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Modularisierung ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Das Prinzip in der Programmierung ist unter modulare Programmierung beschrieben Modularitat auch Baustein oder Baukastenprinzip ist die Aufteilung eines Ganzen in Teile die als Module Komponenten Bauelemente Baugruppen oder Bausteine bezeichnet werden Bei geeigneter Form und Funktion konnen sie zusammengefugt werden oder uber entsprechende Schnittstellen interagieren Bei einem modularisierten Aufbau werden Systeme aus Bauteilen entlang definierter Stellen bei Programmen Schnittstellen zusammengesetzt Die gegenteilige Bauweise nennt man einen integralen Aufbau oder auch monolithisch griechisch monolithos der Einstein Dies kann sich sowohl auf reale Objekte als auch auf Immaterielles wie beispielsweise eine Ausbildung beziehen Als Anwendungsparadigmen fur Modularitat lassen sich u a unterscheiden Modularitat in der Entwicklung z B in Anlagenbau Softwarearchitektur oder Unternehmensorganisation Modularitat in der Produktion Mass Customization z B in Automobilbau Computer Fertigung und Architektur sowie Modularitat im Gebrauch Plug and Play 1 Inhaltsverzeichnis 1 Wissenschaftlicher Hintergrund 2 Funktionsprinzipien 3 Herausforderungen 4 Anforderungen der Baukastengestaltung 5 Vorteile und Nutzen 6 Grenzen und Risiken der Modularisierung 7 Anwendungsbeispiele 8 Siehe auch 9 Literatur 10 Weblinks 11 EinzelnachweiseWissenschaftlicher Hintergrund BearbeitenEinige Forscher geben eine Definition von der Architektur von allgemeinen Systemen 2 3 wahrend andere sich dabei auf die Architektur von Produkten beziehen 4 Den verschiedenen Definitionen liegt dennoch der gleiche Gedanke zugrunde dass Architektur den strukturellen Aufbau eines Systems beschreibt und somit als ein Entwurf anzusehen ist welcher die Bestandteile eines Systems deren jeweilige Funktionen und die Schnittstellen zwischen diesen definiert 5 Crawley u a 2004 identifizieren die Architektur als Schlusselelement fur die Planung den Betrieb und das Verhalten komplexer Systeme Dabei ist die Architektur eine abstrakte Beschreibung eines Systems seiner Elemente und der Beziehungen zwischen diesen Die Architektur ist in der Lage die Funktionen und Eigenschaften von Systemen zu beeinflussen 2 Sanchez und Mahoney 1996 beschreiben die Architektur eines komplexen Systems ob nun ein Produkt oder aber eine organisationale Struktur als ein Konstrukt aus mehreren miteinander interagierenden Teilen welche zu einem gewissen Grad voneinander abhangig sind In einer weiteren Definition der Architektur von Produkten erklaren Sanchez und Mahoney dass eine Komponente innerhalb einer Produktdesigns eine Funktion innerhalb eines Systems von miteinander interagierenden Komponenten ausubt und deren gemeinsame Funktionen das Produkt abbildet Die Beziehungen zwischen den Komponenten und der sie verbindenden Schnittstellen bildet die Produktarchitektur 3 Architektur ist das Muster nach welchem Funktionen physikalischen Objekten zugeordnet werden und wie diese miteinander interagieren Auf dieser Definition basierend erklart Ulrich 1995 die Architektur eines Produktes weiter als Anordnung funktionaler Elemente die Zuordnung dieser zu physikalischen Komponenten sowie die Festlegung der Schnittstellen zwischen diesen Dabei bezeichnet Ulrich funktionale Elemente als einzelne Funktionen welche durch das Produkt erfullt werden Die Anordnung dieser stellt damit eine funktionale Struktur dar Ein physikalisches Produkt besteht dabei aus einer oder mehrerer Komponenten welche die funktionalen Elemente des Produktes ausuben Hierbei konnen eine oder mehrere dieser Komponenten auch einem oder mehreren funktionalen Elementen zugeordnet werden und diese ausuben Die gegenseitig aufeinander einwirkenden Komponenten sind dabei mit Schnittstellen verbunden welche die Interaktionen zwischen ihnen koordinieren 4 Ist ein funktionales Element genau einer Komponente des Systems zugeordnet spricht man von einer eher modularen Struktur Wird ein funktionales Element von mehreren Komponenten ausgeubt spricht man von einer eher integralen Struktur Aus diesem Grund konnen sich Systeme welche die gleichen Aufgaben erfullen in ihrer Architektur grundlegend unterscheiden 3 4 6 Die Zustande komplett modularer oder integraler Produkte sind keine klar bestimmten Zustande und stellen in der Realitat eher nicht aufzufindende Falle dar Dennoch lassen sich Systemenarchitekturen vom Grad der beiden Zustande differenzieren befinden sich auf einer in ihren Grenzen nicht klar festgelegten Skala zwischen diesen beiden Extremfallen und konnen sich jeweils einem Zustand annahern oder aber auch davon entfernen So sagt man Systemen welche man in ihre Komponenten zerteilen umgestalten und wieder zusammenfugenkann ohne dass sie dabei einen Verlust von Funktionalitat erleiden einen hohen Grad an Modularitat zu 7 8 9 10 11 Die kleinste vornehmbare Anderungen an einem System ist eine Anderungen einer der Komponenten Die Systemarchitektur bestimmt dabei welche funktionalen Elemente durch eine Anderung beeinflusst werden und welche weiteren Komponenten davon betroffen sind Darum steht die Art der Architektur eines Systems in direktem Zusammenhang mit dem Grad seiner Komplexitat und der Moglichkeit Veranderungen in diesem durchzufuhren 4 George Stigler beobachtete dass viele Industrien durch ihre kleine Grosse mit einer vertikal integrierten Struktur begannen und im Laufe ihres Wachstums die Anzahl an spezialisierten Unternehmen zunahm 12 Diese Beobachtung dass es bei wissensintensiven Prozessen zu einem industrieubergreifenden Wandel zu immer hoher spezialisierten Unternehmen und damit auch einer Zunahme an verteilten oder auch unternehmensubergreifenden Entwicklungen neuer komplexer Systeme kommt wurde spater von weiteren Forschern bestatigt 13 So wurde dieser Wandel in der Festplatten 14 Computer 15 16 14 Mikroprozessor 17 14 High Fidelity 16 Fahrrad 18 und Automobilindustrie 19 nachgewiesen Die effiziente Umsetzung dieses Trends wird erst durch modulare Produktarchitekturen ermoglicht Funktionsprinzipien Bearbeiten nbsp Skizze eines kleinen Nachbarschaftsnetzwerks mit drei voneinander relativ unabhangigen Komponenten oder Modulen Die wenigen Verbindungen der Module untereinander reprasentieren ihre Schnittstellen Das Konzept der Modularitat wurde in der Forschung mit unterschiedlichen zugrundeliegenden Definitionen behandelt Diesen Definitionen unterliegt generell das Verstandnis dass Modularitat den Zustand eines Systems beschreibt in welchem die Abhangigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten niedrig gehalten und ihre Interaktionen miteinander uber standardisierte Schnittstellen koordiniert werden Einzelne bis alle Komponenten des Systems sind dabei durch andere Komponenten austauschbar ohne die Funktionsfahigkeit des Gesamten zu gefahrden 20 4 16 21 Als Folge eines solchen Systemzustandes konnen die einzelnen Module weitgehend unabhangig voneinander operieren oder bei einem Produkt voneinander entwickelt und hergestellt werden 22 3 23 24 Einzelne Komponenten lassen sich unterschiedlich zu einem Ganzen kombinieren wenn sie wie Spielbausteine ausgefuhrt sind das beschreibt das sprachliche Bild das Gegenteil ware einem Puzzle vergleichbar bei dem jede Komponente nur genau einen moglichen Platz hat und das System nur als ein ganzer Block monolithisch funktioniert Ein grosser Vorteil ist dass man alte Module leicht gegen neue Module austauschen oder neue Module zum Ganzen hinzufugen kann Dafur brauchen Module klare Schnittstellen moglichst genormt um Probleme der Kompatibilitat des Zusammenpassens gering zu halten Anderungen innerhalb von Modulen sollten sich nicht auf andere Module auswirken Dieses Prinzip nennt man lokale Stetigkeit bei Anderungen Um Anderungen moglichst problemlos durchfuhren zu konnen sollte die Anzahl der Schnittstellen moglichst klein sein Treten Fehler in Modulen auf durfen diese Fehler andere Module nicht in Mitleidenschaft ziehen lokaler Schutz bei Ausnahmefehlern Diese Prinzipien betreffen beispielsweise die Modularitat von Softwareprojekten sind jedoch auch auf andere Bereiche anwendbar Hierdurch ist es auch moglich die statistische Lebensdauer von Modulen untereinander zu entkoppeln und z B Innovationen gezielt und storungsfrei in bestehende Systeme einzubringen Module setzen das Black Box Modell um Informationen sind nur uber explizite Schnittstellen zuganglich Herausforderungen BearbeitenImmer mehr Unternehmen strukturieren ihre Produkte in Baukasten um individuell konfigurierbare Endprodukte erzeugen zu konnen ohne auf baureihenubergreifende Skaleneffekte verzichten zu mussen Aufgrund entscheidender Unterschiede zwischen Baukastensystem und der klassischen Produktenentwicklung stehen Unternehmen bei der Baukastengestaltung vor der Herausforderung erhohter Entwicklungsaufwande da sich Module nicht mehr auf einzelne Produkte und deren Produktionsprozesse beziehen sondern eine ungleich hohere Produktvielfalt ermoglichen Die Unterschiedlichen Kundenanforderungen mussen durch standardisierte Bausteine und individuelle Anpasselemente flexibel uber den Baukasten realisierbar sein Organisatorisch stehen Unternehmen vor der Herausforderung den ubergreifenden Einsatz von Baugruppen und Modulen innerhalb des Baukastens mit der notwendigen Akzeptanz und Verstandnis bei den Mitarbeitern zu etablieren Anforderungen der Baukastengestaltung BearbeitenDas Schaffen von Akzeptanz und Verstandnis fur die branchenubergreifende Anwendbarkeit und alle an der Wertschopfung beteiligten Bereiche des Baukastenentwicklungsprozesses ist von grosser Bedeutung Der Fokus liegt nicht alleine auf dem Produkt sondern auch auf der Produktion der Montage dem Markt und weiteren Feldern der Wertschopfungskette die in den Entwicklungsprozess eingebunden werden sollen sodass alle Beteiligten zu jedem Zeitpunkt den Uberblick uber den Entwicklungsstand behalten und sich einbringen konnen Vorteile und Nutzen Bearbeiten nbsp Unimog 405 mit Heckenschere von MULAG als modulares Anbaugerat Durch verschiedene kompatible Module die zur Verfugung stehen und angebracht entfernt gewechselt oder anders gruppiert werden konnen lasst sich das Fahrzeug System an verschiedene Bedingungen anpassenDurch die Modularitat von komplexen Systemen lasst sich deren Verstandlichkeit fur den Menschen erhohen Fur den Hersteller bzw das Unternehmen fur den Service wie auch fur den Konsumenten bzw Kunden kann ein Baukastenprinzip Vorteile bringen besonders wenn unterschiedliche Unternehmen am Markt als Anbieter von weitgehend standardisierten Einzelkomponenten bzw Geschaftsprozessen miteinander konkurrieren Mogliche Vorteile sind niedrigere Entwicklungs bzw Geschaftsprozesskosten Modularisierung reduziert Koordinations und Kommunikationskosten und ermoglicht Outsourcing und Benchmarking Flexibilitat in der Produkt bzw Organisationsentwicklung schnellere Produktzyklen und hohere Anpassungsfahigkeit wenn verschiedene kompatible Module zur Verfugung stehen die angebracht entfernt gewechselt oder anders gruppiert werden konnen um das System an neue Bedingungen anzupassen Ein monolithisches System hingegen kann solche Anpassungen nur in Form einer Strukturumwandlung bewerkstelligen wenn die Parametrisierung seiner Funktionen nicht eine passende Einstellung erlaubt Flexibilitat im Angebot grossere Produktvarietat billigere Herstellung durch baugleiche Serien und einfachere Montageprozesse Wartung kostengunstige Reparatur durch Austausch der fehlerhaften KomponenteGrenzen und Risiken der Modularisierung BearbeitenVerarbeitungsgeschwindigkeit und Anpassungsfahigkeit Modularisierung hat dort ihre Grenzen wo ein System sehr spezifischen Anforderungen gerecht werden muss insbesondere im Hinblick auf Verarbeitungsgeschwindigkeit Performance oder problemspezifische Anpassungsfahigkeit Ursache sind in der Regel die hohen Kosten fur eine Anderung bzw Erweiterung der Schnittstellen zwischen den Modulen wenn sich durch den Austausch eines Moduls allein keine weitere Verbesserung mehr erzielen lasst fur eine Anpassung des Gesamtsystems sofern uberhaupt moglich an kundenindividuelle bzw problemspezifische Anforderungen In der Informationstechnik beispielsweise gibt es Unternehmen die sich darauf spezialisiert haben kunden individuelle Software Losungen Individualsoftware zu entwickeln Solche Komponenten werden von ihren Kunden trotz ggf hoherer Kosten erganzend oder alternativ zu Standardsoftware eingesetzt wenn diese den Anforderungen nicht genugt Hemmende Wirkung richtungsweisender Innovationen Wie Fleming und Sorenson welche Daten des US amerikanischen Patentamts aus einem Zeitraum von 200 Jahren auswerteten feststellen kann der Trend zu hochgradiger Modularitat die Innovationsfahigkeit eines Systems negativ beeinflussen Wahrend einerseits ein modulares Design die Produktentwicklung vorhersagbar machen kann und die Innovationsraten der einzelnen Module beschleunigt kann andererseits ein Punkt erreicht werden wo Modularisierung die Chancen fur einen richtungsweisenden modulubergreifenden Durchbruch in der Produktentwicklung untergrabt Gemass der Untersuchung ihres Modells ubt das Abhangigkeitsverhaltnis zwischen den Modulen den grossten Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit modulubergreifender und somit potenziell richtungsweisender Innovationen aus Ihr Modell ergibt dass gute Innovationen in Situationen hoher Abhangigkeiten zwischen den Modulen signifikantere Auswirkungen haben konnen als die besten Innovationen in Situationen niedriger Abhangigkeiten Um den Nutzen von Innovationen zu optimieren empfehlen sie daher eine Balance zwischen dem Grad der Abhangigkeiten und Unabhangigkeiten innerhalb eines Systems zu finden 25 Imitierbarkeit Gerade die Vorhersagbarkeit die fur einen modularen Ansatz typisch ist kann dazu fuhren dass ein konkurrierendes Unternehmen ahnliche Produkte entwickelt 26 Kooperationsfahigkeit und strategische Steuerung Unter den organisatorischen Einheiten die fur je einzelne Module in der Produktentwicklung bzw einzelne Prozesse im Unternehmen zustandig sind kann es zu einem verringerten Austausch von implizitem Wissen und zu einer reduzierten Kooperationsfahigkeit kommen Dadurch kann der Blick auf die Performance des gesamten Systems verstellt werden 1 Anwendungsbeispiele BearbeitenNormteile genormte technische Bauteile als funktionelle Einzelteile und standardisierte Baugruppen Montagegruppen in Maschinenbau und anderen Gebieten der Technik uber die etwa Baukastenstucklisten nach DIN 6789 gefuhrt werden Bedeutende Einsatzgebiete sind u a Raumstationen Plattformstrategie im Fahrzeugbau in Computern in denen austauschbare Bauteile uber standardisierte Schnittstellen kommunizieren z B Steckkarten oder Speichermodule Der IBM PC und seine Nachfolger verdanken ihre Verbreitung auch und gerade diesem Effekt Modularer Maschinenbau insbesondere technische Grossanlagen wie Kraftwerke und Verkehrsanlagen aber auch kleinere Maschinen wie ein modularer Seilzug Elektrische und elektronische Bauelemente Bestuckung von Platinen Das 19 Zoll Aufbausystem Rack der Elektronik Lego Fischertechnik oder Rasti In Architektur und Bauwesen In Serie vorgefertigte Bauteile Gebaude aus modularen Raumelementen zum Beispiel Containergebaude oder Modulbauten Gebaudekomplexe insbesondere Hochhauser aus modularen Gebaudeteilen Gebaudeflugeln zum Beispiel das Crystal Palace London 1851 Mobelbausysteme wie USM Haller Komponentenbasierte Entwicklung von Software Gruppen von Befehlen als funktionsorientierte Komponenten in Computerprogrammen die eine bestimmte Funktion erfullt und uber eine definierte Schnittstelle aufgerufen wird Softwaremodule fur wiederkehrende Aufgaben Kernel Module Betriebssystemkomponenten die nur bei Bedarf aktiviert werden im Gegensatz zum Kernel Geschaftsprozessmodellierung bzw Business Process Reengineering zur Optimierung der Ablaufe in einem Unternehmen gestufte Studiengange im Hochschulwesen Content Management bzw Wissensmodellierung mit Hilfe eines Wikis modularisiert das zu dokumentierende Wissen ausserst feingranular Die Schnittstellen sind die Links zwischen den einzelnen Wissenseinheiten also Wiki Seiten beim Militar welche sich zu einem modularen Aufbau hin wandelt siehe Transformation Militarwissenschaft bei Modularen Synthesizern zur Klangsynthese Produktions und Kompositionstechnik fur Popmusik entwickelt von Brian Wilson bekannt geworden durch Good Vibrations und Smile Modularer Modelleisenbahnbau bei grossen Modelleisenbahnanlagen bedarfsgerechte Dosierung der waschaktiven Substanzen durch ein Waschmittel Baukastensystem das es beispielsweise erlaubt den benotigten Wasserentharter je nach Wasserharte vor Ort getrennt zuzusetzen und somit diesen unabhangig zu dosieren Modularis ist ein System das eine Physical Computing Plattform als Baukasten bereitstellt 27 Siehe auch BearbeitenIntegrationsmodell Baukasten amp ModularitatLiteratur BearbeitenMargit Osterloh Das Management von Strukturen und Prozessen IOU Institut fur Organisation und Unternehmenstheorien Universitat Zurich 2 Mai 2006 PDF auf uzh ch K B Clark C Y Baldwin Design Rules Band 1 The Power of Modularity MIT Press Cambridge Massachusetts 2000 ISBN 0 262 02466 7 englisch Ron Sanchez im Interview Modularity upgrading to the next generation design architecture In Connected Magazine Dossiers 12 Mai 2000 englisch Professor fur Strategie und Technologie Management am IMD International Institute for Management Development Lausanne Stefano Brusoni Andrea Prencipe Unpacking the black box of modularity Technologies products and organizations In Industrial and Corporate Change Band 10 2001 S 179 205 englisch PDF 1 3 MB auf rollins edu Gunther Schuh Produktkomplexitat managen Strategien Methoden Tools Hanser Munchen August 2017 ISBN 978 3 446 45225 1 Gunther Schuh Leitfaden zur Baukastengestaltung VDMA Frankfurt M 2015 ISBN 978 3 8163 0674 0 Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Modularitat Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten a b Margit Osterloh Das Management von Strukturen und Prozessen Memento des Originals vom 4 Marz 2016 imInternet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www uzh ch IOU Institut fur Organisation und Unternehmenstheorien Universitat Zurich 2 Mai 2006 a b Edward Crawley Olivier de Weck Steven Eppinger Christopher Magee Joel Moses Warren Seering Joel Schindall David Wallace Daniel Whitney THE INFLUENCE OF ARCHITECTURE IN ENGINEERING SYSTEMS PDF Monograph of the MIT ESD Architecture Committee In Engineering Systems Symposium Proceedings Marz 2004 abgerufen am 29 April 2016 englisch a b c d Ron Sanchez Joseph T Mahoney Modularity flexibility and knowledge management in product and organization design In Strategic Management Journal Band 17 Nr 2 1996 S 63 76 doi 10 1002 smj 4250171107 a b c d e 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Innovation in Complex Systems In Management Science Band 50 Nr 2 2004 S 159 173 doi 10 1287 mnsc 1030 0145 Manuel E Sosa Steven D Eppinger Craig M Rowles The Misalignment of Product Architecture and Organizational Structure in Complex Product Development In Management Science Band 50 Nr 12 2004 S 1674 1689 doi 10 1287 mnsc 1040 0289 Glenn Hoetker Do Modular Products Lead to Modular Organizations In Strategic Management Journal Band 27 Nr 6 2006 S 501 518 doi 10 1002 smj 528 George J Stigler The Division of Labor is Limited by the Extent of the Market In Journal of Political Economy Band 59 Nr 3 1951 S 185 193 Sebastian K Fixson Jin Kyu Park The power of integrality Linkages between product architecture innovation and industry structure In Research Policy Band 37 Nr 8 2008 S 1296 1316 doi 10 1016 j respol 2008 04 026 a b c Clayton M Christensen Matt Verlinden George Westerman Disruption disintegration and the dissipation of differentiability In Industrial and Corporate Change Band 11 Nr 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