Kurzfassung

Der technologische Wandel im Halbleitermarkt ist so schnelllebig, dass sich die elektronischen Bauelemente oftmals im Serienauslauf befinden, wenn das eigentliche Endprodukt nach beispielhaften 3 bis 4 Jahren Entwicklungszeit in die Serienproduktion geht. Die Automobilindustrie ist von dieser Problematik besonders betroffen, weil sie Fahrzeuge in großen Serien über vergleichsweise lange Zeiträume mit harten Kostenzielen und hohen Qualitätsmaßstäben fertigt. Dabei spielen besonders die unterschiedlichen Lebenszyklen eine ganz besondere Rolle. Die Problematik erhöht sich, denn nach dem Serienende sind die Automobilhersteller dafür verantwortlich ihre Kunden mit Ersatzteilen zu versorgen. Die einzelnen Kraftfahrzeug-Elektronikkomponenten durchlaufen dabei im Vorfeld eines Fahrzeugeinsatzes umfangreiche Freigabeuntersuchungen. Die Konfiguration eines Kraftfahrzeugs wird außerdem einer gesetzlichen Typprüfung unterzogen, so dass eine spätere Abwandlung der ursprünglichen Komponenten nicht ohne weiteres zulässig ist. Änderungen an der einzelnen Komponente sind demnach nur noch mit erheblichem Aufwand möglich. Diese Situation zwingt die Automobilhersteller und ihre Zulieferer für Kraftfahrzeugelektronik zu neuen Konzepten im Management ihrer Ersatzteilspektren.

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind die technischen und wirtschaftlichen Lösungskonzepte der Langzeitversorgung von Halbleitern in der

Automobilindustrie. Hierbei werden zum Thema die einzelnen Bereiche der Automobilindustrie untersucht, Vergleichsbranchen dargestellt, praktische und theoretische Prognoseverfahren zur Ermittlung der Langzeitversorgungszahlen erläutert sowie alle derzeit möglichen Lösungskonzepte der Langzeitversorgung analysiert.

Schlagwörter: Langzeitversorgung, Halbleiter, Automobilindustrie

Abstract

The technological change in the semiconductor market is very expeditious, that the electronic elements are often situated by the start of the series production in the series discontinue. The automobile industry is particularly affected by this problem because they are producing their vehicles in large quantities over comparatively long periods with tough target costs and high quality yardsticks. In spite of that the different life cycles are playing a particular role. The problem is increasing, because after the end of production the car manufacturers are responsible to provide their customers with spare parts. In addition the configuration of a motor vehicle is submitted of a lawful type testing, so that a later modification of the original components is not so easily permissible. Changes at the individual component are therefore only possible with a considerable effort. This situation forces the car manufacturers and their suppliers for automotive electronics to develop new concepts in the management of their spare part.

The subjects of the work are the technical and economic solutions for the long-term supply of semiconductors in the automobile industry. At this connection the individual fields of the automobile industry are examined, comparison industries are represented, practical and theoretical prognosis methods for the determination of the long-term supply units are described as well as all current possible solutions for the long-term supply are analyzed.

Keywords: Long-term supply, semiconductor, automotive industry

I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   I

Abbildungsverzeichnis   III

Abk  ürzungsverzeichnis  V

1.  Einführung und Zielsetzung.  1

2.  Die Gegenwart der Langzeitversorgung  5

2.1.  Die Wertschöpfung der Elektronik im Automobil.  5

2.2.  Die unterschiedlichen Produktlebenszyklen  8

2.3.  Anforderungen der Automobilindustrie  13

2.4.  Technische und wirtschaftliche Möglichkeiten der Halbleiterindustrie  16

2.5.  Die Wünsche und Bedürfnisse der Endkunden  22

3.  Die Darstellung der Langzeitversorgung in anderen Branchen.  24

3.1.  Handybranche - Siemens Communications.  24

3.2.  Pumpenbranche - ViscoTec.  26

3.3.  Automobilkunststoffbranche - Robert Bosch.  27

3.4.  Luft- und Raumfahrtbranche - EADS  29

4.  Prognose - der Schlüssel zum Erfolg.  32

4.1.  Die theoretischen langfristigen Prognosemodelle  35

4.1.1.  Logistisches Modell.  36

4.1.2.  Exponentialmodell.  39

4.1.3.  Gompertz-Funktion  40

4.2.  Die praktische Umsetzung der Prognose  43

5.  Lösungskonzepte der Langzeitversorgung  49

5.1.  Kurz- und mittelfristige Lösungskonzepte  50

5.1.1.  Informationsfluss bei Abkündigungen und Änderungen.  50

5.1.2.  Lagerung.  52

5.1.2.1.  Lageroption - in welchem Produktionsstatus wird gelagert?  53

5.1.2.2.  Lageroption - bei wem findet die Lagerung statt?  64

5.1.2.3.  Die Wirtschaftlichkeit der Lagerung  67

5.1.3.  Recycling  73

5.1.4.  Kleinmengenproduktion  75

5.1.5.  Redesign / Neukonstruktion  77

5.1.6.  Remanufacturing / Aufbereitung  79

II

5.2.  Langfristige Lösungen  81

5.2.1.  Langfristige Lieferverträge  81

5.2.2.  Standardisierung und Modularisierung  82

5.3.  Bewertung der Langzeitversorgung in der Halbleiterindustrie  83

6.  Zukunftsaussichten  84

6.1.  Gesetzliche Änderungen  84

6.2.  Zukunftsträchtige Technologien.  86

7.  Vorschläge und Empfehlungen  88

7.1.  Arbeitsgemeinschaften  88

7.2.  Infineon als Innovationsmarktführer.  90

7.3.  Das “Long Term Supply Mix Modell  91

8.  Zusammenfassung  93

8.1.  Darstellung der Diplomarbeit  93

8.2.  Resultate der Diplomarbeit  94

Literaturverzeichnis   96

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1.

Abbildung 2.2.

Abbildung 2.3. Entwicklung der Mechatronik................................................. ..7 Abbildung 2.4. Die Darstellung der Elektronik im Auto.................................. ..7 Abbildung 2.5. Der Fortschritt der Technologie und der Komplexität............ ..8 Abbildung 2.6. Unterschiedliche Lebenszyklen Fahrzeug/ Bauteil................ ..9 Abbildung 2.7. Darstellung der Entwicklungs- und Produktlebenszeiten...... ..9

Abbildung 2.8.

Abbildung 2.9.

Abbildung 2.10.

Abbildung 2.11.

Abbildung 2.12. Balance zwischen den einzelnen Qualitätsparametern......... 20 Abbildung 2.13. Volumenverteilungsdiagramm............................................... 22 Abbildung 3.1. Produktionslebenszyklen im Vergleich.................................. 25 Abbildung 3.2. Fassentnahmesystem der Firma ViscoTec............................ 26

Abbildung 3.3.

Abbildung 3.4. Recce Tornado des AG 51 "Immelmann".............................. 30 Abbildung 3.5. Branchenvergleich bezüglich der vier Hauptparameter......... 31

Abbildung 4.1.

Abbildung 4.2.

Abbildung 4.3.

Abbildung 4.4. Entwicklung der Weltbevölkerung (Prognose gestrichelt)...... 40

Abbildung 4.5.

Abbildung 4.6.

Abbildung 4.7.

IV

Abbildung  4.8. Verlauf der Dichtefunktion einer Weibull-Verteilung.  

Abbildung  4.9 Layout vom Prognosemodell „das Tool“ der BMW AG.  

Abbildung  5.1. Zwei Arten des Informationsflusses innerhalb der  

Prozesskette   

Abbildung  5.2. Lagerungsprobleme und Gegenmaßnahmen  

Halbleitern.   

Abbildung  5.3. Darstellung Lead frames und Bonds.  

Abbildung  5.4. Die Darstellung des Popcorneffekts.  

Abbildung  5.5. Die Darstellung einer Delamination.  

Abbildung  5.6. Whiskerbildung unterm Mikroskop.  

Abbildung  5.7. DryPack mit Silicagel-Kissen und Feuchteindikator.  

Abbildung  5.8. Stickstoffgefüllter Lagerschrank.  

Abbildung  5.9. Stickstoffgeflutetes Lagersystem.  

Abbildung  5.10. Normaler Produktions- und Lagerverlauf.  

Abbildung  5.11. Front End Lagerung.  

Abbildung  5.12. Back End Lagerung  

Abbildung  5.13. Lagerbedingungen von Halbleitern.  

Abbildung  5.14. Betrachtung des Yield loss bei der Lagerung.  

Abbildung  5.15. Lagerung am Ende der Logistikkette.  

Abbildung  5.16. Preissteigerung von eingelagerten Bauteilen  

  (5 Yl, 0 UP)  

Abbildung  5.17. Preisentwicklung bei Upfront Payment 0  

Abbildung  5.18. Preissteigerung von eingelagerten Bauteilen  

  (5 YL, 30 UP)  

Abbildung  5.19. Preissteigerung von eingelagerten Bauteilen  

  (5 YL, 100 UP)  

Abbildung  5.20. Preisentwicklung von eingelagerten Bauteilen.  

Abbildung  5.21. Preisentwicklung bei unterschiedlichen ASP’s.  

Abbildung  5.22. Portfolio aus Sicht der Halbleiterindustrie von Halbleitern  

Abbildung  6.1. Mechanische Lenkung.  

Abbildung  6 2 Steer-by-Wire-Konzept  

Abkürzungsverzeichnis

AG

ASP BE Back End BMW Bayerische Motorenwerke COG-Deutschland Component Obsolescence Group Deutschland CSP Lead Frame DIN Deutsches Institut für Normung e. V. EADS European Aeronautic Defence and Space Company EEPROM Elecrically Erasable Programmable Read Only Memory EG Elektro- bzw. Elektronikgeräte EOP End of Production EPROM Erasable Programmable Read Only Memory ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm EU Europäische Union

FASTA

FE

FL Facelift IC Integrated Circuit ISO International Organization for Standardization JEDEC Joint Electron Device Engineering Council LTB Last Time Buy NPV Net Present Value OEM Original Equipment Manufacture QAF Question Analyse Form SOP Start of Production TBO Time between overhaul Tier1 Eng.: Stufe; hierarchische Darstellung (z.B. Bosch) Tier2 Eng.: Stufe; hierarchische Darstellung (z.B. Infineon) UP Upfront Payment USA United States of America Yl Yield loss z.B. zum Beispiel ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie

1. Einführung und Zielsetzung 1

1. Einführung und Zielsetzung

Schon immer hatte die Menschheit den Wunsch sich schneller, weiter und höher bewegen zu können als mit der eigenen Muskelkraft. Daher stellte die Erfindung des Automobils einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung der menschlichen Geschichte dar. Zu seiner Entwicklung haben vielfältige Technologien unterschiedlicher Wissenschaften beigetragen. Die Schwachstellen wurden im steigenden Ausmaß durch die Erkenntnisse der Mechanik, Strömungslehre, Werkstoff- und Wärmetechnik, Maschinenelemente, Elektronik aber auch durch die Natur behoben bzw. gemildert. Unsere Gesellschaft ist deswegen einem ständigen Wandel ausgesetzt, was dazu führt, dass sich die Anforderungen an Fahrzeuge in den letzten Jahren drastisch erhöht haben. Der Wettbewerb in der Automobilindustrie ist geprägt durch hohe

Innovationsgeschwindigkeit, wechselnde Technologien, steigende Erwartungen an Qualität und Leistung zukünftiger Produkte bei gleich bleibenden Preisen. Antiblockiersystem, elektronisches Stabilitätsprogramm kurz ESP, Thermotronic oder die neuentwickelte Lichtsteuerung Night Vision ¹ , all diese Technologien haben eines gemeinsam - sie entstanden durch den schnellen und impulsiven Entwicklungstrend der Elektronik.

Die Hauptgründe für das dynamische Wachstum des Halbleitermarktes sind der rasante technologische Fortschritt und der zunehmende Einfluss der Verbraucher. Gordon E. Moore, Mitbegründer und langjähriger Geschäftsführer von Intel, hat vor 37 Jahren eine These aufgestellt, die sich seit dieser Zeit in verblüffender Regelmäßigkeit erfüllt. Das Moore’s Law ² besagt, dass sich „die Komplexität und Kapazität von Chips alle 18 Monate verdoppelt“. Dies führte dazu, dass die Elektronik Mitte der neunziger Jahre ihren Durchbruch hatte, der dafür sorgte, dass moderne Autos leistungsfähiger, sicherer, umweltschonender, komfortabler und sparsamer gemacht wurden. Der Wertanteil der Elektronik am gesamten Kraftfahrzeug nahm seitdem exponentiell zu. Für die nächsten zehn Jahre wird von einer jährlichen Steigerung der Elektronik am Auto von 8% bis 12% ausgegangen. Da der gesamte Automobilhalbleitermarkt mit etwa 8% bis 9% pro Jahr weiter wächst, wird der Automobilmarkt in diesen Bereichen immer interessanter. War der Halbleiteranteil 1995 noch bei 4,8%, beträgt er inzwischen mehr als 8% und wird in den kommenden Jahren auf etwa 10% weiter ansteigen. Diese technologische und wirtschaftliche Entwicklung in der Halbleiterindustrie ermöglicht die geforderte hohe

¹ Vgl. http://rb-k.bosch.de/de/start/news_190805/index.html

² Vgl. „Keine Exponentialfunktion hält ewig, aber das Ende kann verzögert werden“, Markt & Technik, 21.03.2003

1. Einführung und Zielsetzung 2

Integrationsdichte und die damit verbundene Kostenreduzierung der elektronischen Systeme. Der Trend wird zu Gunsten der Sicherheit jedes Einzelnen und der Zuverlässigkeit des Automobils für die Zukunft nach obenhin prognostiziert. Deswegen wird es in den nächsten Jahren besonders in der Elektronik eine Reihe verschiedener Veränderungen im Auto geben, wie z.B. das schon entwickelte Distronic Plus ³ , dass mit Hilfe von Radar einen Sicherheitsabstand zum Vordermann schafft und somit die Sicherheit auf den Straßen verstärkt. Doch gerade in der Elektronik schlich sich aufgrund der divergierenden Innovationszyklen in den letzten Jahrzehnten eine Problematik heran, die heute und ganz besonders in den kommenden Jahren ein erhebliches Umdenken der Unternehmen verlangen wird. Bauelemente die heute noch als Vision erscheinen sind nach momentanem Stand der Elektronik nach einem Jahr verfügbar und in einigen Jahren technisch überholt. Für die Branche bringt dies, gerade im Hinblick auf die von den Automobilherstellern geforderten Liefergarantien von 25 Jahren, schwerwiegende Probleme mit sich. Diese entstehen, weil die Halbleiterproduzenten und die Automobilhersteller unterschiedliche

Produktlebenszyklen haben. Halbleiterhersteller sind aus Gründen des Preis- und Konkurrenzdrucks sowie der Wirtschaftlichkeit ihrer Produktionsstätten gezwungen ihre Bauteile teilweise vor dem Ende der Serienproduktion der Original Equipment Manufacture’s (OEM’s) ⁴ abzukündigen. Leider lässt es sich oft nicht vermeiden, dass der Zeitpunkt der Produktabkündigung durch den Hersteller nicht der passende Zeitpunkt für den Automobilhersteller ist, denn jede Technologie hat nur einen begrenzten Lebenszyklus. Ersatzteile für elektrische Bauteile in Fahrzeugen lassen sich auch mit hohem finanziellem Aufwand nicht so lange und artgerecht wie einfache Teile der Karosserie lagern - doch aufgrund der langen Lebensdauer des Automobils wäre dies wünschenswert.

Die Problematik wird sich noch ausweiten, wenn zu den klassischen Autoersatzteilen in Zukunft auch Teile der Steuerungselektronik dazu kommen. Je komplexer und komplizierter ein Auto konzipiert wird, desto mehr Teile werden es, die logistisch zu verwalten sind. Die Wertschöpfungskette wächst und die Langzeitversorgung von Halbleitern in der Automobilindustrie wird immer mehr zu einem brisanten Thema, da hier zwei höchst unterschiedliche Branchen aufeinander treffen. Werden ausreichend Ersatzteile zur Verfügung stehen, wenn in einigen Jahren die ersten Reparaturen nötig sein werden? Wird die Elektronik, die heute unsere Fahrweise nahezu alleine steuert, lenkt und kontrolliert, die Endstation des innovativen Fortschritts der Industrie sein?

³ Vgl. „Faszination Forschung & Technik“, Hightechreport, 02/2005

⁴ Vgl. Dr. Teepe G., „Performance Roadmaps und Lebenszyklen zukünftiger Mikrocontroller im Automobil“, 03/2003

1. Einführung und Zielsetzung 3

Während in der Computer - oder der Telekommunikationsbranche Geräte und Bauteile nach wenigen Jahren vom Markt verschwinden und durch die nächste Generation funktionell und technologisch übertroffen werden, müssen Autohersteller von der Entwicklungs- bis zur Ersatzteilversorgungsphase bei ein und dem selben Modell mit den funktionell gleichen Bauteilen bzw. Steuergeräten arbeiten - dies kann vom ersten Entwurf bis zum Oldtimer 25 Jahre und mehr andauern. Diese Thematik stellt für die Hochtechnologieunternehmen eine erhebliche Herausforderung dar, denn die Schere mit den Seiten Innovationsdruck und Langzeitversorgung geht immer weiter auseinander. Der Ideologie „in 25 Jahren gibt es keine fahrenden Oldtimer mehr“ ⁵ will man keine Chance geben. Auf der anderen Seite sollte der Standpunkt der Automobilhersteller ebenso betrachtet werden, denn die rasanten Zyklensprünge der Halbleiterindustrie würden dazu führen, dass die Elektronik in ihren Fahrzeugen alle drei Jahre neu entworfen werden müsste. Nach momentanem Stand ist das Thema „mögliche Engpässe der Bauteile im Jahre 2025“ bei den Fahrzeugherstellern noch nicht an der Spitze der Prioritätsliste angelangt, da die Basisgeschäfte - Steigerung des Umsatzes, Erhöhung der Produktivität und Zunahme des Absatzes ganz oben stehen. Versorgungsengpässe und Abkündigungen bei elektrischen Bauelementen zeigen aber, dass im Bereich „Critical-Parts-Management“ ⁶ , neue Technologien auf den Markt kommen müssen.

Der Wunsch ist hierbei, die reibungslose Versorgung von Bauelementen für elektrische Steuergeräte über den gesamten Produktlebenszyklus zu garantieren. Ungeachtet dessen, welche Ideallösung für die Zukunft entsteht, muss ein Ergebnis dargestellt werden, dass die Bereitstellung von elektronischen Ersatzbauteilen z.B. Airbag, ABS oder das elektronische Stabilitätsprogramm für den vorgegebenen Zeitraum gewährleistet. Erste Recherchen aus vergleichbaren Branchen und Märkten wurden bereits betrieben, aber eine adäquate Patenlösung für alle Parteien, dass heißt für die gesamte Automotive Supply Chain wurde bislang nicht gefunden. Dies könnte in der kommenden Zeit ein großes Geschäft für einige Unternehmen werden, wenn sie sich massiv mit der Langzeitversorgung beschäftigen und eine Ideallösung hierzu finden. Das Obsolescence Management, was die Nichtverfügbarkeit von veralteten Produkten zu verstehen gibt, hat somit am Markt eine Nische eröffnet.

⁵ Vgl. „Endstation Elektronik“, Süddeutsche Zeitung, 08.01.2002

⁶ Vgl. „Prüfe, was sich Langzeit bindet“, Automobil-Elektronik, 01/2004

1. Einführung und Zielsetzung 4

Ziel dieser Diplomarbeit war es, Lösungskonzepte zur Langzeitversorgung aufzuzeigen und diese sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus technischer Sicht zu bewerten. Hierbei sollten alle möglichen Variationen der Automobil- und Halbleiterbranchen herangezogen werden, die eine Nachserienversorgung hervorrufen. Dabei sollten die Möglichkeiten der Halbleiterindustrie und die Anforderungen der Automobilindustrie als Grundlage dazu dienen, eine wirtschaftsingenieurtechnische Ist- und Soll-Analyse darzustellen. Vorschläge und Empfehlungen sollten das Thema nochmals beleuchten und somit dem Unternehmen eine Stütze zur strategischen Umsetzung der Langzeitversorgung geben.

Ziel des Unternehmens wird es sein, nach Erkenntnissen dieser Arbeit die abgekündigten Bauteile in der vertraglich vereinbarten Zeit für die Kunden bereitzustellen und dabei selbstverständlich Qualität, Funktionalität sowie Zuverlässigkeit sicherzustellen. Durch die Verfügbarkeit dieser elektronischen Bauteile kann dann gesichert werden, dass Autos in 25 Jahren nicht nur starr im Museum stehen müssen, sondern wie heute als Oldtimer auf den Straßen fahren werden.

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 5

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung

Der schnelle technologische Wandel in der Elektronik sorgt dafür, dass immer mehr Bauteile unverzichtbar werden, denn sie hilft diese leistungsfähiger, sicherer, umweltgerechter, sparsamer und nicht zuletzt konkurrenzfähiger zu machen. Dabei gewinnt die Halbleiterindustrie drastisch an Bedeutung, denn der hohe wettbewerbsbezogene Innovationsdruck verbunden mit dem Preisdruck der Automobilhersteller sorgt für die neuesten Entwicklungstrends und ihre Preispolitik. Steigender Wertschöpfungsanteil der Elektronik im Kraftfahrzeug, unterschiedliche Produktlebenszyklen der einzelnen Hersteller, Anforderungen der Automobilindustrie, technische und wirtschaftliche Möglichkeiten der

Halbleiterindustrie und nicht zuletzt die Wünsche und Bedürfnisse der Kunden spiegeln die Gegenwart der Langzeitversorgung wider, die in diesem Kapitel angesprochen werden.

2.1. Die Wertschöpfung der Elektronik im Automobil

Heutige Kraftfahrzeuge sind rollende Elektronikläden, die mit verschiedensten Steuergeräten und elektronischen Komponenten ausgestattet sind (Abbildung 2.1.). Eine Reihe von Chips steuert eine Menge von Funktionen in den Fahrzeugen - von Sitzeinstellung, Klimaanlage, Airbag bis hin zu Motor und Getriebe. Die hohe Komplexität der elektronischen Systeme und deren Kostenanteil am Fahrzeug führen dazu, dass der klassische Automobilbau bereits der Vergangenheit angehört.

Abbildung 2.1. Prozentualer Anteil der elektronischen Bauteile im Kraftfahrzeug im Jahr 2004,

angenommen von der gesamten Elektronik im Fahrzeug 7

⁷ Quelle: „Elektronik im Fahrzeug“, BMW Präsentation, 03/2004

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 6

Der Wertschöpfungsanteil der Elektronik/ Software bei den Oberklassefahrzeugen liegt heute bei 35 bis 40 Prozent, bei den Mittelklassefahrzeugen erst bei 8 Prozent. Das ergibt einen Gesamtmittelwert von cirka 22 Prozent. Der Wert der Halbleiter im Auto liegt heute im Durchschnitt bei 200 Euro, die Tendenz ist weiter steigend. Der Anteil der elektrischen und elektronischen Systeme in den Fahrzeugen steigt aber weiter rapide an. Experten zufolge werden 90% aller zukünftigen Innovationen im Auto durch Elektronik und Software getrieben. Der Elektronikanteil im Auto wird im Jahre 2010 voraussichtlich cirka 35% betragen. Innerhalb dieses Elektronik-/ Elektrikanteils wird sich der Software-Anteil von 20% auf knapp 40% erhöhen und damit 13% des Gesamtwertes des Fahrzeugs im Jahre 2010 ausmachen. Die Abbildung 2.2. belegt dies anhand einer Grafik.

Abbildung 2.2. Anteil der Elektrik/ Elektronik am Gesamtwert des Fahrzeugs 8

Zwei maßgebliche Trends sind die Gründe für die Steigerung des Elektronikanteils am Produktionswert des Autos. Zum einen die Entwicklung der Mechatronik, die es ermöglicht hat Mechanik, Elektronik und Informatik zu einer neuen Technologie zu vereinen und somit ein Bindeglied zu schaffen. Das anfängliche Conventional Engineering, dass die Bereiche Mechanik, Elektronik und Informatik in einzelnen Stufen bearbeitete, wurde durch das Simultaneous Engineering überholt. Dieses wiederum war verantwortlich für die Entstehung des Synergistic Engineering, das die Mechatronik zu einem Kollektiv machte (Abbildung 2.3.). Als zweiter Trend konnte sich die variable und zahlreiche Funktionalität der Elektronik durchsetzen, die das Autofahren in vielen Bereichen verbesserte, vereinfachte und verfeinerte.

⁸ Quelle: „Auto Jahresbericht 2002“, Verband der Automobilindustrie (VDA), Seite 61, 03/2002

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 7

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die neuen Konzepte wie z.B. Distronic Plus ¹⁰ sowie die leistungsfähigen Kommunikationssysteme, zur weiteren Integration der Elektronik im Fahrzeug führten und führen werden, wie die Abbildung 2.4. noch einmal verdeutlicht. Damit wird Funktionalität, Komfort und Sicherheit der Fahrzeuge steigen, aber auch die Komplexität und der relative Kostenanteil der Elektronik. Laut ZVEI ¹¹ nimmt der Anteil der Elektronik/ Software im Auto stärker zu als die Anzahl der produzierten Fahrzeuge. Der steigende Elektronikanteil hat zur Folge, dass für zukünftige Entwicklungen die Fahrzeugelektronik als Gesamtsystem betrachtet werden muss und nicht als Ansammlung isolierter Steuergeräte und anderer elektronischer Komponenten.

⁹ Vgl. Dipl.-Ing. Maier R., Karosserie- und Sicherheitselektronik/ Vorentwicklung, BMW AG, 16.03.2001, im Rahmen der Diplomarbeit aktualisiert durch Foj T., 15.07.2007

¹⁰ Vgl. „Faszination Forschung & Technik“, Hightechreport, 02/2005

¹¹ ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik und Elektroindustrie

¹² Quelle: „Elektronik im Lebenszyklus eines Automobils“, Motorola Präsentation, 20.03.2002

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 8

2.2. Die unterschiedlichen Produktlebenszyklen

Trotz des erfolgsversprechenden Zukunftstrends stehen die Produktlebenszyklen der Bauelemente-, Baugruppen- und Automobilhersteller im ungleichen Verhältnis zueinander. Die Hersteller der Telekommunikations- und Computerbranchen bringen alle 12 bis 18 Monate ein neues Produkt auf den Markt. Die durchschnittliche Lebensdauer ihrer Produkte beträgt etwa zwei bis drei Jahre. Vergleicht man dies mit dem Produktlebenszyklus eines Fahrzeuges, konnten in der Vergangenheit in demselben Zeitraum sieben neue Handys und vier neue Prozessoren auf dem Markt gebracht werden. So ähnlich schaut die Entwicklung in der Halbleiterindustrie für Automobilbauteile aus, dennoch erschwert der Fortschritt der Miniaturisierung und Komplexität die Nachserienversorgung (Abbildung 2.5.). Der Trend für die Zukunft wird aufgrund des Mooreschen Gesetzes weiterhin nach oben vorhergesagt.

Die einzelnen Kraftfahrzeugelektronikbauteile sind cirka 4 - 6 Jahre auf dem Markt verfügbar. Im Gegensatz dazu weist ein Fahrzeug eine Lebensdauer von rund 22+x Jahren auf. Diese setzt sich aus 2 - 4 Jahren Design- und Entwicklungsphase, 2 - 7 Jahren Serienproduktion und 15 + x Jahren Ersatzteilversorgung zusammen. Der Vergleich von der Gesamtlebensdauer verdeutlicht das Kernproblem der Verfügbarkeit der elektronischen Ersatzteile (Abbildung 2.6.). Die Automobilkonzerne haben sich eine schwierige Aufgabe gestellt, indem sie einerseits auf die kurzen Innovationszyklen der Elektronik eingehen und andererseits notwendige Langzeitversorgung mit Ersatzteilen für den kompletten Fahrzeugzyklus sicherstellen. Dabei muss die Tatsache berücksichtigt werden, dass der elektronische Automobilmarkt aufgrund von niedrigem Volumen der

¹³ Vgl. „Kundenorientierte Nachserienversorgung“, Bosch Präsentation, Seite 7, 22.07.2006

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 9

Automotive Elektronikbauteile bei gleichzeitig hohen Anforderungen für die Halbleiterindustrie von untergeordnetem Interesse ist.

14 Abbildung 2.6. Unterschiedliche Lebenszyklen Fahrzeug/ Bauteil

(Legende von EOP 15 /FL 16 /SOP 17 )

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die Entwicklungszyklen der beiden Branchen oft gegeneinander verschoben sind. Denn der Start des Produktentwicklungsprozesses eines Automobilherstellers bedeutet nicht, dass die Halbleiterindustrie mit der Entwicklung einer neuen Technologie bzw. eines neuen Bauteils beginnen muss. Die Folge der unten aufgezeigten Abbildung 2.7. ist eine immer größere zeitliche Verschiebung zwischen neuen Modellen im Automobilbau und neuwertigen Technologien bei den Halbleitern. Für die Zukunft ist anzunehmen, dass bei Serienanlauf eines Fahrzeuges die Halbleitertechnologie von neuen Techniken überholt wird.

¹⁴ Quelle: „HW-Kompatibilität“, Präsentation BMW Group, Seite 3, 07.02.2003

¹⁵ Eng.: End of Production - kurz EOP; bezeichnet das Ende einer Produktion

¹⁶ Eng.: Facelift - kurz FL; bezeichnet Optimierungsmaßnahmen (z.B. Kostenreduzierung, Qualitätsverbesserung oder zusätzliche Technologien) während der Produktion

¹⁷ Eng.: Start of Production - kurz SOP; bezeichnet den Anfang einer Produktion

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 10

Die Problematik scheint in diesem Bereich kein Ende zu nehmen, denn neben der hohen Komplexität, den unterschiedlichen Lebenszyklen oder auch den gegeneinander verschobenen Zyklen, stellt die hohe Anzahl der Baugeräte innerhalb des genannten Fahrzeugzyklus eine beachtliche Herausforderung dar. 15 bis 20 Speichergenerationen, 5 bis 7 neuentwickelte Controller oder auch 3 bis 6 verschiedene Power Units fallen unter anderem innerhalb eines Automobilzyklus an (Abbildung 2.8.). Dies sorgt besonders bei den Tier1’s ¹⁹ und den OEM’s für ein bedeutsames Umdenken, denn die schnelllebigen Generationen lassen oftmals keine Baugruppen 2 Jahre in ein und demselben Zustand. Aufgrund der oben erwähnten Komplexität, sorgt dies für weitere funktionelle Veränderungen und mögliche unerwartete Ausfallmöglichkeiten.

Abbildung 2.8. Zahl der Halbleiter-Bauelemente-Generationen innerhalb eines Automobilzyklus 20

Um aufschlussreiche Erkenntnisse zu diesem Teilkapitel zu bekommen, sollte die Produktionsdauer der elektrischen Steuergeräte genauer betrachtet werden. Denn nicht nur der steigende Fortschritt und die hohe Komplexität haben sich im Laufe der letzten Jahrzehnte drastisch geändert, sondern ebenso die Dauer zwischen SOP (Start of Production) und EOP (End of Production), wie die Abbildung 2.9. belegt.

¹⁸ Quelle: http://www.elektroniknet.de/topics/bauelemente/fachthemen/2005/0034/index.htm

¹⁹ Eng.: Stufe, Reihe, Rang; stellt die hierarchische Darstellung der einzelnen Stufen vom ersten Automobilzulieferer bis zum Basislieferanten dar

Beispiele: Tier1 - Bosch, Siemens VDO; Tier2 - Infineon, Freescale; Tier3 - Wacker Chemie

²⁰ Quelle: “Prüfe was sich Langzeit bindet“, Auto-Elektronik, 01/2004

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 11

Während der Produktionlebenszyklus vor cirka 3 Jahrzehnten noch knapp 15 Jahre gedauert hat, ist dieser heute bereits auf ein Minimum von cirka 2 Jahren abgefallen. Ebenso gab es die Zunahme der Variantenvielfalt von einer Variation in 20 Jahren, auf heutige 15 in 2 Jahren. Der exponentielle Kurvenverlauf zeigt den immer enger werdenden Produktionsspielraum und somit die Veränderung der Produktlebensdauer. Die Folge für die Langzeitversorgung ist verheerend, denn die immer kürzer werdenden Produktionsintervalle dürfen aufgrund der

Nachserienversorgung nicht komplett vom Markt verschwinden.

Abbildung 2.9. Entwicklung eines Spektrums an Kraftfahrzeug-Elektronikkomponenten 21

Abschließend sollte in diesem Bereich die Frage gestellt werden, warum die Lebenszyklen der Halbleiter so kurz sind. Während die Komplexität in den letzten Jahrzehnten anstieg, die Lebensdauer zwischen dem Automobil und den elektrischen Bauelementen immer drastischer auseinander ging und sich diesbezüglich die Lebenszyklen mehr und mehr zeitlich verschoben sowie die Zahl der Baugeräte ein Extremum an Vielfalt mit sich brachte, wurden die Produktionslebenszyklen der Halbleiter im Laufe der Jahre immer geringer. Hierbei spielen die Automobilhersteller eine große Rolle, denn sie verlangen von ihren Zulieferern bessere und schnellere Technologien bei gleich bleibenden bzw. fallenden Preisen. Um diesen Wunsch nachzugehen, müssen die Produkte nach einer gewissen Zeit vom Markt genommen werden, denn nur mit einer intakten Kalkulations- und Wirtschaftlichkeitsrechnung können die Halbleiterhersteller ihre hochtechnologisierten Produkte vermarkten und sie zu immer günstigeren Konditionen anbieten (Abbildung 2.10.).

²¹ Quelle: „HW-Kompatibilität“, Präsentation BMW Group, Seite 4, 07.02.2003

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 12

Während die Technologie A zur Serienproduktion (höchste Produktivität), ihre nahezu geringsten Produktkosten besitzt, fordern die OEM’s eine kontinuierliche Kostenreduzierung für den weiteren Produktablauf. Dies lässt sich leider nicht anders vereinbaren, als das Bauteil abzukündigen und eine neutechnologische Serie in der Halbleiterindustrie zu starten, um den gewünschten Preis der OEM’s zu erfüllen. Des Weiteren ist es besonders in der innovativen Halbleiterindustrie von großer Bedeutung ein Produkt am richtigen Ort zur richtigen Zeit auf den Markt zu bringen. Kommt der Halbleiter zu früh auf den Markt, könnte dies zu Vorteilen für die Konkurrenz führen. Wird er zu spät auf dem Markt eingeführt, könnten bereits erste Marktpotentialentscheidungen getroffen worden sein.

Abbildung 2.10. Darstellung der Produktpreisentwicklung in Bezug auf die Dauer 22

Die Erhöhung der produkt- und technologiebezogenen Änderungsraten geschieht unter der Berücksichtigung des Kostensaspekts und führt zur Kontraktion der Marktzyklen. Die Folge ist das schnelle Veraltern der am Markt befindlichen Produkte durch neue verbesserte Substituten. Dabei wird die Produktlebensdauer nicht durch die Funktionsfähigkeit der vorhandenen Produkte, sondern durch das Erscheinen neuer leistungsfähigerer Produkte bestimmt.

²² Quelle: „HW-Kompatibilität“, Präsentation BMW Group, Seite 3, 07.02.2003

2. Die Gegenwart der Langzeitversorgung 13

2.3. Anforderungen der Automobilindustrie

Die Anforderungen der Automobilhersteller an Lieferanten und Sublieferanten erstrecken sich über viele technische und wirtschaftliche Bereiche. Dabei verfolgen die OEM’s ein Basisziel, die Wünsche und Bedürfnisse der Kunden (siehe Kapitel 2.5.) zu erfüllen sowie dieses Handeln nach den wirtschaftlichen Prinzipien umzusetzen.

Um diese ökonomischen Kriterien zu erfüllen, verlangen die Automobilhersteller als Basis eine reibungslose Versorgung mit Bauelementen für elektronische Steuergeräte über den gesamten Produktlebenszyklus. Dabei soll nach Möglichkeiten über den kompletten Wertschöpfungs- und Produktlebensbereich, auch in der Nachserienversorgung, das funktionell gleiche Produkt verwendet werden. Die größte Forderung der Automobilhersteller in Bezug auf die Versorgung ist es, die Bauteile vor allem während der Serienproduktion und nach Möglichkeiten bis zum EOP nicht abzukündigen. Während die OEM’s dies am liebsten vertraglich festlegen würden, können Halbleiterhersteller aufgrund der unterschiedlichen Zyklen (Kapitel 2.2.) oft nicht garantieren, wie lange ihre Produkte am Markt bleiben.

Ebenso fordern Automobilhersteller, dass die Halbleiterhersteller frühzeitige Aussagen bezüglich genereller Verfügbarkeit bzw. frühzeitiger Abkündigung treffen. Dadurch sollen Notfälle vermieden werden, dass Steuergeräte nicht mehr verfügbar sind und nur durch kostenintensive Maßnahmen schnell nachgebaut werden müssen. Dabei wäre aus OEM Sicht wünschenswert, falls eine Abkündigung nicht mehr aufzuhalten ist, dass dem Abnehmer der Grund der Abkündigung genannt und ein möglicher Ersatztyp vorgeschlagen wird. Diesbezüglich verlangen die OEM’s eine hohe Kommunikationsbereitschaft zwischen den Parteien, damit eine Abkündigung frühzeitig erfasst und bekämpft werden kann. Ebenfalls wird gefordert, die Funktionalität der Steuergeräte über einen längeren Zeitraum zu erhalten, damit diese nicht unnötigerweise erhöht wird. Leider ist das Thema nicht so trivial, denn hierbei trifft eine hohe Bauteilevielfalt auf unübersichtliche hochdynamische Marktstrukturen. Ebenso darf hier mal wieder der Aspekt der unterschiedlichen Produktlebenszyklen nicht vernachlässigt werden, denn dies erschwert ebenfalls den gesamten Versorgungsprozess.