Development of a modular product architecture for a retractable azimuth thruster

Abstract

This thesis explores the development of a modular product architecture for a retractable azimuth thruster product family. The study aims to demonstrate how modularization can be put in-to practice for a product family and what kind of impacts could be expected. The thruster’s current technical implementation consists of two distinct modules, but modularity is not systematically utilized through the product structure. The benefits sought with the updated modular product architecture are to rationalize the product offering, increase the degree of modularity, improve manageability, and reduce the need to design project-specific components.

The thesis was done as qualitative research, combining a literature review with a case study. The literature review highlights key principles of modular design, including standardization, product structures, and configuration knowledge. Following this, a method called the Brown-field Process (BfP) was presented. The process consists of ten steps that build design information for creating a modular product.

The case study applies this process to the ULE PM thruster product family. First, the objectives sought with a modular product are identified, and the requirements causing variation in the product family are recognized. A modular product architecture aimed to fulfill these objectives and requirements is then formed, including 32 generic elements and 237 technical solutions. The proposed architecture reduces product complexity, improves configurability, and decreases the number of unique items by up to 40%. Business impact analysis indicates benefits in the product’s lifecycle, especially in sales and product development. Substantial initial investments could be anticipated for product development. The study’s results show that modularization could offer strategic advantages for the case company, and the proposed preliminary architecture provides a foundation for future modular product development.

Tämä opinnäytetyö tutkii modulaarisen tuotearkkitehtuurin kehittämistä sisäänvedettävälle ruoripotkurituoteperheelle. Tutkimuksen tavoitteena on osoittaa, kuinka modulaarisuus voidaan toteuttaa tuoteperheessä ja millaisia vaikutuksia tältä voidaan odottaa. Nykyinen tekninen toteutus sisältää kaksi erillistä moduulia, mutta modulaarisuutta ei hyödynnetä järjestelmällisesti tuotteen rakenteessa. Päivitetyn modulaarisen tuotearkkitehtuurin avulla tavoitellaan tuotevalikoiman järkeistämistä, modulaarisuusasteen kasvattamista, hallittavuuden parantamista sekä projektikohtaisten osien suunnittelutarpeen vähentämistä.

Tutkimuksessa käytettiin kvalitatiivista lähestymistapaa, jossa yhdistettiin kirjallisuuskatsaus ja tapaustutkimus. Kirjallisuuskatsaus tuo esiin modulaarisen suunnittelun keskeiset periaatteet, kuten standardisoinnin, tuoterakenteet ja konfigurointitiedon. Tämän jälkeen esiteltiin Brownfield Process (BfP) -niminen menetelmä. Prosessi koostuu kymmenestä vaiheesta, jotka tuottavat olennaista suunnittelutietoa modulaarisen tuotteen luomiseksi.

Tapaustutkimuksessa tätä prosessia sovelletaan ULE PM -sisäänvedettävälle ruoripotkuri-tuoteperheelle. Modulaarisen tuotteen tavoitteet tunnistetaan ja tuoterakenteen vaihtelua aiheut-tavat asiakasvaatimukset kartoitetaan. Näiden tavoitteiden ja vaatimusten täyttämiseksi muodostetaan modulaarinen tuotearkkitehtuuri, joka sisältää 32 geneeristä elementtiä ja 237 teknistä ratkaisua. Ehdotettu arkkitehtuuri vähentää tuotteen monimutkaisuutta, parantaa konfiguroitavuutta ja vähentää yksilöllisten osien määrää jopa 40 %. Liiketoimintavaikutusten analyysi osoittaa modulaarisen rakenteen tuovan hyötyjä tuotteen elinkaaressa, erityisesti myynnissä ja tuotekehityksessä. Alkuvaiheen tuotekehitys tulee kuitenkin vaatimaan huomattavia investointeja. Tulokset vahvistavat, että modulaarisuus voi tarjota strategisia etuja kohdeyritykselle ja luotu alustava modulaarinen rakenne luo perustan modulaaristen tuotteiden kehitystyölle.