生產工程中的模組化：它的粒度可以有多細？
以樂高積木為例，最能解釋模組化原則：幾塊基本積木和定義的連接元件，就能創造出無數具有不同功能的物件。對於複雜度和變異性較高的產品，這種方法也已在工業界確立。在控制和驅動技術中，PLC、IPC、HMI 和驅動元件等系統可由單個「切片」或多個遠端 I/O 區塊組裝而成，以適合各自的機器。優點：在進一步的使用過程中，可以不費吹灰之力地擴充或修改。
目前在機械工程領域中，除了模組化之外別無他法，因為相對應的概念旨在減少組合的差異性和複雜性，以及在不降低產品廣度和個性化的前提下降低整體成本(1)。如果考慮到製造系統的典型需求，這句話就更容易理解了：
個別產品」和「工業 4.0」等概念需要高度可變的生產系統，才能製造出更多種類的產品，甚至是更小量的產品。為此，系統必須具備可擴充性並提供後續擴充的選項 (2)。
對於機械工程公司來說，要接觸客戶，光是開發和銷售好的產品- 以及等待服務/維修訂單是不夠的。這是因為生命週期成本 (LCC) 在投資的經濟分析中扮演越來越重要的角色。LCC 可用於以非常透明的方式展示和銷售新的業務概念，包括維護、服務和改裝服務。這讓機器製造商更容易說服使用者擴大服務範圍的優勢，涵蓋設備的整個生命週期 (3)。對「按使用量付費」、「按月付費」和「按單位付費」等訂購模式的需求日益增加，印證了這一趨勢。畢竟，以使用和服務為導向的模式也具有經濟吸引力：2018 年，新機銷售的平均利潤率為 5.4%，而服務的利潤率為 40% (4)。
特別是在高價資本商品的情況下，擴充現有機器 和更新組件往往比購買全新的機器 和組件更經濟。
至少有些客戶期望來自不同供應商的機器模組或子系統能夠整合到現有的系統中，而不需要任何特別的努力。
模組化的先決條件
然而，在 OEM 決定推動其產品和製造的模組化之前，他們應該能夠肯定地回答下列問題：
新的、一貫模組化產品群的估計總成本，是否能在業界通常的時間框架內，並根據進一步市場開發的最壞情況假設，合理地收回成本？
所有相關部門是否都認為計劃重新設計機器或系統所帶來的挑戰是可行的？
是否所有受影響的業務部門都準備好根據新的模組化概念調整其工作方法？
此外，釐清機器或系統在多大程度上應被分割成模組也很重要。LEGO 的天才之處不在於積木本身，而在於積木之間的聯繫。這些決定了分割的可能粒度，但也是元件連接的限制因素。機器中的介面也有類似的情況：它們通過保證機器部件和生產線的正常運作，來確保連貫的 「整體結構」。因此，將「整體系統」的構成單元彼此正確分離是成功模組化的關鍵。
浩亭的建議
首先，根據功能來組織初始系統：分為反映您核心競爭力的關鍵功能、延伸至整個系統的基本功能（例如載具或運輸系統），以及附加或輔助功能。
現在將這些功能組合為模組- 但僅限於必要的粒度！考慮到可能優化的各個方面以及必要的設備差異。在機器生命週期中，儘可能包含提供服務的各個階段。
評估所有無法進一步「分割」的機器元件（感測器、執行器、人機介面、驅動器等），以及需要電力/電子電源、訊號或資料連線的機器元件，對於新定義機器模組的重要性。
將這些元件指定給適當的機器層。
分配所有必要的介面，以便將個別元件連接 至各自的機器模組。
結果是列出未來系統所有模組的矩陣：應可看到各部分的層級排列，包括介面及其模組相關性。根據矩陣，您可以評估機器設計的可行性、技術風險和後果。當您衡量模組對整體系統的重要性時，透明度就會增加。矩陣不僅顯示了所涉及的分數，還顯示了模組和製程開發的進一步步驟。
現在也可以更輕鬆地回答機器或工廠的控制系統 是否正確的 問題。浩亭對這個主題的觀察顯示...
關鍵功能變化程度高、空間範圍大的系統傾向於全程配備分散式 I/O 系統。
較小、變化性高的系統會選擇組合結構。然後集中設定關鍵和基本功能的控制，而額外的功能則視其複雜程度，選擇集中 (簡單) 或分散 (複雜介面) 控制；
對於變異性低的小型和/或簡單系統，純中央控制更簡單、更經濟。
介面的相關性
與模組化生產系統相關的幾乎絕對自由度 受到介面的決定性影響。這些元件所提供的傳輸能力和動作選項，有助於決定系統的模組化程度。因此，介面應...
總是以成本最佳化的方式設計，以符合傳輸路徑的各項需求 (電氣、EMC 特性)；
每個機器模組的技術參數、尺寸和數量均可逐漸擴充；
能夠滿足材料、接觸、安裝和保護類型方面的不同要求，並整合其他傳輸媒介，例如光纖電纜和壓縮空氣。
透過模組化提高效率
在生命週期（LCC 模型）中，以所有成本和服務提供流程的目標最佳化為基礎的一致模組化，可根據模組化原則製造機器 - 大大節省人力。 同時，客戶特定配置的空間也更大。使用者也能從模組化中獲益，因為他們收到的機器在成本和需求方面都經過優化，同時設計也很透明。介面是成功模組化的決定性因素。
參考資料
VDMA、麥肯錫，2014 年、
「德國機械工程的未來前景」 羅蘭貝格，2011 年、
「2020年生產系統」 M.Bode, F. Bünting, K. Geißdörfer, "Rechenbuch der Lebenszykluskosten", VDMA Verlag, ISBN 978-3-8163-0617-7
德國商業銀行，2019 年、
「德國的機械工程」 ID-Consult、
「2018/2019年模組化策略：模組化產品架構對企業成功的影響」
