Process and Delivery System Reliability and Maintenance resources (by Author)/H... · •Maintenance and terotechnology explains the broader concept of terotechnology and positions

BONUS CHAPTER Process and Delivery System Reliability and Maintenance   Chapter Outline: Process reliability – making a system fail‐safe Process reliability – checking for failure Maintenance and terotechnology Maintenance – the concept Maintenance – the task Which parts of a process to maintain Different types of maintenance Planned maintenance Other policy issues Total productive maintenance Energy management Managing the maintenance function Reflections Exploring further Notes and references   Why is process and delivery system reliability and maintenance important? The managed maintenance of processes not only affects capacity but also  impinges on  the predictability of a delivery system. Where lead times are short and delivery reliability is a key competitive  driver,  a  system  to  meet  schedules  and  customers’  expectations  is  a  key factor.14  

Executive Overview As part of  the need  to  lower costs,  reduce  lead  times and  improve  the availability and format of  information,  investments  in processes and systems will continue  to be made and  are  likely  to  increase  in  the  future. Rapid  advances  in  technology, many of which were highlighted in Chapter 9, have led to more opportunities to invest in the hardware and software parts of the operations process. The  technology dependence, however,  is changing, with  the  increasing  use  of  electronics  (for  example microchips)  in  both  the working  and  control  of  process  equipment  and  IT‐based  systems  applications.  This pattern of  investment has  led to a growing need  in most organizations to recognize the continued  importance  of  and  reconsider  their  approach  to  the  management  of  the maintenance  function.  This  chapter outlines  the  important maintenance decisions  and illustrates  the  types of controls and  tasks  that managers should address, as part of  the overall operations function. In particular, it covers the following sections:  

• Process  reliability  and  checking  for  failure  introduces  process  reliability  and outlines ways of assessing and measuring failures, how to establish both the rate of  failure and  level of process reliability as well as ways to calculate mean time between  failures  and  process  availability  measures.  It  concludes  with  an introduction on how  to  identify  levels of  failure, approaches  to  failure analysis and ways to improve a system. 

• Maintenance  and  terotechnology  explains  the  broader  concept  of terotechnology  and  positions maintenance  of  the  delivery  system  within  this context. 

• Maintenance  highlights  the  increasing  investment  by  businesses  in  equipment and technology and the subsequent key role of maintenance within operations. 

• Types of maintenance explains the alternative approaches to maintenance, how they differ and the need to match type with requirement in order to ensure best fit. 

• Planned maintenance  is discussed  in more detail due  to  the  fundamental  role provided by this approach. 

• ● Other policy  issues are  listed and discussed. These range from the options of outsourcing  maintenance  provision  to  systems  and  controls  and  the  style  of management to be considered. 

• Total  productive maintenance  is  described  in  detail  and  the  reasons why  this approach is increasingly being adopted are explained. 

• Energy management  introduces  this  key  area  and  explains  how  the  effective management of these costs contribute to the overall business. 

• Managing maintenance outlines  some of  the developments  to help assess and manage this function. 

Process reliability – making a system fail‐safe The concept of integrating fail‐safe mechanisms into a process in order to reduce failures is increasingly being used in service and manufacturing systems. The introduction of pokayoke (poka meaning inadvertent errors and yoke from yokeru meaning to prevent) as part of the operations  improvement  methods  used  by  Japanese  companies  emphasized  these developments and highlighted  the benefits  to be gained. The principle underpinning  these approaches stems from the fact that people and processes can make errors. Consequently, if situations in which errors take place can be eliminated, this is often the best way to reduce failures.  Making  a  system  foolproof  by  introducing  mechanisms  that  counterbalance 

potential  failures  with  a  signal  of  some  kind  is  the  basis  of  poka‐yoke  developments. Examples of poka‐yoke devices are now provided  to  illustrate  the principles and highlight how  they work.  You will  see  from  these  that  they  are  designed  into  the  service  delivery system or manufacturing process itself with the purpose of fail‐saifing staff or customers as they interface with the system.  Service delivery system and process illustrations: ● cut‐out switches to prevent spillage, for example on self‐serve fuel pumps ●  in‐process  gauges  on  filling  lines  to  check  the  quantity  in  each  pack  by  weighing  or measuring the fill levels in each container ● limit switches on machines that allow the process to start only if the part to be processedis the correct one ● positional gauges that check that a part is correctly positioned before allowing a process to begin.  Staff‐related illustrations: ● hospitals use different  size  tubes  to dispense  (say) blood and  food,  thereby eliminating mistakes ●  automatic  dispensing  machines  that  ensure  that  correct  quantity  of  a  product  (for example soft drink) is delivered ● bar code readers at supermarket checkouts reduce pricing errors ●  in hospital operating theatres,  instruments  in preformed trays are used to allow a count back at the end of an operation to eliminate potential errors ● the outline of tools  in a machine shop allows tool placings to be  identified and highlight tools not replaced at the end of a job ● multi‐stack filing cabinets that only allow one drawer to be open at a time. This prevents serious  accidents  where  cabinets  may  tip  forward  if  two  or  more  drawers  were  open simultaneously.   Customer‐related illustrations: ● the days of the week are stamped on capsule packs to enable a person to double‐check their routine ●  similarly,  colour  coding  of  tablet  dispensers  helps  elderly  patients  particularly  to  avoid mistakes in self‐administering their drug treatments ●  the main  light  switch  in  aircraft  toilets  is  triggered  by  the  door  closure  thus  avoiding embarrassing situations ● beepers on telephones are used to signal that a handset has been replaced correctly and, therefore, that batteries will be charged ●  similarly,  telephone handsets not  replaced  correctly will emit a  loud  signal  to draw  the user’s attention to this fact ● go/no‐go bag checks are used by airlines to allow passengers to self‐check the size of the hand luggage they wish to take on board.  

Process reliability – checking for failure Reducing or even eliminating process  failure  is high on  the agenda of most businesses as they  strive  to  improve  the  reliability  of  their  processes.  For  some  organizations  process failure  is  critical,  even  life‐threatening,  as  in  the  failure  of  aircraft  in  flight  or  prolonged power  cuts  to emergency  and  intensive  care units  in hospitals. While  there  is  always  the possibility of a process failing, it is essential to recognize that: 

● Some failures are not as critical as others, and this factor needs to be reflected in the time and effort allocated to managing a system or process. ● Managing  failure  is a key part of  the operations  task –  that  failure will occur  is a given. What is important is to manage and control failure in line with the consequences that such failure brings.  Assessing and measuring failure Failure  is a function of time. For the most part, the  longer the  life of a product or piece of equipment, the more likely it is to fail. However, this is not always so. Products often reflect three  stages where  the  likelihood of  failure differs: where  this occurs  the phenomenon  is known as  the bathtub curve  (see Exhibit 1). However,  surveys  show  that  less  than 10 per cent of all equipment has a bathtub profile. Electronic equipment has an  infant mortality profile, but only 50 per cent of all equipment has a pattern of  failure  that  is uniform and linear, a fact that makes the statistical calculation of the time of failure unreliable. Because of this, planning maintenance becomes a key factor in reducing failure and maintaining the reliability of a process or system. Similarly, delivery systems based on human capabilities, as  in many service systems, often show  patterns  of  deterioration  that  are more  to  do with  staff  complacency  and  lack  of management  interest  and  control  than  other  factors.  The  pattern  and  level  of  failure  in these types of service delivery system would tend not to be uniform and consequently the reliability of  the process would need  to be monitored  in a planned way so as  to check  for potential deterioration.   Exhibit 1: 

  The principal ways of measuring failure are now explained: ● Rate of failure – as the name implies, failure rate is the number of failures that occur in a given  period  or  as  a  percentage  of  the  total  number  of  services  provided  or  products produced. For example, a banking system could be measured by the number of errors  in a period, while a mail order company may check the number of errors as a percentage of the total orders received:  

 ● Process reliability – the reliability of a delivery system or process is a measure of how well it performs. Where a system has two or more stages, the reliability of each step will affect the overall reliability of the process. For example, a mail order process involves three steps and the processes involved and the current reliability of each step is given below:  

 You will  see  from  this example  that  the  reliability of  the  system at 0.907  is markedly  less than any of the  individual parts of the process. Hence, the more  interdependent steps  in a process, the lower the reliability of the total system. ● Mean time between failures – an alternative way to measure the failure of a system is the mean time between failures (MTBF) which is calculated as follows:  

  Process  availability  –  a process  is not  available  to work  if  it  has  either  failed or  is  being repaired following failures. To calculate process availability, you need to know the MTBF for a process and also the mean time to repair (MTTR), which is the average time taken to repair the process or  equipment  from  the  time  it  fails  to  the  time  it  is  again  in use.  In  the  last example,  the  bank  was  reviewing  alternative  ways  to  increase  the  availability  of  ATMs. Currently, the MTTR was 7.5 hours, which made the availability:  

  Option 1 to increase availability was to reduce the interval of regular servicing which would increase the MTBF to 194 hours. Option 2 was to improve the speed of response time in the 

existing  repair  contract,  thus  lowering  the MTTR  to  5.0  hours.  To  determine  the  better option, both options need to be assessed, as follows:  

  Identifying levels of failure There are  two ways  to proactively check  the delivery system  to  identify  failures  that have occurred and need attention. 

The first is by in‐process checks which ascertain whether the process is maintaining the required  level of quality conformance. These can be undertaken  in a number of ways, which  include  checking  how  well  a  service  is  progressing  (for  example  verifying  with customers  in a restaurant that the  food and service are of an acceptable standard at each stage during a meal) or undertaking point‐of‐departure  interviews with customers as  they leave  the  service  delivery  system.  In manufacturing,  checks  using  control  and  statistical process control (SPC) charts help monitor processes. 

The second method is by overall checks which ask customers to discuss aspects of a delivery  system  at  times  other  than  when  they  are  in  the  process  itself.  For  example, complaint  cards,  feedback  sheets and questionnaires  can be mailed  to  solicit views about the services and products provided; focus groups of customers brought together to discuss specific  services  and  products  or  the  delivery  system  in  general  are  often  used  to  gain insights  into where  failures have occurred or may occur;  similarly,  telephone  surveys  are used to identify all aspects of services, products and delivery systems including points where failures may occur or have occurred in the past. 

 Analysing failures One  important  activity  in  the  quest  for  establishing  process  reliability  levels  is  analysing failures. At one end of  the  spectrum  are  large‐scale  accidents or disasters  such  as  airline crashes  and major  oil  tanker  spills.  At  the  other  end  of  the  spectrum  is  the  systematic analysis  of  complaints  by  companies  as  part  of  their  way  of  ascertaining  failures  and identifying their source. 

One way  to undertake  these  checks  is  failure mode,  effect  and  criticality  analysis (FMECA). This approach analyses potential system  failures  in the  light of the probability of occurrence  and  their  likely  impact  on  the  successful  operation  of  the  system.  The  three elements of FMECA are: 

• Failure mode analysis – a study of  the system  to determine how  likely  it  is  that a failure will occur. 

• Failure effect analysis – a review of possible failures and their likely effects. • Failure  criticality analysis – a  check on  the potential  failures  in a  system and  the 

consequences  of  these  in  terms  of  affecting  the  service  or  product  quality conformance  levels  and  the  impact  on  delivery  reliability  or  delivery  speed performance and system breakdowns. 

Each  potential  cause  of  failure  is  assessed  and  quantified  in  terms  of  these  three perspectives and the outcomes are prioritized. Corrective action then  follows to reduce or eliminate potential failures. The main steps in the FMECA procedure are: 

• list all parts of the system under review • identify all possible ways  in which each part of the system could fail, known as the 

failure modes • for each failure mode, ascertain the causes and also the effect on the current system • rate the probability of each cause in a given period, the seriousness of an occurrence 

and the possibility of detecting failure on a scale of 1 to 10 • calculate the criticality  index by multiplying together the three ratings and use this 

to rank failures by level of importance • identify corrective action to reduce the criticality of factors.  

Maintenance and terotechnology The necessary  importance of reviewing physical assets  in terms of  investment and cost has led to the concept of ‘terotechnology’, defined in BS3811 (1993) as: A combination of management, financial, engineering, building and other practices applied to physical assets  in pursuit of economic  life cycle costs.1 Its practice  is concerned with the specification and design  for  reliability and maintainability of plant, machinery, equipment, buildings  and  structures,  with  their  installation,  commissioning,  operation, maintenance, modification  and  replacement  and with  feedback  of  information  on  design,  performance and costs.2 

 Although there  is  little that  is new about each of these activities and  ideas, terotechnology highlights  the  need  to  focus  attention  on  the  gains  to  be  made  by  coordinating  their interrelated  functions.  How  these  important  aspects  relate  to  one  another  needs  to  be understood. The introduction of terotechnology (from the Greek terein meaning to care for plus technology)  is designed to concentrate awareness on this  important concept and help promote and apply it appropriately throughout an organization. 

Whereas maintenance  is the  largest aspect of terotechnology, on which the rest of this  chapter  concentrates, many  activities  at  earlier  stages  of  the  business  cycle,  such  as design  and  purchasing,  can  significantly  affect maintenance  costs  and  effectiveness.  For example,  the  coordination  necessary  to  identify  that  a  modified  design  may  lead  to reductions in maintenance costs is typical of the gains to be made from reviewing activities on a wider perspective.  

Maintenance – the concept In most developed countries, gross national product continues to  increase markedly  faster than population growth. In all sectors this is largely the result of replacing manual operations by  technological  innovation. One  result of  this  trend  is  a need  for  companies  to become increasingly  equipment  conscious  and  build  this  dimension  into  the  way  in  which  they manage operations. This will contribute to improving many key aspects of a business. These include avoiding unnecessary equipment investment, ensuring the maximum use of existing equipment, enhancing  the  throughput and usage  rates of processes,  reducing  the costs of energy and  limiting  the environmental  side effects  through  innovations  in equipment and improving the way they are used. 

These  tasks are solely or partly provided by sound maintenance practices. Current costs of this provision are high and typically far outweigh the purchase of new equipment. A recent  survey  revealed  that  the UK  spent  £14  billion  annually  on maintaining  equipment worth  £80  billion,  while  spending  on  new  equipment  was  only  £4.3  billion.  With maintenance  typically  adding  some 8–12 per  cent  to operations  costs,  it  is not  surprising 

that improving the practice and management of this function has become a major factor in the drive to  improve aspects such as  increasing productivity, reducing costs,  improving on‐time  delivery  performance  and  shortening  lead  times.  To  secure  these  opportunities, companies need to manage and coordinate their maintenance activities both in terms of the efficiency (internal) and effectiveness (needs of the market) dimensions. The direct costs of spares and staff and the  indirect costs of unplanned equipment failure, secondary damage, unplanned  overtime,  output  loss  and  excess  spare  parts  offer  significant  saving opportunities.  In  addition,  good  maintenance  practice  needs  to  emphasize  the  role  of equipment reliability within the wider corporate context. Several of the order‐winners and qualifiers relevant to a company’s agreed markets are based  in part on the reliability of  its systems and processes. The  increase use of  just‐in‐time agreements also makes  it essential to ensure that all equipment is available when needed and called for within the operations plan.  

Maintenance – the task All  physical  facilities  are  susceptible  to  failure  through  breakdown,  deterioration  in performance  through age and use and obsolescence due  to  improvements  in  technology. Reducing the likelihood of these features occurring involves considerable expenditure. If the sole objective was to reduce  instances of failure, deterioration or obsolescence, eventually the  investment and expense  involved would exceed the actual costs of allowing the status quo to exist. Achieving a balance has to be addressed and determined. Each situation will be different,  with  some  systems  and  processes  requiring  more  sophisticated  maintenance support than others. 

The starting point for a sound maintenance programme, therefore, is to have a clear understanding of what maintenance tasks have to be undertaken. Only then is it possible to specify  the  staff needed  to do  the work,  the  spare parts necessary  to  support  it  and  the systems required to manage and control the programme. 

The maintenance function encompasses a wide range of responsibilities in different organizations.3 Although the prime task usually concerns keeping the operations processin good  working  order,  there  are  other  important  responsibilities  that  fall  within  its  total function (see Exhibit 2). The list given in the exhibit is not exhaustive but is typical of the set of  tasks  frequently  placed  under  the  control  of  this  function,  if  only  as  a  matter  of convenience.                  Exhibit 2: 

 Although maintenance involves the range of responsibilities referred to in Exhibit 2, the rest of  the chapter will concentrate on  those  functions directly concerned with  the operations process. At times other areas will be referred to, but  it  is not  intended to comprehensively address  the management  issues  involved  in  these.  The  four  areas  listed  below  are  key considerations in the sound management of the maintenance function and will be discussed in detail in the following sections:  

1. Determine which parts of the process are to be maintained. 2. Decide  between  the  different  types  of maintenance  that  could  be  employed  and 

agree when maintenance should take place. 3. Consider  the  various  policies  available  to  an  organization,  including  repair  or 

replacement,  the  use  of  internal  or  external  personnel  and  a  centralized  or decentralized approach to maintenance provision. 

4. Develop  procedures,  systems  and  performance  measures  to  help  manage  and control these activities. 

Which parts of a process to maintain A prerequisite  in determining  the scope of activities  to be provided  is  to  list all  items  that need  to be maintained. The  list  should  include equipment  in  the process as well as other equipment,  transport, building and structures  in  line with  the range of activities set out  in Exhibit 2. This  list will comprise the physical asset register and provide details of each  item including: 

1. A  unique  reference  number  for  identification,  often  coded  to  show  location  and function 

2. Description – make, model, age and modifications 3. Location 4. Details  of  major  components  or  parts  (including  any  items  common  to  other 

equipment) and inventory holdings 5. Comments upon the critical nature of the equipment to the process.  

The maintenance  task will  vary  depending  upon  the  number  and  complex  nature  of  the equipment  involved. Take British Airways  (BA)  for example.  It has about 300 aircraft. The fleet ranges from Boeing 747s, Boeing 767s, A320s and A319s flying  international routes to 

turboprops  island‐hopping  on  Scottish  domestic  services.  To  keep  these  flying  while conforming  to  the  exacting  safety  and  service  quality  standards  it  sets, BA  employs  over 9000 engineering  staff worldwide  and  annually  spends  some £600 million on engineering services and maintenance. The maintenance schedule dominates an aircraft’s working  life, as Case example 1 shows.  

Different types of maintenance A company may undertake its maintenance function in a number of ways. The most effective method will  reflect  the  item concerned and  its  importance  in  the operations process. The mix will, therefore, vary from one facility to another and will depend upon the goals of the maintenance  provision,  the  nature  of  the  facility  and  the  type  and  age  of  the  processes involved. The essential provision, however, is to make them part of a coordinated approach by  introducing  the  key  element  of  planning.  Approaches  will  typically  include  a  mix  of maintenance  types  to  reflect  the  particular  requirements  and  conditions  of  the  tasks involved. These various types of maintenance are now described.  Reactive maintenance 

Reactive  maintenance  repairs  equipment  as  needed  and  undertakes  emergency maintenance as required. The systematic identification of parts of the process that need, or may  need,  to  be  replaced  or maintained  is  not  a  feature  of  this  approach.  This  form  of maintenance  is  also  known  as  ‘breakdown’  maintenance  which  concerns  repairs  being carried out after  failure. This approach may be a consequence of problems occurring even though other types of maintenance are  in place to prevent unscheduled and unanticipated equipment failures. 

However,  some  companies deliberately use  reactive maintenance  as part of  their overall approach to carrying out the maintenance task. This is particularly so for equipment where this method has advantages (for example where the impact of breakdowns on other parts of the organization or on support for its markets is relatively small) or where there is a significant variation in the rate of deterioration which makes such equipment less responsive to the benefits of periodic inspection. There are also occasions when a machine will continue to be operated even though maintenance is known to be needed. This is described as ‘run to failure’  where,  for  instance,  the  value  of  production  resulting  from  an  extended manufacturing run may outweigh the maintenance costs incurred following failure. However,  the  reactive  approach  can  still be planned  in nature. When breakdowns occur, maintenance  teams are allocated  to  the problem and  their  role  is  to  respond quickly and make  the  necessary  decisions  to minimize  the  effect  of  the  breakdown  on  the  delivery system. In many instances, temporary repairs may be made so that the process can function again  as  soon  as  possible.  Permanent  repairs would  then  be made  at  a  later  and more convenient time.  Preventive (or scheduled) maintenance Preventive  or  scheduled maintenance  is  carried  out  at  predetermined  intervals  or  in  line with prescribed criteria  (for example equipment hours worked) and  is  intended  to  reduce the  probability  of  failure  or  the  performance  degradation  of  an  item.  Its  objective  is  to reduce  the probability of breakdown by  replacing worn  components  at  set  intervals.  The replacement interval is usually based on the mean failure time of certain components. However,  in  critical  areas  such  as  aircraft  maintenance,  replacement  and  maintenance schedules are typically specified by a legal or government body. Planned activities can range from simple inspections and adjustments to full overhauls.  Condition‐based (or predictive) maintenance Condition‐based  maintenance  concerns  preventive  maintenance  initiated  as  a  result  of knowledge of the condition of an item that comes from routine or continuous monitoring.4 It  involves a procedure of  systematic  inspection  (especially of  key parts or  those  that are expensive either  in  themselves or  to  replace) and can be undertaken  to  identify  instances where maintenance could be performed either earlier or  later  than  the regular preventive maintenance schedule dictates. 

This  planned  procedure  also  enables  ongoing  checks  to  be  made  on  the effectiveness  of  a  preventive maintenance  schedule,  enabling  it  to  be  fine‐tuned where necessary and so  reducing some of  the disadvantages  that would accrue  from  the original schedules.  

Condition  monitoring  or  predictive  maintenance  involves  taking  a  set  of measurements  to  indicate  the  operating  condition  of  each  process, machine  or  item  of equipment. This ‘wear out’ profile then enables maintenance to be scheduled shortly before the failure is anticipated.5 Over time, the profile changes and so constant monitoring needs to  be  completed  to  enable  companies  to  ensure  that  the  interval  between maintenance activities is as long as possible without risking excessive failure. 

Stand‐by equipment The provision of stand‐by equipment for all or part of a process is another potential element of  an  appropriate maintenance  plan.  It  will  typically  be  used  where  the  cost  or  risk  of breakdown  is  extremely  high.  Thus,  it  offers  an  alternative  to  the  cost  of  a  high  level  of maintenance  in order to reduce the  impact of breakdowns.  In addition, backup equipment can be an effective alternative where time constraints demand that planned maintenance is undertaken  in normal working hours. However,  it  is  less  likely to be a viable alternative for core processes on account of the high  investment involved. Its use is more likely to be as a cover for support services such as compressed air, water, other utilities and control units. 

Stand‐by equipment does not  take  the place of regular maintenance but serves as an insurance policy for equipment that can seriously disrupt the process or delivery system if it breaks down. However, if stand‐by equipment is provided, it is important to ensure that it is fully operational. Where possible it is advisable to run the equipment at regular intervals. 

 If  several  pieces  of  equipment  are  identical,  one  stand‐by  unit  can  serve  this function for all online processes and result in a substantially lower cost provision. Examples of this  include generator and compressed air equipment to support the processes within a manufacturing plant. 

 Corrective maintenance Corrective maintenance involves making improvements to existing equipment, in addition to its  general  upkeep  through  other  types  of  maintenance,  with  the  aim  of  eliminating problems at source. It is intended to change the design of the equipment in such a way that a failure no longer occurs, or, if it does, that the failure no longer matters.  Equipment upgrades Upgrades  can  form  part  of  an  overall  approach  to maintaining  equipment.  This  involves redressing or modifying equipment to achieve one or both of the following: ● to increase process reliability ● to facilitate maintenance and repairs.  Data  from other maintenance  activities will  invariably provide  key  indicators on which  to base  an updating programme. These upgrades may  also  form part of  a wider decision  to enhance a process in terms of its technical capability and/or throughput speeds.  

Planned maintenance Different  approaches  to  maintenance  are  needed  for  different  equipment  or  even  for different parts of  the same equipment. For example, consider on‐site vehicles used  in  the construction  industry. Changing  the  engine oil  and  undertaking  a  general  service  at  fixed intervals are forms of preventive or scheduled maintenance. Items such as brakes and tyres are checked for wear on a regular basis and changed before they become defective, a form of  condition monitoring. Headlights are probably a  run  to  failure  item, whereas  replacing pneumatic tyres  is a form of equipment upgrade to reduce the high number of punctures, the  problems  these  cause  to  work  schedules  and  overall  costs.  The  underlying  concept underpinning  these examples concerns determining which  type of maintenance  to use  for each part of the task. Planned maintenance is the term used to describe this approach. 

As the above example illustrates, while planned maintenance does not advocate one approach compared to another, it does emphasize the need to determine the maintenance provision so that it is organized and carried out in a conscious manner. Thus, while reactive maintenance  and  condition  monitoring  are  two  ends  of  the  maintenance  provision continuum,  both  can  contribute  appropriate  planned  responses  as  part  of  a  company’s overall approach to maintenance. 

In developing  a plan,  important decisions need  to be  taken on  the  approach  and extent of planned maintenance and mix of maintenance  types  to be used. Thus, decisions are  based  on  conscious  choices  that  need  regular  review  in  order  to  check  the appropriateness of current approaches. Planned maintenance programmes yield a range of benefits including: 

• Reduced maintenance  costs  –  plans  can  be made  and material  and  spare  parts ordered in line with the plan. 

• Maintenance can be completed when it is convenient to the operations process thus keeping capacity losses to a minimum. 

• Capacity  losses  are  further  reduced  as  maintenance  tasks  can  be  planned  to minimize time lost during normal working hours. 

• Minimum  material  and  spare  parts  inventory  can  be  achieved,  with  levels  of inventory  in  line with planned requirements rather  than  in anticipation of possible breakdowns. 

• Increased opportunity  to use contract maintenance more effectively, as work of a similar. 

  A common misconception about planned maintenance is that it is a high‐cost alternative. However,  even  setting  aside  the  capacity  gains  associated with  this  approach,  the  actual maintenance costs are also typically  lower compared to unplanned maintenance provision. Furthermore,  a  key management  task  is  to  continuously  check  the  costs of providing  the current  planned  maintenance  programme  and  to  seek  lower  cost  alternatives.  This  is achieved  by  comparing  current  costs  with  those  which  would  have  been  incurred  if alternative mixes of the different types of maintenance had been chosen. This checking and rechecking  leads  to  choosing different  approaches  to  the  various  elements of  the overall maintenance task as conditions and alternatives change. 

One outcome of a research programme completed over a 30‐year period led to the development of reliability‐centred maintenance (RCM).6 This helps refine approaches within a  planned  maintenance  programme  by  establishing  a  sensible  framework  for  making choices.  It starts with  the premise  that  failures are a cause  for concern only because  they have consequences. Sometimes these consequences only cost money to repair while others interfere with operations; in the most serious cases they can lead to environmental incidents or fatalities. 

Clearly,  the more  serious  the  consequence of  a  failure,  the more  time  and  effort should be spent trying to prevent it occurring. RCM is a decision‐making framework to help companies evaluate the failure consequences of the maintenance options from which they can  choose.  Examples  of  the  benefits  gained  from  an  RCM  programme  are  provided  in Exhibit 3. The key step  in planned maintenance  is to agree on what the company  is trying to prevent when  it undertakes  such a programme and  then assess  the consequences of each  failure. Depending upon the nature and severity of the consequences, the final step is to select the most appropriate type of maintenance to deal with each failure.         

Exhibit 3: 

  A planned maintenance programme identifies and agrees what needs to be maintained, the type  of  maintenance  to  be  employed  and  the  frequency  and  timing  of  the  schedule. However,  it  is  easy  to  let  the  schedule  of  planned  maintenance  work  slip  because  of pressures from the operations function to continue to use a process or handle emergencies and other work of a high priority.  Inevitably,  if this slippage  is not checked, the benefits of planning are lost and total costs will rise. It is essential to agree a sensible schedule and then adhere  to  it.  However,  a  regular  review  of  the  programme  content  is  necessary.  This typically leads to decreasing or excluding some parts of the programme while introducing or increasing the frequency of others. RCM and other reviews will be the basis of such changes. 

In establishing  the maintenance programme,  short‐  and  longer  term plans will be determined, with each  task allocated  throughout  the period. A planned approach will not only ensure that all the items are included but also provide for a fairly even workload across the maintenance  function both  in  the short and  long  term. This evenness will help reduce overtime working and purchasing and overall maintenance costs.  

Other policy issues In addition to decisions concerning the nature and extent of planned maintenance activities, there are other issues of policy that concern maintenance provision. These include decisions around the use of internal or external personnel, centralized or decentralized maintenance, group or individual replacement policies and replacement parts inventory.  Internal or external personnel The decision whether to provide the necessary maintenance personnel or facilities internally or externally is based primarily on cost and technical know‐how. Often a combination of the two will be  the most  suitable arrangement. When  the needs are  irregular or  require high technical know‐how, maintenance will usually be contracted to outside firms. For  instance, organizations  frequently  contract  out  their  maintenance  requirements  on  lifts  and computers,  while  for  other  specialist  equipment,  such  as  photocopying  and  telephones, maintenance forms part of the rental agreement. With supplies such as inks and lubricating oils,7  there  is a growing  trend  to have  the  supplier provide  technical  support as part of a 

contract. In the case of ink, suppliers often have their own staff on a customer’s site as part of the deal. Such decisions are relatively straightforward.  

The  more  difficult  decisions  on  provision  are  associated  with  the  mainstream maintenance  tasks  –  the  operations  processes.  Where  the  technical  know‐how  is  not available within  an  organization  (for  example when  new  equipment  is  purchased),  often external maintenance services are initially used. However, an organization will normally wish to  build  up  its  internal  skills  because  of  the  high  downtime  costs  associated  with  such processes. It will do this through training courses supported by sound documentation, where possible, building self‐diagnostic facilities into the equipment and the use of diagnostic tools and instruments to enhance visual checks (for example vibration monitoring equipment). In situations where the internal maintenance expertise is available, problems of demand peaks for  these  capabilities  will  be  eased  through  planned  maintenance  and  other  forms  of forward planning, and will be supplemented by overtime working or buying  in expertise on an as needed basis.  Centralized or decentralized maintenance Maintenance may be organized on a centralized or decentralized basis. With centralization, all staff are in one location with work being allocated as the need arises. In a decentralized set‐up,  staff are  located  in different geographical areas, with  responsibilities more or  less confined to those areas. Advantages of centralization include: 

• improved utilization of people (especially specialists) and equipment • more able to balance maintenance capacity to fluctuating workload demands • allows more centralized control (for example one manager, centralized systems and 

more control over capital work) • better training and the employment of specialists can be justified. 

 Advantages of decentralization include: 

• faster service, with travelling time reduced • improved continuity from shift to shift • greater knowledge of the particular processes • improved supervision with reduced geographical area of working. 

 Group or individual replacement policies Some components are increasingly prone to failure as they age. Sudden failure creates more difficulty  than wear and  tear. Therefore, where a  large number of  identical  low‐cost  items fall into this category, a group replacement policy becomes feasible. At the other end of the scale, individual replacement applies to when a single item is replaced when it fails. Several types of policy are possible, for example to replace: 

• only failed units as they fail • only failed units periodically • all units (both good and failed) periodically • failed units as they fail and all units periodically. 

 Which method to use will be determined by the critical nature of the item. For instance, a policy of replacing all units (both good and failed) periodically may be feasible for certain light bulbs in a building but not for electronic components or relays in a critical part of the process. To help in making this decision, three zones in the operating life of an item need to be identified and then used to determine which policy should be followed (see Exhibit 1): 

• Infant mortality, the initial failure period 

• Normal operating life, if a component survives the initial failure period, the chances of failure tend to be low for a time 

• Wear out zone, where the probability of failure rises sharply, peaks and then falls.  The shape of the curve for items will differ and must be discovered by analysis.  Replacement parts inventory Replacement parts carry the same costs as those outlined in Chapter 12. On the other hand, the costs of failing to have a part available when needed can be considerable. As a first step, it is important to classify spare parts and tools as follows:  ● Spare materials and parts: 

– Critical parts are essential  to  the process,  in  that shutdowns would occur  if  they were  not  available,  long  purchasing  lead  times  and  possible  safety  or  pollution hazards if the part is not replaced quickly. – Normal parts are used frequently in maintaining a process. 

● Equipment and tools: – Portable plant used by maintenance personnel in carrying out their tasks. 

 An  analysis  of  spare materials  and  parts  and  equipment  and  tools will  normally  reveal  a sizeable investment. However, a check needs to be made on the purpose and importance of these  items and  then an ABC analysis established  to distinguish  the  level of  control  to be used  for  the various categories of parts. These steps will ensure  that a distinction  is made between those items that need to be held in stock and those that do not. Of those that do, the large cost items are to be controlled, as described in Chapter 12.  Computerized records As part of  the drive  to  reduce  costs and  improve  the accuracy of  records,  computers are used  in  this  function  as  elsewhere  in  organizations.  Particular  applications  include  asset registers and recording systems, such as for costs and spares.  

Total productive maintenance A coherent theme throughout several chapters has been the need to  involve people  in the development and  implementation of key activities at all  levels  in an organization. The area of maintenance provision is no exception. At the core of total productive maintenance (TPM) is the need to  involve people to help to  improve equipment effectiveness and this feature will be discussed in more detail in a later section. The format, introduction and development of this approach need to be part of the policy decisions that make up a company’s overall maintenance provision.  

The  Japanese  Institute  of  Plant  Maintenance  defines  TPM  as  a  system  of maintenance covering the entire  life of equipment and  involving everyone from the top to the  bottom  of  an  organization.  The  approaches  to maintenance  described  earlier  in  the chapter  were  recognized  as  implying  that  they  were  principally,  if  not  exclusively,  the concern  of  the maintenance  function.  It was  recognized  that while  an  organization was concerned  with  prevention,  it  was  more  concerned  with  the  productive  output  of  the equipment  or  process.  Hence  the  switch  from  the  word  ‘preventive’  to  ‘productive’. Furthermore,  and  as  part  of  a wider move  to  increase  employee  involvement,  it  is  also recognized  that operators are  in the best position to note  the  first signs of a problem and assigning  them  to  complete  some  aspects of maintenance would not only  reduce overall maintenance costs but also increase their overall involvement in the productive output of a unit. Hence the inclusion of the word ‘total’. 

TPM can only be built on a sound maintenance programme encompassing the issues and alternatives outlined earlier. It requires a planned approach to maintenance which will identify the type of maintenance to be used. The distinguishing principles that guide a TPM programme are: 

• Staff must  always  strive  to  improve  equipment  effectiveness  based  on  constant attention to detail and aimed at solving problems by  identifying causes rather than just treating symptoms. 

• Routine care needs to be carried out as part of the  job. A  literal  translation of the Japanese term  is ‘parlour factory’, suggesting that the working environment should be as clean and tidy as the home. 

• Operators  are  recognized  as  being  in  the  best  position  to  monitor  equipment performance. Their  involvement  in and responsibility  for  its continuous monitoring improves performance  and  increases  their  role  in  the  checking  and  enhancement tasks within the overall maintenance function. 

• Skill development  is based on transferring suitable maintenance tasks to operators and  using  breakdowns  and  other  problems  as  learning  opportunities,  thereby increasing operator understanding and ownership. 

 As with other employee  involvement applications, the potential of a company’s equipment is being  released  through  the potential of  its employees.  In effect, TPM  is uncovering  the ‘hidden factory’ trapped behind process and equipment  inefficiencies. However, given that business‐wide TPM can take years to  implement fully,  it  is  important to recognize the four phases in a successful TPM application: 

1. An awareness study, pilot programmes, plant clear‐and‐clean exercises and developing analytical techniques such as problem solving. 

2. Bring all sections up to ‘best practice’ by using agreed approaches across all areas and at all times. 

3. Raise  overall  performance  by  developing  the  capability  of  employees, equipment and processes. This requires employees  to become  increasingly proactive in searching for new ways to improve equipment effectiveness. 

4. ‘Strive  for  zero  losses’.  Although  unattainable  in  a  practical  sense,  its purpose is to set targets as an essential facet of the improvement process. 

 The benefits of TPM are marked, as the results  in Exhibit 4 testify. As with other employee involvement  initiatives,  time and  staying with  the  task are prerequisites  for  securing  large and sustainable gains, as Case examples 2 and 3 illustrate.                

Exhibit 4: 

Energy management A  significant  part  of  the maintenance  task  concerns  energy management  in  terms  of  its storage,  conversion,  distribution  and  utilization.  The  increasing  use  of  automation  and  IT systems  within  operations  and  other  departments  in  a  business  is  placing  even  greater emphasis on this function.  To successfully manage energy, the following tasks need to be addressed:  1. Assessments and  targets –  first undertake an audit  to determine  the actual amount of energy used in each part of an installation. Once completed, usage targets can be set within the different parts of a building or process.   2. Energy use – the second aspect concerns the level of efficiency at which energy is used. The drive in businesses to improve overall efficiency has led to increasing attention being given to overhead costs. In energy terms this concerns reviewing usage rate, reducing losses and the possibility of reclaiming and recovering certain forms of energy such as heat.  3. Energy management system – the final task concerns installing a system to manage and control each form of energy from electricity through to compressed air. The main components of these management systems include: 

• sensors to monitor existing conditions, for example controls to measure  inside and outside temperatures, lighting requirements and humidity levels 

• direct digital controllers that activate or shut down the system depending upon the information received from the sensors 

• a network to link the digital controllers • supervisory terminals to inspect the  information, including the automatic display of 

faults.  Energy management system  investments  in the USA now exceed £2 billion. While those  in Europe are about half  that  level,  the  recognition  that  these  investments concern not only cost  savings  but  form  an  integral  part  of  employee working  conditions  and  a  company’s green agenda is increasing corporate awareness of the overall benefits to be gained.  

Managing the maintenance function The management  task  in maintenance  is similar  to  that  for other  functions –  the planning and  control  of work  against  realistic  standards,  both  in  terms  of  capacity  and  costs  and measuring performance against these, as discussed below.  Measuring workloads The next chapter outlines ways of measuring the capacity requirements and utilization levels in a  function. One of  these, group capacity assessment  (GCA)  is well  suited  to  the  task of determining  maintenance  capacity  requirements  compared  with  a  function’s  current workload. It also enables management to monitor workload fluctuations and adjust capacity as required.  

In  addition  to  the  GCA method  of  establishing  times  for maintenance  tasks,  the universal maintenance standards (UMS) scheme is also available. This is similar to analytical and comparative estimating as described  in Chapter 15. In UMS, a  large number (200–300) of benchmark  jobs are chosen as being  representative of  the maintenance work  involved. Each of these  is directly observed and the method checked. An analysis  is then completed for each element using methods time motion (MTM) values, and times for completing each element  are  then  determined.8  From  this  analysis,  a  table  of  about  20–30  elements  is constructed. All other work  is then analysed, and, with the aid of the benchmark  jobs, the elements of each job are matched to this table and time standards are then established.  Planning maintenance By introducing a TPM approach, companies are able to separate maintenance tasks into time frames (daily through to annual tasks) and maintenance staff/operator allocations. 

The  first step,  therefore,  is  listing all  the maintenance work  to be undertaken,  the frequency of  the schedule and to which category of staff  it will be allocated. Maintenance calendars  then need  to be devised  to  cover  the  scheduled  times  that eventually  result  in annual, monthly, weekly and daily plans. From  these, detailed schedules are drawn up  for each  item  of  equipment  (see  Exhibit  5),  each  department  and  each  section  within  a department. These will, in turn, be translated into monthly and weekly calendars of work to facilitate ordering spares and balancing capacity over a period of time.          

Exhibit 5: Part of a maintenance plan for a zinc plating unit 

  Measuring performance A key factor in managing a maintenance function is to agree the key measures to help gauge and monitor performance. Below are some of the more important measures used.  Internal department performance measures These should include: 

• The  level  of  effective  performance  by  relating  the  hours  of  maintenance  work produced to clocked hours  in the department and expressed as a percentage. This shows the amount of work produced per hour. 

• Actual tasks completed compared to the plan in terms of the hours of work involved. This helps  to assess overall performance and  checks  the maintenance  support  for operations during a given period. 

• Total  hours  of  work  by  each  type  of maintenance  as  a  percentage  of  the  total maintenance hours. This measures the actual types of maintenance used to the level set in the plan and helps assess how well the function is managing its maintenance response. 

 Operations‐related measures These should include those that assess the cost of maintenance support overall and those that measure trends in the key areas of improvement. For example: 

• ● Checking  the number of maintenance hours worked with  the number of direct hours worked  in operations helps assess trends  in the relative size of maintenance support. Comparing maintenance costs  (including hours, materials and overheads) with  the  value of  the  services and products  completed  in  the  same period would provide a similar check. 

• Relating the number of breakdowns, both in terms of occasions and time lost to the number of operations hours worked, would provide an  insight  into  the  success of reducing  this  element  of maintenance.  However, where  a  run  to  failure  type  of maintenance had been chosen, the incidence of breakdowns that occur as a result of adopting  this  policy  should  be  shown  separately  and would  not  form  part  of  the trend review. 

• Safety‐related measures  such  as  the  number  of  days  lost  through  accidents  help highlight  this  important  aspect  of  work  and  the  joint  role  of  operations  and maintenance in driving these incidents down to zero. 

 Overall measures These help to set the maintenance contribution within the context of the overall business. For example: 

• Overall  equipment  effectiveness  (OEE)  is  one  of  the most widely  used measures. How it is calculated and used is illustrated in Exhibit 6. This measure combines both maintenance and operations performance and can be calculated for individual items of equipment, a section or the business as a whole.  

 Exhibit 6: 

   Initial OEE figures for a typical company are  in the 40–50 per cent range, while world class performers post 85 per cent and above. Such potential offers much scope for improvement, with sizeable benefits for organizations that continue to manage their way to  levels similar to those shown in Exhibit 4. 

• Checking on the relative cost of maintenance is provided by expressing maintenance cost as a percentage of sales revenue. Although this will be affected by changes  in the  make‐or‐buy  decision,  adjusted  trends  help  to  provide  a  valuable,  overall measure. 

Reflections For organizations to secure essential increases in productivity requires the combined efforts of all  functions. The  increased use of  technology has  resulted  in  the  tasks of maintenance and making  processes  and  systems  reliable  becoming major  contributors  to  the  effective 

activities  of  many  businesses.  Furthermore,  the  growing  introduction  of  JIT  scheduling arrangements and the increasing importance of delivery reliability and delivery speed places greater emphasis on equipment  and processes being  available  in  line with  schedules  and customer needs. 

As a result, the role and activities within the maintenance function have changed to meet these new requirements. For example: 

• To help reduce the growing cost of maintenance, organizations are considering the maintenance dimension much earlier  in  investment decisions,  in recognition of the importance  of  post‐installation  costs  as  an  essential  factor  within  investment appraisal procedures. 

• As part of the  importance of meeting delivery performance targets (speed and on‐time)  while  keeping  inventories  low,  high  and  guaranteed  levels  of  equipment availability are essential. 

• Where equipment does  fail,  then process  support becomes a vital  role. Quick and effective response to process problems and breakdowns is an increasingly important task. Onsite, well‐trained  staff are needed  to  support  core processes, while  those companies using control systems often supplement their own in‐house capability by establishing computer links to outside specialists to help diagnose problems through the use of computer‐based control systems. 

 The need to reduce costs has also  led companies to reduce total manning  levels within 

maintenance and to compensate for the loss of skill areas by more staff training and changes in working practices through teamwork approaches based on multiskilling principles and the increased use of operators to take on appropriate routine maintenance tasks – the concept of TPM. As part of  this development,  companies  involve  the maintenance  function  in  the later  stages of  installation and  throughout  the  commissioning phase of equipment as  the first  stage of  training and  to provide  the opportunity  to  identify possible modifications  to help  simplify  process  support  in  the  future.  All  organizations  will  continue  to  invest  in technology  at  an  increasing  rate  in order  to  reduce  costs  and  improve  response  times  in terms of data provision,  control  and decision making.  It  is  important  for organizations  to recognize the consequences of this. Operations managers need to bring top management’s attention  to  these  important  perspectives  before  the  technology  decisions  are  made. Furthermore,  with  investment  and  growth,  the  need  for  supporting  specialists  will  also increase. It is essential, therefore, that the management of the company’s physical resources is  at  the  appropriate  level  and  the  controls  to  ensure  that  this  is  so  are  installed  and developed. 

1 Life cycle costs are defined as the total costs of an item throughout its life including initial, maintenance and support costs. 2 Glossary of Terms used in Terotechnology, BS3811 (British Standards Institution, 1993) No. 1101 and Guide to Terotechnology, BS3843 (British Standards Institution, 1992), Part 2. 3 The maintenance function is usually either an engineering or an operations management responsibility. This will depend on aspects such as the size of the organization and the nature of its products/services. Exhibit 1.3 illustrates this function as part of the operations task. In other organizations it may report to the V-P research anddevelopment or, more normally, to the V-P engineering. 4 Also see Holder, R ‘Why condition-based monitoring offers solid bottom line results’, Works Management, March (1996), pp. 18–19. 5 These issues are discussed in an article by Bates, A ‘Effective strategies deliver plant reliability’, Works Management, July (1996), pp. 45–9. 6 This approach is reviewed by Moubray, J ‘Reliability centred maintenance: making a positive contribution to asset management strategy’ in A Guide to Best Practice Maintenance Management, Part 1 Shell Oils, London (1996). 7 See, for example, Raynes, M ‘Outsourcing: the way to solve your lubricating problems’ in A Guide to Best Practice Maintenance Management, Part 2 Shell Oils, London (1996). 8 MTM is a widely used predetermined motion time standard. Suffice it to say here that with MTM, predetermined times for operations are used that have been built up through research and analysis, and issued as tables.