Aufgrund der zunehmenden Anzahl an Elektrofahrzeugmodellen mit unterschiedlichen funktionalen und bauräumlichen Anforderungen nimmt auch die Variantenvielfalt von Lithium-Ionen-Batteriemodulen zu. Die Produktarchitektur und der Produktionsprozess von Batteriemodulen nach dem aktuellen Stand der Technik sind jedoch als sensitiv gegenüber den zur Erzeugung von Produktvarianten notwendigen Variationen der Ausprägungen physischer Produktmerkmale zu charakterisieren.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik, welche die Gestaltung variantenrobuster Produkt-Produktionssysteme für Batteriemodule unterstützt. Im Wesentlichen sind hierzu vor dem Hintergrund der Funktionserfüllung und der Kostensenkung in integrierter Weise zwei Entscheidungen zu treffen. Zum einen ist zu bestimmen, welche physischen Produktmerkmale zur Erzeugung von Produktvarianten variiert werden. Zum anderen ist festzulegen, durch welche Maßnahmen das Produkt-Produktionssystem umzugestalten ist.
Die Methodik gliedert sich in vier Module. Im ersten Modul wird das Produkt-Produktionssystem in Form eines Vier-Ebenen-Modells beschrieben, indem die funktionalen und physischen Elemente des Produktes und der Produktion sowie ihre Eigenschaften und Beziehungen zueinander modelliert werden. Auf dieser Grundlage erfolgt im zweiten Modul eine Analyse der funktionalen und kostenseitigen Wirkung der Variationen physischer Produktmerkmale. Die Variationswirkung wird untersucht, indem zunächst die Zusammenhänge zwischen den jeweiligen geforderten Produktfunktionen und Rahmenbedingungen sowie den physischen Produktmerkmalen mathematisch formuliert werden. Unter Kommunalitätsgesichtspunkten werden die Lösungsräume der dadurch entstehenden (Un-)Gleichungssysteme mithilfe eines Algorithmus analysiert und eine Vorauswahl von möglichen Lösungen getroffen, für welche sodann die durchschnittlichen Stückkosten bestimmt werden. Im dritten Modul werden generische produkt- und produktionsprozessbezogene Gestaltungsansätze zur Reduzierung variantenbedingter Kosten identifiziert, deren gezielte Anwendung auf das vorliegende Produkt-Produktionssystem zu spezifischen Gestaltungsmaßnahmen führt. Im vierten Modul wird schließlich mithilfe eines Entscheidungsmodells unter Beachtung von technischen Kompatibilitäten in integrierter Weise bestimmt, welche der zuvor vorausgewählten Lösungen zur Erzeugung von Produktvarianten zu realisieren und welche der identifizierten Gestaltungsmaßnahmen umzusetzen sind.