2.2 Produktionstechnische Wertschöpfung durch nachhaltige
2.2.4 Spätere Phase der Innovationsentwicklung
Im Anschluss an die frühere Phase der Innovationsentwicklung wird die generierte Idee für eine Innovation zu einem wettbewerbsfähigen Produkt mit zugehörigem Geschäftsmodell konkretisiert. Im Gegensatz zur früheren Phase gilt diese Phase allgemein als mehr strukturiert und planbarer [KAB-01, S. 49].
Zum Lösen von spezifischen Entwicklungsaufgaben während der Phase werden Vorgehensweisen zur systematischen Lösungssuche angewendet [VDI 2206, S. 27 ff.]. Somit dient die Lösungssuche sowohl zur Ideengenerierung während
Aufgabe erkennen
Aufgabe analysieren
Lösungsideen entwickeln
Lösungsidee auswählen Definition der Aufgabe Generierung der Lösungsidee
der früheren Phase als auch zur Lösung von konkreten Entwicklungsaufgaben in der späteren Phase der Innovationsentwicklung [EhM-13, S. 92 ff.]. Nachfolgend werden die wesentlichen Elemente der späteren Phase mit den zugehörigen Entwicklungsprozessen beschrieben und in die Arbeit eingeordnet. Dazu gehören das Produkt und hybride Leistungsbündel sowie das Geschäftsmodell.
Produkt und hybrides Leistungsbündel
Ehrlenspiel und Meerkamm beschreiben ein technisches Produkt als geometrisch-stoffliches Gebilde, das einen bestimmten Zweck erfüllt [EhM-13, S. 28 f.]. Vajna et al. erweitern diesen Begriff im Sinne des Verständnisses technischer Produkte nach Ropohl und der VDI 3780. Sie definieren das Produkt als Ergebnis oder Erzeugnis menschlicher Arbeit und menschlichen Könnens. Es wird auf künstliche Weise hervorgebracht; es ist ein Artefakt oder Sachsystem. Produkte können dingliche/materielle Artefakte oder nicht-dingliche/immaterielle Artefakte und Leistungen sein. Dingliche Artefakte können stückweise (diskret) oder stetig (kontinuierlich) sein und sie können aus Komponenten und Baugruppen bestehen [Vaj-14, S. 68 f.]. Feldhusen et al. greifen die Dualität zwischen der Funktionsstruktur und der technisch-physischen Zusammensetzung der Komponenten (Produktstruktur) eines materiellen Artefaktes auf. Sie fassen unter einer Produktarchitektur die Funktionsstruktur, Produktstruktur sowie die Transformation als Zusammenhang zwischen funktionaler und technisch-physischer Beschreibung des Produktes zusammen [FeG-13, S. 256]. Die VDI 2206 beschreibt den interdisziplinären Charakter komplexer, mechatronischer Produkte, der sich als synergetischer Effekt verschiedener Technik aus dem Maschinenbau, der Informationstechnik und der Elektrotechnik ergibt [VDI 2206, S. 9 ff.]. Neben der reinen Funktionserfüllung müssen Produkte zur Erfüllung von Werten des Kunden während der Nutzung beitragen. Dies resultiert laut Ueda insbesondere aus der Kombination von materiellen Artefakten mit immaterieller Leistung [UTV-09, S. 685 f.]. Durch diese Kombination entstehen hybride Leistungsbündel (en: Product Service Systems), die weit über das klassische Service-Konzept für Sachsysteme hinausgehen. Goedkoop et al.
umschreiben hybride Leistungsbündel als “[...] marketable set of products and services, capable of jointly fulfilling a user's need” [GHR-99, S. 18]. Diese Beschreibung wurde von Tukker et al. aufgegriffen und im Sinne eines Wertangebotes (en: Value Proposition) für Kunden ausgelegt, das sich aus einem materiellen Produkt und einer immateriellen Dienstleistung zusammensetzt. Tukker et al. schreiben dazu:
Hybride Leistungsbündel sind “[...] a value proposition that consists of a mix of tangible products and intangible services designed and combined so that they jointly are capable of fulfilling final customer needs” [TuB-06, S. 31]. Hybride Leistungsbündel werden
weiterhin im Sinne einer Erweiterung der Produktfunktionalität durch einen Nutzenverkauf anstatt eines reinen Produktverkaufs (en: selling functionality) interpretiert. Dieser Paradigmenwechsel wurde u.a. von Toffel [Tof-02, S. 2] und Baines et al. formuliert [BLE-07, S. 1543]. Tukker unterscheidet daher unterschiedliche Grade der Ausprägung einer Verknüpfung von Produkt und Dienstleistung für hybride Leistungsbündel: funktionsorientiert, nutzenorientiert, ergebnisorientiert (Abbildung 2-6) [Tuk-04, S. 248].
Abbildung 2-6: Klassifizierung von hybriden Leistungsbündeln [Tuk-04, S. 248]
Im Kontext dieser Arbeit ist durch das Produkt bzw. Produkt im engeren Sinne das Sachsystem ohne Dienstleistung gemeint. Das Produkt im weiteren Sinne umfasst hingegen ein Wertangebot auf der Grundlage hybrider Leistungsbündel.
Durch den Aufbau cyber-physischer Systeme werden die relevanten Systemelemente eines Produktes (im engeren Sinne) vorgegeben (Abbildung 2-7).
Das Produkt ist als System in eine Umgebung eingebettet. Die Produkte können in Echtzeit über Sensoren Daten aus ihrer Umgebung verarbeiten und über Aktoren auf die Systemumgebung einwirken. Sie kommunizieren über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit dem Menschen. Über Systemschnittstellen tauschen sie Daten und Informationen mit externen Systemen aus und werden dadurch Bestandteil eines informationstechnischen Netzwerkes [BKR-16, S. 6;
Bro-10; GCD-15, S. 14 ff.; Hir-14, S. 6 ff.]. Die wesentlichen Systemelemente eines Produktes sind: die Mechanik, Elektronik und Software [VDI 2206, S. 9 ff.].
funktions- oder
produktorientiert nutzenorientiert ergebnisorientiert Wert
überwiegend im Produktanteil
Wert überwiegend
im Dienst-
leistungs-anteil
Produkt-anteil (materiell)
Dienstleistungsanteil (immateriell) Hybrides Leistungsbündel
Abbildung 2-7: Systemelemente eines Produktes (in Anlehnung an [Bro-10, S. 24; GCD-15, S. 15; Hir-14, S. 6 ff.; VDI 2206])
Die Mechanik umfasst die dem Maschinenbau zugeordneten Funktionen zur Erfüllung der dynamischen Anforderungen an das Produkt. Dazu gehören die mechanische Tragstruktur und die Maschinenelemente. Die Elektronik beschreibt die elektrotechnischen Funktionen zur Erfüllung der Anforderungen für die physikalische Erzeugung und Verarbeitung von Signalen und Energie. Die Sensoren und Aktoren sowie die elektrische Schaltung werden der Elektronik zugeordnet. Die Software wird charakterisiert durch die informations- und softwaretechnischen Funktionen zur Erfüllung der Anforderungen an die Erzeugung und Verarbeitung von digitalen Daten und Informationen. Darunter fallen durch digitale Programme umgesetzte Schnittstellen zur Kommunikation und die Informations- und Datenverarbeitung.
Produktentwicklung
Die Produktentwicklung umfasst die Gesamtheit aller Handlungen, die durch das zweckgerichtete Auswerten und Anwenden aktueller Erfahrungen und Forschungsergebnisse zur Konstruktion technischer Systeme bzw. eines Produktes beitragen [PBF-07, S. 1; VDI 2221, S. 2]. Die Konstruktion beinhaltet das Erarbeiten und Festlegen der zur Produktion, Nutzung, Wiederaufbereitung und Entsorgung des Produktes relevanten Produkteigenschaften (in Anlehnung an [FeG-13, S. 13; Sel-07, S. 366; VDI 2221, S. 40; Wid-15, S. 9]). Die Produkteigenschaften werden mithilfe von Modellen und Daten abgebildet [FeG-13, S. 13]. Ponn und Lindemann beschreiben in Anlehnung an Rude die Hauptarbeitsschritte für die Entwicklung und Konstruktionen als:
Konkretisieren, Abstrahieren, Zerlegen, Zusammenfügen, Variieren und
Schnittstelle zu anderen Systemen Mensch-Maschine-Schnittstelle
Eingebettetes System Mechanik Elektronik Software
System Mensch
Daten/Informationen
Einschränken [PoL-11, S. 33]. Neben der Entwicklung von technischen Systemen umfassen aktuelle Ansätze der Produktentwicklung auch eine Verknüpfung dieser Systeme mit spezifischen Dienstleistungen im Sinne hybrider Leistungsbündel. Zur Entwicklung von hybriden Leistungsbündeln müssen die beiden Bestandteile Produkt und Dienstleistung gestaltet werden. Hierfür haben Spohrer und Maglio den Begriff „Co-creation“ eingeführt [SpM-08, S. 240]. Sakao beschreibt für die Entwicklung hybrider Leistungsbündel drei unterschiedliche Dimensionen, die in ihrem Zusammenwirken berücksichtigt werden müssen [Sak-11, S. 126 f.]. Die Angebotsdimension umfasst Elemente und Handlungen des hybriden Leistungsbündels über den Lebenszyklus. Die Anbieterdimension beschreibt die Gestaltung und Bereitstellung der Organisationsstruktur und notwendiger Handlungen des Anbieters zur Markteinführung des hybriden Leistungsbündels. Die Kundendimension enthält die sich verändernden Werte des Kunden, die der Anbieter antizipieren muss. Als ein Ergebnis der Produktentwicklung stehen bis zu 90% der mit einem Produkt verbundenen zukünftigen Kosten fest [VDI 2235, S. 3]. Die Produktentwicklung prägt den Produktlebenszyklus eines Produktes, in dem sie die einzelnen Phasen des Zyklus weitgehend determiniert. Abbildung 2-8 ordnet die Produktentwicklung in den Lebenszyklus ein.
Abbildung 2-8: Einordnung der Produktentwicklung in den Produktlebenszyklus (in Anlehnung an [Sel-07; Wid-15, S. 9])
Produkt-entwicklung Fertigung Montage
Distribution Nutzung Redistri-bution
Remontage Reinigung,
Inspektion, ... Demontage
Entsorgung Produktion
Wiederaufbereitung Lebens- anfangLebens- mitteLebensende
Nutzenverkauf
Materialfluss
Determiniert
Pahl et al. unterscheiden vier Phasen bei der Produktentwicklung (Abbildung 2-9).
Diese können häufig jedoch nicht eindeutig voneinander abgegrenzt werden.
Ausgehend von einer definierten Entwicklungsaufgabe werden prinzipielle technische Lösungen für die grundlegenden Produktfunktionen konzipiert.
Anschließend erfolgt die formgebende und detailliert Gestaltung der Funktionsträger sowie eine Ausarbeitung der gesamten Produkteigenschaften für den Lebenszyklus. Die Entwicklungsphasen überlappen sich [PBF-07, S. 194]
und werden während der Produktentwicklung iterativ durchlaufen. Gleichzeitig erfolgt eine kontinuierlichen Analyse des Standes der Forschung und Technik [VDI 2206, S. 27 ff.].
Abbildung 2-9: Vier Phasen der Produktentwicklung (in Anlehnung an [PBF-07, S. 194])
Geschäftsmodell6
Timmers definiert ein Geschäftsmodell als eine Struktur mit dem angebotenem Produkt, der Dienstleistung, dem relevanten Informationsfluss, den Einnahmequellen sowie den beteiligten Geschäftsakteuren und deren resultierende Rollen und Vorteile [Tim-98, S. 4]. Osterwalder und Pigneur entwickelten das Verständnis von einem Geschäftsmodell im Sinne einer Werteorientierung weiter. Ihnen zufolge ist das Geschäftsmodell eine Beschreibung des Prinzips, nach dem eine Organisation Werte schafft, bereitstellt und sichert [OsP-11, S. 18]. Diese weitgefasste Definition wird in der Literatur im Allgemeinen geteilt [BKK-11, S. 2 ff.; ChR-02, S. 530 ff.; DOP-02, S. 7 f.; Ras-07, S. 1; Tee-10, S. 172 ff.; Wir-13, S. 85 ff.; ZoA-10, S. 216]. Jedoch wird das Geschäftsmodell hinsichtlich seiner wesentlichen Funktion unterschieden.
Chesbrough beschreibt eine stark auf die Innovationsentwicklung ausgerichtete Funktion des Geschäftsmodells. Ihm zufolge dient das Geschäftsmodell zum Umwandeln von Ideen und neuer Technik in einen ökonomischen Mehrwert [Che-06, S. 107]. Teece und weitere Autoren skizzieren eine auf die Gewinnerzielung [Mag-02, S. 87 f.; Ost-04, S. 15; Tee-10, S. 173; ZoA-10 S. 217], Rasmussen eine auf die Sicherung von Wettbewerbsvorteilen ausgerichtete
6 Dieser Unterunterabschnitt wird unter Berücksichtigung von Inhalten aus den vom Autor betreuten Abschlussarbeiten [Mai-BA, S. 5 f.; Pet-BA, S. 3 f.] dargelegt.
Planen und Klären der
Aufgabe
Konzipieren Gestalten Ausarbeiten
informative Festlegung
prinzipielle Festlegung
gestalterische Festlegung
herstellungstechnische Festlegung
Hauptfunktion von Geschäftsmodellen [Ras-07, S. 1]. Richardson sowie Fritscher und Pigneur charakterisieren zusätzlich eine wesentliche Funktion eines Geschäfts-modells in der Unterstützung der strategischen Entscheidungen bzw. des strategischen Unternehmensmanagements [FrP-09, S. 29; Ric-08, S. 133 ff.].
Die relevanten Systemelemente eines Geschäftsmodells werden in Abbildung 2-10
dargestellt. Diese sind in Anlehnung an Gassmann et al. sowie Osterwalder und Pigneur: die Kunden(-segmente), das Wertangebot, die Wertschöpfungskette sowie das Ertragsschema [GFC-13a, S. 5 ff.; OsP-11, S. 24 ff.].
Abbildung 2-10: Systemelemente eines Geschäftsmodells (in Anlehnung an [GFC-13a, S. 5 ff.; OsP-11, S. 24 ff.])
Das Wertangebot beschreibt die Eigenschaften für das Produkt (im weiteren Sinne) zur Erfüllung der Anforderungen, die sich aus den Wünschen, Werten, Bedürfnissen und Nöten der Kunden ergeben. Die Kunden(-segmente) umfassen die kundenspezifischen Eigenschaften zur Erfüllung der Anforderungen, die sich im Wesentlichen aus dem anvisierten Markt ableiten.
Die Wertschöpfungskette beinhaltet die wertschöpferischen Eigenschaften zur Erfüllung der Anforderungen zur Produktion, zum Nutzenverkauf, zur Wiederaufbereitung und zur Entsorgung des Wertangebotes. Die Wertschöpfungskette ist damit die Kette der Wertschöpfungsmodule in einem Wertschöpfungsnetzwerk zur Erzeugung des Wertangebotes über dessen Lebenszyklus. Das Ertragsschema wird charakterisiert durch die kosten- und umsatzbezogenen Funktionen zur Erfüllung der Anforderungen an die Gewinnerzielung.
Ertrags-schema
Wertschöpfungs-kette Wertangebot
Kunden(-segmente) Was?
Wert? Wie?
Wer?
Entwicklung von Geschäftsmodellen
Die Geschäftsmodellentwicklung umfasst die Gesamtheit aller Handlungen, die durch das zweckgerichtete Auswerten und Anwenden aktueller Erfahrungen und Forschungsergebnisse zur Ausarbeitung eines Geschäftsmodells beitragen. Als größte Herausforderung für die Entwicklung wird das Abstimmen des Wertangebots mit dem Kunden(-segment) beschrieben. Das Ergebnis der Entwicklung eines auf den Kunden abgestimmten Wertangebotes ist der sogenannte „Product-Market Fit“ [Rie-11, S. 203 f.]. Es können vier Phasen der Geschäftsmodellentwicklung unterschieden werden (Abbildung 2-11). Auf Grundlage getroffener Hypothesen werden für die einzelnen Systemelemente des Geschäftsmodells prinzipielle Lösungen konzipiert. Die Elemente werden anschließend im Detail konfiguriert und dadurch in Ihren jeweiligen Eigenschaften vollständig festgelegt. Abschließend wird das Geschäftsmodell implementiert und im angestrebten Markt erprobt. Die Entwicklung erfolgt iterativ mit phasenübergreifenden Sprüngen. Die Grundlage für die Iterationen bilden das Lernen durch Versuch und Irrtum sowie gewonnene Erkenntnisse aus der Umfeld-, Markt- und Konkurrenzanalyse (in Anlehnung an [BlD-12, S. 19 ff.;
Rie-11, S. 71 ff.]).
Abbildung 2-11: Vier Phasen der Entwicklung von Geschäftsmodellen (in Anlehnung an [GFC-13a, S. 16; GSE-17,S. 265 ff.; OsP-11, S. 252; Wir-10, S. 250]
Nachhaltige Wertschöpfung in der späteren Phase der Innovationsentwicklung Die Entwicklung nachhaltiger Produkte erfolgt nach Buchert, Pförtner und Stark im Handlungsfeld der Produktlebenszyklusphasen, der Produktsubsysteme (Mechanik, Elektronik und Software) sowie der drei Dimensionen der Nachhaltigkeit. Als wesentliche Herausforderung wird die Handhabung bzw. die Reduzierung der Komplexität dieses Handlungsfeldes beschrieben [BPS-17, S. 130]. Die ex ante Evaluierung der Produkte und deren Lebenszyklen zur Unterstützung der Entscheidungsfindung während der Entwicklung ist dabei ein maßgeblicher Ansatz gegenwärtiger Forschung und Praxis [BPS-17, S. 131 f.;
RRB-10, S. 2 ff.]. Bocken et al. charakterisieren ein nachhaltiges Geschäfts-modell als ein Modell „[…] that create significant positive and/or significantly reduced negative impacts for the environment and/or society, through changes in the way the organisation
Treffen von
Annahmen Konzipieren Konfigurieren
Implemen-tieren hypothetische
Festlegung
prinzipielle Festlegung
marktbezogene Festlegung konfiguratorische
Festlegung
and its value-network create, deliver value and capture value (i.e. create economic value) or change their value propositions” [BSR-14, S. 44]. Evans et al. stellen insbesondere die Wertschöpfung für die Anspruchsgruppen als wesentliche Eigenschaft heraus [EFY-17, S. 209]. Schaltegger et al. nennen als weitere wichtige Eigenschaft die Sicherung und Regenerierung des natürlichen Kapitals [SHL-16, S. 6]. Als wesentliche Triebkraft für nachhaltige Geschäftsmodelle gelten die Kostenreduzierung, die Risikoreduzierung, höhere Umsätze und Gewinnmarge, höhere Reputation, ein gesteigerter Markenwert, die höhere Attraktivität als Arbeitgeber sowie die verbesserte Innovationsfähigkeit [SLH-12, S. 8].
Die Integration einer nachhaltigen Wertschöpfung in die spätere Phase der Innovationsentwicklung kann in die Entwicklung nachhaltiger Produkte und Geschäftsmodelle unterteilt werden. Dabei gilt es, die Elemente einer nachhaltigen Wertschöpfung durchgängig über den Entwicklungsprozess für den Lebenszyklus des Produktes sowie des Geschäftsmodells zu realisieren.