Analyse und Optimierung von Methoden zur Bildung modularer Produktstrukturen

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Problemstellung und Themenabgrenzung

2 Begriffsdefinitionen
2.1 Modulare Produktarchitekturen
2.1.1 Systemstruktur/-architektur
2.1.2 Produktstruktur/-architektur
2.1.2.1 Modulare und integrale Produktarchitekturen
2.1.2.2 Typen der Modularität
2.1.2.3 Arten der Modularität
2.2 Modul
2.2.1 Definition nach Piller
2.2.2 Definition nach Schmoeckel
2.2.3 Definition der Fa. Siemens
2.2.4 Definition der Fa. Behr
2.3 Schnittstellen
2.4 Grad der Modularisierung
2.5 Produktplattformen

3 Ziele der Modularisierung
3.1 Komplexitätsreduktion
3.1.1 Komplexität in der Systemtheorie
3.1.2 Komplexitätsarten
3.1.2.1 Externe Komplexität
3.1.2.2 Leistungskomplexität
3.1.2.3 Innenkomplexität
3.1.3 Entstehungsursachen der Variantenvielfalt
3.1.3.1 Unternehmensexterne Entstehungsursachen
3.1.3.2 Unternehmensinterne Entstehungsursachen
3.1.4 Wirkung der Modularisierung bezüglich der Komplexität
3.2 Größeneffekte
3.2.1 Economies of Scale
1.1.2 Economies of Scope
1.3 Flexibilität und Kundenorientierung
1.4 Verteilte Produktentstehung

4 Beispielhafte Darstellung integraler und modularer Produkte
4.1 Integrale Produkte
4.2 Modulare Produkte

5 Auswirkungen der Modularisierung in der Prozeßkette
5.1 Konstruktion und Entwicklung
5.1.1 Entwicklung der Produktstruktur
5.1.2 Parallelität der Entwicklungsaufgaben
5.2 Wissensmanagement
5.3 Produktion und Produktionssteuerung
5.4 Zulieferer
5.4.1 Outsourcing
5.4.1.1 Gründe für Outsourcing
5.4.1.2 Gründe für Internalisierung
5.4.2 Anforderungen an Modul- und Systemlieferanten
5.4.3 Zusammenarbeit mit Zulieferern
5.5 Mitarbeiter
5.6 Logistik
5.7 Strategien in von Modularität bestimmten Märkten
5.8 Kundenorientierung und Mass Customization

6 Konzepte zur Entwicklung modularer Produkte
6.1 Modular Function Deployment
6.1.1 Bestimmung der Kundenanforderungen
6.1.2 Auswahl technischer Lösungen
6.1.3 Generierung von Modularisierungskonzepten
6.1.3.1 Modultreiber
6.1.3.2 Module Indication Matrix
6.1.4 Bewertung der Konzepte
6.1.4.1 Entwicklungszeit
6.1.4.2 Entwicklungskosten
6.1.4.3 Entwicklungskapazität
6.1.4.4 Produktkosten
6.1.4.5 Systemkosten
6.1.4.6 Vorlaufzeit
6.1.4.7 Qualität
6.1.4.8 Variantenflexibilität
6.1.4.9 Service/Upgrading
6.1.4.10 Recyclingfähigkeit
6.1.5 Optimierung der Module
6.1.6 House of Modular Function Deployment
6.2 Erweiterung von MFD durch Relational Reasoning
6.2.1 Design Structure Matrix
6.2.2 Gruppierung der Modultreiber
6.2.3 Aufbau der Produktstruktur

7 Illustratives Beispiel
7.1 Funktionsanalyse
7.2 Module Indication Matrix
7.3 Relational Matrix
7.4 Design Structure Matrix
7.5 Aufstellen modularer Konzepte

8 Kritische Betrachtung der Methoden
8.1 Modular Function Deployment
8.2 Relational Reasoning

9 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Bild 2.1: interne und externe Beziehungen von Systemen

Bild 2.1: Produktarchitektur

Bild 2.1: Typen der Modularität

Bild 2.1: Arten der Modularität am Beispiel eines Tisches

Bild 2.1: Zusammenhang zwischen Funktionsanalyse und technischer Realisierung

Bild 2.1: Gemeinsamkeiten und Produktdifferenzierung bei verschiedenen Produktarchitekturen

Bild 2.2: Darstellung der Beziehungen zwischen Produktfamilien, Plattformen und modularen Systemen

Bild 5.1: Produktebenen

Bild 5.1: Ablauf von Entwicklung und Produktion

Bild 6.1: Allgemeines Ablaufschema von MFD

Bild 6.1: Module Indication Matrix (Bsp. Staubsauger)

Bild 6.2: Abhängigkeit zwischen Modulanzahl und Montagevorlaufzeit (Bsp.)

Bild 6.3: Horizontale Auswertung der MIM zur Integration der Funktionen

Bild 6.1: Bewertung der Schnittstellen am Beispiel eines Staubsaugers

Bild 6.1: Montagevorlaufzeit bei paralleler Fertigung

Bild 6.1: House of MFD

Bild 6.1: Relational Matrix für technische Aspekte (Bsp.)

Bild 6.1: Relational Matrix für „degree of commonality“ (Bsp.)

Bild 6.2: a) geordnete Relational Matrix für technische Aspekte, b) geordnete Relational Matrix für strategische Modultreiber

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1: Some statements about modularity

Tabelle 6.1: Bewertungskriterien für modulares Design

Tabelle 6.1: Zusammenfassung der Modultreiber

Tabelle 7.1: MIM Kamera

Tabelle 7.1: Reduzierte MIM Kamera

Tabelle 7.3: Relational Matrix Kamera

Tabelle 7.4: Relational Matrix Kamera (Commonality)

Tabelle 7.6: Relational Matrix Kamera (Commonality), nach Zeilen sortiert

Tabelle 7.8: Relational Matrix Kamera (Commonality), vollständig sortiert

Tabelle 7.9: Relational Matrix Kamera, vollständig sortiert

Tabelle 7.1: DSM Kamera

Tabelle 7.2: DSM Kamera (räumliche Beziehungen)

Tabelle 7.3: DSM Kamera (räumliche Beziehungen), sortiert

Tabelle 7.5: DSM Kamera, sortiert

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

1 Problemstellung und Themenabgrenzung

Modulare Produktstrukturen finden sich in nahezu allen Lebensbereichen. Die russische Raumstation MIR wie auch die ISS ALPHA sind aus Modulen aufgebaut. Andererseits sind auch solch alltägliche Erzeugnisse wie Fahrräder oder Computer modular. Die Gründe für den Produktaufbau sind hierbei sicherlich unterschiedlich. Bei der Raumstation könnten die Transportkapazitäten oder auch die Verteilung der Entwicklungsarbeit auf verschiedene Nationen und Forschungsinstitute eine Rolle gespielt haben. Bei Gebrauchsgütern hat dagegen die Anpassung an Kundenwünsche und die Kombination von Komponenten verschiedener Hersteller in einem Produkt eine wesentliche Bedeutung.

Das in letzter Zeit vermehrt zu beobachtende Auftreten modularer Produktarchitekturen hat diverse Gründe, die in der vorliegenden Arbeit dargestellt werden. Ein wesentlicher Anlaß zur Modularisierung von Erzeugnissen ist in der Anpassung der Unternehmen an die verschiedenen Kundenwünsche zu sehen. Diese führen zu einer verstärkten Variantenbildung, die wiederum die Komplexität und die Kosten der Hersteller in die Höhe treibt. Ohne die interne Komplexität wesentlich zu erhöhen, bieten modulare Produktstrukturen die Möglichkeit, kundenspezifische Erzeugnisse auf den Markt zu bringen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem systematischen Erarbeiten von modularen Produktstrukturen. In Abschnitt2werden zunächst die wesentlichen mit Modularität zusammenhängenden Begriffe definiert und näher erläutert. Dabei wird auf der Systemtheorie aufgebaut.

Im nächsten Kapitel (siehe Abschnitt3) werden die übergeordneten Ziele der Modularisierung von Produkten dargestellt. Das sind vor allem Komplexitätsreduktion, Größeneffekte, erhöhte Flexibilität und bessere Anpassung an die Kundenanforderungen sowie die verteilte Produktentstehung. Dabei wird auf wesentliche Wirkungsmechanismen eingegangen.

Der Einstieg in ein Thema wird durch Beispiele erheblich erleichtert. Aus diesem Grund sind in Abschnitt4anhand von Produktbeispielen die wesentlichen Eigenschaften modularer und integraler Produkte dargestellt. Dabei wird deutlich, daß in der Praxis meist Kombinationen beider Fälle zu finden sind. Extrembeispiele modularer und integraler Strukturen sind sehr selten.

Eine konsequente Modularisierung der Produkte eines Unternehmens hat vielfältige Wirkungen. Diese werden in Abschnitt5näher beschrieben. Jeder dieser Effekte kann ein ausschlaggebender Grund für die modulare Gestaltung der Produktstruktur sein. Deshalb werden diese Auswirkungen entlang der gesamten Prozeßkette ausführlich dargestellt.

Die Modularisierung industriell hergestellter Produkte hat viele Vorteile. Die Frage ist jetzt, wie sich eine geeignete modulare Produktarchitektur entwickeln läßt. In dieser Arbeit werden aktuelle Ansätze zur Modularisierung von Erzeugnissen ausführlich und anhand eines praktischen Beispiels erläutert (siehe Abschnitt6und Abschnitt7) . Dabei wird auf die internationale wissenschaftliche Literatur zum Thema eingegangen. Die Methoden werden einer Bewertung unterzogen und mit ihren Vorzügen und Verbesserungspotentialen dargestellt (siehe Abschnitt8).

2 Begriffsdefinitionen

Ausgangspunkt dieser Arbeit über Modularisierung ist die Abgrenzung wesentlicher Begriffe. Es wird mit der Systemtheorie allgemein begonnen und darauf aufbauend eine Definition modularer Produktstrukturen entwickelt. In der Praxis finden sich viele Ansätze zur Begriffsbestimmung des Moduls. Einige davon werden beispielhaft dargestellt. Auch die Begriffe Schnittstellen und Produktplattformen werden definiert. Ein Abschnitt ist dem Grad der Modularisierung und dem Problem der Meßbarkeit der Modularität gewidmet.

2.1 Modulare Produktarchitekturen

2.1.1 Systemstruktur/-architektur

Ansatzpunkt für die Definition von Begriffen, die mit Modularität zusammenhängen, soll die Systemtheorie^[1] sein. Der hohe Abstraktionsgrad der Systemtheorie ermöglicht die Beschreibung und Analyse verschiedenster Sachverhalte mit Hilfe weniger grundlegender Begriffe. Diese Beschreibung wird dann auf industriell hergestellte Produkte bezogen.

Unter einem System ist eine Menge von Elementen zu verstehen, die durch eine Menge von Beziehungen (auch Relationen genannt) miteinander verbunden sind.

Ein System ist von seiner Umwelt abgrenzbar, d.h. eine Systemgrenze wird aufgebaut, welche den Betrachtungsraum festlegt.

Systeme stehen mit ihrer Umwelt in Beziehung, und es treten Wechselwirkungen auf. Es wird zwischen geschlossenen und offenen Systemen unterschieden, je nach Ausmaß der Verbindung zwischen System und Umwelt. Diese Wechselwirkungen können im Austausch von Materie, Energie oder Information bestehen. Der Fall von völlig geschlossenen Systemen ist nur theoretischer Natur. In der Praxis ist die vollständige Abgrenzung nicht möglich. Für gewisse Zielsetzungen ist die Annahme geschlossener Systeme als Vereinfachung möglich. Eine Glühlampe kann beispielsweise bezüglich des Stoffaustausches mit der Umgebung als geschlossenes System betrachtet werden.

Bei sozialen oder sozio-technischen Systemen gibt es Systemziele als weiteres Merkmal. Dies ist durch die Beteiligung von Menschen als wesentliches Systemelement bedingt. Ein allgemeines Ziel solcher Systeme ist beispielsweise der Versuch, ihre Erhaltung langfristig zu sichern.

Ein System und seine Umwelt müssen sich langfristig entsprechen. Wegen der ständigen Veränderung der Umwelt und der Beziehungen des Systems nach außen ist eine laufende Anpassung nötig, auch um Systemziele zu erreichen. Dies bedingt eine Änderung der Elemente, der Relationen zwischen den Elementen oder des Inputs bzw. Outputs.

Systeme können in Subsysteme untergliedert werden. Dies ist anschaulich mit einer „Chinese Box“ zu vergleichen, in der sich eine kleinere Box befindet, die wiederum kleinere Boxen enthält usw. Der Prozeß der Zerlegung eines Systems heißt Dekomposition oder Subsystembildung. Prinzipiell lassen sich Systeme beliebig weit zergliedern. Allerdings ist bei materiell existierenden Systemen eine Grenze auf subatomarer Ebene erreicht. Elemente werden als nicht mehr zerlegbare Grundbestandteile eines Systems definiert. Wie weit die Systeme unterteilt werden hängt von der Zielsetzung der Systembildung ab. Die fortlaufende Dekomposition ist mit Aufwand verbunden. Vor allem steigt mit der Zahl der betrachteten Elemente und Subsysteme die Komplexität (siehe Abschnitt3.1.1) stark an. Damit kommt es zu einem Widerspruch zu einer wesentlichen Zielsetzung der Systembildung, der vereinfachten Abbildung der Wirklichkeit.

Durch die Dekomposition eines Systems wird dessen Grundstruktur sichtbar. Es läßt sich eine Hierarchie der Subsysteme und Elemente aufstellen. Das System ist somit auf unterschiedlichen Ebenen mit jeweils verschiedenem Detaillierungsgrad darstellbar. Im Gegensatz zur Organisationstheorie sind Hierarchiebeziehungen hier im Sinne von „ist-Teil-von“ zu verstehen. Subsysteme höherer Ebenen enthalten die Subsysteme niedrigerer Ebenen.

Subsysteme unterhalten Beziehungen zueinander. Finden diese auf derselben Hierarchieebene statt, wird von horizontalen Beziehungen gesprochen. Diese definieren die Beziehungsstruktur innerhalb eines Systems. Davon zu unterscheiden sind vertikale Beziehungen, welche die Systemebenen verbinden und die hierarchische Struktur des Systems definieren. Diese Beziehungen können in unterschiedlichen Dimensionen stattfinden (z.B. räumlich und funktional). Dabei können sich unterschiedliche Subsysteme ergeben, je nach zugrunde gelegter Beziehungsdimension.

Beziehungsstruktur und hierarchische Struktur bestimmen den Aufbau des Systems. Sie werden als Systemarchitektur bezeichnet.

Viele Systeme haben die Eigenschaft der Emergenz. Diese beschreibt die Entstehung von neuen Eigenschaften auf höherer Systemebene. Göpfert ^[2] nennt als Beispiel ein System, das aus sechs Wasserstoffatomen und zwei Stickstoffatomen besteht. Diese verbinden sich unter bestimmten Bedingungen zu Ammoniak. Die neue Verbindung hat völlig andere Eigenschaften als die ursprünglichen Elemente.

Systemarchitekturen können die Eigenschaft der near decomposability aufweisen. Diese zeichnet sich durch starke Beziehungen innerhalb der Subsysteme und schwache Beziehungen zwischen den Subsystemen aus. Diese Subsysteme können daher annähernd als autonom angesehen werden, wobei sich die Autonomie sowohl auf Subsysteme derselben Ebene als auch auf die Veränderungen auf über- und untergeordneten Systemebenen bezieht.

Eine Systemarchitektur mit der Eigenschaft der near decomposability wird als modular bezeichnet. Die Subsysteme (Module) können als relativ autonom angesehen werden. Eine integrale Systemarchitektur besitzt im Gegensatz dazu relativ stark gekoppelte Subsysteme (sieheBild 2.1).

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild 2 . 1 : interne und externe Beziehungen von Systemen

Quelle: Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 32

Die oben erläuterten allgemeinen Eigenschaften der Systeme gelten auch für industrielle Erzeugnisse. Die Systemtheorie ist daher die Grundlage für die im folgenden Abschnitt dargestellten Definitionen.

2.1.2 Produktstruktur/-architektur

Auch industriell hergestellte Produkte können als Systeme angesehen werden. Damit läßt sich die Produktarchitektur relativ einfach in Analogie zur Architektur allgemeiner Systeme beschreiben. Entscheidend ist auch hier die Untergliederung in einzelne Elemente, die zueinander in Beziehung stehen und auf verschiedenen Hierarchieebenen angeordnet sind. Die Dekomposition erfolgt bei diesen Produkten hinsichtlich des materiellen Aufbaus und der geforderten Funktion.

Die Architektur eines Erzeugnisses wird definiert durch die Funktionsstruktur des Produktes, die Baustruktur sowie die Transformationsstruktur zwischen Funktions- und Baustruktur.^[3]

Die Funktionsstruktur eines Produktes beschreibt die Dekomposition der geforderten Produktfunktion in Teilfunktionen. Außerdem enthält sie eine Darstellung der funktionalen Beziehungen zwischen den einzelnen Teilfunktionen des Erzeugnisses. Die Baustruktur wiederum beschreibt die physische Zusammensetzung des Produktes aus seinen Komponenten sowie die physischen Beziehungen zwischen diesen Komponenten.

Die Entwicklung eines Produktes ist eine sehr komplexe Aufgabe. Ein Ansatz zur Reduktion dieser Komplexität besteht darin, daß zunächst die Funktion des Produktes beschrieben wird und dann eine Aufteilung in Unterfunktionen erfolgt. Die einzelnen Teilfunktionen können im nächsten Schritt physischen Komponenten und Bauteilen zugeordnet werden. Diese sind hierarchisch angeordnet und bilden die Baustruktur des Produktes. Der Zusammenhang zwischen Funktionsstruktur und Baustruktur kennzeichnet die Produktarchitektur (siehe Bild 2.1 ).

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild2.1: Produktarchitektur

Quelle: Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 75

Im wesentlichen läßt sich zwischen modularen und integralen Architekturen industriell hergestellter Produkte unterscheiden, wobei auch Mischbauweisen in der Praxis häufig anzutreffen sind. In einigen Branchen werden Erzeugnisse auch in der sogenannten Differentialbauweise hergestellt. Darunter ist allgemein die Auflösung eines Einzelteiles als Träger einer oder mehrerer Funktionen in verschiedene fertigungstechnisch günstige Werkstücke zu verstehen. Der Begriff kommt vor allem im Leichtbau vor; hier erfolgt dazu jedoch keine vertiefte Betrachtung.^[4]

2.1.2.1 Modulare und integrale Produktarchitekturen

Göpfert leitet seine Definition der Modularität von der Systemtheorie ab. Wenn Systeme die Eigenschaft der near decomposability besitzen, also eine relative Autonomie ihrer Subsysteme gegeben ist, werden sie als modular bezeichnet. Ein Modul wird als ein spezielles Subsystem definiert, dessen interne Beziehungen wesentlich stärker ausgeprägt sind als seine Beziehungen zu anderen Subsystemen. Das Modul als Subsystem ist von Veränderungen auf höheren oder niedrigeren Systemebenen weitgehend unabhängig.^[5]

Analog dazu wird eine Produktarchitektur dann als modular bezeichnet, wenn ihre Komponenten sowohl funktional als auch physisch relativ unabhängig voneinander sind. Dabei bedeutet funktionale Unabhängigkeit einer Komponente, daß sie genau eine Funktion erfüllt. Zur Realisierung einer Teilfunktion werden keine weiteren physischen Komponenten benötigt. Die Beziehung zwischen Funktionsstruktur und Baustruktur ist damit eine 1:1-Relation. Wenn dagegen mehrere Bauteile zur Erfüllung der geforderten Funktion benötigt werden, besteht eine funktionale Abhängigkeit der Komponenten und eine 1:n-Relation zwischen Funktions- und Baustruktur.^[6]

Im Gegensatz zur funktionalen Unabhängigkeit, die von der Transformationsbeziehung zwischen Bau- und Funktionsstruktur abhängt, wird die physische Unabhängigkeit der Bestandteile eines Produktes durch die in der Baustruktur festgelegten Beziehungen der Komponenten bestimmt. Entscheidend ist dabei die Gestaltung der Schnittstellen (siehe Abschnitt2.3). Physische Unabhängigkeit bedeutet Trennbarkeit der Komponenten. Beispielsweise sind Steckverbindungen wesentlich leichter zu trennen als geklebte Verbindungen zwischen den einzelnen Produktbestandteilen. Sie besitzen einen höheren Grad physischer Unabhängigkeit. Die Trennbarkeit kann sich einerseits auf den Zeitraum der Herstellung/Montage des Produktes beziehen und andererseits auf den Nutzungszeitraum. Für die Beurteilung der physischen Unabhängigkeit soll hier die Trennbarkeit der Teile nach Fertigstellung des Gesamtproduktes herangezogen werden. Der Nutzer bzw. der Kundendienst soll in der Lage sein, einzelne Komponenten ohne großen Aufwand auszuwechseln.^[7]

2.1.2.2 Typen der Modularität

Entsprechend der vorangegangenen Definition hängt Modularität von der Unabhängigkeit hinsichtlich der Produktfunktionen und der physischen Trennbarkeit ab. Daraus abgeleitet kann eine Matrix mit vier Feldern aufgestellt werden, in welche die Produkte bezüglich des Typs ihrer Modularität eingeordnet werden können.^[8]

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild 2 . 1 : Typen der Modularität

Quelle: Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 75

Es gibt vier Typen der Modularität entsprechend dem Grad der Unabhängigkeit der Produktkomponenten.^[9]

1. Modulare Produktarchitektur: Die modulare Produktarchitektur besteht aus geschlossenen Einheiten, die sowohl physisch als auch funktional unabhängig sind. Diese Einheiten heißen Module. Ein typisches modular aufgebautes Erzeugnis ist der Personalcomputer.
2. Integrale Produktarchitektur: Die Komponenten integraler Produkte weisen starke funktionale und physische Abhängigkeiten auf. Die Produktbestandteile erfüllen jeweils mehrere Funktionen und haben nur schwer trennbare Schnittstellen. Die integrale Produktarchitektur ist das Gegenstück zur modularen Produktarchitektur.
3. Funktional-modulare Produktarchitektur: Das Produkt besitzt funktional relativ unabhängige Komponenten, die jedoch einen starken physischen Zusammenhang aufweisen. Die Schnittstellen sind zumindest in der Nutzungsphase nur schwer zu trennen. Ein Beispiel hierfür sind Multifunktionswerkzeuge. So läßt sich der Flaschenöffner eines Schweizer Taschenmessers gleichzeitig als Schraubendreher verwenden.
4. Physisch-modulare Produktarchitektur: In diesem Fall weist das Produkt leicht trennbare Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten auf, die jedoch nur im Zusammenwirken miteinander Funktionen des Produktes erfüllen.

Der Fall der physisch-modularen Produktarchitektur hängt in hohen Maße von der Betrachtungsebene der Funktionsstruktur ab. Er ist beispielsweise bei jedem beliebigen modularen Erzeugnis (siehe oben Fall 1) gegeben, wenn die Gesamtfunktion beurteilt wird. Die Schnittstellen zwischen den physischen Modulen sind leicht trennbar. Die gesamte Funktionsfähigkeit des Produktes wird aber erst durch das Zusammenwirken aller Komponenten erreicht. Insofern ist dieser Fall nur von akademischem Interesse.

2.1.2.3 Arten der Modularität

Prinzipiell gibt es drei verschiedene Arten der Modularität: slot modularity, bus modularity und sectional modularity (sieheBild 2.1).^[10]

Bei der slot modularity sind die Schnittstellen zwischen den einzelnen Modulen jeweils verschieden gestaltet. Die Komponenten des Produktes können daher nicht untereinander ausgetauscht werden. Als Beispiel dafür kann ein Autoradio genannt werden. Es erfüllt genau eine Funktion und ist auch physisch von den meisten anderen Komponenten getrennt. Die Schnittstelle zum Radio ist jedoch einzigartig. So läßt sich beispielsweise kein Drehzahlmesser daran anschließen.

Bus modularity ist dann anzutreffen, wenn eine gemeinsam verwendete Komponente vorliegt, mit der über den selben Schnittstellentyp alle anderen Bauteile verbunden werden. Ein Beispiel hierfür sind die Erweiterungskarten für Personalcomputer. Auf mehreren Steckplätzen können mit Hilfe des selben Schnittstellentyps die unterschiedlichsten Erweiterungen eingebaut werden. Auch bei nichtelektronischen Erzeugnissen gibt es diese Form der Modularität. Als Beispiel können hier unterschiedliche Dachgepäckträger bei Autos genannt werden, die auf der Dachreling befestigt werden.

Sectional modularity ist vielleicht als der Idealfall der Modularität zu bezeichnen. Alle Schnittstellen zwischen den Komponenten sind gleich gestaltet. Jedes Teil kann mit jedem verbunden werden, das heißt es gibt keinen Verbindungsbus. Die gesamte Produktarchitektur ist sehr flexibel. Dieser Typ der Modularität findet sich oft bei Polstermöbelsystemen oder bei Rohrleitungen, wo alle Elemente über ein standardisiertes Gewinde miteinander verbunden sind. Auch bei den bekannten Lego-Steinen ist dieser Modularitätstyp anzutreffen.

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild2.1: Arten der Modularität am Beispiel eines Tisches

Quelle: Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 425

2.2 Modul

Diese Arbeit behandelt die Gliederung von Produkten in Module. Deshalb ist dieser zentrale Begriff genau zu definieren. In der Literatur finden sich sehr unterschiedliche Begriffsbestimmungen von Modulen. Teilweise wird sogar die Definierbarkeit an sich bezweifelt.^[11]

Einen kurzen Überblick der unterschiedlichen Definitionsansätze geben die inTabelle 2.1wiedergegebenen Aussagen verschiedener Autoren.^[12]

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Tabelle2.1: Some statements about modularity

Quelle: Blackenfelt, M./Stake, R. B., modularity, 1998, S. 4

Um die Vielfalt der gegenwärtig gebräuchlichen Definitionen von Modulen zu verdeutlichen, werden im folgenden einige extreme Beispiele aus Wissenschaft und Praxis herausgegriffen und erläutert.

Im Hinblick auf einheitliche System- und Moduldefinitionen stellt sich jedoch die Frage, ob eine unternehmensübergreifende produktunabhängige Abgrenzung überhaupt notwendig und möglich ist. Es sollte vermieden werden, diese Frage zu sehr zu theoretisieren, um die Umsetzungsproblematik nicht aus den Augen zu verlieren. Die folgende Darstellung dient daher lediglich dazu, die verschiedenen möglichen Ansatzpunkte für eine Definition von Modulen zu verdeutlichen.^[13]

2.2.1 Definition nach Piller

Bei Piller ^[14] werden vier verschiedene Arten der Modularisierung unterschieden: generische Modularisierung, quantitative Modularisierung, individuelle Modularisierung sowie freie Modularisierung.

Die generische Modularisierung bezieht sich auf Produktarchitekturen, bei denen die Zusammensetzung des Produktes durch stets die gleiche Zahl standardisierter Bauteile auf einer fixen Plattform vorgenommen wird. Dabei können die einzelnen Bauteile unterschiedliche Leistungsmerkmale aufweisen.

Quantitative Modularisierung ist die Zusammensetzung von Produkten mit unterschiedlich vielen eingebauten generischen Komponenten auf einem Basismodul. Dabei werden alle Module auftragsunabhängig konstruiert und vorgefertigt. Als Beispiel für diese Form der Modularisierung wäre das Smart-Mobil zu nennen oder als klassischer Fall der modulare Aufbau eines PC.

Die individuelle Zusammensetzung von Produkten auf der Grundlage eines Basisproduktes (Plattform) sowie aus Modulen in fixer oder variabler Anzahl wird als individuelle Modularisierung bezeichnet. Diese können dann kundenindividuell sein oder aus einem vorgefertigten Standardsatz stammen, wobei die kundenindividuell gefertigten Module erst nach Eingang eines konkreten Auftrags hergestellt werden können. Diese Art der Modularisierung betrifft zum Beispiel Produkte für Kunden mit außergewöhnlichen Körpermaßen, also z.B. Betten, Bürostühle, Fahrräder, Kleidung etc. Piller gibt dazu auch den Fall eines Verlages an, der individuell gestaltete Bücher für seine Kunden drucken läßt.

Freie Modularisierung beschreibt Produktarchitekturen ohne einheitliche Basiskomponenten. Standardisierte und kundenindividuelle Module werden beliebig kombiniert. Lego-Steine sind hierfür ein klassisches Beispiel. Aus einer geringen Zahl von Grundelementen lassen sich nahezu unbegrenzt viele Objekte erstellen. Anwendungen dieser Modularisierungsform gibt es auch im Verlagswesen. Die amerikanische Firma McGraw-Hill bietet beispielsweise den Druck von individualisierten Lehrbüchern für Universitätsdozenten an. Dazu können beliebige Artikel, Fallstudien, etc. aus einer Datenbank sowie eigenes Material kombiniert werden. Die Bücher sind innerhalb weniger Tage gedruckt und werden auch in kleinen Auflagen ausgeliefert. Auch der Kühltechnikhersteller Bally Engineered Structures Inc. bietet individuelle modularisierte Produkte an. Grundlage sind Isoliermodule mit verschiedenen Dicken, Oberflächen und Formen, die dann zu kundenindividuellen Bauteilen verarbeitet werden.

2.2.2 Definition nach Schmoeckel

Die Moduldefinition von Schmoeckel bezieht sich vorrangig auf die Fahrzeugindustrie. Danach ist ein Modul eine nach Montageaspekten abgrenzbare und einbaufertige Einheit, deren Elemente physisch miteinander verbunden sind. Ein Modul endet an den Fahrzeuggrenzen.

Ein System ist die Integration verschiedener Einzelelemente zu einer funktionalen Einheit, deren Elemente nicht notwendigerweise physisch zusammenhängen. Darüber hinaus kann ein System die Fahrzeuggrenzen überschreiten (z.B. Informationssystem, Beleuchtungssystem). Systeme im Fahrzeug sind dynamisch, da funktionale Beziehungen zwischen ihren Elementen zu zeitlichen Veränderungen von In- und Outputgrößen führen.^[15]

2.2.3 Definition der Fa. Siemens

Die Firma Siemens^[16] als großes Unternehmen in der Elektroindustrie definiert Module beispielsweise recht allgemein als mehrfach einsetzbare, kombinierbare Engineeringlösungen mit Schnittstellen.

Es wird zwischen verschiedenen Arten und Ausprägungen von Modulen unterschieden. Diese sind untereinander kombinierbar.

Zu den Ausprägungen zählen Softwaremodule (Funktionalität in programmierbaren Systemen), Hardwaremodule (gegenständlicher Anlagenteil) und Plant-Module (Teil einer elektrischen Anlage). Ein Plant-Modul besteht in der Regel aus Softwaremodulen und/oder Hardwaremodulen sowie gegebenenfalls ergänzenden nicht modularisierten Teilen.

Als Modularten werden bei Siemens Basic-Module und Application-Module definiert.

Die Basic-Module realisieren festgelegte Basisfunktionen nach dem Black-Box-Prinzip. Der Anwender hat keine Detailkenntnisse über die Abläufe innerhalb des Moduls. Er erhält jedoch eine genaue Beschreibung der Schnittstellen sowie eine funktionale Darstellung. Ein Basic-Modul ist in der Regel entweder ein Hardware- oder ein Softwaremodul. Ein Plant-Modul besteht jedoch aus Komplexitätsgründen nicht nur aus einem Basic-Modul, sondern immer auch aus mindestens einem Application-Modul.

Application-Module realisieren komplexe, offene Funktionen nach dem White-Box-Prinzip. Sie bestehen aus Basic-Modulen und/oder aus anderen Application-Modulen, sind also eine Kombination aus anderen Modulen. Diese Verschaltung von Modulen ist dem Anwender vollständig dokumentiert.

Als Beispiele der Modularten und –ausprägungen werden genannt:

- Hardware-Basic-Modul: Standard-Erregerschrank,
- Software-Basic-Modul: Cosinus-j-Regelung,
- Software-Application-Modul: Software für Walzantriebsregelung,
- Plant-Modul: Walz-Antriebssystem mit Direktumrichter.

2.2.4 Definition der Fa. Behr

Als Hersteller von Klima- und Motorkühlsystemen ist die Fa. Behr ein namhafter Automobilzulieferer. Die Definition des Begriffes Modul dieses Herstellers bezieht sich vor allem auf die einbauspezifische, räumliche Zusammengehörigkeit von Bauteilen und/oder Baugruppen. Diese können funktional jedoch zu verschiedenen Systemen gehören. So kann ein Kühlmodul beispielsweise aus den Basiskomponenten Wasserkühler (Kühlsystem) und Kondensator (Klimasystem) bestehen. Damit wird bereits die Integration mehrerer Funktionen eines Produktes in einem Modul angesprochen. Der Extremfall vollständiger Modularisierung besteht in der Realisierung genau einer Produktfunktion in einem Modul.^[17]

Durch den Bezug auf den Einbauort werden Module und Systeme voneinander abgegrenzt. Die funktionale, technologische Zusammengehörigkeit von Bauteilen und/oder Baugruppen, die räumlich jedoch an verschiedenen Orten angesiedelt sein können, wird als System bezeichnet.^[18]

2.3 Schnittstellen

Im weiteren Sinne zählen zu den Modulschnittstellen alle Annahmen irgendwelcher Art, die außerhalb des Moduls, also von den Benutzern, über das Modul gemacht werden. Sie sind der Teil des Moduls, in dem die Leistungen spezifiziert werden, die das Modul dem Nutzer zur Verfügung stellt.^[19]

Eine genauere Definition besagt, daß unter Schnittstellen Beziehungen zwischen den Komponenten eines Produktes zu verstehen sind. Diese können räumlicher, funktionaler oder sonstiger Art sein. Sie dürfen, nachdem sie einmal festgelegt worden sind, während des Entwicklungsprozesses und eventuell auch darüber hinaus über den gesamten Produktlebenszyklus nicht verändert werden.^[20]

Modulare Produktarchitekturen haben entkoppelte Schnittstellen. Im Gegensatz dazu sind zwei Komponenten dann gekoppelt, wenn eine Modifikation der einen Komponente eine Änderung der anderen erforderlich macht, um die geforderte Gesamtfunktion des Produktes zu erreichen. Bis zu einem gewissen Grad ist immer eine Kopplung zwischen den Komponenten (Modulen) gegeben. Fast alle Bauteile innerhalb eines Erzeugnisses sind beispielsweise thermisch gekoppelt. Für die Praxis sind daher bei der Bestimmung gekoppelter Schnittstellen nur wesentliche Änderungen einer Komponente relevant, die durch die Variation einer anderen Komponenten hervorgerufen worden sind.^[21]

2.4 Grad der Modularisierung

Eine Produktarchitektur ist durch die Transformationsbeziehung zwischen der Funktionsstruktur und der Baustruktur eines Erzeugnisses charakterisiert. Sie ist dann extrem modular, wenn eine 1:1 – Relation vorliegt (siehe Abschnitt2.1.2.1). Ein Ansatz zur Messung der Modularität könnte darin bestehen, diese Beziehung für gegebene Produkte zu analysieren. Bei einem ideal modular aufgebauten Produkt realisiert jede physische Komponente (Modul) genau eine Funktion. Das andere Extrem ist ein völlig integral konstruiertes Erzeugnis, bei dem sämtliche Teilfunktionen nur durch das Zusammenwirken aller physischen Komponenten ermöglicht werden.

Als Maß für die Modularität könnte nun die durchschnittliche Anzahl der Teilfunktionen herangezogen werden, die in einem Modul realisiert werden. In der Praxis entstehen dabei jedoch einige Schwierigkeiten, die im folgenden dargestellt werden.

Voraussetzung für die oben beschriebene Kennzahl ist eine Funktionsanalyse des entsprechenden Produktes. Komplizierte technische Zusammenhänge lassen sich damit einfach darstellen, indem übergeordnete Funktionen sukzessive heruntergebrochen und in Unterfunktionen aufgeteilt werden. Des weiteren ist die Erzeugnisstruktur des betrachteten Produktes erforderlich. Diese charakterisiert den physischen Aufbau, also die einzelnen Komponenten, Bauteile, Baugruppen und Module, wobei hier die „Teil-von“-Relationen wichtig sind.

Sowohl die Funktionsstruktur als auch die physische Struktur können auf verschiedenen Ebenen beschrieben werden. Es gibt Produkte, deren übergeordnete Funktion gleich ist, die jedoch auf einer detaillierteren Ebene unterschiedliche und eine verschiedene Anzahl von Teilfunktionen haben. Die wesentliche Schwierigkeit besteht im Zusammenhang zwischen der Dekomposition des Erzeugnisses in Teilfunktionen und der technischen Realisierung. Ab einer gewissen Stufe können die Teilfunktionen nicht mehr unabhängig von der technischen Realisierung der Komponenten festgelegt werden (sieheBild 2.1). Mit der weiteren Zergliederung der physischen Baustruktur und der Festlegung der technischen Umsetzung der Funktionen entstehen neue Teilfunktionen. Diese sind je nach der gewählten technischen Lösung unterschiedlich.^[22]

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild 2 . 1 : Zusammenhang zwischen Funktionsanalyse und technischer Realisierung

Quelle: Erixon, MFD, 1998, S. 107

Baustruktur und Funktionsstruktur können nahezu beliebig weit untergliedert werden, bis hin zu Schrauben und Muttern sowie elementaren Funktionen. Hier ist ein sinnvolles Maß zu finden, daß dem Zweck der Analyse gerecht wird. Im Zweifel ist auf einer höheren Systemebene abzubrechen. Sollten sich Schwierigkeiten ergeben, kann ein wiederholter Durchlauf der Funktionsanalyse mit erhöhtem Detaillierungsgrad erfolgen.^[23]

Dies alles bedeutet, daß vor der vollständigen Entwicklung des modularen Konzeptes einschließlich der technischen Realisierung die Zahl der Teilfunktionen nicht bekannt ist. Das wäre aber die Grundlage für die Bewertung des Grades der Modularität, mit dessen Hilfe verschiedene Produktstrukturen beurteilt und verglichen werden. Aus den genannten Gründen ist zu bezweifeln, ob ein objektives Maß für den Grad der Modularität überhaupt existiert.

Das bedeutet auch für das Problem der Optimierung der Modulezahl in einem Produkt bzw. der Komplexität innerhalb der Module, daß keine theoretische Ideallösung existiert. Es kann nur versucht werden, für die Praxis befriedigende Lösungen zu finden.

2.5 Produktplattformen

Auf Plattformen^[24] beruhende Produktkonzepte sind in vielen Märkten der zentrale Erfolgsfaktor. Mit ihrer Hilfe können Unternehmen schnell und effizient differenzierte Erzeugnisse entwickeln und herstellen. Die Flexibilität im Produktionsprozeß steigt, und die Reaktionsfähigkeit auf Marktveränderungen wird erhöht. Ziel ist das Erreichen höherer Marktanteile im Vergleich zur Konkurrenz.

Allgemein wird unter einer Plattform eine Ansammlung von Ressourcen und Werten verstanden, die von mehreren Produkten gemeinsam verwendet werden. Dabei sind die folgenden vier Kategorien zu unterscheiden:

- Komponenten (Teile, Schaltkreise, Rechnerprogramme...),
- Prozesse (Ausrüstungen und Abläufe zur Herstellung und Montage der Komponenten, supply chain...),
- Wissen (Konstruktionswissen, technologisches Wissen, mathematische Modelle, Prüfverfahren...),
- Personen und Beziehungen (Teams, Beziehungen zwischen den Mitarbeitern, Aufbauorganisation, Beziehungen zu Lieferanten...).

Im Gegensatz zur Standardisierung von Bauteilen nutzen Produktplattformen einen überwiegenden Teil der oben genannten Kriterien, während sich die Verwendung von Standardteilen nur auf die gemeinsamen Komponenten bezieht.

Als Vorteile von Plattformkonzepten können genannt werden:

- Möglichkeit zur Produktdifferenzierung und mass customization (siehe Abschnitt5.8),
- Kürzere Entwicklungszeiten und niedrigere –kosten,
- Geringere Fertigungskosten,
- Geringere Investitionen in Produktionsanlagen,
- Geringere Komplexität,
- Geringeres Risiko (wegen der kleineren Investitionsausgaben),
- Besserer Service.

Das Design von Produktplattformen ist eine sehr schwierige und komplexe Aufgabe. Es sind langfristige Marketing-, Produktions- und Entwicklungsaufgaben zu lösen. Dabei ist interdisziplinäres Arbeiten erforderlich. Unterschiedliche Standpunkte, Ziele und Begriffsdefinitionen der einzelnen Bereiche können die Arbeit behindern. Auch besteht die Gefahr, sich zu sehr in den Details zu verlieren und das an sich gute Konzept nicht rechtzeitig umzusetzen.

Generell besteht bei der Planung von Plattformen ein Zielkonflikt zwischen der angestrebten Differenzierung der zu entwickelnden Erzeugnisse und den dafür gemeinsam zu nutzenden Ressourcen. Die Unterschiedlichkeit der Produkte wird durch sogenannte Differenzierungsattribute beschrieben. Dies sind Produktmerkmale, die der Kunde als wichtig empfindet. C hunks sind die physischen Hauptbestandteile eines Produktes, also Schlüsselkomponenten und Hauptbaugruppen. Durch sie wird das Maß an intern gemeinsam genutzten Ressourcen reflektiert.

Die Produktarchitektur bestimmt die Art des Ausgleichs zwischen der Differenzierung der Produkte und der Gemeinsamkeit hinsichtlich der genutzten Ressourcen. Dieser läßt sich grafisch darstellen (sieheBild 2.1). Dabei wird deutlich, daß eine modulare Produktstruktur (Architektur 3 inBild 2.1) besonders vorteilhaft ist, da eine vermehrte Anwendung gemeinsamer Teile nur zu einem geringen Verlust an wahrgenommener Abgrenzung zu Konkurrenzprodukten führt.

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild 2 . 1 : Gemeinsamkeiten und Produktdifferenzierung bei verschiedenen Produktarchitekturen

Quelle: Robertson, D./Ulrich, K., platform, 1998, S. 23

Bei Robertson/Ulrich wird eine Vorgehensweise zur Entwicklung von Plattformen beschrieben.^[25] Diese orientiert sich an dem genannten Zielkonflikt zwischen Gemeinsamkeiten der Ressourcennutzung und der Produktdifferenzierung. Es werden nacheinander drei verschiedene Pläne entwickelt. Der Produktplan beschreibt die Einführung der verschiedenen Erzeugnisse im Zeitablauf. Der Differenzierungsplan versucht die vom Kunden wahrgenommen Differenzierungsattribute zu ermitteln und quantitativ zu bewerten. Der Commonality Plan benennt die gemeinsam genutzten chunks und quantifiziert die Auswirkungen. Durch diese drei aufeinander abgestimmten Pläne soll der grundlegende Zielkonflikt der Plattformentwicklung so gelöst werden, daß Kosten und Gewinne abgeschätzt werden können. Dabei kann es auch vorkommen, daß sich keine realisierbare Lösung ermitteln läßt. Generell bezieht sich der Ansatz von Robertson/Ulrich nicht nur auf Module und modulare Produktarchitekturen. Es ist die Rede von den allgemeineren chunks, die jedoch in ihrer Definition Module einschließen. Die Vorteile modularer Strukturen werden aber ausdrücklich hervorgehoben.

Der Begriff der Produktplattform wird in der wissenschaftlichen Literatur und in der industriellen Praxis sehr unterschiedlich definiert. Neben der oben beschriebenen umfassenden Begriffserklärung finden sich auch engere Eingrenzungen, die sich oft nur auf die gemeinsam genutzten Komponenten beziehen. Gelegentlich kann es auch zu verwirrenden Definitionen kommen, wie zum Beispiel bei Hackenberg/Hirtreiter/Rummel. Es wird die Plattformtechnik am Beispiel des Audi A4 und Audi A6 erläutert.^[26] Die dort beschriebene Verlängerung der Plattform (mit den Komponenten Antriebsstrang, Auspuffanlage, ...) erinnert an das bei Pahl/Beitz dargestellte Konzept der Baureihe.^[27] Dies ist vor allem wegen der Angleichung der Plattform des A4 an die Größenverhältnisse des A6 der Fall. Sie stellt eine reine Größenanpassung dar, während beim Plattformkonzept nach dem Verständnis in dieser Arbeit die Varianten nur durch ergänzende Module und kundenspezifische Komponenten geschaffen werden. Als Beispiel wäre hier der Audi TT-Coupé und der TT-Roadster auf Basis der Plattform des Audi A3 zu nennen.

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Bild2.2: Darstellung der Beziehungen zwischen Produktfamilien, Plattformen und modularen Systemen

Quelle: Stake, R. B./Blackenfelt M., modularity, 1998, S. 2

Produktplattformen sind, wie oben definiert wurde, gemeinsam genutzte Ressourcen. Auf der Komponentenebene können solche Plattformen aus konventionellen Bauteilen und Baugruppen, aber auch aus Modulen bestehen (sieheBild 2.2). Sollte dieser Fall gegeben sein, wird es sich als günstig erweisen, sich bei der Plattformentwicklung auf die Modularten bus modularity und slot modularity zu konzentrieren (siehe Abschnitt2.1.2.3). Diese ermöglichen aufgrund der jeweils identischen Schnittstellengestaltung eine besonders leichte Erweiterung durch anwenderspezifische Ergänzungsbausteine und damit eine hohe Flexibilität.

3 Ziele der Modularisierung

Übergreifende Zielsetzung bei der Schaffung modularer Strukturen neuer Erzeugnisse oder der Überarbeitung bestehender Produkte sind die Verminderung und damit bessere Beherrschung der Komplexität (siehe Abschnitt3.1), die Ausnutzung von economies of scale (siehe Abschnitt3.2.1) und economies of scope (siehe Abschnitt3.2.2) sowie die Steigerung der Flexibilität des Unternehmens (siehe Abschnitt3.3). Die Reduktion der Variantenvielfalt und die Komplexitätsbeherrschung sind dabei vorherrschend, aber auch die verteilte Produktentwicklung (siehe Abschnitt3.4) ist als wesentliches Ziel zu sehen. Generell dient die modulare Bauweise dem Unternehmensziel Kundenzufriedenheit, ohne die eine langfristige Existenz der Firma unter marktwirtschaftlichen Verhältnissen nicht möglich ist.

3.1 Komplexitätsreduktion

Nach einer gängigen Definition ist ein Produkt dann komplex, wenn die Übersichtlichkeit des Zusammenhangs zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Produktfunktion aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Komponenten, die auf unterschiedliche Weise miteinander verknüpft sind, für eine einzelne Person nicht mehr gegeben ist. Wie Komplexität entsteht und wie eine modulare Produktarchitektur zur Komplexitätsverminderung eingesetzt werden kann, wird im folgenden Abschnitt erläutert.^[28]

3.1.1 Komplexität in der Systemtheorie

Komplexität in einem System entsteht durch die Vielfalt der Elemente und deren Relationen zueinander. Es lassen sich komplizierte und komplexe Systeme unterscheiden. Letztere zeichnen sich dadurch aus, daß sie Elemente besitzen, die auf komplizierte Art miteinander verbunden sind und im Zeitablauf Veränderungen unterliegen, also dynamisch sind. Komplizierte Systeme dagegen sind statisch und lassen sich daher mit entsprechendem Forschungsaufwand verstehen, prognostizieren und beherrschen.^[29]

Der Komplexitätsgrad eines Systems bestimmt sich durch die:^[30]

- Anzahl und Unterschiedlichkeit der Elemente im System,
- Zahl und Verschiedenartigkeit von Beziehungen zwischen den Elementen,
- Anzahl möglicher Systemzustände,
- Dynamik des Systems.

3.1.2 Komplexitätsarten

Generell wird zwischen der externen Umweltkomplexität und der Unternehmenskomplexität unterschieden. Die Unternehmenskomplexität wiederum läßt sich in Leistungskomplexität und Innenkomplexität einteilen. Die externe Komplexität wirkt über den Markt auf die Leistungskomplexität des Unternehmens. Die Reaktion darauf ist ein komplexes Produktprogramm. Zur Beherrschung der Variantenvielfalt muß wiederum Innenkomplexität in Form von Prozessen und Organisationsstrukturen aufgebaut werden.^[31]

3.1.2.1 Externe Komplexität

Die Komplexität der Systemumwelt heißt externe Komplexität. Auf Unternehmen bezogen ist das in erster Linie Marktkomplexität. Diese wird unter anderem durch die Nachfrage, den Wettbewerb und die Technologie in den Märkten bestimmt, in denen das betreffende Unternehmen tätig ist. Diese Komplexitätstreiber wirken von außen über die Marktanforderungen auf das Unternehmen ein.

Zahlreiche Märkte sind durch starke Individualisierung gekennzeichnet, d.h. die von den Kunden geforderten materiellen und immateriellen Leistungskombinationen werden immer spezifischer und ändern sich schneller. Die Märkte werden daher immer weiter segmentiert. Unternehmensintern wirkt sich diese zunehmende Nachfragekomplexität in vielen Varianten sowie einer hohen Kunden­zahl mit geringen Abnahmemengen aus. Als Lösungsansatz kommt dafür die Strategie der mass customization in Frage.

3.1.2.2 Leistungskomplexität

Die Leistungskomplexität ist wie oben erwähnt ein Teil der internen Unternehmens-omplexität. Sie ist bestimmt durch Produktprogramm und Produktstrukturen des Unternehmens.

Determinanten der Produktprogrammkomplexität sind die Breite und Tiefe des am Markt angebotenen Sortiments. Die Produktprogrammbreite ergibt sich aus der Anzahl der Varianten und Standardprodukte innerhalb einer Produktfamilie. Mit der Variantenzahl und der Diversifikation steigt die Produktprogrammkomplexität.

Die Produktkomplexität bezieht sich auf die Architektur eines Erzeugnisses. Diese wurde oben als Zusammenspiel zwischen Funktionsstruktur und Baustruktur definiert (siehe Abschnitt2.1.2). Die Produktkomplexität steigt mit der Anzahl der Teilfunktionen eines Produktes und der Anzahl der Bauteile.

3.1.2.3 Innenkomplexität

Die Innenkomplexität ist neben der Leistungskomplexität der zweite Bestandteil der internen Unternehmenskomplexität. Sie beschreibt die Elemente und Relationen im Unternehmen, die zur Beherrschung der Leistungskomplexität benötigt werden, also die Prozesse und die Organisation im Betrieb. Die Innenkomplexität wird durch die Leistungskomplexität sowie die Aufbau- und Ablauforganisation in der Fertigung bestimmt.^[32]

3.1.3 Entstehungsursachen der Variantenvielfalt

Es läßt sich zwischen externen und internen Ursachen für steigende Variantenvielfalt und damit für Komplexität unterscheiden. Das Unternehmen hat dabei ausschließlich Einfluß auf die internen Komplexitätstreiber. Externe Komplexität ist als gegeben hinzunehmen. Die einzige Möglichkeit, sich ihr zu entziehen, besteht darin, die entsprechenden Märkte nicht mehr zu bedienen.^[33]

3.1.3.1 Unternehmensexterne Entstehungsursachen

Die wesentliche Ursache der gestiegenen externen Komplexität liegt in den geänderten Marktverhältnissen. In den vergangenen Jahren hat sich ein Wandel vom Verkäufer- zum Käufermarkt vollzogen. Dies führt zu einer erhöhten Variantenvielfalt, da nun die Kundenwünsche stärker beachtet werden müssen. Die Steigerung der Variantenvielfalt ist in allen Märkten festzustellen, besonders jedoch in stagnierenden. Die Ausweitung des Marktvolumens ist dabei geringer als die Erhöhung der Variantenzahl.^[34]

Der verschärfte internationale Wettbewerb ist eine weitere Ursache für steigende Variantenvielfalt. Oftmals können nur dann Umsatzsteigerungen erreicht werden, wenn den Konkurrenten Marktanteile abgerungen werden. Dies geschieht häufig durch die Bildung neuer Varianten, in der Hoffnung, damit die Kundenbedürfnisse besser zu befriedigen und einen zeitlich befristeten Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Ist auf den inländischen Märkten kein Zuwachs mehr erreichbar, folgt oft die internationale Expansion. Die Produkte müssen dann den länderspezifischen rechtlichen und technischen Bedingungen sowie anderen Kundenanforderungen angepaßt werden. Das wiederum führt zu einer weiteren Erhöhung der Variantenzahl im Unternehmen und somit zu wachsender Komplexität.^[35]

3.1.3.2 Unternehmensinterne Entstehungsursachen

Die Ursache der Produktkomplexität liegt häufig in Informationsdefiziten bei der Entwicklung und Konstruktion. Kann der Konstrukteur die Kosten einer neuen Variante nicht richtig einschätzen, wird er diese entwerfen, obwohl es eigentlich nicht vorteilhaft ist. Des weiteren fehlt oft der Überblick über bereits vorhandene Konstruktionen, die gegebenenfalls wiederverwendet werden könnten. Die innerbetrieblichen Anreizsysteme fördern zudem in der Regel die Kreativität und damit die Neukonstruktion von Bauteilen. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Tendenz zur Erhöhung der Varianten- und Teilezahl im Unternehmen.^[36]

Ein zentrales Ziel des Managements ist die Steigerung des Unternehmensumsatzes. Vielfach wird versucht, dies durch die Einführung neuer Produkte bzw. Produktfamilien zu erreichen und sich dadurch von der Konkurrenz abzuheben. Die Beziehung zwischen Umsatz und Produktvariantenzahl wird dabei als Gesetzmäßigkeit angesehen, obwohl dieser Zusammenhang nicht immer gegeben ist. Auch der Vertrieb übt einen Druck zur Erweiterung der Produktpalette aus. Verkaufsgespräche und Umsatzerhöhung werden leichter, wenn spezifische Varianten angeboten werden können, die für den einzelnen Kunden einen erhöhten Nutzen aufweisen. Verstärkend wirkt dabei die Tatsache, daß durch verbesserte Marktforschungstechniken eine immer genauere Abgrenzung der Kundensegmente möglich ist. Durch eine umfangreiche Produktpalette können potentielle Wettbewerber vom Markteintritt abgehalten werden. Ein Vollsortiment mit vielen Varianten verhindert Marktnischen, von denen aus neue Anbieter den Markt erobern könnten. Es entstehen Markteintrittsbarrieren.^[37]

Variantenabhängige Kosten werden durch die Kostenrechnung meist nicht richtig abgebildet. Die durch Variantenvielfalt entstehenden Gemeinkosten können oft nicht genau beziffert werden und werden häufig als Fixkosten angesehen. Diese werden über Zuschläge auf die einzelnen Erzeugnisse verrechnet, ohne daß die Beanspruchung der Ressourcen bekannt wäre. Dies führt zu weiteren Variantenkonstruktionen in der fälschlichen Annahme, daß damit positive Deckungsbeiträge erwirtschaftet werden könnten.^[38]

Ein weiteres Problem ist die Tatsache, daß in den Unternehmen häufig die Gesamtverantwortung hinsichtlich der Einführung neuer Produktvarianten nicht genau bestimmt ist. Oftmals gibt der Vertrieb hierzu den Anstoß und damit eine Abteilung, die nicht mit den entstehenden Kosten belastet wird. Meist fehlt auch eine Stelle, die sich am Ende des Produktlebenszyklus um die Bereinigung der Produktpalette kümmert und überflüssige Varianten eliminiert.^[39]

3.1.4 Wirkung der Modularisierung bezüglich der Komplexität

Durch gezielte Modularisierung lassen sich fast alle der oben genannten Komplexitätsarten reduzieren. Das betrifft vor allem die unternehmensinterne Komplexität, während die Marktkomplexität durch Modularisierung nicht zu vermindern ist. Komplexität innerhalb eines Systems ist durch die Systemelemente und die Relationen zwischen ihnen gekennzeichnet (siehe Abschnitt3.1.1). Die Anzahl der möglichen Interaktionen und damit die Komplexität in einem System verdoppelt sich mit jedem zusätzlichem Element.^[40] Daher ist der entscheidende Ansatzpunkt zur Verminderung der Komplexität durch Modularisierung die Reduktion der Zahl der Elemente im System. Auf diese Weise verkleinert sich die Anzahl der möglichen Beziehungen exponentiell.

Traudt nennt die folgenden Möglichkeiten der Komplexitätsreduktion durch Modularisierung in der Fahrzeugproduktion:^[41]

- die Reduzierung der Entwicklungskomplexität durch Berücksichtigung und klare Trennung der funktionalen oder technologischen Zusammenhänge,
- die Reduzierung der Fertigungskomplexität durch Vormontagen vor Ort und Einbau in das Fahrzeug als Montageeinheit,
- die Reduzierung der Lieferkomplexität durch Komplettierung von Teilumfängen bereits beim Lieferanten und Anlieferung als Vormontageeinheit ans Band - häufig just-in-time.

[...]

---

^[1] Vgl. zum gesamten folgenden Abschnitt Krallmann, H., Systemanalyse, 1994, S. 6 ff. sowie Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S.10 ff.

^[2] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 23 f.

^[3] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 91. Eine ähnliche Definition findet sich bei Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 420.

^[4] Vgl. Pahl, G./Beitz, W., Konstruktionslehre, 1997, S. 383 f.

^[5] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 30.

^[6] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 104 f. sowie Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 421.

^[7] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 106 f.

^[8] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 107.

^[9] Vgl. Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 108.

^[10] Vgl. Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 424f. Es werden die dort genannten englischen Bezeichnungen übernommen.

^[11] Vgl . Beam, W. R., Systems Engineering, 1990, S. 63: ”The term modular is another which cannot - and perhaps should not - be precisely defined” (zitiert nach Göpfert, J., Produktentwicklung, 1998, S. 103).

^[12] Vgl. die Literaturangaben bei Blackenfelt, M./Stake, R. B., modularity, 1998.

^[13] Schmoeckel, D./Liebler, B. C./Schindele, S., System- und Modullieferanten, 1996, S. 537.

^[14] Vgl. zum folgenden Abschnitt Piller, Frank T., Massenproduktion, 1998, S.181-186.

^[15] Schmoeckel, D./Liebler, B. C./Schindele, S., System- und Modullieferanten, 1996, S. 537.

^[16] Vgl. zum folgenden Abschnitt: Siemens, Modularisierungshandbuch, 1999.

^[17] Vgl. Glöckl, H., Logistikeffekte, 1997, S.137.

^[18] Vgl . Glöckl, H., Logistikeffekte, 1997, S.138.

^[19] Vgl. Arentzen, U., Wirtschaftslexikon, 1992, S. 2301.

^[20] Vgl. Sanchez, R./Mahoney, J. T., modularity, 1995, S. 12.

^[21] Vgl. Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 423.

^[22] Vgl. Ulrich, K., product architecture, 1995, S. 421, S. 423 sowie Erixon, MFD, 1998, S. 19 ff., S. 107 f.

^[23] Erixon, G., MFD, 1998, S. 108.

^[24] Vgl. zum folgenden Abschnitt Robertson, D./Ulrich, K., platform, 1998.

^[25] Vgl. Robertson, D./Ulrich, K., platform, 1998, S. 8 ff.

^[26] Vgl. Hackenberg, U./ Hirtreiter, K./ Rummel, C., Baukastentechnik, 1997, S. 50ff.

^[27] Vgl. Pahl, G./Beitz, W., Konstruktionslehre, 1997, S. 575 ff.

^[28] Vgl. Weber, H., Produktentwicklung, 1998.

^[29] Vgl. Malik, F., Management-Kybernetik, 1992, S. 184 ff.

^[30] Vgl. Luhmann, N., Komplexität, 1980.

^[31] Vgl. Rathnow, P.J., Variantenmanagement, 1993, S. 8 ff.

^[32] Vgl. Rathnow, P.J., Variantenmanagement, 1993, S. 8 f.

^[33] Vgl. Kestel, R., Variantenvielfalt, 1995, S. 18 ff.

^[34] Vgl. Bliss, C. A., Komplexitätsreduktion, 1998 sowie Wildemann, H., Variantenmanagement, 1990 und Erixon, G., MFD, 1998, S. 7f.

^[35] Vgl. Bliss, C. A., Komplexitätsreduktion, 1998.

^[36] Vgl. Kestel, R., Variantenvielfalt, 1995, S. 21 f.

^[37] Vgl. Rathnow, P.J., Variantenmanagement, 1993, Wildemann, H., Variantenmanagement, 1990 sowie Quelch, J.A./Kenny, D., Gewinn, 1995.

^[38] Vgl. Quelch, J.A./Kenny, D., Gewinn, 1995, und Kestel, R., Variantenvielfalt, 1995, S. 21.

^[39] Vgl. Rathnow, P.J., Variantenmanagement, 1993, S. 26 f.

^[40] Vgl. Erixon, G., MFD, 1998, S. 10.

^[41] Vgl. Traudt, H. G., Lieferantenauswahl, 1997, S.70-71.