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WiMo-Trans - Validierung und Weiterentwicklung eines Wirkmodells zur Beschreibung der Effekte modularer Produktstrukturen in der industriellen Praxis

Fachliche Zuordnung Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung Förderung von 2019 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415579334
 
Erstellungsjahr 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In zunehmend wettbewerbsstärkeren Märkten sehen sich produzierende Unternehmen konfrontiert, dem zunehmenden Trend der Produktdifferenzierung nachzukommen und Produkte in verschiedenen Varianten anzubieten. Die dadurch entstehende hohe Produktvielfalt geht mit einer erhöhten varian‐ teninduzierten Komplexität einher und führt zu ansteigenden Kosten in allen Unternehmensbereichen. Um diese varianteninduzierte Komplexität zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe und vom Kunden geforderte Produktvielfalt beizubehalten, hat sich die modulare Produktstrukturierung als eine wesentliche strategische Maßnahme im Bereich des Variantenmanagements etabliert. Die wirtschaftlichen Auswirkungen der Modularisierung wurden in einem DFG‐Vorgängerprojekt im Rahmen einer umfassenden Literaturstudie analysiert und mit Hilfe des Impact Model of Modular Product Families (IMF) qualitativ abgebildet. Die Übertragbarkeit auf reale Anwendungsfälle in der Industrie sowie die quantitative Bestimmung der Wirkketten wurde bisher jedoch nicht ausreichend untersucht. Um diese Forschungslücke zu schließen, wurde das generische IMF in diesem Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit dem Transferpartner Siemens Advanta anhand mehrerer, empirischer Fallstudien von Siemens erweitert, detailliert und validiert. Hierzu wurden reale Modularisierungsprojekte retrospektiv untersucht und ausgewählte Wirkketten aus dem literaturbasierten Wirkmodell in Bezug auf ihre Ausprägungen, Randbedingungen, KPIs und zeitliche Abhängigkeiten analysiert. Es stellte sich heraus, dass insbesondere die beiden Produktstruktureigenschaften der Kommunalität und Kombinierbarkeit die wesentlichen Hebel zur Adressierung der Variantenvielfalt darstellen und zu Primäreffekten entlang der gesamten Wertschöpfungskette führen, welche wiederum nachgelagerte Sekundäreffekte auslösen. Diese konnten eindeutig den wirtschaftlichen Zielgrößen der Kosten, Zeit, Qualität und Flexibilität zugeordnet werden. Das initial entwickelte IMF wurde dementsprechend an‐ gepasst und um eindeutige Identifikationsnummern für die einzelnen Wirkketten ergänzt. Zudem konnten neue Effekte aus den empirischen Studien hinzugefügt und das Wirkmodell somit nicht nur validiert, sondern auch erweitert werden. Bei der Analyse der zeitlichen Abhängigkeit von Effekten der Modularität zeigten sich ebenfalls eindeutige Muster. So konnten vor allem die prozessinduzierten Einsparungen (z.B. Durchlaufzeiten) erst mittel‐ bis langfristig ausgemacht werden, wohingegen die produktbezogenen Effekte (z.B. Materialkosten) eher kurzfristig und unmittelbar nach Implementierung der modularen Produktstruktur auftraten. Dies wurde darauf zurückgeführt, dass zur Ausschöpfung wesentlicher Potentiale oftmals Prozessanpassungen notwendig sind, welche ebenfalls erst konzipiert, umgesetzt und gelebt werden mussten. Bei der Analyse der produkt‐, projekt‐ und unternehmensspezifischen Randbedingungen konnte der größte Einfluss auf die Ausprägungen der Effekte in der Wertschöpfungsstrategie sowie der Stückzahlen ausgemacht werden. Durch die Entwicklung eines Zielgrößenkatalogs mit KPIs für alle 69 Wirkketten wurde das IMF darüber hinaus noch detailliert. Die Verknüpfung der im Zielgrößenkatalog enthaltenen KPIs über die neu eingeführten IDs ermöglicht eine quantitative Bestimmung der wirtschaftlichen Zielgrößen im Unternehmen. Dies erwies sich insbesondere für den Vergleich alternativer Produktstrukturkonzepte als nützlich, was in Zusammenarbeit mit dem Transferpartner am Beispiel eines realen Modularisierungsprojekts bestätigt werden konnte. Für eine konsistente, dynamische und erweiterbare Nutzung wurde das weiterentwickelte und validierte IMF zudem in eine modellbasierte Umgebung mittels SysML implementiert (Sys‐IMF) und die Daten zu den Randbedingungen, der zeitlichen Dimension sowie dem Zielgrößenkatalog mit Hilfe von Blockdefinitionsdiagrammen ergänzt. In diesem Zusammenhang wurde eine anwenderfreundliche Schnittstelle zu MS EXCEL entwickelt, welche nicht nur das Ausleiten spezifischer Daten ermöglicht, sondern ebenso die Anreicherung des Modells mit neuen Daten unterstützt. Durch die modellbasierte Abbildung mittels SysML können in Zukunft zudem weitere Daten aus dem Bereich der Produktentwicklung, wie z.B. Produktentwicklungsmethoden oder ‐schritte, in das Modell integriert und eine ganzheitliche Nutzung bei der Entwicklung modularer Produktstrukturen angestrebt werden.

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