Et modulært design, eller «modularitet i design», er et designprinsipp som deler opp et system i mindre deler kalt moduler (for eksempel modulære prosessanlegg) som uavhengig av hverandre kan bygges, modifiseres, erstattes eller byttes ut med andre moduler eller mellom forskjellige systemer. Modulært design kombinerer fordelene ved masseproduksjon og standardisering med fordelene ved personalisering og tilpasning.
Hvis modularitet er riktig definert og tenkt i designstrategien kan modulære systemer skape betydelige konkurransefortrinn i markedet. Man kan tilpasse funksjonaliteten til den nåværende markedstilstanden, redusere dødkapasitet, øke kapasitetsutnyttelse og få kostnads- og prisfleksibilitet, uavhengig av produktsykluser.
Modularitet på komponentnivå kjennetegnes av funksjonell partisjonering i diskrete, skalerbare og gjenbrukbare moduler, streng bruk av veldefinerte modulære grensesnitt og bruk av standarder for grensesnitt. Man forholder seg da kun til komponentplassering som eneste dimensjon. Systemer med slik begrenset modularitet er generelt kjent som plattformsystemer som bruker modulære komponenter. Noen eksempler er bilplattformer eller USB-porten i datatekniske plattformer.
I designteori er dette forskjellig fra et modulært system som har høyere dimensjonal modularitet og flere frihetsgrader. Modularitet defineres da best av de berørte dimensjonene eller frihetsgradene som form, kostnad eller drift. Et høyere grads modulært systemdesign har ingen distinkt levetid, og utviser fleksibilitet i minst tre dimensjoner. Systemer med slik grad av modularitet svært sjeldne i markeder. MERO-typen romfagverk brukt i arkitektur er et eksempel på et slikt modulært system i markedet. Våpenplattformer, særlig innen luftfart, har en tendens til å være modulære systemer. Flyskrog kan også designes for å bli oppgradert flere ganger i løpet av levetiden, uten kjøp av et helt nytt system. Modulære systemer kan sees på som mer komplett eller helhetlig design, mens plattformsystemer er mer reduksjonistiske og begrenser modularitet til komponenter.
Komplett eller helhetlig modulært design krever et mye høyere nivå av designferdigheter og eleganse enn mer vanlige plattformsystemer. For eksempel kan man ikke sette sammen et solcelleanlegg fra valgfrie eksisterende komponenter, eller enkelt bytte ut motoren på en lastebil med en annen modell, eller omorganisere en modulær bygning til en annen konfigurasjon etter noen år, slik som ville vært tilfellet i et modulært system.
Modularitet gir fordeler som:
Modularitet i plattformsystemer gir skalafordeler, redusert kostnad til produktutvikling og drift, kortere tid-til-marked. Plattformsystemer muliggjør også vid bruk av systemdesign i markeder, og gir produktselskaper muligheten til å skille på hastigheten til produktsyklusen fra hastigheten til forskning og utvikling.
Den største ulempen med modulære systemer er at det kreves kompetanse i modularitet hos designeren eller ingeniøren. De fleste designere har lite trening i systemanalyse, mens de fleste ingeniører har lite trening i design. Modulære systemer har betydelig høyere designkompleksitet enn plattformsystemer, og krever eksperter på design og produktstrategi i konseptfasen av systemutviklingen. Denne fasen må forutse verdifulle retninger og nivåer av fleksibilitet som er nødvendige i systemet for å levere de modulære fordelene.
Biler, datamaskiner, solcellepaneler, vindturbiner, heiser, møbler, vevstoler, jernbanesignalanlegg, telefonsentraler, pipeorgler, synthesizere, elektriske distribusjonsnett, trommesett og modulære bygninger er eksempler på plattformsystemer som bruker ulike nivåer av komponentmodularitet. For eksempel er modulære møbler utrolig allsidige og tilpasningsdyktige. Flere eksempler på modulære systemer i dagens marked finnes i programvaresystemer som har gått bort fra versjonering til et fullstendig nettverksbasert paradigme (som for eksempel Wikipedia).
Mange biler og andre kjøretøy kommer som en basismodell, mens det mulig er mulig legge til eller fjerne tilvalg og ekstrautstyr uten å endre resten av bilen. Dette kan være oppgraderinger i motor, lydanlegg, seter eller dekk, uten at det kreves endringer i andre deler av bilen som chassis, styring eller batterisystemer.
Modulbygg består vanligvis av prefabrikerte deler (eller moduler) som produseres på en fabrikk og deretter sendes til en byggeplass hvor de settes sammen. Byggets størrelse kan økes eller reduseres ved å legge til eller fjerne moduler uten å gjøres større endringer i andre deler av bygningen. Funksjoner kan også endres, for eksempel kan et kontorbygg omkonfigureres til et butikklokale eller en konferansesal. Andre typer moduler som tilbys kan inkludere møterom, renrom, maskinskap, med mer.
Modulær design i datamaskinvare handler om å bygge datamaskiner med deler som er lett utskiftbare og som bruker standardiserte grensesnitt. Dette gjør det enkelt for brukere å oppgradere enkeltdeler på datamaskinen uten å måtte kjøpe en helt ny datamaskin.
Datamaskiner (særlig stasjonære) er et av de beste eksemplene på modulære design. Typiske moduler inkluderer kabinett, strømforsyning, prosessor, hovedkort, grafikkort og halvlederminne. Alle disse delene bør være enkle å bytte ut så lenge brukeren bruker deler som støtter samme standardgrensesnitt.
Modulært design er et grunnleggende konsept i moderne programmeringsspråk, og vektlegger organisering av programvare i distinkte, gjenbrukbare komponenter kjent som moduler. Denne tilnærmingen lar utviklere bygge programmer mer effektivt ved å gjenbruke eksisterende moduler etter behov, redusere redundans og lage renere og mer vedlikeholdbar kode. Prinsippet om gjenbrukbarhet er sentralt i modulær design slik at utviklere kan unngå å gjenta samme logikk flere steder, men i stedet kan gjenbruke velprøvde løsninger på tvers av flere prosjekter.
Moduler bidrar også til bedre abstraksjon (unngå å duplisere kode) og bedre innkapsling (at ekstern kode ikke behøver bry seg om et objekts interne virkemåte). Ved å skjule kompleks funksjonalitet bak enkle grensesnitt gjør moduler programvare enklere å forstå og bruke. Dette er spesielt gunstig for nybegynnere som kan samhandle med funksjoner på høyt nivå uten å måtte forstå den underliggende implementasjonen. Selv om innkapsling er en kjerneidé i objektorientert programmering anvendes lignende prinsipper om modulært design på tvers av ulike paradigmer.
Python er et eksempel på modulær design i praksis. Standardbiblioteket inneholder et bredt utvalg av innebygde moduler som utvider språkets funksjonalitet uten å overvelde kjernesyntaksen. Denne modulære strukturen gjør at Python forblir nybegynnervennlig samtidig som den tilbyr kraftige verktøy for mer avansert utvikling.
Ideen om en modulær smarttelefon ble utforsket i Project Ara, som ga en plattform for produsenter å lage moduler for en smarttelefon som deretter kunne tilpasses av sluttbrukeren. Fairphone bruker et lignende prinsipp, der brukeren kan kjøpe individuelle deler for å reparere eller oppgradere telefonen.
Noen skytevåpen og andre våpen bruker modulært design for å gjøre vedlikehold og bruk enklere og mer kjent. For eksempel har Heckler & Koch flere våpen som ligner på hverandre visuelt, som G3-geværet, HK21-maskingeværet, MP5-maskinpistolen, HK33- og G41- automatgeværene og PSG1-skarpskytterriflen.
Konseptet med modulært design har blitt populært på utstyr for utstilling på messer og på reklameutstillinger for detaljhandel. Man ønsker da en profilering som er kreativ og tilpasset, men trenger samtidig en midlertidig struktur basert på byggeklosser som lett kan flyttes og gjenbrukes. Disse kan konfigureres på nytt til et annet oppsett og gjenbrukes til andre utstillinger.
Produktlivsløpshåndtering er en strategi for effektiv håndtering av informasjon om et produkt (og produktfamilier, plattformer, moduler og deler) i løpet av produktets livssyklus. En digital tvilling kan være et nyttig verktøy i styring av livssyklusen av produkter med modulære design.
Noen hevder at modulært design har ført til vektøkning i biler over tid. Michele Trancossi fremmet hypotesen om at modulært design kan kobles til noen optimeringskriterier avledet fra konstruktalloven. Konstruktalloven er modulær i sin natur, og kan anvendes med interessante resultater i konstruksjon av enkle systemer. Den gjelder med et typisk nedenfra optimeringsskjema:
En bedre formulering har blitt utviklet i EU-prosjektet Multibody Advanced Airship for Transport Seventh Framework Programme (MAAT EU FP7). En ny designmetode som kobler ovennevnte nedenfra optimering med et foreløpig ovenfra design på systemnivå har blitt formulert.
Denne totrinns designprosessen har blitt motivert av å ta hensyn til at konstruktalt og modulært design ikke refererer til noe mål som skal nås i designprosessen.
En teoretisk formulering har blitt gitt i en artikkel fra 2015, og har blitt anvendt med suksess på design av et lite fly. et konseptuelt design av et innovativt pendlerfly, design av en ny entropisk vegg, og et innovativt terrengkjøretøy designet for energieffisiens.