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3 Methoden zur Entwicklung Ihrer modularen Produktarchitektur

Der Kern eines modularen Baukastens ist die Zerlegung des Produktes in Module. Ziel einer Baukastenstrategie ist es, durch die Definition der richtigen Module den Standardisierungsgrad zu erhöhen, die Flexibilität in der Entwicklung zu verbessern und so Entwicklungszeiten zu verkürzen und Entwicklungskosten zu senken. Um diese Vorteile der Modularität aber zu realisieren muss die modulare Produktarchitektur richtig definiert werden. 

In diesem Video erhalten Sie einen Überblick über das Vorgehen zur Definition einer modularen Bauweise und über die Verwendung eines solchen Modulschnitts.

(verschaffen Sie sich einen Überblick über die weiteren Schritte, neben dem Modulschnitt, zur Entwicklung eines modularen Baukastens in diesem kleinen Video)

Generelles Vorgehen bei der Definition von Modulen

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Methoden zur Strukturierung des Produktes in Form von Modulen, also zur Definition der sog. modularen Produktarchitektur. Die unterschiedlichen Methoden legen hierbei einen unterschiedlichen Schwerpunkt, z.B. die Optimierung von technischen Schnittstellen, die Funktionsbindung von Modulen oder die Definition von Modulen unter Berücksichtigung von produktstrategischen Aspekten.

Trotz der unterschiedlichen Schwerpunkte sind sich die Methoden in ihrem grundlegenden Vorgehen ähnlich

  1. Identifikation der Komponenten
    In diesem Schritt wird das Produkt zunächst in Komponenten zerlegt, damit diese dann später zu Modulen zusammengefasst werden können. Hierbei ist die Herausforderung, die richtige Granularität der Zerlegung zu wählen. Je nach Feinheit der Zerlegung können die Komponenten Bauteile, z.B. ein Zahnrad, oder ganze Baugruppen, z.B. ein Getriebe, sein. Die Granularität der Komponentenzerlegung muss dabei zur Komplexität des Produktes und zu den strategischen Zielen der Baukastenstrategie passen.
  2. Analyse der Abhängigkeiten von Komponenten
    Im zweiten Schritt werden die Interaktionen oder Abhängigkeiten der Komponenten untereinander analysiert. Gilt es beispielsweise die mechanischen Schnittstellen mit einer modularen Bauweise zu optimieren, werden die mechanischen Interaktionen der Komponenten analysiert.
  3. Gruppierung zu Modulen
    Im letzten Schritt werden Komponenten zu Modulen zusammengefasst. Hierbei gilt es die entsprechende Zieldimension der Methodik, beispielsweise mechanische Schnittstellen oder Funktionsbindung, zu optimieren. Dieser Schritt wird häufig durch Optimierungsalgorithmen unterstützt.

 

Modularisierung_Vorgehen.jpg

 

 

Verwendung des Modulschnitts

Modularisierung-Entkopplung.jpg

Sie haben Ihr Produkt entsprechend ihrer strategischen Ziele in Module zerlegt. Aber was bedeutet dies für die praktische Anwendung des Modulschnitts? Wie hilft dieser Ihnen beim Erreichen von Zielen wie Standardisierung, Flexibilität und Kosteneinsparungen? 

Wenn der Modulschnitt gemäß der Ziele zu definiert wird, unterstützt die modulare Produktarchitektur mit folgenden Kernelementen


  • Gruppierung von Komponenten mit großer Abhängigkeit
    Die so gruppierten Komponenten müssen von Entwicklerteams gemeinsam bearbeitet werden, um eine effiziente Entwicklung zu ermöglichen. Auch bei der Variantenreduktion und Standardisierung ist eine gemeinsame Betrachtung unerlässlich. 
  • Entkopplung von Modulen 
    Dadurch dass die Module nur über wenige standardisierte Schnittstellen verbunden sind, bleiben Änderungen aber auch Updates in ihren Auswirkungen auf einzelne Module beschränkt, so dass nicht immer das ganze Produkt neu entwickelt werden muss
  • Module als Strukturierungsprinzip
    Die Produktstruktur ist die Referenz für die Strukturierung aller produktbezogenen Daten, der Modulschnitt liefert somit zugleich die Vorlage für eine harmonisierte Produktstruktur.
    Die technische Zerlegung in Module erlaubt uns auch eine organisatorische Zerlegung der Verantwortlichkeiten und der Bearbeitung. Die Entwicklung kann so parallelisiert und effizienter arbeiten.

 

Methoden zur Definition des Modulschnitts

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Methoden und Vorgehensweisen, die in der Produktentwicklung genutzt werden, um die Modulgrenzen zu definieren und so die Grundlagen für einen modularen Baukasten zu schaffen. Die Methoden folgen zwar einem grundsätzlich ähnlichen Vorgehen, unterscheiden sich aber in ihrer Zielsetzung. 

Diese können die Funktionsbindung der Module, die technischen Schnittstellen der Module oder auch strategische Aspekte sein. Wir wollen in diesem Blog drei der bekanntesten Methoden vorstellen, die bei der Definition des Modulschnitts jeweils unterschiedliche Zielparameter optimieren.

DSM

Bei der Design Structure Matrix (DSM) handelt es sich um eine Methode, die Komponenten anhand ihrer technischen Interaktionen zu Modulen gruppiert. Es können hierbei verschiedene Arten von Interaktionen bewertet werden, wie der Fluss von mechanischer oder elektrischer Energie zwischen Komponenten, der Fluss von Medien wie Luft, Wasser oder Hydraulikflüssigkeit, aber auch der Datenfluss. 
Die Komponenten werden dann paarweise bzgl.der betrachteten Interaktion bewertet. Eine hohe Bewertung steht hierbei für starke Interaktion. Wenn die Interaktionen aller Komponenten bewertet sind, kann die sich so ergebende Matrix mit einem Optimierungsalgorithmus neu geordnet werden.

Hierbei werden die Komponenten mit starken Interaktionen gruppiert. Da die Komponenten bzgl. ihrer unterschiedlichen Interaktionen, z.B. elektrisch vs. mechanisch, unterschiedlich bewertet sind, liefert der Algorithmus mehrere verschiedene Modularisierungen.
Aus diesen muss im Nachhinein dann manuell ein Kompromiss erarbeitet werden.

Ergebnis des Vorgehens ist eine Modularisierung mit Modulen welche technisch entkoppelt sind und minimierte bzw. optimierte Schnittstellen zueinander haben.

Die Grafik zeigt symbolisch eine DSM in der verschiedene Interaktionen eingetragen sind und deren Komponenten durch einen Algorithmus zu Modulen gruppiert werden.

DSM-Modularisierung.png

 

Eine Schritt für Schritt Anleitung, wie die DSM angewendet wird, sowie eine Übersicht über die übrigen Methoden finden Sie hier.

 

 

METUS

Bei der methodischen Unterstützung zur Systembildung, kurz METUS, handelt es sich um eine weitere technisch fokussierte Methode. Zielparameter der Modulbildung ist hierbei die Funktionsbindung, es geht also darum Funktionen eindeutig bestimmten Modulen zuzuordnen.

Voraussetzung hierfür ist eine vollständige Funktionsstruktur, welche die Haupt- und Unter-Funktionen des Produktes hierarchisch gliedert. Dieser gegenüber steht die Produktstruktur, in welcher die Komponenten des Produktes gegliedert sind.
Auf der untersten Ebene dieser beiden Strukturen werden dann die Abhängigkeiten von Bauteilen und Unter-Funktionen bewertet. Wenn ein Bauteil an der Erfüllung einer Funktion beteiligt ist, ist das Bauteil quasi von dieser Funktion abhängig und wird entsprechend markiert.

Nach der Bewertung der funktionalen Abhängigkeiten wird die Produktstruktur so angepasst, dass sich funktionale Gruppierungen bilden. In diesen sind die Komponenten zusammengefasst, welche an der Erfüllung bestimmter Funktionen mitwirken.

Nach dieser Neu-Strukturierung werden die Module als Funktionsmodule definiert. Dieser weitere Schritt ist notwendig, da die vorangegangene Neu-Strukturierung nicht immer eindeutig definierte Module ergibt. Erfüllt eine Komponente verschiedene Funktionen, so muss entschieden werden, zu welchem funktionalen Modul es gruppiert wird. Sind Komponenten zu integral und wirken in einer Vielzahl von Funktionen mit, kann es nötig sein, diese zu zerlegen, um eine funktionale Modularisierung zu ermöglichen.

Ergebnis des Vorgehens ist eine Struktur von Funktionsmodulen, welche eine eindeutige Verknüpfung von Funktionen und Modulen als Grundlage hat.

Die Grafik zeigt die schematische Darstellung einer METUS Raute, in der Funktionsstruktur und Produktstruktur verbunden sind.

METUS-Modularisierung.png

 

MFD

Modular Function Deployment (MFD) ist eine Methode, bei der Module nach produktstrategischen Modultreibern zusammengefasst werden. 
Diese Modultreiber können ganz unterschiedlichen Charakter haben - unter dem Treiber 'common unit' werden z.B. Komponenten zu Standardmodulen zusammengefasst, welche in allen Produktvarianten zum Einsatz kommen, 'service' gruppiert Module, die als Ganzes vom Service ausgetauscht werden können müssen. Es gibt insgesamt 12 Modultreiber dieser Art, die für eine DSM verwendet werden können

In der Praxis macht es häufig Sinn zusätzlich unternehmensspezifische Modultreiber zu definieren. Ein Beispiel ist der dargestellte Treiber 'format impact', welcher den Einfluss des Formates der von einer Maschine verarbeiteten Werkstücke abbildet, so dass bei einem Formatwechsel nur bestimmte Module der Maschine ausgetauscht werden müssen.

Der erste Schritt bei der Anwendung der MFD ist daher die Auswahl bzw. Definition der passenden Modultreiber, welche zur Definition der Modularisierung genutzt werden sollen. Die Komponenten des Produktes können dann bezüglich dieser Modultreiber bewertet werden. Hierbei werden hohe Punktzahlen vergeben, wenn ein Modultreiber für eine Komponente besonders relevant ist.

Muss z.B. eine Komponente vom Service regelmäßig ausgetauscht werden, bekommt sie eine hohe Punktzahl für den Modultreiber 'service'. Ist die Bewertung abgeschlossen, können die Komponenten zu Modulen gruppiert werden, so dass sich standardisierte 'common unit'-Module, austauschbare 'service'-Module und konfigurierbare 'format impact'-Module ergeben. Für diese Gruppierung wird in der Regel ein Clustering-Algorithmus verwendet.

Das Ergebnis dieser Modularisierungsmethode ist ein Modulschnitt, in welchem das Produkt in verschiedene strategische Module zerlegt ist.

Die folgende Grafik zeigt schematisch die Bewertung von Komponenten anhand verschiedener Modultreiber und die sich ergebende Gruppierung zu Modulen.

MFD-Modularisierung.png

 

Die Definition eines Modulschnitts und der damit einhergehenden modularen Produktarchitektur ist der Kern bei der Entwicklung eines modularen Baukastens. Um die Vorteile einer modularen Produktarchitektur vollständig und dauerhaft zu erschließen sind allerdings noch weitere Schritte notwendig. Erfahren Sie hier, wie Sie einen modularen Baukasten in 5 Schritten entwickeln können.

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Welche Methode ist die Richtige?

Nachdem Sie nun drei mögliche Wege zum Ziel Modularität gesehen haben, erwarten Sie natürlich, dass wir Ihnen in diesem Blog verraten welcher der richtige Weg ist.

Wenn Sie sich nach Beratung für die Entwicklung modularer Baukästen umschauen, werden Sie für jeden dieser Wege einen spezialisierten Anbieter finden, der jeweils überzeugende Argumente hat, dass DSM, METUS, MFD oder auch andere, hier nicht vorgestellte, Methoden der 'einzige' richtige Weg für Sie sind.

Da aber jedes Unternehmen unterschiedlich ist und auch ganz individuelle Ziele mit einer Modularisierungsstrategie verfolgt, gibt es 'den einen' richtigen Weg leider nicht. Sie müssen also herausfinden, welche Methode zu Ihnen und Ihren Zielen passt. Dies kann auch eine Adaption oder gar eine Kombination von verschiedenen Methoden sein. Der einfachste Weg, um diese Frage zu beantworten, ist die Methoden z.B. im Rahmen eines Modularisierungsworkshops auszuprobieren.

Wege-Methoden-Modularisierung.png

Um Ihnen eine erste Orientierung zu geben haben wir einen kleinen Überblick über die Stärken und Schwächen der vorgestellten Methoden vorbereitet.

DSM

+ Der technische Fokus erleichtert Ingenieuren den Einstieg

+ Die Anwendung folgt einer einfachen step-by-step Anleitung

- Für die Anwendung muss ein detailliertes Design bereits vorliegen, für die Entwicklung ganz neuer Produkte kann die DSM nicht angewendet werden

- Der Bewertungsaufwand wird schnell groß - 100 Komponenten bei 3 technischen Interaktionen führen zu 30.000 zu bewertenden Beziehungen

METUS

+ Anwendbar in einer frühen konzeptionellen Phase

- Der funktionelle Fokus vernachlässigt strategische Ziele wie Standardisierung

MFD

+ Durch die individuelle Auswahl von Modultreibern können technische und strategische Dimensionen für die Modularisierung berücksichtigt werden

- Ergebnisse sind häufig zweideutig und es ist schwer einen machbaren Modulschnitt abzuleiten

- Algorithmus führt zu Modulen, die technisch nicht möglich sind, hier muss dann manuell nachgearbeitet werden

 

Um die involvierten Mitarbeiter zu dem Thema zu informieren und die Methoden in Gänze zu verstehen, bieten sich Modularisierungsworkshops an. Dabei gibt es aber viele Fallstricke, die zu beachten sind, bevor die falschen Leute zu einem für Ihr Unternehmen unbrauchbaren Workshop geschickt werden und kein nachhaltiger Effekt bleibt. Erfahren Sie hier mehr darüber, welche Fallstricke es gibt und worauf Sie bei Workshops generell achten sollten. 

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