Modularität

Modularität (auch Bausteinprinzip oder Baukastenprinzip) ist die Aufteilung eines Ganzen in Teile, die als Module, Bauelemente oder Bausteine bezeichnet werden und über entsprechende Schnittstellen interagieren.

Bei einem modularisierten Aufbau werden Gesamtsysteme aus standardisierten Einzelbauteilen entlang definierter Schnittstellen zusammengesetzt. Die gegenteilige Bauweise nennt man monolithisch (griechisch monólithos, „der Einstein“). Dies kann sich sowohl auf reale Objekte, als auch auf immaterielles, wie beispielsweise eine Ausbildung beziehen.

Prinzipien und Vorteile

Einzelne Komponenten lassen sich unterschiedlich zu einem Ganzen kombinieren, wenn sie wie Spielbausteine ausgeführt sind – das beschreibt das sprachliche Bild, das Gegenteil wäre einem Puzzle vergleichbar, bei dem jede Komponente nur genau einen möglichen 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 hinzufügen kann. Dafür brauchen Module klare Schnittstellen – möglichst genormt, um Probleme der Kompatibilität (des „Zusammenpassens“) gering zu halten.

Änderungen innerhalb von Modulen sollten sich nicht auf andere Module auswirken. Dieses Prinzip nennt man lokale Stetigkeit bei Änderungen. Um Änderungen möglichst problemlos durchführen zu können, sollte die Anzahl der Schnittstellen möglichst klein sein. Treten Fehler in Modulen auf, dürfen diese Fehler andere Module nicht in Mitleidenschaft ziehen ("lokaler Schutz bei Ausnahmefehlern"). Diese Prinzipien betreffen beispielsweise die Modularität von Softwareprojekten, sind jedoch auch auf andere Bereiche anwendbar. Hierdurch ist es auch möglich, den Lebenszyklus von Modulen untereinander zu entkoppeln und z.B. Innovationen gezielt und störungsfrei in bestehende Systeme einzubringen.

Module setzen das Black-Box-Modell um. Informationen sind nur über explizite Schnittstellen zugänglich.

Durch die Modularität von komplexen Systemen lässt sich deren Verständlichkeit für den Menschen erhöhen. Für den Hersteller, den Service wie auch Konsumenten kann ein Baukastenprinzip Vorteile bringen, besonders wenn als Anbieter standardisierter Einzelkomponenten unterschiedliche Unternehmen am Markt miteinander konkurrieren. Mögliche Vorteile sind:

• Billige Herstellung durch baugleiche Serien
• Niedrige Entwicklungskosten und schnellere Produktzyklen
• Einfache Montageprozesse und Reparatur durch Austausch der fehlerhaften Komponente
• Variationen durch Kombination mehrerer Komponenten verschiedener Gruppen aus einer Produktklasse

Darüber hinaus bieten modulare Systeme dann eine erhöhte Flexibilität ("Anpassungsfähigkeit"), wenn verschiedene kompatible Module zur Verfügung stehen, die angebracht, entfernt, gewechselt oder anders gruppiert werden können, 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.

Beispiele

• Normteile (genormte technische Bauteile als funktionelle Einzelteile) und standardisierte Baugruppen (Montagegruppen) in Maschinenbau und anderen Gebieten der Technik, über die etwa Baukastenstücklisten (nach DIN 6789) geführt werden
  • LEGO, Fischertechnik oder Rasti
  • Die Module vonRaumstationen
  • Plattformstrategie im Fahrzeugbau
  • Modularer Maschinenbau
  • Elektrische und elektronische Bauelemente: Bestückung von Platinen
  • Das 19-Zoll-Aufbausystem der Elektronik
  • in Computern, in denen austauschbare Bauteile über standardisierte Schnittstellen kommunizieren (z. B. Steckkarten oder Speichermodule). Der IBM-PC und seine Nachfolger verdanken ihren Erfolg auch und gerade diesem Effekt.
• In Architektur und Bauwesen
  • In Serie vorgefertigte Bauteile
  • Gebäude aus modularen Raumelementen (zum Beispiel Containergebäude)
  • Gebäudekomplexe aus modularen Gebäudeteilen (Gebäudeflügeln), zum Beispiel das Crystal Palace (London, 1851))
  • Möbelbausysteme wie USM Haller
• Modularer Modelleisenbahnbau bei großen Modelleisenbahnanlagen
• Komponentenbasierte Entwicklung von Software, Gruppen von Befehlen als funktionsorientierte Komponenten in Computerprogrammen, die eine bestimmte Funktion erfüllt und über eine definierte Schnittstelle aufgerufen wird:
  • Softwaremodule für wiederkehrende Aufgaben
  • Kernel-Module, Betriebssystemkomponenten, die nur bei Bedarf aktiviert werden, im Gegensatz zum Kern (kernel)
  • Internet-Baukasten, eine Sonderform eines Web-Content-Management-Systems
• gestufte Studiengänge im Hochschulwesen
• beim Militär, welche sich zu einem modularen Aufbau hin wandelt, siehe Transformation (Militärwissenschaft)
• bei Modularen Synthesizern zur Klangsynthese
• Produktions- und Kompositionstechnik für Popmusik entwickelt von Brian Wilson, bekannt geworden durch Good Vibrations und Smile
• Modulare Organisation von Unternehmen
• bedarfsgerechte Dosierung der waschaktiven Substanzen durch ein Waschmittel-Baukastensystem, das es beispielsweise erlaubt, den benötigten Wasserenthärter - je nach Wasserhärte vor Ort - getrennt zuzusetzen und somit, diesen unabhängig zu dosieren