Üretim tesisleri için RFID destekli bakım yönetimi
RFID based maintenance management for production facilities
Yazar: ALPEREN BAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞULE ITIR SATOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bakım = Maintenance ; Bakım planlaması = Maintenance planning ; Bakım sistemleri = Maintenance systems ; Bakım yönetim sistemi = Maintenance management system ; Bakım yönetimi = Maintenance management ; Radyo frekanslı tanıma = Radio frequency identification

Özet:
Günümüzde sanayi işletmeleri, geçmişte olduğundan daha yoğun bir rekabet ortamında faaliyetlerini sürdürmekte ve daha dar kar marjları ile çalışmaktadırlar. Artan rekabet şartları, yükselen teknoloji düzeyi ve en küçük stok seviyeleri ile çalışılmak istenmesi gibi sebepler ile işletmeler üretim hattındaki arızaları en düşük seviyede tutmaya çalışmaktadırlar. Bu amaçla kullanılan en önemli araçlardan birisi simülasyondur. Simülasyon kullanılarak sistem üzerinde yapılmak istenen değişiklikler hızlı ve güvenilir bir şekilde, düşük maliyetler ile gerçekleştirilir. 
Bu çalışmanın amacı üretim sistemlerinde gerçekleştirilen bakım faaliyetlerini analiz etmek ve RFID destekli bakım önererek bu sistemin etkinliğini araştırmaktır. Bunun yanında tesisler için farklı bakım senaryoları geliştirmek hedeflenmiştir. Simülasyon geliştirilen senaryoların sistem üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla kullanılmıştır. Uygulama aşaması ise elektrik ocaklarının döküm parçalarının imalatını yapan bir işletmede gerçekleştirilmiştir.
Uygulama çalışmasının yapıldığı işletmenin güncel durumunu analiz etmek amacıyla, bakım verileri toplanmış, personel dağılımı, makine altyapısı incelenmiş ve bütçe verileri değerlendirilmiştir. Tesis için OEE değerini hesaplamak amacıyla kullanılırlık, performans ve kalite metrikleri ölçülmüş ve %55 OEE değeri elde edilmiştir. Üretim hattındaki makineler için kritik makine analizi yapılmıştır. Bunun yanında tezde önerilen metodoloji ile bakım maliyetleri hesaplanmıştır. Bu metodolojiye göre bakım maliyetleri; personel maliyetleri, ara stok ve yedek parça elde bulundurma maliyeti, ara stok ve yedek parça elde bulundurmama maliyeti, plansız duruş maliyeti olarak dört ana kalemde ele alınarak hesaplanmış ve toplam bakım maliyetinin toplam bütçeye oranı %12,27 olarak belirlenmiştir.
Çalışmada ele alınan tesisin mevcut durum analizi yapıldıktan sonra, hali hazırda kullanılmakta olan bakım stratejisine alternatif olarak iki farklı senaryo geliştirilmiştir. Öncelikle mevcut durum simülasyon modeli kurulmuş ve belirlenen performans ölçütleri ile geliştirilen iki senaryo bu model ile karşılaştırılmıştır. Modelleme çalışması ARENA simülasyon programı kullanılarak yapılmıştır. Mevcut bakım stratejisi belirlenen performans ölçütleri ile ortaya konduktan sonra geliştirilen ilk senaryoda fırsatçı bakım politikası oluşturulmuştur. Geliştirilen bu bakım politikasında her hafta düzenli olarak gerçekleştirilen bakım faaliyetlerinin süresinin yarı yarıya azaltılması ve bir makine/parça arızalandığında bakım personelinin önleyici bakım çalışmalarını da yapması önerilmiştir.
Geliştirilen ikinci senaryoda durum esaslı takip sağlayacak RFID destekli bakım yönetimi sisteminin kullanımının belirtilen performans ölçütleri ile değerlendirmesi yapılmıştır. Önerilen RFID destekli bakım yönetimi sistemi cihazlar üzerine RFID etiketler yerleştirmek suretiyle cihazları tanımlamakta ve bakım personelinin elindeki tablet bilgisayarlardan veri girişini sağlamaktadır. Bunun yanında kullanılan sensor ve durum takip cihazları ile makine durumları anlık olarak takip edilebilmekte ve arıza öngörüleri yapılabilmektedir. 
Geliştirilen senaryoda hattın güvenilirliğinde sırası ile %5, %10 ve %15 iyileşme durumlarının sağlanması değerlendirilmiştir.
Karşılaştırma ölçütleri olarak; üretilen toplam ürün sayısı, toplam planlı duruş sayısı, arıza sayısı, toplam arıza zamanı ve maliyet dikkate alınmıştır.
Geliştirilen senaryoların belirlenen performans ölçütleri ile değerlendirilmesinin ardından önerilen RFID destekli bakım yönetimi sisteminin yatırım analizi yapılmıştır. Yatırım maliyeti; personel, alet / teçhizat / yazılım / yayın ve hizmet alım giderleri göz önüne alınarak belirlenmiştir. Modelleme @RISK simülasyon programı kullanılarak yapılmıştır. Geliştirilen senaryoda tesiste hali hazırda uygulanmakta olan zaman esaslı bakım stratejisi ile durum esaslı bakım stratejisi karşılaştırılmış ve durum esaslı bakım (CBM) için yapılan yatırımın; 1 yıllık, 3 yıllık ve 5 yıllık sürelerde karlı olma olasılıkları araştırılmıştır.

Abstract:
Today, industrial enterprises working in more competitive environment and more intensive work with narrowed profit margins than in the past. Due to the reasons such as increased competition conditions, high level of technology and desire to work with minimum stock levels, facilities are trying to production line at the lowest level of failure. Simulation is one of the most important tool that is used for this purpose. Desired alterations on the system can be done fast and reliable manner  by simulation and carried out with lowers costs as well.
The aim of this study is to analyze maintenance activities which is carried out on production lines and to offer RFID-based maintenance system by investigating its effectiveness. In addition to that different maintenance scenarios were aimed to be developed to plants. Simulation technique was used to determine the effects of developed scenarios on the system. The implementation phase was carried out in a foundry plant which has manufacturing capacity of 10.000 per annum. It utilises Rhein Stahl horizontal moulding line to produce repetition casting generally within a weight range of 0,4 kg to 50 kg.
In this study RFID technology which has various application areas is proposed for the purpose of maintenance management for production facilities. This system automatically collects the data?s of critical machines on the production line and takes action according to predefined rules. In this system the device identification data is stored on RFID tags which is mounted on critical machines. 
Beside, maintenance personnel will have tablet computers to enter the maintenance data of carried out maintenance activities instantly. In this way, it will not be necessary to enter the maintenance data of implemented maintenance activities separately. Thus, workload will be reduced. 
Sensors will be placed on critical machines with the aim of monitorizing the variables such as temperature, vibration, oil quality, noise, pressure, force, angular velocity of machines. These sensors are capable of wireless data transfer and in the facility RFID readers will be placed on appropriate locations. Thus, data?s will be collected through RFID readers instantly. 
In the system, the data from devices and users will be collected in database. Recommended maintenance policies for the facility will be tested by the analysis of the data. 
The best maintenance policy will be selected among different tested maintenance policies. According to the taken action decisions, maintenance schedules and various reports will be established. Also machine and personnel duty assignments will be made. 
To analyze the current status of the facility maintenance data are collected, the distribution of personnel, machine infrastructure and budget data are analyzed and evaluated. According to personnel distribution, 7 maintenance personnel, 40 production personnel and 3 quality control personnel is taking charge in the facility. Totally the facility has 50 personnel. In order to calculate the value of Overall Equipment Effectiveness (OEE) for the facility, availability, performance and quality criterions are calculated. Consequently %55 percent OEE value is obtained. In order to determine the critical machines for the production line a critical machine analysis has been performed. 
In addition, maintenance costs are assessed with the methodology proposed in this study. According to this methodology maintenance costs are comprise of four main items as personnel cost, buffer stock and spare part holding cost, buffer stock and spare part out of stock cost and unplanned stops cost. So the ratio of total maintenance cost to total budget is obtained as %12,27.
After the analysis of the facility subject to implementation phase of the thesis, two different scenario developed as an alternative to currently used maintenance strategy. Initially, the simulation model established in the current situation. After establishment of the current maintenance model, these two scenario compared with current situation in terms of specific performance criterias. ARENA simulation program is used for modelling the strategies. After the assesment of current maintenance strategy with specific performance criterias, an opportunistic maintenance policy is developed in the first scenario. 
According to this maintenance strategy, duration of preventive maintenance activities which are implemented as one day for every week will be reduced by half (4.5 hours/week). As for corrective maintenance activities, maintenance staff will implement 1.5 hours PM with CM whenever a machine / unit failure occured.
For the second scenario RFID based maintenance management system with the purpose of condition based maintenance is evaluated with specified performance criterias. Proposed RFID based maintenance management system works in such a way that RFID tags are mounted on machines. Therefore mahnices are identified and maintenance staff with tablet PC?s provide for the data entry. Beside, sensors and status tracking devices make monitoring of real time status of the machine possible. Thus failure predictions can be made. At this scenario respectively, %5, %10 and %15 percent reliability improvement situations are investigated.
As comparison criteria; total number of products produced, total number of planned stops, total number of failures, total failure time and cost were taken into account.
After the evaluation of proposed scenarios with performance criterias, feasibility of proposed RFID-based maintenance management system is investigated. The investment cost of the system is calculated by maintenance staff cost, tools / equipment / software / publication cost and service cost. Modelling of the proposed investment is performed using @RISK simulation program. According to developed scenario, currently implemented time-based maintenance is compared with condition based maintenance strategy. Possibility of being profitable of the proposed investment to the condition-based maintenance system is investigated for 1 year, 3 years and 5 years working periods respectively.