Produkt-Modularisierung und wichtige Aspekte erfolgreicher Produktstrukturen
Die Methode der Produkt-Modularisierung ist seit Jahren „Die Methode“, um komplexe Systeme wieder beherrschbar zu machen und die Flexibilität zum Markt hin zu optimieren.
Nur wie lassen sich komplexe technische Systeme (Anlagen, Maschinen, Elektronik, Software) sinnvoll gliedern. Gibt es die optimale Methode oder Software für eine nach definierten Prinzipien und Kriterien sinnvolle Gliederung eines Ganzen in Teilsysteme? Oder ist es vielmehr so, dass in jedem Einzelfall die Vor- und Nachteile abgewogen werden müssen? Wie lassen sich Flexibilität und Kosten sinnvoll bewerten? Gibt es ein Design Pattern im Sinne eines Benchmarking in einer bestimmten Produktkategorie? Welche Vorteile und welche Nachteile bietet eine Produkt-Modularisierung
Das Teilen und Zergliedern ist eine bewährte Methode, um komplexe Systeme wieder in überschaubare Einheiten mit beständigen Schnittstellen aufzuteilen und organisatorisch zu führen. Die Teilsysteme können jeweils für sich optimiert, entwickelt und hergestellt werden.
Die Module werden dann miteinander in Kombinatorik (Produktkonfiguration) bei standardisierten Schnittstellen zu größeren Systemen zusammengestellt. Hierzu ist Maschinenbau, Automobilbau, der Elektrotechnik und in der Softwareindustrie viel erreicht worden.
Modularisierung - Was ist ein Modul?
Ein Modul stellt eine in sich abgeschlossene Einheit dar, eine Baugruppe oder Komponente, die bestimmte Funktionen erfüllt. Die Schnittstelle in der Produkt-Modularisierung dient als Bindeglied zwischen den Modulen und sollen die Austauschbarkeit und Kombinatorik unterstützen, um einen möglichst großen Konfigurationsraum zu erzielen.
Ist dieses Schnittmuster (Produktarchitektur) einmal erreicht, lassen sich Module standardisieren und Hebelmodule identifizieren (Hebelmodule: kostenoptimierte und stückzahlbehaftete Kernmodule).
Die Schnittstelle sollte so entworfen werden, dass sich mit ihr alle vom Modul zu erfüllenden Aufgaben energietechnisch und informationstechnisch übertragen lassen.
Bild: Anforderungen Modularisierung
Die anspruchsvolle Konzeptarbeit liegt in der Aufteilung und Tiefe der Schnittmuster für Module innerhalb der Gesamtarchitektur. Wie lassen sich die Anforderungen aus Sicht Markt, Funktion in der Technik, Fertigung und Montage sowie Beschaffung optimal abgleichen.
Hier gibt es eine Vielzahl an Prinzipien und Kriterien, auf die zu achten ist. Auch sind die Einflüsse nach Scale (Kosten) und Scope (Marktanforderungen) immer im Gesamtsystem als auch im einzelnen Modul zu bewerten.
Bild: Scale und Scope
Bild: Anforderungen an die Modularisierung
Vor- und Nachteile der Modularisierung
Oftmals sind Produkte zu sehr nach der Funktionssicht der Entwickler optimiert worden und die Kosten sowie Produktions- und Beschaffungssicht wurden zu wenig einbezogen. Dies führt zu unnötig hohen Kosten und zu Produkten mit Overengineering, da oft die Basisausführungen von den Ingenieuren schon zu wertig entwickelt wurden.
Ein andere großes Problem besteht darin, dass die Methode zum Selbstzweck wird, zu fragmentiert und zu tief in den Produktstrukturen modularisiert wird. Diese Systeme sind oft instabil (technisch und funktional), zu teuer auf Grund der vielen Schnittstellen über mehrere Strukturebenen hinweg und kaum beherrschbar.
Oft werden zudem Bereiche modularisiert, die besser für sich kundenspezifisch ausgelegt werden.
Es gilt besonders zu beachten, dass die Modularisierung ein Mittel zum Zweck ist, um Komplexität zu reduzieren, Systeme beherrschbar zu machen (Teile und Herrsche), und nicht das ingenieurtechnisch mögliche propagiert und umgesetzt wird.
Gut aufgebaute und strategisch aufgesetzte Modulsysteme (Produktplattformen und Baukastensysteme) sollten einfach zu pflegen und sinnvoll zu erweitern sein. Dies reduziert erheblich die Entwicklungskosten bei Releases und Programmerweiterungen. Andererseits besteht die Gefahr, dass Innovation strukturelle Gebilde kippen kann bzw. erhebliche Nachentwicklungen mit sich bringt (LED-Technologie, Servotechnik etc.).
Die Arbeitsteilung und Parallelisierung der Entwicklung durch Modularisierung bedarf einer disziplinierten Schnittstellenarchitektur und viel Erfahrung in der Führung und Entwicklung einer erstmals aufgesetzten Metastruktur.
Kosten in der Modularisierung
Kostenseitig ist ein besonderes Augenmerk erforderlich, da beim erstmaligen Modularisieren oftmals ein böses Erwachen folgt. Produkt-Modularisierung kann zu erheblicher Kostensenkung führen, endet aber bei fehlender Erfahrung oftmals mit leichten Kostenerhöhungen. Wesentliche Ursache hierfür ist die zu wenig einbezogene Wertanalyse und die Nutzung von Standardisierungsarbeiten in Hebelmodulen.
Diese Kostensenkungspotenziale müssen die durch Schnittstellen und Überdimensionierungen einhergehenden Kostenerhöhungen in der Modularisierung mehr als kompensieren.
Ein weiterer Punkt für Kostenerhöhungen sind Anpassungen in der gewünschten Konfigurationsfähigkeit zum Markt. So wurden doch nicht alle Aspekte im Initialaufwand (Prototyp) berücksichtigt und später in 3D-Sichten konstruktive und gestaltungstechnische Anpassungen erforderlich.
Wird die Produkt-Modularisierung zu weit getrieben (Umfang und Granularität), ist der Nutzen nicht mehr gegeben. Viele kleine Module fallen technisch und kostenseitig negativ ins Gewicht.
Zur Orientierung dienen Best-Practice-Cases und Design Pattern aus einer Vielzahl an erfolgreich umgesetzten Modularisierungsprojekten.
In Entwurfsentscheidungen zur Dekomposition eines Gesamtsystems müssen auf jeden Fall einige Grundregeln beachtet werden.
- Funktionskapselung möglichst deckungsgleich mit Montage- und Beschaffungskapselung
- Cohesion und De-Coupling: Das Modul für sich soll eine maximale Funktionsintegration, die Module untereinander eine minimale Leistungs- und Funktionsübertragung haben
- Variantentreiber isolieren, aus Basismodulen entfernen und erst spät optional ergänzen
- Schnittstellen stabil entwickeln und nicht ändern und von vornherein die Erweiterbarkeit berücksichtigen
- Innovationen in Teilsystemen integrieren
- Versorgungs-, Steuerungs- und Energieübertragungssysteme nicht zwingend in die Schnittstruktur integrieren – das könnte teuer und fehlerhaft werden
Die Schnittstellen sind eine Form einer Beziehung mit Variablen.
Werden diese Dinge systematisch berücksichtigt, sind zumindest einige Basics zur Vermeidung größerer Fehler implementiert.
Wenn Sie mehr über diese Methoden, Werkzeuge, Vorgehen und Software wissen wollen, empfehlen wir Ihnen ein Seminar oder ein Best-Practice-Vergleich.
Wenn Sie mehr zum Thema Modularisierung oder Variantenmanagement wissen wollen.