Entwicklung eines Wirkmodells der Eigenschaften modularer Produktstrukturen zur Bewertung methodischer Ansätze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel der Modularisierung von Produktfamilien ist es, die interne Produkt- und Prozessvielfalt zu reduzieren, um Kosten und Zeit zu sparen und dabei die externe Vielfalt für den Kunden zu erhalten. Im Stand der Wissenschaft sind viele Methoden zu finden, die die Modularität von Produktfamilien beeinflussen. Zusätzlich sind vielfältige Auswirkungen der Modularisierung untersucht und beschrieben worden. Die Darstellung von Auswirkungen der Modularität erfolgt häufig in Netzdarstellungen, wobei diese in der Regel nur die Modularisierung als Ursache angeben. Es erfolgt keine differenzierte Betrachtung der Ursache. Zudem erfolgt die Dokumentation von Modularisierungsmethoden in der Literatur uneinheitlich und die Beschreibungen enthalten nicht explizit die Information, welche wirtschaftlichen Auswirkungen mit welchen Modularisierungsmethoden erreicht werden können. Im Rahmen dieses Projektes konnten die aufgeführten Forschungslücken geschlossen werden. In der ersten Projektphase des DFG-Projektes wurde ein generisches Wirkmodell (Impact Model of modular Product Families, IMF), das die Modularität in seine Eigenschaften (kommunale Verwendung und Kombinierbarkeit) und Merkmale (Schnittstellenstandardisierung, Entkopplung, Funktionsbindung) unterteilt und diese mit deren Auswirkungen in den Produktlebensphasen verbindet, erfolgreich erforscht und aufgestellt. Zudem wurde das neu Merkmal Überdimensionierung ergänzt. Ausgehend von den Eigenschaften und Merkmalen der Modularität werden im IMF über sogenannte Wirkketten, die sich aus einzelnen Effekten zusammensetzen, die Auswirkungen auf die wirtschaftlichen Zielgrößen Zeit, Kosten, Qualität und Flexibilität aufgezeigt. Aufbauend auf den Projektergebnissen wurde ein modellbasiertes Wirkmodell mithilfe der Modellierungssprache SysML entwickelt, das auf den Konzepten und Werkzeugen des MBSE aufbaut, um eine konsistente Datenbasis zu schaffen. Diese wurde in der zweiten Projektphase um die dort entstandenen Projektergebnisse fortlaufend ergänzt. In der zweiten Projektphase wurde das IMF in einer deskriptiven Studie validiert und zusätzlich um Modularisierungsmethoden erweitert. Dabei standen vor allem die modulbildenden Schritte der Modularisierungsmethoden im Vordergrund, die Modultreiber beinhalten. Es stellte sich heraus, dass die Modultreiber ideal geeignet sind, um eine Anknüpfung an das IMF zu erreichen. Für die modulbildenden Schritte wurde eine generische Methodenschrittbeschreibung entwickelt. Darauf aufbauend wurde das um Methoden erweiterte Wirkmodell modularer Produktfamilien (M-IMF) entwickelt. Das M-IMF zeigt auf, welche Modularisierungsmethodenschritte eine Auswirkung auf welche Wirkketten in den Produktlebensphasen nach sich ziehen und welche wirtschaftlichen Zielgrößen somit gezielt verbessert werden können. Somit wird erstmals ein nachvollziehbarer, umfassender und detaillierter Zusammenhang zwischen Modularisierungsmethoden(schritten) und wirtschaftlicher Auswirkungen ermöglicht. Im Zuge der Anknüpfung von den modulbildenden Schritten der Modularisierungsmethoden an das IMF konnten Bereiche identifiziert werden, die durch die Anwendung einzelner Modularisierungsmethoden nicht oder nur unzureichend adressiert werden. Somit kann ein Bedarf zur Weiterentwicklung bestehender Modularisierungsmethoden, bzw. zur Neuentwicklung von Modularisierungsmethoden erkannt werden. Im Rahmen des Projektes wurden zwei Workshops mit nationalen und internationalen Wissenschaftlern durchgeführt, in den zum einen das IMF und zum anderen die Anbindung von Methoden über Methodenschritte diskutiert wurde. Beide zentralen Projektergebnisse konnten damit in der Methodenforschung besser verankert werden. Erfreulicherweise ist aus beiden Workshops jeweils ein Journalpaper entstanden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Effects of Modular Product Structures on Life Phases and Economic Factors. 14th International Design Conference - DESIGN 2016, Cavtat, Dubrovnik, Croatia, 2016, pp.1285 - 1294
Hackl, J.; Krause, D.
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Towards an Impact Model of modular Product Structures, Proceedings of the 21st International Conference on Engineering Design (ICED 17), Vancouver, Canada, 2017, pp. 151–160
Hackl, J.; Krause, D.
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Anknüpfung von Modularisierungsmethoden an ein Wirkmodell modularer Produktstrukturen, Proceedings of the 30th Symposium Design for X (DfX), Jesteburg, Germany, 2019, pp. 159-170
Schwede, L.-N.; Seiler, F. M..; Krause, D.
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Consistent Modelling of the Impact Model of Modular Product Structures with Linking Boundary Conditions in SysML, Proceedings of the 22nd International Conference on Engineering Design (ICED 19), Delft, The Netherlands, 2019, pp. 3601-3610
Schwede, L.-N.; Hanna, M.; Wortmann, N.; Krause, D.
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Auswirkungen modularer Produktstrukturen bei der Bewertung von Produktstrukturkonzepten, in: Krause, D.; Hartwich, T. S.; Rennpferdt, C. (Hrsg.): Produktentwicklung und Konstruktionstechnik, Forschungsergebnisse und -projekte der Jahre 2016 bis 2020, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, Germany, 2020, pp. 91-109
Schwede, L.-N.; Greve, E.; Rennpferdt, C.; Hanna, M.; Krause, D.
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Impact of Modularity Decisions on a Firm’s Economic Objectives, Journal of Mechanical Design, Vol. 142 (4), 2020
Hackl, J.; Krause, D.; Otto, K.; Windheim, M.; Moon, S.K.; Bursac, N.; Lachmayer, R.
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Validation Concept for the Investigation of Effects of Modular Product Families, Proceedings of the Design Conference (DESIGN 20), Dubrovnik, Croatia, 2020, pp. 2395-2404
Schwede, L.-N.; Greve, E.; Krause, D.
