Modular Function Deployment, Expanded: Integrating Design for Assembly into the modularisation process for effective product architecture development
2025 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Sustainable development
SDG 9: Industry, innovation and infrastructure, SDG 12: Responsible consumption and production
Abstract [en]
How early should assembly considerations shape modular product architecture?
This thesis addresses the question by reframing Design for Assembly (DfA) from a downstream optimisation task into a design logic embedded at the start of modular product development. In many industrial settings, modularisation is shaped by customer values and market variety, while production and assembly remain implicit or postponed. When these factors are left until later, the chance to create automation-ready, lifecycle-resilient architectures and to enable reconfigurable manufacturing systems (RMS) creation is often lost.
The research develops an expanded Modular Function Deployment (MFD) method that integrates DfA into the earliest stages of decision-making. MFD is well established as a way to structure architectures around customer needs, but it has usually treated assembly as a concern for later. This has led to DfA being applied reactively, once architectural choices are already locked, which limits its ability to influence strategic or system-level design.
To change this, the thesis introduces a new dual framing: module-level DfA (mDfA) for guiding the early selection and grouping of technical solutions, and architecture-level DfA (aDfA) for evaluating spatial layout, sequencing logic, and assembly complexity once a candidate architecture exists.
This framing is made practical through a set of lightweight, prescriptive tools designed to fit within the standard MFD process.
- DfA-based internal evaluation criteria for concept selection.
- Assembly-oriented module drivers within the Module Indication Matrix.
- A coded interface taxonomy to structure and retain assembly knowledge.
- The Assembly Directions and Connections Draft (ADCD) for improving the planning of spatial logic and insertion directions.
- The Module Set Assembly Strategy Matrix (MSASM) for the evaluation of module-set complexity and automation potential.
These supports allow teams to analyse assembly implications before geometries are fixed, making it easier to align modularity with production realities.
The research follows a design research methodology (DRM), combining literature synthesis, industrial case studies, expert workshops, and applications in graduate-level engineering education. The tools were tested in both greenfield and brownfield contexts, in sectors ranging from professional equipment to consumer products. Results show that they help bring assembly consequences into view earlier, improve interface considerations, and strengthen cross-functional alignment.
The contribution is twofold. Theoretically, it introduces the dual framing of module-level and architecture-level DfA, extending assembly reasoning from part-level simplification to architectural planning. Practically, it delivers a workflow that supports production-aware modularisation without requiring high digital maturity or large resource investments. By enabling adaptable, automation-ready architectures that align with lifecycle goals, the work contributes to long term manufacturing resilience and as a consequence connects to United Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs) 7, 9, and 12.
Abstract [sv]
Hur tidigt bör monteringsaspekter forma modulära produktarkitekturer?
Denna avhandling adresserar den frågan genom att omformulera Design for Assembly (DfA) från en nedströms optimeringsuppgift till en konstruktionslogik inbäddad redan från början av utvecklingen av modulära produkter. I flera industriella sammanhang formas modularisering av kundvärden och marknads variation, medan produktion och montering förblir underförstådda eller skjuts upp. När dessa faktorer lämnas till senare skeden går ofta möjligheten förlorad att skapa arkitekturer som är redo för automatisering, livscykelresistenta och möjliggör skapandet av omkonfigurerbara tillverkningssystem (Reconfigurable Manufacturing Systems, (RMS)).
Forskningen utvecklar en utökad version av Modular Function Deployment (MFD) som integrerar DfA i de tidigaste beslutsfaserna. MFD är väl etablerad som metod för att strukturera arkitekturer utifrån kundbehov, men har traditionellt sett behandlat montering som en senare fråga. Detta har lett till att DfA ofta tillämpas reaktivt, när arkitektoniska val redan är låsta, vilket begränsar dess möjlighet att påverka strategisk eller systemnivådesign.
För att ändra detta introducerar avhandlingen en ny dubbel inramning: modulnivå-DfA (mDfA) för att styra det tidiga urvalet och grupperingen av tekniska lösningar, samt arkitekturnivå-DfA (aDfA) för att utvärdera rumslig layout, sekvenslogik och monteringskomplexitet när en kandidatarkitektur finns.
Denna inramning operationaliseras genom en uppsättning lättviktiga, föreskrivande verktyg utformade för att passa in i den standardiserade MFD-processen.
- DfA-baserade interna utvärderingskriterier för konceptval.
- Monteringsorienterade moduldirektiv i Module Indication Matrix.
- En kodad gränssnittstaxonomi för att strukturera och bevara monteringskunskap.
- Assembly Directions and Connections Draft (ADCD) för planering av rumslig logik och insättningsriktningar.
- Module Set Assembly Strategy Matrix (MSASM) för att kvantifiera modulset-komplexitet och automatiseringspotential.
Dessa stöd möjliggör analys av monteringskonsekvenser före fastställda geometrier och underlättar anpassning av modularitet till produktionsrealiteter.
Forskningen följer Design Research Methodology (DRM) och kombinerar litteratur syntes, industriella fallstudier, expertworkshops och tillämpningar i högre ingenjörsutbildning. Verktygen testades både i greenfield- och brownfield-sammanhang,i sektorer som spänner från professionell utrustning till konsumentprodukter. Resultaten visar att verktygen bidrar till att synliggöra monteringskonsekvenser tidigare, förbättra resonemang kring gränssnitt och stärka tvärfunktionell samordning.
Bidraget är tvådelat. Teoretiskt introducerar arbetet den dubbla inramningen av modulnivå- och arkitekturnivå-DfA, vilket utökar monteringsresonemanget från komponentnivåförenkling till arkitektonisk planering. Praktiskt levereras ett arbetsflöde som stödjer produktionsmedveten modularisering utan krav på hög digital mognad eller stora resursinvesteringar. Genom att möjliggöra anpassningsbara, automatiseringsredo arkitekturer som är i linje med livscykelmål bidrar arbetet till långsiktig tillverkningsresiliens och knyter an till Förenta Nationernas globala mål 7, 9 och 12.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2025. , p. xxx, 126
Series
TRITA-ITM-AVL ; 2025:39
Keywords [en]
Modular product architecture, Modular Function Deployment, Design for Assembly, Assembly-oriented design, Product modularisation, Design methods
Keywords [sv]
Modulär produktarkitektur, Modular Function Deployment, Design for Assembly, Monteringsanpassad konstruktion, Modulindelning av produkter, Designmetoder
National Category
Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics
Research subject
Production Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-373117ISBN: 978-91-8106-394-3 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-373117DiVA, id: diva2:2014840
Public defence
2025-12-16, https://kth-se.zoom.us/j/62398403498, F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26-28, Stockholm, Sweden, 10:30 (English)
Opponent
Supervisors
Projects
EU, Horizon 2020, 814078
Funder
EU, Horizon 2020, 8140782025-11-192025-11-192025-12-16Bibliographically approved
List of papers