Produktionssysteme

Modulare Architektur frühzeitig definieren

Mit der richtigen Produktarchitektur lassen sich die Kosten entlang der gesamten Wertschöpfungskette senken. Ein modularer Aufbau ermöglicht die Wiederverwendung von Komponenten, reduziert die Variantenvielfalt, senkt Montagekosten und führt zu effizienteren Lieferantenstrukturen. Wichtig ist, dass diese modulare Produktarchitektur in der frühen Phase der Entwicklung definiert wird – bereits hier wird der Großteil der späteren Kosten festgelegt. Mit seiner Software Metus adressiert ID-Consult genau diese Aufgabenstellung. Sie lässt sich zudem in die PDM-Lösung Teamcenter von Siemens PLM Software einbinden.

„Wir wollen das Wissen aller beteiligten Disziplinen bereits bei der Modellierung der technologisch wichtigen Kernkomponenten einer neuen Stranggussanlage erfassen und visualisieren“, berichtet Dr. Roger Steins von der Siemens VAI Metals Technologies GmbH im österreichischen Linz. Um dieses Ziel zu erreichen, setzen die Anlagenspezialisten die Software Metus der Münchner ID-Consult GmbH ein – ein Werkzeug zur Konzeption und Visualisierung von modularen Produktarchitekturen in der frühen Phase der Entwicklung. „Dadurch lässt sich die Gestaltung der Produktstruktur besser nachvollziehen – und in bereichsübergreifenden Diskussionen können zielführende Entscheidungen getroffen werden.“
Statt unzählige Excel-Listen zur Beschreibung der Anforderungen oder Funktionen zu erstellen, integrieren die Linzer alle Informationen in einem Datenmodell, auf das alle Disziplinen Zugriff haben. „Diese Verknüpfung der Informationen ermöglicht eine bessere Traceability im Engineering“, fährt Steins fort. So lasse sich beispielsweise anhand dieses Modells frühzeitig und schnell beurteilen, welche Auswirkungen Änderungen auf die unterschiedlichen Komponenten der Anlage haben.“ Hilfreich ist zudem, dass sich Metus in das verwendete PDM-System Teamcenter von Siemens PLM Software integrieren lässt. „Das war ein wichtiger Schritt für uns, weil sich so auch die in Metus entwickelte Produktstruktur direkt in Teamcenter importieren lässt – und damit die Basis für das entstehende Datenmodell der Konstruktion legt.“

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Je früher, desto besser

Entscheidend für den Aufbau einer modularen Produktarchitektur ist der Zeitpunkt, zu dem diese Arbeit durchgeführt wird. Bekannt ist, dass 70 bis 80 Prozent aller späteren Kosten eines Produktes in der frühen Phase der Entwicklung festgelegt werden. Von der zu diesem Zeitpunkt definierten Produktarchitektur hängen Erfolg oder Misserfolg eines Produktes ab. Ein kritischer Blick auf die Produktarchitektur ist deshalb insbesondere auch in Zeiten einer rasch wachsenden Nachfrage erforderlich, weil diese sonst oft zu einer ungebremsten Zunahme der Produktkomplexität führt und das wiederum eine überproportionale Steigerung der Kosten mit sich bringt. Stehen Kostenaspekte im Vordergrund – weil beispielsweise asiatische Märkte erschlossen werden sollen oder Wettbewerbsprodukte die eigene Marktposition bedrohen – ist oftmals eine radikale Vereinfachung der Produktarchitektur die einzige Lösung. Denn die richtige Architektur senkt nicht nur die Kosten, sie wirkt sich auch positiv auf die Time-to-Market, Profitabilität und Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens aus.

Polylemma der Produktentwicklung auflösen

Durch die Modularisierung seiner Straßenbahnen konnte etwa ein Schienenfahrzeug-Hersteller den durchschnittlichen Engineering-Aufwand je Auftrag um 73 Prozent senken. Zentraler Hebel war dabei die Wiederverwendung von bereits entwickelten Modulen und die Reduzierung zahlreicher ‚historisch gewachsener‘ Anforderungen. Präzise definierte Schnittstellen zwischen den einzelnen Modulen erlaubten es, sehr viel größere Entwicklungsumfänge an Systemlieferanten zu vergeben. Dadurch konnte die Zahl der Lieferanten annähernd halbiert werden, was wiederum zu effizienteren Beschaffungs- und Logistikprozessen führte. Geringere Varianz und höhere Stückzahlen senkten die Materialkosten um 18 Prozent, zugleich konnte der Montageaufwand durch die Modul-Montage um 63 Prozent reduziert werden. Und: Die Wiederverwendung standardisierter, getesteter Module minimierte den Änderungs- und Testaufwand, was die Inbetriebsetzung von 20 auf 4 Tage verkürzte. Neben den erwähnten Kosteneinsparungen konnte die Gesamt-Durchlaufzeit so um rund ein Drittel verkürzt werden.

Welchen Einfluss die Produktarchitektur hat, zeigte sich auch in einem Projekt, das vom Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik (Ikt) der RWTH Aachen zusammen mit ID-Consult durchgeführt wurde. Aufgabe der Studierenden war es, zu untersuchen, ob eine Modulbauweise oder eine integrierte Produktstruktur die richtige Strategie für eine Tankstellen-Zapfsäulenanlage mit mehreren Kraftstoffsorten ist. In kleinen Entwicklungsteams erstellten sie die Anforderungslisten, gestalteten die Produktstruktur, Baureihen, Baukästen und Module, um dann die Lösungen zu bewerten und zu dokumentieren. „Die Herausforderung dabei ist, stets das Polylemma zwischen den verschiedenen Anforderungen und Wünschen des Auftraggebers, des Endkunden und des Herstellers aufzulösen“, erläutert Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen. „Ohne den Einsatz der Metus-Software wäre dies nicht möglich gewesen.“

Die Definition der idealen Produktarchitektur ist eine komplexe Aufgabe, bei der die unterschiedlichsten Aspekte berücksichtigt werden müssen, etwa

heutige und zukünftige Kundenanforderungen,

die technisch zuverlässige Realisierung der geforderten Funktionen,

Montagegesichtspunkte,

die zu erwartende Varianz,

Materialkosten,

Qualitätsanforderungen und die

Einbindung von Lieferanten.

Um zu verhindern, dass die dafür erforderlichen Informationen sich über unzählige Excel-Tabellen, Notizzettel und die Köpfe der Entwickler verteilen, müssen diese gebündelt und systematisiert werden. Die dazu erforderlichen Methoden und Tools spielen idealerweise eng mit anderen PLM-Werkzeugen zusammen. Deshalb bietet Siemens PLM Software zusammen mit ID-Consult ein integriertes Lösungsportfolio für die frühe Phase der Entwicklung an, bei der sich Metus vollständig (wie oben beschrieben) in Teamcenter einbinden lässt. Die bidirektionale Schnittstelle zwischen den beiden Lösungen wurde gemeinsam mit der Willstätter BCT Technology AG entwickelt.

Mit der ID-Consult-Software lassen sich auf diese Weise die komplexen Zusammenhänge und Abhängigkeiten zwischen funktionalen Anforderungen, Komponenten und Modulen des Produkts sowie den Lieferantenbeziehungen erfassen und visualisieren. Die Elemente werden einfach durch Drag&Drop-Operationen verknüpft und können ebenso leicht umstrukturiert werden, um Alternativen zu untersuchen. Alle Informationen lassen sich in übersichtlichen Grafiken darstellen, was gerade bei komplexen Entwicklungsprojekten für mehr Transparenz sorgt. Mit Hilfe von Kennzahlen (wie etwa Modularisierungsgrad, Funktionskomplexität oder Zielkostenerreichung) kann der Anwender die Effekte der Optimierung auch direkt messen. -co-

ID-Consult GmbH, München Tel. 089/8906364-0, http://www.id-consult.com

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