Modularisierung als Basis umweltgerechter Produktentwicklung

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1 Umsatz / Gewinn 0 Zeit Modularisierung als Basis umweltgerechter Produktentwicklung Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0

2 Inhalt. Was ist eine modulare Produktarchitektur?. Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten?. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

3 Inhalt. Was ist eine modulare Produktarchitektur?. Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten?. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

4 . Was ist eine modulare Produktarchitektur? Modularität als strukturbeschreibendes Merkmal von Systemen B extern < B intern B extern << B intern B extern 0 integral modular System zerfällt in Subsysteme [vgl. Göpfert] Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

5 Beziehungsdimensionen der Produktarchitektur. Was ist eine modulare Produktarchitektur? Funktionale Beschreibung Physische Beschreibung Teilfunktion A Teilfunktion A Teilfunktion A Komponente Komponente Baugruppe Gesamtfunktion Teilfunktion A Komponente Baugruppe Produkt Teilfunktion B Teilfunktion B Teilfunktion B Komponente Komponente Baugruppe Produktarchitektur Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

6 . Was ist eine modulare Produktarchitektur? Modulare Produktarchitektur Physische Beziehungsdimension 0 Physisch separierbar Geometrisch strukturell relativ unabhängig Funktionale Beziehungsdimension Funktionale Beziehung sind innerhalb der Module stärker ausgeprägt Module sind funktional + physisch relativ unabhängig. Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

7 Inhalt. Was ist eine modulare Produktarchitektur?. Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten?. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

8 . Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten? Ziel des Refurbishing Verlängerung des Produktlebenszyklus durch ganzheitliche qualitätsgesicherte Instandsetzung / Anpassung des Produktes Umsatz / Gewinn Zeit Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

9 . Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten? Stellhebel für das Refurbishing durch Modularisierung Modularität ermöglicht Refurbishing durch Gründe für das Ende des Produktlebenszyklus Voraussetzung: Berücksichtigung von Funktionale Anpassung durch Modifikation oder Austausch von Modulen Einfache Wartung u. Instandhaltung Veränderung von Kundenanforderungen Technologischer Fortschritt Schadensfall / Verschleiß Kundenanforderungen und Lifecycle Aspekten bei der Modularisierung. Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

10 Funktionale Anforderungen Funktionale Anforderungen. Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten? Modularität und Unabhängigkeit funktionaler Anforderungen Modulare Produktarchitektur Modul Modul Modul Funkt. Anf. Modul Funkt. Anf. Modul Funkt. Anf. Modul Integrale Produktarchitektur Modul Modul Modul Funkt. Anf. Modul Funkt. Anf. Modul Funkt. Anf. Modul Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 [vgl. Ulrich / Tung / Suh] Folie 0

11 Inhalt. Was ist eine modulare Produktarchitektur?. Welche Potenziale bietet die Produktmodularisierung für das Refurbishing von Produkten?. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

12 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Modularisierung im Produktentwicklungsprozess Prinzipielle Lösungen Modulare Strukturen Vorentwürfe Arbeitsergebnisse Anforderungsliste Funktionsstrukturen Gesamtentwurf Produktdokumentation Aufgabe Klären und Präzisieren der Aufgabenstellung Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen Gliedern in realisierbare Module Gestalten der maßgebenden Module Gestalten des gesamten Produkts Ausarbeiten der Ausführungs- u. Nutzungsangaben Weitere Realisierung Planen und Klären der Aufgabenstellung Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Ansatzpunkte für die Modularisierung Definition der modularen Produktarchitektur Gestalterische Umsetzung z.b. Verbindungstechnik [vgl. VDI ] Folie

13 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Methodisches Grundprinzip der Modularisierung Ablaufstruktur Aufbaustruktur Komplexe Architektur 0 System 0 Elemente Modulare Architektur A 0 C System A B C Subsysteme B 0 Elemente Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

14 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Beispiel Staubsauger Komponenten: Gehäuse (GE) Räder (RÄ) TF A. Komponente Deckel (DE) Motor (MO) Teilfunktion A TF A. Komponente Kabelrolle (KA) Chassis (CH) Gesamtfunktion TF A. Komponente Staubraum (ST) Bedienelemente (BD) Teilfunktion B TF B. TF B. Komponente Komponente Vibrationsdämpfer (VI) Ventilator (VE) Geräuschfilter (GR) Elektrische Bauelemente (EB) Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

15 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Die Betrachtungsebenen der Modularisierung Wirkstruktur Produktmodell Kundenanforderungen 0 Lifecycle Aspekte Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

16 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Die Betrachtungsebenen der Modularisierung Wirkstruktur Produktmodell Kundenanforderungen 0 Lifecycle Aspekte Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

17 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Abbildung der Wirkstruktur in einer Beziehungsmatrix Beziehungsmatrix (DSM) Blockschaltbild XXX GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

18 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Die Betrachtungsebenen der Modularisierung Wirkstruktur Produktmodell Kundenanforderungen 0 Lifecycle Aspekte Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

19 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? QFD-Matrix zur Berücksichtigung der Kundenanforderungen Komponenten Kundenanforderungen GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB Geringes Gewicht Ansprechendes Design Leicht bewegbar Einfach bedienbar Großes Fassungsvermögen Zuverlässig Gut verstaubar Variable Saugstärke Geringer Energieverbrauch Abkürzungen: GE - Gehäuse ST - Staubraum GR - Geräuschfilter VE - Ventilator DE - Deckel RÄ - Räder CH - Chassis EB - Elektr. Bauelemente BD - Bedienelemente VI - Vibrationsdämpfer MO - Motor KA - Kabelrolle Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

20 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Die Betrachtungsebenen der Modularisierung Wirkstruktur Produktmodell Kundenanforderungen 0 Lifecycle Aspekte Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie 0

21 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? MI-Matrix zur Berücksichtigung von Lifecycle Aspekten Komponenten Treibergruppe Produktplanung Prozessorganisation After-Sales Modultreiber Standardelement Designvarianz Technische Varianz Übertragelement Gepl. Designänderung Technologiewechsel Spezielle Prozesse Fremdbezug Separates Testen Konfigurationsflexibilität Wartung / Instandhaltg. Recycling GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB GE - Gehäuse ST - Staubraum GR - Geräuschfilter VE - Ventilator DE - Deckel RÄ - Räder CH - Chassis EB - Elektr. Bauelemente BD - Bedienelemente VI - Vibrationsdämpfer MO - Motor KA - Kabelrolle Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

22 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Die Betrachtungsebenen der Modularisierung Wirkstruktur Produktmodell Kundenanforderungen 0 Lifecycle Aspekte Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

23 Repräsentation der Betrachtungsebenen Betrachtungsebenen. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Mathematische Repräsentation Wirkstruktur A B C D E A B C D E Kundenanforderungen Lifecycle Aspekte 0 Modultreiber / Kundenanforderungen A B C D Transformation erforderlich Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

24 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Transformation der MI-Matrix in eine relationale Matrix MI-Matrix Treibergruppe Produktplanung Prozessorganisation After-Sales Modultreiber Standardelement Designvarianz Technische Varianz Übertragelement Gepl. Designänderung Technologiewechsel Spezielle Prozesse Fremdbezug Separates Testen Konfigurationsflexibilität Wartung / Instandhaltg. Recycling Komponenten GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB GE DE BD GE DE BD RÄ VI GR CH ST MO VE EB KA Relationale Matrix RÄ Clusteranalyse VI GR CH ST Sortierte MI-Matrix Treibergruppe Produktfamilienplanung Prozessorganisation After-Sales Modultreiber Standardelement Designvarianz Technische Varianz Übertragelement Geplante Designänderung Technologiewechsel Spezielle Prozesse Fremdbezug Separates Testen Konfigurationsflexibilität Wartung / Instandhaltung Recycling GE DE BD RÄ VI Komponenten GR CH MO ST VE EB KA MO VE EB KA Transformationsalgorithmus Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

25 Zusammenführung der Betrachtungsebenen DSM QFD (relational). Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? GE RÄ DE MO KA CH ST GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB BD VI MIM (relational) VE GR EB Abkürzungen: GE - Gehäuse ST - Staubraum GR - Geräuschfilter VE - Ventilator DE - Deckel RÄ - Räder CH - Chassis EB - Elektr. Bauelemente BD - Bedienelemente VI - Vibrationsdämpfer MO - Motor KA - Kabelrolle Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

26 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Rechnergestützte Generierung der Produktarchitektur GE RÄ DE MO KA CH ST BD VI VE GR EB RÄ CH VI GR GE DE BD KA ST MO VE EB GE RÄ RÄ Wirkstruktur DE MO KA CH Kundenanforderungen ST BD Lifecycle Aspekte VI Zielfunktion + Stochastische Optimierung CH VI GR GE DE BD KA ST VE MO GR VE EB EB 0 0 Modulumfang Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

27 Ergebnisanalyse. Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Modul Bindungsstärke Bindungsanteile Räder Chassis Vibrationsd. Geräuschfilter, MIM % QFD % DSM % Gehäuse Deckel Bedienel. 0 MIM 0% QFD 0% DSM 0% Kabelrolle Staubraum MIM 0% QFD 00% DSM 0% Motor Ventilator Elektr. Bauel. MIM 0% QFD % DSM % Restriktion: Kabelrolle + Staubraum nicht in ein gemeinsames Modul Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie

28 . Wie geht man bei der Entwicklung einer modularen Produktarchitektur vor? Finale Produktarchitektur mit Bezug zum Refurbishing RÄ CH VI GR MO VE EB GE DE BD ST KA RÄ Carry-Over- Modul CH VI GR Wartungs- Modul MO VE EB GE DE Design-Modul BD ST KA Carry-Over- Parts GE - Gehäuse ST - Staubraum GR - Geräuschfilter VE - Ventilator DE - Deckel RÄ - Räder CH - Chassis EB - Elektr. Bauelemente BD - Bedienelemente VI - Vibrationsdämpfer MO - Motor KA - Kabelrolle Prof. Dr.-Ing. Frank Koppenhagen Fachkonferenz Refurbishing. April 0 Folie