.