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Halbleiterbauteile in der Automobilproduktion

Im Spannungsfeld der Absatzmärkte

Halbleiterbauteile haben einen entscheidenden Anteil an der Entwicklung von Automobilen. Mikroprozessoren, Speicherbausteine sowie analoge Bauteile stellen die Basis für Komponenten wie Sicherheitssysteme, Displays oder Navigationssysteme dar. Der hohe Anteil der Elektronik an der Wertschöpfung eines Autos dürfte in den nächsten Jahren auch auf Grund der steigenden Vernetzung von Automobilen mit ihrer Umwelt auf bis zu 50 Prozent klettern. Dabei spielt die Zusammenarbeit mit Lieferanten für Elektronikbauteile und deren Zulieferern in der Halbleiterbranche eine entscheidende Rolle.

Bild: Fraunhofer IPA

Die akuten Schwierigkeiten bei der Versorgung der Automobilindustrie mit Halbleiterprodukten während der letzten drei Jahre zeigen die Herausforderung in der logistischen Zusammenarbeit beider Industrien: Der starke Ab- und Aufschwung des Automobilmarktes führte innerhalb der Lieferkette für Halbleiterbauteile erst zu starken Überproduktionen und anschließend zu gravierenden Kapazitätsengpässen. Als Folge fanden insbesondere in den Jahren 2009 und 2010 eine Vielzahl von kostenintensiven Materialallokationen und kurzfristigen Änderungen in der Produktionsplanung statt. Da die Marktteilnehmer von einem zunehmend volatilen Marktumfeld für Elektronikbauteile ausgehen, gilt es zur Vermeidung zukünftiger Krisen und einer grundsätzlichen Verbesserung der Versorgungssicherheit, die Planungs- und Steuerungsprozesse an der Schnittstelle beider Lieferketten zu harmonisieren.

Unterschiedliche Anforderungen der Absatzmärkte

Die Herausforderungen in der Zusammenarbeit beider Branchen verschärfen sich durch die unterschiedlichen Logistik-Anforderungen der Automobilindustrie im Vergleich zu anderen Absatzmärkten der Halbleiterbranche. Im Gegensatz zur Mehrzahl der automobilen Zuliefersegmente ist die Halbleiterindustrie nicht primär an der Planungsphilosophie der Automobilhersteller ausgerichtet. Stattdessen ist die Branche geprägt durch große internationale Konzerne, die nur einen kleineren Anteil ihres Umsatzes mit der Belieferung der Automobilindustrie erzielen. So verantwortet die Automobilindustrie im Branchendurchschnitt weltweit nur sieben Prozent des Absatzes der Halbleiterbranche, die größten Umsatzanteile fallen mit 38 Prozent für die Bereiche Datenverarbeitung sowie mit 24 Prozent für die Mobilfunk- und Festnetzkommunikation an. Charakteristisch für die Datenverarbeitungsbranche sind hohe Leistungs- und Innovationsanforderungen sowie kurze Produktlebenszyklen, auf die sich die Halbleiterbranche ausgerichtet hat. So wird in Deutschland bei Laptops von einer durchschnittlichen Nutzungsdauer von drei Jahren ausgegangen. Im Gegensatz dazu weisen Automobile in der EU eine durchschnittliche Nutzungsdauer von 8,2 Jahren auf. Darüber hinaus muss durch die Anforderungen des Ersatzteilegeschäftes die Verfügbarkeit von Produkten bis zu 25 Jahren sichergestellt werden.

Geringe Flexibilität in der Halbleiterfertigung

Der gesamte Auftragsdurchlauf in der Automobilindustrie von der Bestellung bis hin zur Auslieferung an den Kunden erfolgt momentan innerhalb von etwa zehn Tagen. Die Produktionsdurchlaufzeit von Halbleiterbauteilen beträgt hingegen rund acht bis 16 Wochen. Auch längerfristige Kapazitätsanpassungen erfolgen in der Automobilindustrie schneller als bei den Halbleiterproduzenten. Innerhalb der Automobilindustrie erfolgt die Planung weitestgehend nach einem sukzessiven Planungsansatz, bei dem Sekundärbedarfe jeweils an die vorgelagerten Lieferstufen weitergegeben werden. Dieser Ansatz führt zu einer Zeitverzögerung in der Informationsweitergabe und einer Verstärkung von Bedarfsschwankungen in der Lieferkette. Die Halbleiterproduzenten sind durch ihre geringere Flexibilität in der Fertigung gezwungen, dieser Situation durch hohe Lagerbestände und damit verbundenen hohen Kosten zu begegnen.

Ein Modell des Fraunhofer IPA stellt ein umfassendes Maßnahmenpaket zur Harmonisierung der Schnittstelle zwischen Automobil- und Halbleiterbranche vor.

Verbessertes Zusammenspiel in der Lieferkette

Um die Versorgung mit Halbleiterbauteilen auch unter volatilen Marktbedingungen zu tragbaren Kosten zu gewährleisten, muss das Zusammenspiel der beiden Industrien innerhalb der Lieferkette verbessert werden. Das betrifft sowohl die langfristige Kapazitäts- und Investitionsplanung als auch das kurzfristige Auftragsmanagement. Ein am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) auf Basis von Industrieprojekten entwickeltes Referenzmodell enthält eine Vielzahl von Maßnahmen und Ansätze zur Harmonisierung der Schnittstelle zwischen Automobil- und Halbleiterbranche. Eine entwickelte Maßnahme im Bereich ‚Prozess‘ ist die Harmonisierung der Kapazitätsplanung auf Basis des Collaborative Planning, Forecasting and Replenishment-Konzeptes (CPFR). Das entwickelte Konzept sieht die Organisation regelmäßiger Treffen zwischen Lieferanten und Kunden zur Abstimmung der Kapazitäts- und Investitionsentscheidungen vor.

Der Fokus liegt dabei auf der frühzeitigen Erkennung von Investitionsbedarfen bei Produktgruppen und Halbleitertechnologien. Die Abstimmungstreffen sollten durch eine standardisierte Vorgehensweise und gemeinschaftlich definierte Kennzahlen unterstützt werden. Darüber hinaus sind künstliche Bedarfsschwankungen innerhalb der automobilen Lieferkette zu vermeiden. Ein Ansatz hierzu ist die Verringerung der Anzahl der Dispositionsstufen, um die Bedarfszahlen schnell und unverfälscht vom Endproduzenten bis hin zum Halbleiterlieferanten zu übertragen. Eine Maßnahme hierfür ist der verstärkte Einsatz des Supplier Managed-Inventory-Konzeptes (SMI). Beim SMI-Konzept basieren die den Halbleiterlieferanten übermittelten Bedarfszahlen direkt auf den Produktionsprogrammen der Automobilzulieferer, um planungsbedingte Bedarfsschwankungen zu reduzieren. Im Bereich ‚Technologie und Strategie‘ bietet sich unter anderem die Verlagerung der kundenindividuellen Anpassung von Halbleiterbauteilen an das Ende des Fertigungsprozesses an.

Hierdurch können Bedarfe an halbfertigen Produkten zusammengefasst und Sicherheitsbestände reduziert werden. Halbleiterbauteile sollten aus logistischen Gesichtspunkten möglichst so gestaltet werden, dass sie nach den eigentlichen Produktionsschritten durch Software konfiguriert und kundenindividuell angepasst werden können. Eine Alternative zur dieser ‚Soft Customization‘ ist die ‚Hard Customization‘. Dabei werden Elektronikkomponenten durch eine hohe Modularisierung und Standardisierung nach dem Baukastenprinzip möglichst konfigurierbar gestaltet. Bei beiden Strategien sind eventuell entstehende Nachteile im Produktdesign gegen geringere Logistikkosten und Planungsrisiken abzuwägen. Die Vorteile liegen insbesondere in der Flexibilisierung der Halbleiterfertigung, da die Produktdifferenzierung erst nach Auftragseingang erfolgt. Eine verbesserte Versorgungssicherheit der Automobilindustrie mit Halbleiterbauteilen ist nur durch solche gemeinschaftlich umgesetzte Maßnahmen von Automobil- und Halbleiterindustrie zu erzielen.


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