Nicolas Gebhardt

Integrated Development of Modular Product Families: A Methods Toolkit

An integrated approach for developing modular product families was developed at the PKT Institute to create individualized products for globally marketable prices. The integrated PKT-approach for developing modular product families aims to generate maximum external product variety, using the lowest possible internal process and component variety. Based on existing methods for reducing internal variety, the approach provides a toolkit of combinable method units. Tailored support is provided by this toolkit for specific needs and situations of companies facing the challenge of reducing internal variety. Several industrial case studies demonstrate how the use of one method unit or the combination of several method units supports the development of modular product families during specific corporate challenges and aims. The first section describes the challenges being addressed by the integrated PKT-approach. A survey of research fields dealing with these challenges is presented in the second section. A product family example is presented to demonstrate the state-of-the-art methods and the method units from the integrated PKT-approach. Their application in industrial projects is shown in Sect. 10.7, which is followed by the future prospects for enhancing the integrated PKT-approach.

Methodische Entwicklung eines Modulbaukastens für kundenindividuelle Aufzüge

Kurzfassung Kleine und mittelständische Unternehmen sehen sich einem immer härteren Wettbewerbsdruck ausgesetzt. Kunden können sich heute in den Katalogen internationaler Anbieter ihre Produkte zusammenstellen. Im Falle von Aufzügen spricht man von den Big Four Thyssen-Krupp Elevator, KONE, OTIS Elevator Company und Schindler Aufzüge. Unter diesem Trend bleibt den KMU der Branche nur die Konzentration auf Nischenmärkte. Vornehmlich sind dies Spezialanwendungen oder besonders hochwertige und individuelle Anlagen. Zunehmend werden jedoch auch diese Vorteile unter dem Druck immer globalerer Märkte und Produktionsmöglichkeiten in Niedriglohnländern kleiner. Die hohe Individualität der Produkte hat ihren Preis, sobald Strukturen und Prozesse unübersichtlich werden und damit die Lieferzeiten und Komplexitätskosten steigen.

Methoden zur Entwicklung modularer Produktfamilien

Fur die Einwicklung und Implementierung neuer Produktstrukturen ist eine Vielzahl von Prozessen, Methoden und Werkzeugen entwickelt worden, die sich stark unterscheiden. Sie sind auf unterschiedliche Ausgangssituationen und Ziele ausgerichtet, adressieren teilweise nur die Umsetzung bestimmter Produktstrukturstrategien oder sind nur fur einzelne Produkttypen, Branchen oder Unternehmensstrategien entwickelt worden. In diesem Kapitel werden Methoden zur Programmplanung, Entwicklung von variantenreichen Produktfamilien, Modularisierung sowie Bewertungsverfahren vorgestellt. Um speziell fur die Aufgabe der Entwicklung modularer Produktfamilien masgeschneiderte Methoden und Werkzeuge bereitzustellen, wurde und wird am Institut fur Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TU Hamburg-Harburg der Integrierte PKT-Ansatz zur Entwicklung modularer Produktfamilien entwickelt. Dieser wird vorgestellt und umfasst verschiedene Methodenbausteine, die als erganzendes Vorgehen im Entwicklungsprozess angewendet werden konnen.

Grundlagen und Begriffe

Die wesentlichen Begriffe im Themengebiet modularer Produktstrukturierung, wie Plattformstrategie oder Modulbaukasten, werden stark unterschiedlich verwendet. Zur Ubersicht in den Grundlagen werden diese definiert und als Uberblick miteinander in Kontext gestellt. Das Produktprogramm eines Unternehmens bildet die oberste Hierarchieebene der gesamten auf dem Markt angebotenen Erzeugnisse und Leistungen. Darunter ordnen sich Produktlinie und -familie. Varianten stellen dabei technische Systeme gleichen Zwecks mit gleicher Grundfunktionalitat, aber mindestens einer divergenten Eigenschaft dar. Diese Eigenschaften bilden idealerweise die Kundenwahrnehmung auf die Produktfamilien mit ihren Produktvarianten ab. In Hinblick auf den Produktaufbau sind die Integral- und Differentialbauweise zu unterscheiden, die kontroverse Ziele verfolgen. Von diesen ist die Modulbauweise abzuheben, die die Erzeugung unterschiedlicher Produktvarianten durch Modulkombination vorsieht.

Einleitung und Motivation

Die aktuellen Megatrends beeinflussen langfristig die Geschaftsmodelle von Unternehmen. Gerade Globalisierung und Individualisierung fuhren zu neuen Konsummustern, einem verstarkten Kostendruck und zu einer immer individuelleren Nachfrage. Zusammen mit einer steigenden Dynamik der Anforderungen zwingt dies viele Unternehmen zu einer Diversifizierung ihres Produktangebotes. Die laufende Erweiterung der Angebotsvielfalt steigert die interne Vielfalt an Komponenten und Prozesse und somit die Komplexitat im Unternehmen, wodurch mit den steigenden Komplexitatskosten ein Teufelskreis aus sinkender Wettbewerbsfahigkeit und erneuter Diversifizierung des Angebots entstehen kann. Groses Potenzial liegt dabei in der Produktentwicklung, da hier ein Grosteil der spater entstehenden Kosten festgelegt wird. Als vielversprechende Losungsstrategie zur nachhaltigen Reduktion der internen Vielfalt bietet sich die modulare Produktstrukturierung als Mittel zur Durchbrechung dieses Teufelskreises.

Potenziale modularer Produktfamilien

Die Modularitat von Produkten lasst sich aus verschiedenen Sichten beschreiben. Wesentlich ist die Entkopplung der Module als eine Menge von Komponenten, die starker miteinander gekoppelt sind als mit anderen Komponenten. Zusammen mit weiteren Sichten ergibt sich die Definition der Modularitat als eine graduelle Eigenschaft der Produktstruktur, die durch Entkopplung, kommunale Verwendung der Module, Kombinierbarkeit, Schnittstellenstandardisierung und Funktionsbindung gekennzeichnet ist. Modultreiber sind technische oder produktstrategische Grunde fur die Modulbildung in der Produktstruktur. Die Modultreiber und deren Auspragungen bilden spezifische Ziele der Produktlebensphasen in Hinblick auf die modulare Produktstruktur ab. Die Anforderungen verschiedener Lebensphasen konnen sich dabei widersprechen, sodass zur Modularisierung ein Kompromiss gebildet werden muss. Eine wesentliche Grundlage zur Reduktion der internen Vielfalt bildet die Variantengerechtheit der Produktstruktur, die jede variante Produkteigenschaft aus Kundensicht idealerweise nur einem Modul zuordnet.

Auswirkungen auf die Produktentwicklungsprozesse und zukünftige Trends

Die Modularisierung als Entwicklung der Produktstruktur ist eine fortlaufende Aufgabe der Produktentwicklung und stellt hohe Anspruche an die Entwickler. Zur Bereitstellung einer hohen Produktvielfalt mittels modularer Produktstrukturen sind organisatorische, prozessseitige und personelle Ausrichtungen des Unternehmens notig. Prozessseitig werden ausgewahlte Referenzprozesse fur die Produktentwicklung aus der Literatur vorgestellt. Es wird erlautert, wie diese auf die Entwicklung von Produktfamilien anstelle von Einzelprodukten sowie auf die ubergreifende Nutzung von Produktstrukturstrategien uber Produktfamilien und -linien hinweg ausgerichtet werden konnen. Modulare Produktstrukturen ermoglichen Einsparungen und Synergien gerade uber mittel- bis langfristige Zeitraume – die laufende Pflege und Weiterentwicklung ist daher von groser Bedeutung, wobei sowohl geplante als auch ungeplante Anderungen zu berucksichtigen sind.

Zusammenhänge und Auswirkungen der Vielfalt

Der Trend steigender Angebotsvielfalt am Markt induziert eine steigende interne Vielfalt an Komponenten und Prozessen, die es langfristig zu beherrschen gilt. Neben externen Ursachen konnen auch interne Ursachen aufgrund von Defiziten in Strategie, Prozess und Organisation verantwortlich sein. Eine erhohte interne Vielfalt hat negative Folgen in allen Produktlebensphasen, die sich zum Beispiel durch geringere Skaleneffekte und sinkende Transparenz bemerkbar machen. Die verbundenen Kosten treten dabei langfristig, zeitverzogert, indirekt und verteilt auf und sind somit schwer quantifizierbar. Es wird ein Ansatz zur Bewertung dieser Komplexitatskosten beschrieben, der diese in die wirtschaftliche Wertigkeit aufnimmt. Aus der Sicht der Produktentwicklung ist das Ziel die Bereitstellung der notigen Angebotsvielfalt durch eine geringe interne Vielfalt, um mit einem vertretbaren Aufwand die Markbedurfnisse abdecken zu konnen. Modulare Produktstrukturstrategien sind hierzu ideal geeignet.