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Entwicklung eines kosten-und variantenoptimierten Produktbaukastens | Im Maschinenbau und in der Zulieferindustrie steigen die Variantenvielfalt und damit die Komplexität der Maschinen und Komponenten durch markt- und kundenspezifische Anforderungen und zunehmenden Wettbewerb stetig.

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Entwicklung eines kosten-und variantenoptimierten Produktbaukastens | Im Maschinenbau und in der Zulieferindustrie steigen die Variantenvielfalt und damit die Komplexität der Maschinen und Komponenten durch markt- und kundenspezifische Anforderungen und zunehmenden Wettbewerb stetig. Während die interne Vielfalt in Produkten, Baugruppen und Einzelteilen beispielsweise um 100 Prozent zunimmt, stagniert der Umsatz bei gleichzeitigem Kostenanstieg zwischen 15 und im Extremfall 30 Prozent. Derartige Kostensteigerungen lassen sich nicht an die Kunden weitergeben, da diese bei steigenden Leistungsanforderungen eine Reduzierung der Preise und Lieferzeiten fordern.

Erfolgreiche Unternehmen begegnen dieser Situation mit dem Aufbau von kosten- und variantenoptimierten Produktbaukästen, mit denen durch geschickte Kombinatorik aus definierten Bausteinen eine Vielzahl von kundenangepassten Endartikeln generiert werden können. Somit wird einerseits der Forderung nach kundenindividuellen Produkten zu Preisen von Serienartikeln Rechnung getragen, andererseits bleiben die interne Komplexität und damit Aufwände in der Angebots- und Auftragsabwicklung unter Kontrolle. Durch die generierten Skaleneffekte können die Herstellkosten in der Produktion erheblich um 15 bis 30 % gesenkt werden. Der strukturierte Aufbau von Produktbaukästen, also von modular gestalteten Produkten, erfolgt in 6 Schritten, die nachfolgend beschrieben werden:

Requirement Management
Das Requirement Management hat den Aufbau strukturierter Lasten- und Pflichtenhefte zum Ziel, in denen die Produkteigenschaften nach Basismaschinen, Varianten, Optionen und Sonderausführungen aufgeführt sind. Dazu sollte zunächst eine Klärung der Produkt-Markt-Strategie für die verschiedenen Märkte bzw. Branchen erfolgen. Gleichzeitig sind Preisstrategien und damit die Zielkostenvorgabe für die definierten Produktvarianten zu erarbeiten. Alle innerbetrieblichen Anforderungen, insbesondere aus den Bereichen Wertschöpfung, Supply Chain und Qualitätsmanagement, sind bereits in dieser frühen Phase in den Lastenheftentwurf mit einzubeziehen. Nur auf diese Weise erreicht das Lastenheft über alle Unternehmensbereiche hinweg die notwendige Akzeptanz und Beständigkeit.

Variantentreiber und Lösungscluster
In der Phase „Variantentreiber und Lösungscluster“ werden die Variantentreiber geclustert und isoliert, und es erfolgt ein erster Abgleich zwischen der Merkmalsausprägungen und einem ersten Entwurf der Produktstruktur, um Häufigkeiten in Merkmalsausprägungen und Produktschwerpunkten zu erkennen. Sukzessive entsteht auf diese Weise ein erster Entwurf für mögliche Produktarchitekturen bzw. Produktstrukturen. Die Produktvarianten werden verschiedenen Klassen der Abwicklungsprozesse zugeordnet, vom Sachnummernverkauf über konfigurierbare Variantenprodukte bis hin zu Engineering- bzw. Sonderkonstruktionsabläufen.

Funktionsstruktur und Schnittstellenkonzept
Im 3. Arbeitspunkt werden die Hauptfunktionen des modularen Produktes endgültig definiert und auf Teilfunktionen heruntergebrochen. Der strukturelle Funktions- und damit auch der Produktaufbau werden abschließend definiert und physische Module sowie deren zugehörige Bauräume festgelegt.

Produktarchitektur und Produktstruktur
Zur Erarbeitung der zukünftigen Produktarchitektur sind folgende Arbeitsschritte notwendig:

Definition der Produkt-Programm-Breite als Ergebnis der Kombinatorik der physischen Module und der Verwendungslogik zum Markt hin.

Analyse und Festlegung von Baugrößen und Leistungssprüngen nach Verwendung und Gängigkeit.

Ablösung der Produktsicht durch das Herausstellen der kombinierbaren Modulsichten aus dem geplanten Produktbaukasten.

Die vertikale Produktstruktur hingegen wird durch die Isolierung der Varianten- und Komplexitätstreiber, der Fixierung der Produkt-Prozess-Gestaltung in Abstimmung mit den Fertigungs- und Montagebereichen (gekippte Produktstruktur als Master für die Fertigungs- und Montageabläufe) aufgebaut. Hierdurch wird der hierarchische Produktaufbau mit seinen Strukturelementen definiert. Dies erfolgt nach wertschöpfungs- und logistikoptimierten Gesichtspunkten unter Berücksichtigung möglicher Dispositions- und Bestandsstufen.

Design to cost, Wertanalyse, Variantenkosten
Zur Entwicklung kostenoptimierter Produktbaukästen erfolgt parallel zur Entwicklungsphase der Aufbau einer entwicklungsbegleitenden Kalkulation zur fortlaufenden Überprüfung der Zielkosten für die jeweiligen Funktionsvarianten. Zunächst wird eine Baseline aus gängigen Referenzprodukten beispielsweise aus der abzulösenden Produktgeneration definiert, auf deren Basis die Kostenvergleiche stattfinden. Weiterhin sind zusätzlich zu den Herstellkosten die Variantenkosten zu ermitteln und zu bewerten, die in den Prozessen und Gemeinkosten entstehen (Prozesskostenbetrachtung). Zusätzlich können wertanalytische Betrachtungen auf Basis der Baseline bzw. den Modulentwürfen für den Produktbaukasten wertvolle Ansätze zur Kostensenkung liefern. Ziel dieses Arbeitsschrittes ist die Sicherstellung varianten- und wertanalytisch-optimaler Produkt- und Kostenstrukturen.

Produkt-Prozess-Engineering
Im letzten Arbeitspunkt wird die Wertschöpfungs- und Zulieferstruktur an die neu erarbeiteten Produktarchitekturen und -strukturen angepasst, um das optimale Zusammenspiel zwischen den Disziplinen zu gewährleisten. Dabei muss das Fertigungs- und Montagekonzept samt Logistik und Kommissionieren sowie das Zulieferkonzept nach Gesichtspunkten der schlanken Produktion erarbeitet werden. Der modulare Produktaufbau mit den verbundenen Effekten ermöglicht hierbei den Einsatz von Methoden wie beispielsweise Taktmontage von Baugruppen, späte Kundenkopplung und Variantenentstehung sowie eine stabile Produkt-Prozess-Segmentierung in den Wertschöpfungsbereichen.

Vorteile modularer Produktstrukturen
Modulare Produktstrukturen unterstützen maßgeblich die Generierung von Skaleneffekten in Baugruppen und Einzelteilen, ohne die vom Markt geforderte Vielfalt deutlich einzuschränken. Gleichzeitig sind deutliche Kostensenkungen in Herstell- und Prozesskosten realisierbar. Somit werden alle produktbezogenen Unternehmensbereiche von der Entwicklung über Einkauf und Beschaffung, Qualitätsmanagement, Materialwirtschaft, Fertigung und Montage inklusive Inbetriebnahme sowie Vertrieb und Produktmanagement entlastet.

Dr.-Ing. Daniel Kortmann ist seit 2007 Experte für schlanke Produktionssysteme und wertschöpfungsoptimierte Produktstrukturierung im Bereich Produktion bei Dr. Wüpping Consulting (DWC). Im Mittelpunkt der Beratung von DWC steht die ganzheitliche Optimierung von Wertschöpfungsprozessen bei Unternehmen mit technisch anspruchsvollen Produkten. Hierbei werden insbesondere die Bereiche Vertrieb, Entwicklung, Produktion/Logistik und Beschaffung fokussiert.

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