Elektromobilität und Beschäftigung

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1 Elektromobilität und Beschäftigung Quantitative und qualitative Beschäftigungswirkungen neuer Antriebstechniken Daniel Borrmann Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

2 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 2

3 Fragestellungen des Forschungsprojekts ELAB Zentrale Fragestellung: Welche Arbeitsplatzeffekte resultieren aus der Elektrifizierung des Antriebsstrangs? Wie viel Beschäftigung ist mit der Produktion der einzelnen Antriebskonzepte verbunden? Quantitative Beschäftigungswirkungen Wie wirkt sich der Wandel im Antriebsstrang auf Arbeitsinhalte und Qualifikationsbedarfe aus? Qualitative Beschäftigungswirkungen Seite 3

4 Projektstruktur Projektträger Forschungspartner Quantitative Beschäftigungswirkung Welche Beschäftigungswirkungen resultieren aus der Elektrifizierung des Antriebsstrangs? Antriebskonzepte Szenarien Produktionsprozesse Personalbedarf Wirkungsanalysen Qualitative Beschäftigungswirkung Zeitplan 08/ / / /2012 Seite 4

5 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 5

6 Methodik ELAB-Antriebskonzepte Es wurden insgesamt 6 alternative Antriebskonzepte betrachtet Jedem Konzept wurde ein Referenz-Antriebsstrang zugrunde gelegt Jeder Antriebsstrang ist definiert durch charakteristische Systeme Systeme bestehen weiter aus Subsystemen, Komponenten und Produkteinzelteilen Produkteinzelteile wurden hinsichtlich Werkstoffen und Fertigungskategorien analysiert Neue, nicht mehr benötigte bzw. modifizierte Komponenten je Referenz-Antriebsstrang werden identifiziert Autonome Hybridfahrzeuge Netzanschluss Wasserstoff Konv. Referenz ICE Mild-HEV Full-HEV PHEV REX BEV FCV BEV: Batterieelektrisches Fahrzeug (Battery Electric Vehicle), FCV: Brennstoffzellenfahrzeug (Fuel Cell Vehicle), HEV: Hybridfahrzeug (Hybrid Electric Vehicle), PHEV: Hybridfahrzeug mit Auflademöglichkeit (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), ICE: Verbrennungsmotorbasiertes Fahrzeug (Internal Combustion Engine), REX: Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerung (Range-extended Electric Vehicle) Seite 6

7 Methodik ELAB-Marktszenarien Auf Basis einer umfassenden Metaanalyse wurden ein Referenzszenario sowie drei Sensitivitätsszenarien definiert Metaanalyse Referenzszenario Alternativszenarien Analyse unterschiedlicher veröffentlichter Szenarien Politik Forschungseinrichtungen Industrie Internationale Ausrichtung Basiert auf Zusammenfassung der untersuchten Studien Für ELAB relevanter Zeitraum: 2030 Es wurden 6 Arten von Antriebssträngen untersucht Definition von 3 what-if - Szenarien 1. Konservativ: ICE 2. Progressiv: BEV 3. Progressiv: FCV Extremszenarien zur Ableitung von Konsequenzen Seite 7

8 ELAB-Referenzszenario Das ELAB-Referenzszenario basiert auf einer Zusammenfassung der untersuchten Studien Marktanteile ELAB-Referenzszenario [%] (PKW-Neufahrzeugmarkt, weltweit) 100 ICE % Mild 2030 [%] 80 HEV ICE 40 Mild REX HEV 20 REX BEV 10 BEV 20 FCV 5 0 FCV Für ELAB relevanter Zeitraum Quelle: DLR-Analyse; Legende Fahrzeugkategorien ICE: Verbrenner; Mild: Mild-Hybride; HEV: Vollhybride, inkl. Netzanschluss; REX: Range-extender; BEV: Batterie; FCV: Brennstoffzelle Seite 8

9 ELAB-Alternativszenarien Die drei what-if -Szenarien dienen zur Abschätzung von Konsequenzen und spiegeln extreme zukünftige Entwicklungen wider ICE FCV BEV Referenz ICE Mild HEV REX BEV FCV Das Szenario stellt als Zusammenfassung der untersuchten Studien ein best-guess -Szenario dar Die angenommene Entwicklung erfüllt die politischen Ziele und ist realistisch denkbar Das erste Extremszenario unterstellt eine Dominanz BEVs Unter drastisch verschärften Randbedingungen, insbesondere des Ölpreises und der CO 2 -Gesetzgebung ist dieses Szenario vorstellbar Die Dominanz von FCV bildet einen Extremfall ab, der nur unter sehr speziellen Bedingungen denkbar ist Insbesondere die H 2 -Infrastruktur sowie die hohen Fahrzeugkosten stellen derzeit ein Hemmnis dar Das ICE-Szenario stellt den konservativen Extremfall dar Derzeit kann nicht davon ausgegangen werden, dass bis 2030 keine voll-elektrischen Fahrzeuge in den Markt eintreten werden Quelle: DLR-Analyse Seite 9

10 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 10

11 Übersicht zu den behandelten Themenfeldern im Kontext der»wirkungsanalyse Produktion«- Produktionstechnik und Produktionstechnologie Überblick und Begriffsdefinitionen - Einordnung von relevanten Techniken/Verfahren in Hauptgruppen der Fertigungstechnik - Überblick über veränderte Anforderungen im Automobilbau Produkttypologie und Komponentenbeschreibung Stand der Technik und Prozessbeschreibungen Produktionstechnologien und Prozessinnovationen Elektrische Maschine Batteriesystem Wasserstoff-Tank Leistungselektronik Brennstoffzellen-System Hybrid- Getriebe Verbrennungskraftmaschine Automatik- Getriebe Seite 11

12 Vorgehen bei der Erhebung der Personalbedarfe in der Antriebsstrangproduktion Konventionelle Komponenten: Personalbedarfe für große Stückzahlen sind bekannt Neue Komponenten: Personalbedarfe sind nur für geringe Stückzahlen bzw. nur aus anderen Branchen bekannt es konnten Daten erhoben und weiterverarbeitet werden Werke, Produktion, Beschäftigte Forschungs- Institute Fachliteratur Harbour- Reports Zusammenführung der erhobenen Daten und Validierung mit Experten Daten wurden für geringe Stückzahlen erhoben und extrapoliert bzw. in Analogiefeldern erhoben und übertragen Daten für geringe Stückzahlen Extrapolation Aggregatewerke Experteninterviews Daten in Analogiefeldern Übertragung Delphi Studie mit Experten zur Verifizierung Validierung der Daten mit Experten Anzahl Beschäftigte (direkt / produktionsnah indirekt / indirekt) auf Komponenten-Ebene Seite 12

13 Definition der Mitarbeitergruppen Mitarbeitergruppen zur Beschreibung der Beschäftigungswirkungen Direkte Mitarbeiter (MA): Aufgaben sind direkt dem Produktionsfortschritt zuordenbar. Beispiele: Drehen, fräsen, montieren, prüfen (am Produkt), einrichten, Wartung (vorbeugende Instandhaltung) Produktionsnahe indirekte Mitarbeiter (MA): Aufgaben sind dem Produktionsfortschritt nur mittelbar zuordenbar. Beispiele: Logistik, Transportieren, Qualitätssicherung, Instandhaltung/ Instandsetzung Indirekte Mitarbeiter (MA): Aufgaben sind nur indirekt dem Produktionsfortschritt zuordenbar, auch dann, wenn sie im Produktionsbereich angesiedelt sind. Beispiele: Führen (ab Meister), Engineering, Planung, sonstige Datenerfassung, sonstige Verwaltung Seite 13

14 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 14

15 Kernaussagen: Gesamtpersonalbedarf im Referenzszenario Personalbedarf Referenzszenario H 2 -Tank Brennstoffzellen-System Leistungselektronik Elektromotor Hybrid E-motor u. elektr. Generator Hochenergie-Batteriesystem Hochleistungs-Batteriesystem Hybridgetriebe Getriebe (außer Hybrid) VKM Jahr Beim Referenzszenario führen in Summe die alten und neuen Komponenten zu einem Anstieg des Personalbedarfs in der idealtypischen Antriebstrangproduktion In diesem Szenario steigt der Gesamtbedarf an Mitarbeitern Seite 15

16 Kernaussagen: Gesamtpersonalbedarf im BEV-Szenario BEV-Szenario H 2 -Tank Brennstoffzellen-System Leistungselektronik Personalbedarf Elektromotor Hybrid E-motor u. elektr. Generator Hochenergie-Batteriesystem Hochleistungs-Batteriesystem Hybridgetriebe Getriebe (außer Hybrid) VKM Jahr Im BEV-Szenario sinkt der Personalbedarf in einer idealtypischen Antriebsstrangproduktion nach einem deutlichen Anstieg wieder auf den Ausgangsstand In diesem Szenario stagniert der Gesamtbedarf an Mitarbeitern Seite 16

17 Kernaussagen: Gesamtpersonalbedarf im FCV-Szenario Personalbedarf FCV-Szenario H 2 -Tank Brennstoffzellen-System Leistungselektronik Elektromotor Hybrid E-motor u. elektr. Generator Hochenergie-Batteriesystem Hochleistungs-Batteriesystem Hybridgetriebe Getriebe (außer Hybrid) VKM Jahr Im FCV-Szenario steigt der Personalbedarf in einer idealtypischen Antriebsstrangproduktion deutlich über den Ausgangsstand In diesem Szenario schwankt aber steigt der Gesamtbedarf an Mitarbeitern stark Seite 17

18 Kernaussagen: Gesamtpersonalbedarf im ICE-Szenario ICE-Szenario Personalbedarf Leistungselektronik Elektromotor Hybrid Hochleistungs-Batteriesystem Hybridgetriebe Getriebe (außer Hybrid) VKM Jahr Im ICE-Szenario steigt der Personalbedarf in einer idealtypischen Antriebsstrangproduktion leicht über den Ausgangsstand In diesem Szenario steigt der Gesamtbedarf an Mitarbeitern langsam aber kontinuierlich Seite 18

19 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 19

20 Qualitative Wirkungsanalyse: Vorgehensweise Forschungsfragen Kompetenzanforderungen und Qualifikationen : Wie verändern sich Kompetenzanforderungen im Technologiewandel? Welche Qualifikationen von Beschäftigten sind für die Produktion von neuen Antriebssträngen erforderlich? Wie können Institutionen der Standortumgebung den Technologiewandel durch eine Verbesserung von Standortfaktoren unterstützen? Welchen Einfluss haben Arbeitsmarkt und demographischer Wandel? Forschungsfrage Branchenumfeld : Wie wirkt sich der Technologiewandel auf Zuliefererstrukturen im Branchenumfeld aus, welche Herausforderungen für Zulieferer zeichnen sich ab? Qualitative Wirkungs- und Bedarfsanalyse Methodenmix: 1. Ableitung von Kompetenzanforderungen und Qualifizierungsbedarfen aus der ELAB-Analyse von Produktionsprozessen. 2. Expertengespräche mit Akteuren aus Unternehmen (OEM, Zulieferer), aus Forschungsinstituten und weiteren Institutionen. 3. Sekundäranalyse von Literatur und weiteren Dokumenten. Seite 20

21 Kompetenzanforderungen und Qualifikationen: Ausgangsthese These: Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs verändert Kompetenzanforderungen, verschiebt Qualifikationsprofile und generiert Weiterbildungsbedarf entlang der gesamten Prozesskette FuE Produktion Nutzung Service Recycling ELAB-relevant: Produktion Antriebsstrang Seite 21

22 These: Herstellung elektrischer Antriebe erfordert neue Prozesse, Anlagen und Kompetenzen Quelle: Franke 2011 Seite 22

23 Kompetenzanforderungen und Qualifikationen: Ergebnisse / Kernaussagen (1) Bedeutungszunahme Elektrik/Elektronik im Vergleich zu Mechanik. Bedeutungszuwachs Montagetätigkeiten. Montageprozesse lösen formgebende Fertigungsprozesse mehr und mehr ab. Montagearbeit kann nicht mit»einfacharbeit«gleichgesetzt werden, sondern wird immer komplexer, flexibler, anspruchsvoller.»qualifikationsshift«hin zu Fachund Prozesskompetenzen;»Erfahrungswissen«. Umgang mit Hochvolt-Systemen als zentrales neues Qualifikationserfordernis für Beschäftigte in Produktions- und Montagebereichen. Erweiterte Kompetenzanforderungen durch Optimierung konventioneller Komponenten (Reinraum, Sorgfalt) sowie Leichtbau und neue Werkstoffe. Ausbildung: Integration elektromobilitätsspezifischer Qualifikationsinhalte in bestehende Berufsbilder (z. B. Umgang mit Hochvolt-Systemen als Modul). Wandel im Mix der Ausbildungsberufe setzt sich durch Elektrifizierung weiterhin fort (Zunahme mechatronischer Berufe und industrielle Elektro-Berufe). Seite 23

24 Kompetenzanforderungen und Qualifikationen: Ergebnisse / Kernaussagen (2) Weiterbildung: größere Qualifizierungsbedarfe für Umgang mit Hochvolt- Systemen (»elektrotechnisch unterwiesene Person«,»Elektrofachkraft«). Arbeits- und Gesundheitsschutz: Umgang mit den Traktionsbatterien als größte potenzielle Gefahrenquelle elektrische Spannung (Hochvolt!) und Gefahrstoffe (wie z. B. Lithium). Neue Antriebsstrangkomponenten: Kompetenzanforderungen durch künftig wesentlich höhere Automatisierung sowie durch Sicherstellung hoher, gleichbleibender Qualität. Weitere komponentenspezifische Qualifikationserfordernisse: Batteriesystem: Verbindungs-/Fügetechnik (Arbeiten unter Spannung), Qualitätssicherung, Prüfung, Tests (Elektrik, Dichtigkeit). Elektromotoren: Montage, Qualitätssicherung, Prüfung, Tests. Brennstoffzellensysteme: Technische Kompetenzen (z. B. Dünnfilmbearbeitung, elektrochemische Beschichtung) und Qualitätssicherung, Sorgfalt, Reinheit. Spezifische Kenntnisse bei H 2 -Tanks (Hochdruck, Leichtbau). Seite 24

25 Kompetenzanforderungen und Qualifikationen: Bedarfsanalyse Bildungsinfrastruktur Berufliche Bildung in der Region: In Automotive-Regionen sind Bildungseinrichtungen vielfach stark auf den klassischen Metall- und Mechanik- Bereich orientiert. Elektromobilitätsspezifische Qualifikationsinhalte (Kompetenzen in Elektrik/Elektronik, Umgang mit Hochvolt-Systemen) sollten stärker in die bestehenden Weiterbildungsangebote integriert werden. Koordinierung und Standardisierung von Weiterbildungsangeboten (insbesondere bei der Zusatzqualifikation Umgang mit Hochvolt-Systemen ). Regionales Arbeitsmarktmanagement unter Einbeziehung der relevanten Akteure: Bildung einer Plattform bzw. eines Netzwerks aller Akteure der beruflichen und akademischen Bildung, um abgestimmte Konzepte hinsichtlich zukünftiger Maßnahmen sowie eine koordinierte, transparente Umsetzung zu erreichen. Initiierung eines regionalen Arbeitsmarktmanagements als Gestaltungsund Steuerungsinstrument für regionale Arbeitsmärkte und Qualifizierungssysteme. Seite 25

26 Kompetenzanforderungen und Qualifikationen: Kontextanalyse Arbeitsmarkt und demographischer Wandel Demographischer Wandel wird großen Einfluss auf die zukünftige Arbeitswelt in der Autoindustrie ausüben (ob mit oder ohne E-Mobilität). Stark rückläufiges Erwerbspersonenpotenzial bis 2030 (und darüber hinaus) und der anhaltende Trend zur Akademisierung der Arbeitswelt könnte zu Engpässen am für die Antriebsstrangproduktion relevanten Arbeitsmarkt führen. Als Konsequenz gilt es, das Arbeitskräftepotenzial besser auszuschöpfen und Teilhabechancen für alle zu verbessern! (Anpassung der Arbeitsbedingungen an Erfordernisse der älter werdenden Belegschaft, der Vereinbarkeit von Familie und Beruf, der Chancengleichheit und Integration). Hervorragender Technologiestandort für Elektromobilität bezieht seine Stärke auch aus Synergien, Rückkoppelungsprozessen und gegenseitigen Lerneffekten mit dem gleichzeitig vorhandenen Produktionsstandort. Auch deshalb ist die Industrialisierung der Elektromobilität eine wichtige Zielsetzung! Seite 26

27 Branchenumfeld: Ergebnisse / Kernaussagen (insb. Zuliefererstruktur in Baden-Württemberg) Reorganisation der Wertschöpfungskette mit Neuverteilung von Wertschöpfungsanteilen (Wettbewerb etablierter und neuer Zulieferer). Wandel zur Elektromobilität mit enormen Auswirkungen für das Autoland Baden-Württemberg (mit seiner starken technologischen Ausrichtung auf den Antriebsstrang). Management des Wandels ist speziell für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) eine große Herausforderung KMU-Zulieferer bisher wenig auf Technologiewandel vorbereitet (technologische Zukunftsfähigkeit zahlreicher Autozulieferer bei alternativen Antriebskonzepten ist kritisch einzuschätzen). Engpässe bei KMU-Zulieferern: (1) generelle Innovationsdefizite; (2) technologischer Fokus auf Verbrennungsmotoren; (3) unzureichende Awareness für Herausforderung Elektromobilität. Strategieoptionen: aktives Handeln im technologischen Wandel (Produktinnovation, Fertigungskompetenz) / Diversifizierung / Kooperationen bei neuen Technologien Seite 27

28 Agenda Überblick über das Forschungsprojekt ELAB Antriebskonzepte und Szenarien Produktionsprozesse und Personalbedarf Quantitative Wirkungsanalyse Qualitative Wirkungsanalyse Zusammenfassung Seite 28

29 ELAB: Zusammenfassung Basierend auf den Marktszenarien ist im Jahr 2030 mit einem Mix verschiedener Antriebskonzepte zu rechnen. Die Herstellung elektrifizierter Antriebsstrangkomponenten erfordert Kompetenzen bislang im Automobilbau nicht eingesetzter Fertigungsverfahren. Die Antriebsstrang-Hersteller können ihren Personalbedarf halten oder sogar steigern, sofern sie zusätzlich zu den konventionellen auch Komponenten für den elektrifizierten Antriebsstrang produzieren. Innerhalb der Wertschöpfungskette kann es zu massiven Verschiebungen, vor allem bei Zulieferunternehmen, kommen. Mit der Elektromobilität ist ein Wandel in der Arbeitswelt verbunden, mit sich verändernden Kompetenzanforderungen und Qualifikationen der Beschäftigten. Erforderlich wird eine Anpassung der beruflichen Ausund Weiterbildung sowie eine Standardisierung von Qualifizierungsinhalten und -abschlüssen. Seite 29

30 ELAB-Projektteam Ansprechpartner Forschungsinstitute Fraunhofer IAO Daniel Borrmann Nobelstraße Stuttgart IMU Institut Dr. Jürgen Dispan Hasenbergstraße Stuttgart DLR-FK Benjamin Frieske Pfaffenwaldring Stuttgart