Framework zur Modularisierung von Produktstrukturen
Bei der Modularisierung von Produktstrukturen geht es darum, komplexe Produkte in kleinere und überschaubare Einheiten zu unterteilen, um sie einfacher zu verwalten und zu produzieren.
Einleitung
Die Digitalisierung und Optimierung der Produktentwicklung im Maschinenbau wird immer wichtiger, um im globalen Wettbewerb erfolgreich zu sein. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Modularisierung der Produktstrukturen. Durch die Aufteilung eines Produkts in kleinere und überschaubare Einheiten – Module genannt – kann die Entwicklung und Produktion effizienter gestaltet werden. Die Modularisierung ermöglicht auch eine schnellere und flexiblere Reaktion auf Marktanforderungen und eine Erweiterung der Produktpalette. Darüber hinaus ist die Modularisierung ein wichtiger Schritt in Richtung einer nahtlosen Integration von digitalen Tools wie CTO (Configure-to-Order) und CPQ (Configure-Price-Quote) in den Produktentwicklungsprozess. In diesem Text werden wir uns genauer mit dem Thema Modularisierung von Produktstrukturen in der Entwicklung im Maschinenbau auseinandersetzen und die Vorteile sowie das Vorgehen bei der Umsetzung näher beleuchten.
Vorgehen und wichtige Kernpunkte
Die Überführung von Produktstrukturen in Komponenten und Module erfordert eine sorgfältige Planung und Durchführung. Hier sind einige Schritte, die bei der Umsetzung hilfreich sein können:
Analyse der aktuellen Produktstruktur: Eine detaillierte Analyse der bestehenden Produktstruktur ist der erste Schritt. Es ist wichtig zu verstehen, welche Teile und Baugruppen in das Produkt integriert sind und wie sie zusammenarbeiten.
Identifikation von Komponenten: Anhand der Analyse können Komponenten identifiziert werden, die separat verwaltet und entwickelt werden können. Hierbei sollten auch potenzielle Wiederverwendbarkeit von Komponenten berücksichtigt werden.
Festlegung von Schnittstellen: Nach der Identifikation der Komponenten müssen Schnittstellen definiert werden, um sicherzustellen, dass sie problemlos miteinander interagieren können.
Zusammenstellung von Modulen: Nach der Festlegung der Schnittstellen können die Komponenten zu Modulen zusammengefasst werden. Jedes Modul sollte funktional abgeschlossen sein und in sich geschlossen sein.
Integration von Modulen: Schließlich müssen die einzelnen Module miteinander integriert werden, um das endgültige Produkt zu schaffen. Es ist wichtig, dass das Gesamtsystem ordnungsgemäß funktioniert und den Anforderungen entspricht.
Während der Umsetzung ist es wichtig, eine klare Dokumentation des Prozesses zu führen und regelmäßige Überprüfungen durchzuführen, um sicherzustellen, dass das Ergebnis den Erwartungen entspricht. Eine erfolgreiche Modularisierung kann Unternehmen dabei helfen, ihre Produktionseffizienz zu steigern, die Komplexität ihrer Produkte zu reduzieren und schnell auf Veränderungen am Markt zu reagieren.
In Punkt 1, der Analyse der aktuellen Produktstruktur, können Data Science Methoden eingesetzt werden, um die Analyse effektiver und effizienter zu gestalten. Einige Methoden, die hier nützlich sein können, sind:
Datenexploration: Mit der Datenexploration können Daten visualisiert und untersucht werden, um ein Verständnis für die Struktur und den Inhalt der Produktstruktur zu erhalten. Datenvisualisierungs-Tools wie Diagramme und Heatmaps können eingesetzt werden, um eine schnelle Übersicht über die Produktstruktur zu erhalten.
Clustering: Mit Clustering können Teile und Baugruppen in Gruppen eingeteilt werden, die ähnliche Eigenschaften oder Funktionen aufweisen. Dies kann helfen, die Produktstruktur in kleinere Teile zu unterteilen und die Identifikation von Komponenten zu erleichtern.
Klassifikation: Mit Klassifikationsmethoden können Teile und Baugruppen anhand von Merkmalen oder Attributen klassifiziert werden. Dadurch können Muster und Trends in der Produktstruktur identifiziert werden.
Prognoseanalyse: Prognoseanalyse-Methoden können eingesetzt werden, um Vorhersagen über die Leistung von Teilen und Baugruppen zu treffen. Dadurch können mögliche Schwachstellen oder Probleme in der Produktstruktur frühzeitig erkannt werden.
Assoziationsregeln: Assoziationsregeln können eingesetzt werden, um Verbindungen zwischen verschiedenen Teilen und Baugruppen aufzudecken. Dadurch können potenzielle Wiederverwendbarkeit von Komponenten identifiziert werden.
Durch den Einsatz von Data Science Methoden können Unternehmen ihre Analyseprozesse optimieren und fundierte Entscheidungen treffen, um die Modularisierung ihrer Produktstrukturen erfolgreich umzusetzen.
PLM Guide -Clusterbildung für die Modularisierung von Produktstrukturen
Eine Komponente ist ein Teil eines größeren Systems oder Produkts, das eine bestimmte Funktion ausführt.
Ein Modul hingegen ist eine Zusammenstellung von Komponenten, die eine bestimmte Funktionalität bieten und in sich abgeschlossen sind. Module können auch als Baugruppen betrachtet werden und können in verschiedenen Konfigurationen in das endgültige Produkt integriert werden.
Vorgehensweise bei der Clusterung der Produktstrukturen
Hier ist eine Anleitung zum Vorgehen bei der Clusterung von Produktstrukturen und deren Vorbereitung zur Bewertung der Modulbildung:
Datengrundlage schaffen: Stellen Sie sicher, dass alle Produktstrukturen in digitaler Form vorliegen und bereit sind, verarbeitet zu werden.
Definition der Kriterien: Legen Sie die Kriterien fest, die zur Clusterung der Produktstrukturen verwendet werden sollen. Beispiele hierfür können sein: Anzahl der Module, Komplexität, Anzahl der Komponenten, Funktionen usw.
Datenbereinigung: Führen Sie eine Datenbereinigung durch, um die Daten auf unvollständige oder fehlerhafte Informationen zu prüfen und gegebenenfalls zu bereinigen.
Clusterung durchführen: Wenden Sie eine geeignete Clusteranalyse-Technik auf die Produktstrukturen an, um diese in Gruppen zu unterteilen, die auf den vorher definierten Kriterien basieren.
Cluster-Ergebnisse interpretieren: Interpretieren Sie die Cluster-Ergebnisse und untersuchen Sie, ob sie logisch und sinnvoll erscheinen.
Modulbildung bewerten: Nutzen Sie die Clusterergebnisse, um die Modulbildung zu bewerten und mögliche Schwachstellen in der Struktur zu identifizieren. Zum Beispiel können Sie analysieren, ob die Anzahl der Module und Komponenten angemessen ist und ob das Design optimiert werden kann, um die Komplexität zu reduzieren.
Ergebnisse dokumentieren: Dokumentieren Sie die Ergebnisse der Clusterung und Bewertung der Modulbildung, um sie später bei der Weiterentwicklung des Produkts nutzen zu können.
Maßnahmen ergreifen: Ergreifen Sie Maßnahmen auf der Grundlage der Ergebnisse, um die Modulbildung zu optimieren und die Struktur des Produkts zu verbessern.
Durch die Durchführung dieser Schritte können Sie Produktstrukturen effektiv clustern und vorbereiten, um die Bewertung der Modulbildung zu erleichtern und mögliche Verbesserungen zu identifizieren.
Ein Beispiel für die Bewertungskriterien in Punkt 6
Einige Beispiele für Bewertungskriterien bei der Bewertung der Modulbildung sind:
Modularität: Wie gut ist das Design des Produkts in Module unterteilt? Sind die Module klar definiert und voneinander unabhängig?
Wartbarkeit: Wie leicht sind die Module wartbar oder auszutauschen, falls erforderlich?
Skalierbarkeit: Wie leicht kann das Design des Produkts angepasst werden, um die Anforderungen zukünftiger Versionen zu erfüllen oder um neue Funktionen hinzuzufügen?
Kosteneffektivität: Wie viel wird es kosten, die Module zu produzieren und zu warten? Gibt es Möglichkeiten, die Kosten zu senken, ohne die Qualität zu beeinträchtigen?
Leistung: Wie gut erfüllen die Module ihre Funktionen? Gibt es Möglichkeiten, die Leistung zu verbessern?
Diese Kriterien können je nach Art des Produkts und den Anforderungen des Unternehmens variieren.
PLM Guide -Analyse der Modultreiber
Data Analytics kann dabei helfen, Modultreiber in der Produktstruktur zu identifizieren, indem es große Datenmengen analysiert und Muster oder Zusammenhänge zwischen den Komponenten des Produkts erkennt. Durch die Analyse von Daten aus verschiedenen Quellen wie Produktionsdaten, Verkaufsdaten oder Kundenfeedback können mögliche Modultreiber identifiziert werden
Modultreiber
Ein Modultreiber ist eine Komponente oder eine Funktion in einem Modul, die das Modul definiert und seinen Zweck bestimmt. Der Modultreiber dient als Verbindung zwischen dem Modul und anderen Modulen innerhalb des Produkts und ist dafür verantwortlich, dass das Modul ordnungsgemäß funktioniert und mit anderen Komponenten des Produkts kommuniziert.
Ein Modultreiber kann beispielsweise eine Hardware-Komponente wie ein Prozessor oder eine Schnittstelle sein, die das Modul mit anderen Hardware-Komponenten verbindet. Ein Software-Modultreiber kann eine Bibliothek oder ein Framework sein, die die Funktionen des Moduls implementieren und es anderen Modulen im Produkt ermöglichen, auf diese Funktionen zuzugreifen.
Die Definition des Modultreibers ist ein wichtiger Teil der Modulbildung, da er die Grundlage für die Entwicklung des Moduls bildet. Der Modultreiber gibt vor, welche Funktionen das Modul erfüllen soll und welche Anforderungen es erfüllen muss, um effektiv in das Produkt integriert zu werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Modul seinen Zweck erfüllt und in der Lage ist, mit anderen Modulen im Produkt zu interagieren.
Die Entwicklung eines Modultreibers erfordert eine sorgfältige Analyse der Anforderungen des Produkts sowie eine genaue Kenntnis der Schnittstellen und Funktionen anderer Module. Der Modultreiber muss so gestaltet sein, dass er eine nahtlose Integration mit anderen Komponenten des Produkts ermöglicht und gleichzeitig eine klare Abgrenzung des Moduls von anderen Komponenten gewährleistet.
PLM-Guide Modulbildung
Eine Klassifikation ist in der Modulbildung von Produktstrukturen sehr wichtig, da sie es ermöglicht, Produkte und ihre Bestandteile in Kategorien zu unterteilen und somit eine Strukturierung und Organisation zu schaffen. Durch die Klassifikation können Module identifiziert werden, die sich in ihrer Funktion, ihrem Design oder ihrer Herstellung ähneln und daher wiederverwendet werden können.
Schritte für die Modulbildung
Die Bildung von Modulen nach einer Analyse ist ein iterativer Prozess, bei dem verschiedene Faktoren berücksichtigt werden müssen. Im Falle einer Antriebseinheit kann dieser Prozess wie folgt ablaufen:
Analyse der Anforderungen: Zunächst müssen die Anforderungen an die Antriebseinheit analysiert werden. Hierbei geht es um die Funktionen, die die Antriebseinheit erfüllen soll, wie zum Beispiel die Geschwindigkeit und das Drehmoment, sowie um die Umgebung, in der sie eingesetzt wird.
Identifikation von Komponenten: Nach der Analyse der Anforderungen müssen die Komponenten identifiziert werden, die benötigt werden, um die Anforderungen zu erfüllen. Dabei können Datenanalysen helfen, um mögliche Modultreiber zu identifizieren.
Klassifizierung von Komponenten: Die identifizierten Komponenten müssen dann klassifiziert werden, um festzustellen, welche Komponenten zusammen in einem Modul gebündelt werden können. Hierbei müssen die Schnittstellen zwischen den Komponenten berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Module effektiv zusammenarbeiten.
Modulbildung: Nach der Klassifizierung der Komponenten kann mit der Modulbildung begonnen werden. Hierbei werden die Komponenten zu Modulen zusammengefasst, die einen bestimmten Zweck erfüllen und effektiv zusammenarbeiten. Ein Beispiel für ein Modul in einer Antriebseinheit könnte ein Leistungsregler-Modul sein, das die Leistung der Antriebseinheit steuert.
Integration und Test: Nach der Bildung von Modulen müssen diese in das Gesamtsystem integriert werden. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die Module effektiv zusammenarbeiten und dass das Gesamtsystem alle Anforderungen erfüllt. Im Anschluss müssen die Module getestet werden, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren.
Durch die Analyse und Modulbildung kann eine Antriebseinheit effektiver und effizienter gestaltet werden, da sie aus Modulen besteht, die spezifische Funktionen erfüllen und effektiv zusammenarbeiten.
PLM-Guide Produktstruktur in Modularisierung überführen
Eine modulare Produktstruktur erfordert ein geeignetes IT-System zur Verwaltung und Steuerung der Module, um ihre Vorteile vollständig zu nutzen. Das IT-System sollte in der Lage sein, die Modulbildung zu unterstützen, die Modulstruktur zu verwalten, Änderungen effektiv zu managen und eine nahtlose Integration mit anderen Systemen wie CPQ und PLM zu ermöglichen.
Finalisierung und die Eigenschaftsabsicherung gehen IT-Applikationen
Die Verwendung einer modularen Produktstruktur bietet viele Vorteile für die digitalisierte Produktentwicklung. Durch die Bildung von Modulen kann die Komplexität des Produkts reduziert und die Produktionseffizienz erhöht werden. Dies ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Entwicklung von Produkten, die den Anforderungen des Marktes entsprechen.
Zusätzlich erleichtert die modulare Produktstruktur die Anpassung und Änderung von Produkten, da Änderungen nur in dem betroffenen Modul vorgenommen werden müssen. Dies reduziert das Risiko von Fehlern und ermöglicht eine schnellere Markteinführung.
Die Verwendung von standardisierten Modulen erleichtert auch die Wartung und Reparatur von Produkten, da die Module leicht ausgetauscht werden können. Dies reduziert die Ausfallzeiten und trägt zur Kundenzufriedenheit bei.
Ein weiterer Vorteil der modularen Produktstruktur ist die Möglichkeit zur einfachen Integration von neuen Technologien und Innovationen. Durch die Bildung von Modulen können neue Komponenten einfach integriert werden, ohne dass das gesamte System neu entwickelt werden muss.
Eine modulare Produktstruktur erfordert ein geeignetes IT-System zur Verwaltung und Steuerung der Module, um ihre Vorteile vollständig zu nutzen. Das IT-System sollte in der Lage sein, die Modulbildung zu unterstützen, die Modulstruktur zu verwalten, Änderungen effektiv zu managen und eine nahtlose Integration mit anderen Systemen wie CPQ und PDM zu ermöglichen. Durch die Verwendung eines geeigneten IT-Systems können Unternehmen die Vorteile der modularen Produktstruktur maximieren und eine effektive digitale Produktentwicklung erreichen.
Anforderungsmanagement, CPQ, PIM, Produktionssteuerung
Das Zusammenspiel zwischen Anforderungen, CPQ (Configure, Price, Quote), Funktionsstrukturen und Modulen innerhalb einer Produktstruktur ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Produkten. Hierbei geht es darum, sicherzustellen, dass die Anforderungen erfüllt werden, während gleichzeitig die Produktionskosten minimiert und die Lieferzeit maximiert werden.
Die Anforderungen an das Produkt werden in der Regel durch den Kunden oder die Marktbedürfnisse definiert. Diese Anforderungen werden dann in ein Anforderungsmanagement-System eingegeben und in verschiedene Kategorien unterteilt, wie z.B. Funktionsanforderungen, Leistungsanforderungen oder Designanforderungen.
Das CPQ-System unterstützt bei der Zusammenstellung von Angeboten für Kunden und bei der Kalkulation der Produktionskosten. Es ermöglicht die schnelle und effektive Erstellung von Angeboten und kann auch bei der Preisgestaltung und dem Verkauf unterstützen.
Die Funktionsstrukturen sind eine hierarchische Darstellung der Funktionen, die das Produkt erfüllen soll. Dabei werden die Funktionen in Teilfunktionen unterteilt und in einer Struktur dargestellt. Diese Struktur kann dann als Grundlage für die Modulbildung verwendet werden.
Die Module sind Gruppierungen von Komponenten, die eine bestimmte Funktion innerhalb des Produkts erfüllen. Durch die Bildung von Modulen können die Komplexität des Produkts reduziert und die Produktionseffizienz erhöht werden. Die Module können dann weiter in die Produktstruktur integriert werden, um das Gesamtsystem zu bilden.
Das Zusammenspiel zwischen Anforderungen, CPQ, Funktionsstrukturen und Modulen ist somit entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung von Produkten. Durch die Verwendung dieser Konzepte kann die Produktentwicklung effektiver und effizienter gestaltet werden, während gleichzeitig die Anforderungen erfüllt werden.
Die klassische Rolle in der Konstruktion und der Mitarbeiter verändert sich
Die Einführung einer modularisierten Produktstruktur verändert die Arbeitsweise des Konstrukteurs am CAD. Der Fokus der Konstruktion verschiebt sich von der Erstellung einzelner Bauteile hin zur Definition von Modulen und deren Integration in das Gesamtsystem. Dadurch entstehen neue Rollen wie Produktarchitekten, die für die Konzeption der modularen Struktur verantwortlich sind und sicherstellen, dass die Module effektiv miteinander interagieren.
Um die Mitarbeiter auf die neuen Anforderungen vorzubereiten, müssen Unternehmen verschiedene Maßnahmen ergreifen. Zunächst müssen Schulungen und Trainings angeboten werden, um das Verständnis für die modulare Produktstruktur und die Rolle des Produktarchitekten zu fördern. Dies umfasst auch die Einführung in neue Tools und Methoden zur Modulbildung und -verwaltung.
Darüber hinaus müssen die Mitarbeiter in interdisziplinären Teams arbeiten können, um die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Abteilungen zu fördern und sicherzustellen, dass die modulare Produktstruktur erfolgreich implementiert wird. Hierbei spielt auch die Kommunikation und Koordination eine wichtige Rolle.
Um sicherzustellen, dass die Mitarbeiter kontinuierlich geschult und weiterqualifiziert werden, sollten Unternehmen regelmäßige Schulungsprogramme und Weiterbildungsmaßnahmen anbieten. Dies kann sowohl in Form von internen als auch externen Schulungen erfolgen.
Neue Anforderungen an die IT-Systembebauung
Klassische IT-Systeme sind oft linear aufgebaut und arbeiten mit starren Datenstrukturen, die nicht flexibel genug sind, um die Komplexität einer modularisierten Produktstruktur abzubilden. In der herkömmlichen IT-Systembebauung werden Daten meist in hierarchischen Strukturen organisiert und verarbeitet, was das schnelle Finden und Verknüpfen von Informationen erschwert. Zudem sind klassische IT-Systeme oft nicht in der Lage, komplexe Zusammenhänge zwischen den Modulen und den zugehörigen Anforderungen, Varianten und Produktionssteuerungen zu erfassen und zu verarbeiten.
Um den Anforderungen einer modularisierten Produktstruktur gerecht zu werden, benötigen Unternehmen daher IT-Systeme, die flexibel genug sind, um die Komplexität der Produktstruktur abzubilden. Eine solche IT-Systemarchitektur sollte beispielsweise auf Datenbanken mit dynamischen Datenstrukturen basieren und ein hohes Maß an Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit aufweisen. Auch die Integration von Data Analytics-Tools und Machine Learning-Algorithmen kann dabei helfen, die Komplexität der Produktstruktur zu bewältigen und Entscheidungen auf Basis von Daten zu treffen.