Methodische Entwicklung von nachhaltigen Innovationen in Start-Ups als Beitrag zur produktionstechnischen Wertschöpfung

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Methodische Entwicklung von

nachhaltigen Innovationen in

Start-Ups als Beitrag zur

produktionstechnischen

Wertschöpfung

vorgelegt von

Diplom-Wirtschaftsingenieur Tim Erwin Stock

von der Fakultät V – Verkehrs- und Maschinensysteme der Technischen Universität Berlin

zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften

- Dr.-Ing. -

genehmigte Dissertation

Promotionsausschuss:

Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Uwe Dombrowski

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 09. November 2018

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Vorwort

Die vorliegende Arbeit ist während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin entstanden. Mein inständiger und besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Univ.-Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger, dem Gründer und nun pensionierten Leiter des Fachgebiets Montagetechnik und Fabrikbetrieb, für die stets hervorragende fachliche Betreuung und kritische Begleitung meiner Arbeit. Ich danke ihm für die langjährige, vertrauensvolle Zusammenarbeit und die uneingeschränkte Unterstützung meiner Aktivitäten in Forschung und Lehre. Ich danke Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Dombrowski, dem geschäftsführenden Leiter des Instituts für Fabrikbetriebslehre und Unternehmensforschung der Technischen Universität Braunschweig, für die Übernahme des Koreferats und die kritische Begutachtung meiner Arbeit. Ich danke Univ.-Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich für die Übernahme des Vorsitzes des Promotionsausschusses und das entgegenbrachte Interesse an meiner Arbeit. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl, dem Leiter des Fachgebiets Nachhaltige Unternehmensentwicklung am IWF, danke ich außerordentlich für die fachliche Betreuung und Zusammenarbeit in den letzten beiden Jahren. Ich möchte meinen Kollegen am Fachgebiet für die langjährige fruchtvolle Zusammenarbeit danken. Stellvertretend hervorheben möchte ich René Helm, Mustafa Severengiz, Bernd Muschard, Alexander Müller, Michael Obenaus, Dr.-Ing. Peter Stammnitz, Arne Glodde, Dr.-Ing. Soner Emec und Dr.-Ing. Pinar Bilge für die freundschaftliche Unterstützung. Ich danke Sabine Lange und Jennifer Eichler für die hervorragende Zusammenarbeit in Organisation und Administration. Meinen studentischen Hilfskräften Theo Bietz, Aarya Suryavanshi, Amara Slaymaker, Ashton Wesley und Sven Rühl gilt mein Dank für Ihre wertvolle Hilfe. Wichtige Anregungen für meine Arbeit lieferten fachliche Diskussionen mit nationalen und internationalen Kollegen. Hierfür danke ich besonders Prof. Francesco Jovane, Dr.-Ing. Lorenz Voit, Prof. Cecilia Haskins, Prof. Marcello Urgo, Prof. Bartłomiej Gładysz und Natalia Straub. Meinem Opa Heinz Lehmann, Gesandter a. D., danke ich sehr herzlich für die kritischen Anregungen. Mein ganz besonderer Dank gilt jedoch meinen Eltern, Catrin Stock und Univ.-Prof. Dr. habil. Manfred Stock, meinem Bruder dr. med. Erik Stock sowie meiner Freundin Tiffany van Erp, denn ohne ihre unschätzbare Hilfe und Unterstützung auf meinem bisherigen Lebensweg wäre diese Arbeit nicht entstanden.

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Zusammenfassung

Im heutigen Zeitalter des Anthropozäns stehen die Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer vor vielfältigen Nachhaltigkeitsherausforderungen, die durch globale Trends im Handlungsfeld umweltbezogener, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Dimension menschlichen Wirkens hervorgerufen werden. Dazu zählen die steigende sozio-ökonomische Ungleichheit, der Klimawandel, die zunehmende Umweltbelastung, Urbanisierung sowie der Anstieg der Cyberabhängigkeit. Diese Trends führen in den einzelnen Ländern zu unterschiedlichen, regional ausgeprägten Risiken, wie z. B. soziale Instabilität, Unterbeschäftigung, unfreiwillige Migration, Wasserkrisen, Naturkatastrophen, Ressourcenverknappung oder Cyberattacken. Zur langfristigen Bewältigung der globalen Nachhaltigkeitsherausforderungen haben die Mitgliedsländer der Vereinten Nationen die Agenda 2030 verabschiedet. Diese umfasst 17 unteilbare und sich selbst bedingende Ziele für eine nachhaltige Entwicklung, die als Vorgabe für eine Transformation der Volkswirtschaften von einer meist rein ökonomisch geprägten hin zu einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Entwicklung dienen. Zur Umsetzung der Agenda 2030 sollen insbesondere globale, nationale, regionale und lokale Anspruchsgruppen maßgeblich beitragen, indem sie zielgerichtete Handlungen zur nachhaltigen Entwicklung planen, ausführen und steuern. Start-Ups können bottom-up dazu beitragen, nachhaltige Ideen durch die Entwicklung technischer Innovationen am Markt zu etablieren. Durch die marktwirtschaftliche Dynamik von Kooperation und Wettbewerb in globalen Wertschöpfungs- und Wissensnetzwerken können technische Innovationen somit langfristig die Transformation in Richtung einer nachhaltigen Entwicklung fördern. Start-Ups müssen daher befähigt werden, eigenständig nachhaltige Innovationen systematisch zu entwickeln. Es wird dazu eine Vorgehensweise erforscht, die die integrierte Entwicklung eines technischen Produktes und zugehörigen Geschäftsmodelles als relevante Teilsysteme einer Innovation ermöglicht. Die Vorgehensweise deckt die frühere und spätere Phase der Innovationsentwicklung ab. Sie ermöglicht die einfache Suche nachhaltiger Lösungen zur Entwicklung der Innovation. Dazu werden die Werte sowie Ziele und Prinzipien einer nachhaltigen Entwicklung in die Vorgehensweise eingebunden. Die Vorgehensweise orientiert sich dabei an den besonderen Bedürfnissen von Start-Ups zur Erschließung neuer Märkte sowie zur Realisierung von Wettbewerbsvorteilen auf bestehenden Märkten. Die Implementierung und Erprobung der Vorgehensweise erfolgt exemplarisch für unterschiedliche industrielle und universitäre Start-Ups.

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Abstract

In today's age of the Anthropocene, newly and early industrialized countries are facing a variety of sustainability challenges caused by global trends in the environmental, social, and economic dimensions of human activities, such as a growing socio-economic inequality, climate change, increasing environmental degradation, urbanization, and an increasing cyber-dependency. These global trends are leading to different regional risks, e.g. social instability, underemployment, involuntary migration, water crises, natural catastrophes, resource depletion, or cyberattacks. For coping with the challenges in the long run, the General Assembly of the United Nations adopted the Agenda 2030, which applies equally to all countries in the world. The Agenda 2030 includes 17 indivisible and self-sustaining goals. These so-called Sustainable Development Goals are intended to serve as the foundation for a transformation of the global economies towards a sustainable development. The implementation of the Agenda 2030 requires a significant contribution from global, national, regional, and local stakeholders by planning, running, and controlling activities related to a sustainable development. Bottom-up, startups can essentially contribute by expanding sustainable inventions to competitive, technological innovations. By means of the market dynamics of cooperation and competition in global value creation and knowledge networks, these sustainable innovations can foster a global sustainable development. Thus, startups must be enabled to systematically develop sustainable innovations independently. For this purpose, a procedure is being researched which enables the integrated development of a technical product and related business model as relevant subsystems of an innovation. The procedure covers the early and late phase of the innovation development. It allows the search for sustainable solutions during the development of the innovation in a simple manner. To this end, values, goals, and principles of a sustainable development are integrated. The procedure is oriented towards the special needs of startups for opening up new markets and realizing competitive advantages in existing markets. The implementation and testing of the procedure is exemplary carried out for different industrial and university startups.

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ... I Abbildungsverzeichnis ... VIII Tabellenverzeichnis ... XII Abkürzungsverzeichnis ... XIV 1 Einleitung ... 1

1.1 Ausgangssituation und Motivation ... 1

1.2 Zielstellung ... 2

1.3 Herausforderung der Breite und Tiefe ... 3

1.4 Aufbau und Vorarbeiten ... 4

2 Grundlagen ... 6

2.1 Nachhaltige Entwicklung ... 6

2.1.1 Globale Trends und regionale Risiken ... 6

2.1.2 Begrifflichkeit und Ziele ... 11

2.1.3 Ansätze und Prinzipien ... 12

Prinzip der Verbesserung ... 14

Prinzip der Konsistenz ... 14

Prinzip der Suffizienz ... 14

Prinzip der Partizipation ... 15

2.2 Produktionstechnische Wertschöpfung durch nachhaltige Innovationen ... 15

2.2.1 Technik und Wertschöpfung ... 15

Technisches System ... 16

Werte ... 17

Produktionstechnische Wertschöpfung ... 17

Nachhaltige Wertschöpfung ... 19

2.2.2 Innovation und Innovationsentwicklung ... 21

Entwicklung von Innovationen ... 21

Nachhaltige Wertschöpfung in der Innovationsentwicklung ... 23

2.2.3 Frühere Phase der Innovationsentwicklung ... 24

(8)

Nachhaltige Wertschöpfung in der früheren Phase der

Innovationsentwicklung ... 25

2.2.4 Spätere Phase der Innovationsentwicklung ... 25

Produkt und hybrides Leistungsbündel ... 26

Produktentwicklung ... 28

Geschäftsmodell ... 30

Entwicklung von Geschäftsmodellen ... 32

2.3 Start-Ups ... 33

2.3.1 Begrifflichkeit und Charakterisierung ... 33

2.3.2 Kategorisierung ... 35

2.3.3 Relevanz und volkswirtschaftliche Einordnung ... 36

2.3.4 Entwicklungsphasen und Finanzierung ... 39

2.3.5 Nachhaltige Wertschöpfung in Hardware-Start-Ups ... 42

Risikovermeidung durch das Partizipationsprinzip ... 43

Ertragssteigerung und Kosteneinsparung durch das Verbesserungs- und .... 43

Konsistenzprinzip ... 43

Markterschließung und -diffusion durch das Suffizienz- und Partizipationsprinzip ... 43

Glaubwürdigkeit und Reputation durch das Partizipationsprinzip... 44

Attraktivität für Anspruchsgruppen durch das Partizipationsprinzip ... 44

Hemmnisse für eine nachhaltige Wertschöpfung ... 45

3 Stand von Wissenschaft und Technik ... 46

3.1 Systematik zur Entwicklung nachhaltiger Innovationen in Hardware-Start-Ups ... 46

3.2 Vorgehensweisen zur Entwicklung von Innovationen ... 47

3.2.1 Systematische Lösungssuche ... 47

Am TOTE-Modell angelehnte Vorgehensweisen ... 47

Am Problemlösezyklus des Systems Engineering angelehnte Vorgehensweisen ... 48

Das Münchner Vorgehensmodell ... 49

Vorgehensweise nach Kepner-Tregoe ... 50

Teorija Reschenija Izobretatel'skich Zadač (TRIZ) ... 50

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3.2.2 Entwicklung von Produkten ... 54

An Entwicklungsphasen orientierte Vorgehensweisen ... 55

Am Systems Engineering orientierte Vorgehensweisen ... 56

An der Integration unterschiedlicher Bereiche orientierte Vorgehensweisen ... 59

3.2.3 Entwicklung von Geschäftsmodellen ... 60

Business Model Canvas ... 61

St. Galler Business Model Navigator ... 62

Cambridge Business Model Innovation Process ... 65

Weitere Vorgehensweisen zur Entwicklung von Geschäftsmodellen ... 65

3.2.4 Integrierte Entwicklung von Produkten und Geschäftsmodellen . 67 Customer Development ... 68

Lean Start-Up... 69

Inkubatoren und Acceleratoren ... 71

3.3 Ansätze zur Entwicklung nachhaltiger Innovationen ... 74

3.3.1 Systematische Lösungssuche ... 74

Entwicklung von Lösungsideen ... 74

Auswahl von Lösungsideen ... 75

3.3.2 Entwicklung von Produkten ... 77

3.3.3 Entwicklung von Geschäftsmodellen ... 79

Vorgehensweise der Cambridge Universität ... 79

Auf Prinzipien basierende Vorgehensweisen ... 80

Weitere Vorgehensweisen ... 81

4 Relevanz und Handlungsbedarf ... 82

4.1 Globale und industrielle Relevanz ... 82

4.1.1 Globale Relevanz der nachhaltigen Wertschöpfung ... 82

4.1.2 Industrielle Relevanz der nachhaltigen Wertschöpfung ... 82

4.1.3 Industrielle Relevanz der Innovationsentwicklung ... 84

4.2 Wissenschaftlicher Handlungsbedarf ... 86

4.2.1 Ansatz ... 86

4.2.2 Anforderungen zur Integration einer nachhaltigen Wertschöpfung ... 86

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Anforderung 2: Schwerpunktsetzung in der früheren Phase ... 87

Anforderung 3: Unterstützung der Entscheidungsfindung ... 87

Anforderung 4: Handhabung der Komplexität ... 87

4.2.3 Anforderung zur Unterstützung von Hardware-Start-Ups ... 88

Anforderung: 5 Universalität der Anwendung ... 88

Anforderung 6: Ganzheitliche Entwicklung ... 88

Anforderung 7: Handhabung der Unsicherheit ... 88

Anforderung 8: Handhabung begrenzter Kapazitäten ... 88

4.2.4 Bewertung vorhandener Vorgehensweisen und Ansätze ... 89

5 Vorgehensweise zur methodischen Entwicklung von nachhaltigen Innovationen ... 92

5.1 Einführung und methodische Grundlagen... 92

5.2 Das Diamant-Modell des Makrozyklus ... 94

5.2.1 Grundlagen ... 94 5.2.2 Entwicklungsphasen ... 96 Kognition ... 96 Systementwicklung ... 96 Innovation ... 99 5.2.3 Modellierung ... 99

5.2.4 Testen und Absichern der Eigenschaften ... 101

5.2.5 Begleitende Analysen ... 104

5.3 Der Mikrozyklus ... 105

5.3.1 Grundlagen ... 105

5.3.2 Arbeitsschritte ... 106

Klären der Aufgabe ... 106

Lösen der Aufgabe ... 108

Verifizieren und Validieren der Lösung ... 109

Erfahrungsbasiertes Entscheiden ... 110

Verknüpfung von Mikrozyklus und Diamant-Modell ... 110

5.3.3 Realisierung der nachhaltigen Wertschöpfung ... 111

5.3.4 Methoden zur Anwendung des Mikrozyklus ... 112

(11)

5.3.6 Methode zur Anwendung des verbessernden Mikrozyklus ... 117

6 Implementierung und Erprobung ... 125

6.1 Anwendung ... 125

6.2 SmarTower ... 125

6.2.1 Beschreibung des Start-Ups ... 125

6.2.2 Implementierung und Erprobung des Diamant-Modells ... 126

Entwicklungsphasen ... 126

Modellierung ... 135

Testen und Absichern der Eigenschaften ... 137

Begleitende Analysen ... 138

6.2.3 Implementierung und Erprobung des Mikrozyklus ... 139

Verifizieren und Validieren der Lösung sowie erfahrungsbasiertes Entscheiden ... 142

6.3 European Engineering Team ... 145

6.3.1 Beschreibung des Start-Ups ... 145

6.3.2 Implementierung und Erprobung des Mikrozyklus ... 145

6.3.3 Implementierung und Erprobung des Diamant-Modells ... 148

Entwicklungsphasen ... 148

Modellierung ... 152

Testen und Absichern der Eigenschaften ... 152

Begleitende Analysen ... 153

6.4 Weitere Anwendungsfälle ... 154

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Beschreibung des Start-Ups ... 154

Implementierung und Erprobung der Vorgehensweise ... 155

6.4.2 Vietnamese Engineering Team ... 157

6.4.3 Studentische Projektarbeit ... 159

7 Bewertungen ... 163

7.1 Bewertung der Zielerreichung für die Anforderungen ... 163

7.1.1 Anforderungen zur Integration einer nachhaltigen Wertschöpfung ... 163

Anforderung 1: Harmonische Integration der Nachhaltigkeit ... 163

Anforderung 2: Schwerpunktsetzung in der früheren Phase ... 163

Anforderung 3: Unterstützung der Entscheidungsfindung ... 164

Anforderung 4: Handhabung der Komplexität ... 164

7.1.2 Anforderung zur Unterstützung von Hardware-Start-Ups ... 164

Anforderung 5: Universalität der Anwendung ... 164

Anforderung 6: Ganzheitliche Entwicklung ... 165

Anforderung 7: Handhabung der Unsicherheit ... 165

Anforderung 8: Handhabung der begrenzten Kapazitäten ... 165

7.2 Bewertung der empirisch gewonnenen Erkenntnisse ... 166

8 Schlussbetrachtung ... 169

8.1 Zusammenfassung ... 169

8.2 Ausblick ... 171 Anhang ... VII A-1 Ziele einer nachhaltigen Entwicklung ... VII A-2 Lösungsprinzipien für Produkte ... XIV A-3 Lösungsprinzipien für Geschäftsmodelle ... XIX A-4 Werkzeug zur Intelligenten Inspiration (WERII) ... XXVI A-5 Verkaufsbroschüre für den SmarTower ... XXX A-6 Online-Vorlesung zur Vorgehensweise ... XXXV

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Literaturverzeichnis ... XXXVI Veröffentlichungen ... XXXVI Normen und Richtlinien ... LXX Betreute Bachelor-, Master- und Projektarbeiten ... LXXI

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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Wahrscheinliche regionale Risiken ... 10

Abbildung 2-2: Wertschöpfung technischer Systeme unter der Wirkung allgemeiner Rahmenbedingungen und individueller Dispositionen ... 16

Abbildung 2-3: Integration der Wertschöpfungsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus ... 19

Abbildung 2-4: Verlauf unterschiedlicher Eigenschaften über die Entwicklungszeit einer Innovation ... 24

Abbildung 2-5: Vier Phasen der Lösungssuche ... 25

Abbildung 2-6: Klassifizierung von hybriden Leistungsbündeln... 27

Abbildung 2-7: Systemelemente eines Produktes ... 28

Abbildung 2-8: Einordnung der Produktentwicklung in den Produktlebenszyklus ... 29

Abbildung 2-9: Vier Phasen der Produktentwicklung ... 30

Abbildung 2-10: Systemelemente eines Geschäftsmodells ... 31

Abbildung 2-11: Vier Phasen der Entwicklung von Geschäftsmodellen ... 32

Abbildung 2-12: Zusammenhänge in einem Innovationsökosystem ... 38

Abbildung 2-13: Entwicklungsphasen eines Start-Ups ... 41

Abbildung 3-1: Systematik zur Entwicklung nachhaltiger Innovationen in Hardware-Start-Ups ... 46

Abbildung 3-2: Gegenüberstellung des Mikrozyklus der VDI 2206 (links) und des Vorgehenszyklus für die Systemsynthese (rechts) ... 49

Abbildung 3-3: Prozess der Problemlösung der TRIZ ... 51

Abbildung 3-4: Schematische Darstellung des MVPE-Vorgehensmodells . 58 Abbildung 3-5: Business Model Canvas Template ... 61

Abbildung 3-6: Die Entwicklung von Geschäftsmodellen nach dem St. Galler Business Model Navigator ... 64

Abbildung 3-7: Validiertes Lernen in Iterationen ... 70

Abbildung 4-1: Ergebnisse der Umfrage 1 Teil A: Nachhaltige Wertschöpfung ... 83

(15)

Abbildung 4-2: Ergebnisse der Umfrage 1 Teil B: Entwicklung von

Innovationen ... 85

Abbildung 4-3: Systematische Einordnung und Bewertung der Vorgehensweisen und Ansätze ... 90

Abbildung 5-1: Vorgehensweise zur nachhaltigen Entwicklung von Innovationen: Mikrozyklus (links) und Makrozyklus / Diamant-Modell (rechts) ... 93

Abbildung 5-2: Zusammenwirken der Elemente im Diamant-Modell ... 95

Abbildung 5-3: Ebenen der Konkretisierung für das Produkt und Geschäftsmodell ... 98

Abbildung 5-4: Zusammenwirken der Elemente im Mikrozyklus ... 105

Abbildung 5-5: Werkzeug zur Analyse der Herausforderung für ein Nachhaltigkeitsziel ... 114

Abbildung 5-6: Werkzeug zur Generierung von Lösungsideen für ein Wertangebot... 115

Abbildung 5-7: Werkzeug zum Planen und Ausführen von Befragungen . 116 Abbildung 5-8: Werkzeug zur Analyse der Auswirkungen des Geschäftsmodells auf die Umwelt und Anspruchsgruppen ... 119

Abbildung 5-9: Werkzeug zur Analyse der Auswirkungen des Produktes auf die Umwelt und Anspruchsgruppen ... 120

Abbildung 5-10: Werkzeug zum Erstellen von Widersprüchen ... 122

Abbildung 5-11: Werkzeug zum Auflösen der Widersprüche ... 123

Abbildung 6-1: Ergebnis der Kognition für den SmarTower ... 127

Abbildung 6-2: Prinzipielle Lösung zum Transport der Mastsegmente .... 131

Abbildung 6-3: CAD-Modelle des Mastsystems: Azimutlager mit Rotor und Stator (links); unteres Mastsegment mit Aufzug (mittig); oberes Mastsegment mit Flansch zur Gondel (rechts) .... 132

Abbildung 6-4: Fabriklayout und Materialfluss zur Fertigung und Verzinkung der Bauteile ... 133

Abbildung 6-5: CAD-Modell der mechanischen Struktur für ein Mastsegment ... 135

Abbildung 6-6: Modell des Produktsystems für die Lebenszyklusphase Baustellenmontage ... 136

(16)

Abbildung 6-7: Darstellung der Von-Mieses-Spannungen für den

Nennbetrieb der WEA ... 137 Abbildung 6-8: CAD-Modell der Mastsegmente mit Flanschen in einem

ISO-Container ... 138 Abbildung 6-9: Analyse der Auswirkungen des Produktes (im engeren

Sinne) auf die Umwelt und Anspruchsgruppen... 140 Abbildung 6-10: Widersprüche im Geschäftsmodell des Mastsystems zu den vier Nachhaltigkeitsprinzipien ... 141 Abbildung 6-11: Auflösen des Widerspruchs für das Produkt ... 143 Abbildung 6-12: Auflösen des Widerspruchs für das Geschäftsmodell ... 144 Abbildung 6-13: Ergebnisse der Lösungssuche zum Durchbrechen der

Infektionskette ... 147 Abbildung 6-14: Aufbereitete Ergebnisse der qualitativen Umfrage mit zwei

Teilnehmern ... 148 Abbildung 6-15: CAD-Modell der Mechanik der Mikrowindenergieanlage

(links) und des Ladereglers (rechts) ... 150 Abbildung 6-16: Funktionaler Prototyp der Mikrowindenergieanlage (links)

mit wiederverwendeter Lichtanlage eines Fahrzeugs als Generator (rechts) ... 152 Abbildung 6-17: Ergebnisse der Innovationsentwicklung des Start-Ups für

die Teilsysteme Produkt (im engeren Sinne) und

Geschäftsmodell... 156 Abbildung 6-18: Ergebnisse der Innovationsentwicklung des VET für die

Teilsysteme Produkt (im engeren Sinne) und

Geschäftsmodell... 158 Abbildung 6-19: Ergebnisse der Lösungssuche zur Bereitstellung von Energie

in Nigeria... 160 Abbildung 6-20: Ergebnisse der Innovationsentwicklung des studentischen

Start-Ups für die Teilsysteme Produkt (im engeren Sinne) und Geschäftsmodell ... 162 Abbildung 7-1: Entwicklung der Kompetenzen zwischen der ersten und

finalen Umfrage ... 168 Abbildung A-1: Informationsfluss und Elemente im WERII ... XXVIII Abbildung A-2: Verkaufsbroschüre Teil 1 ... XXXI Abbildung A-3: Verkaufsbroschüre Teil 2 ... XXXII

(17)

Abbildung A-4: Verkaufsbroschüre Teil 3 ... XXXIII Abbildung A-5: Verkaufsbroschüre Teil 4 ... XXXIV

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1-1: Vorveröffentlichungen des Autors für die Erarbeitung der

Kapitel ... 5

Tabelle 2-1: Mögliche Lösungen einer nachhaltigen Wertschöpfung für die drei Dimensionen der nachhaltigen Entwicklung ... 20

Tabelle 2-2: Einordnung der Phasen unterschiedlicher Modelle im Prozess der Entwicklung einer Innovation ... 22

Tabelle 3-1: Übersicht der einzelnen Phasen zur Lösungssuche für die relevanten Denkschulen im Design Thinking ... 53

Tabelle 3-2: Exemplarischer Vergleich der Phasen zur integrierten Entwicklung von Produkt und Geschäftsmodell in unterschiedlichen Inkubatoren und Acceleratoren ... 73

Tabelle 4-1: Bewertete Vorgehensweisen und Ansätze ... 89

Tabelle 5-1: Arbeitsschritte der Systementwicklung ... 97

Tabelle 5-2: Arbeitsschritte der Modellierung ... 100

Tabelle 5-3: Auswahl geeigneter Modellierungsmethoden ... 100

Tabelle 5-4: Arbeitsschritte für das Testen und Absichern ... 101

Tabelle 5-5: Mögliche Artefakte zur Abbildung des Wertangebotes ... 102

Tabelle 5-6: Experimente zum Testen der Anforderungen für das Geschäftsmodell ... 103

Tabelle 5-7: Experimente zum Testen der Anforderungen für das Produkt ... 103

Tabelle 5-8: Arbeitsschritte der begleitenden Analyse für das Geschäftsmodell ... 104

Tabelle 5-9: Arbeitsschritte der begleitenden Analyse für das Produkt... 104

Tabelle 5-10: Handlungsvorschrift zur Klärung der Aufgabe ... 107

Tabelle 5-11: Beispielhafte Ausprägung der Elemente zur Klärung der Aufgabe für die frühere und spätere Phase der Innovationsentwicklung ... 108

Tabelle 5-12: Iterative Handlungsvorschrift zum Lösen der Aufgabe ... 108

Tabelle 5-13: Handlungsvorschrift zum Validieren der Lösung ... 110 Tabelle 5-14: Handlungsvorschrift zur erfahrungsbasierten Entscheidung . 110

(19)

Tabelle 5-15: Eigenschaften der unterschiedlichen Methoden zur

Anwendung des Mikrozyklus ... 112

Tabelle 6-1: Montagetechnische Grenzen ... 128

Tabelle 6-2: Morphologische Analyse zur Darstellung von Lösungsvarianten für Teilfunktionen ... 129

Tabelle 6-3: B2B-Geschäftsmodell von Steel Pro ... 130

Tabelle 6-4: Übersicht über die Lebenszykluskosten einer WEA ... 134

Tabelle 6-5: Übersicht über den Ertrag einer WEA ... 134

Tabelle 6-6: Übersicht über die Kosten der im Wettbewerb agierenden Hersteller ... 138 Tabelle A-1: Übersicht der Ziele einer nachhaltigen Entwicklung ... VII Tabelle A-2: Übersicht der Lösungsprinzipien für Produkte ... XIV Tabelle A-3: Übersicht der Lösungsprinzipien für Geschäftsmodelle ... XIX Tabelle A-4: Strukturierte Übersicht der 26 Ergebnisse für das Stichwort

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Abkürzungsverzeichnis

AC Alternating Current

B2B Business-to-Business

B2C Business-to-Costumer

CAD Computer Aided Design

DfX Design-for-X

DIE Integrated Design Engineering DIN Deutsches Institut für Normung DSM Deutscher Startup Monitor EET European Engineering Team

en englisch

FEM Finite-Elemente-Methode

FSSD Framework for Strategic Sustainable Development IKT Informations- und Kommunikationstechnik

IPE Integrierte Produkterstellung

LCSA Life Cycle Sustainability Assessment

LDS Lean Development System

MF Fachgebiet Montagetechnik und Fabrikbetrieb MKM Münchener Produktkonkretisierungsmodell

MVM Münchener Vorgehensmodell

MVP Minimum Viable Product

MVPE Modellbasierte virtuelle Produktentwicklung NGO Non-governmental Organization

OECD Organisation for Economic Co-operation and Development PROSA Product Sustainability Assessment

PV Photovoltaik

TOTE Test-Operate-Test-Exit

TRIZ Teorija Reschenija Izobretatel'skich Zadač VDI Verein Deutscher Ingenieure

VET Vietnamese Engineering Team

WCED World Commission on Environment and Development

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WERII Werkzeug zur Intelligenten Inspiration

(22)

(23)

1 Einleitung

1.1 Ausgangssituation und Motivation

Im heutigen Zeitalter des Anthropozäns stehen die Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer vor vielfältigen Nachhaltigkeitsherausforderungen, die durch globale Trends im Handlungsfeld umweltbezogener, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Dimensionen menschlichen Wirkens hervorgerufen werden. Dazu zählen die steigende sozio-ökonomische Ungleichheit, der Klimawandel, die zunehmende Umweltbelastung, Urbanisierung sowie der Anstieg der Cyberabhängigkeit [WEF-17, S. 63; WEF-16, S. 5; WEF-15, S. 4]. Diese Trends führen in den Ländern zu unterschiedlichen, regional ausgeprägten Risiken, wie z. B. soziale Instabilität, Unterbeschäftigung, unfreiwillige Migration, Wasserkrisen, Naturkatastrophen, Ressourcenverknappung oder Cyberattacken [WEF-16, S. 5].

Zur langfristigen Bewältigung der globalen Nachhaltigkeitsherausforderungen haben 2015 die 193 Mitgliedsländer auf der Generalversammlung der Vereinten Nationen die Agenda 2030 verabschiedet [UN-15c]. Die Agenda 2030 umfasst 17 unteilbare und sich selbst bedingende Ziele für eine nachhaltige Entwicklung (en: Sustainable Development Goals) [UN-15c, S. 15]. Diese Ziele dienen als Vorgabe für eine Transformation der Volkswirtschaften von einer meist rein ökonomisch geprägten hin zu einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Entwicklung. Wesentliche Grundlage des Transformationsprozesses ist die Gestaltung des wirtschaftlichen Fortschritts im Einklang mit sozialer Gerechtigkeit und im Rahmen ökologischer Grenzen [BMZ-16]. Die Vereinten Nationen streben bis zum Jahr 2030 an, die 17 Ziele der Agenda im globalen Maßstab umzusetzen. Dazu sollen insbesondere globale, nationale, regionale und lokale Anspruchs-gruppen (en: Stakeholders) maßgeblich beitragen, indem sie zielgerichtete Handlungen zur nachhaltigen Entwicklung planen, ausführen und steuern [UN-15c, S. 11 f.]. Die Handlungen können von den Anspruchsgruppen sowohl top-down als auch bottom-up veranlasst werden.

Im Sinne eines Bottom-Up-Ansatzes können Start-Ups dazu beitragen, nachhaltige Ideen durch die Entwicklung technischer Innovationen am Markt zu etablieren. Damit werden sie Teil der technischen Wirklichkeit und beeinflussen die natürlichen und gesellschaftlich-kulturellen Rahmenbedingungen sowie die Wertsysteme von Individuen [VDI 3780, S. 8 ff.]. Zusätzlich können nachhaltige

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Innovationen gegenüber herkömmlichen Innovationen zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen führen [GoN-17, S. 30 f.; SLH-12, S. 8].

Durch die marktwirtschaftliche Dynamik von Kooperation und Wettbewerb in globalen Wertschöpfungs- und Wissensnetzwerken können nachhaltige Inno-vationen somit langfristig die Transformation in Richtung einer nachhaltigen Entwicklung fördern und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der Start-Ups erhöhen [JSS-17, S. 12 ff.; Sel-08, S. 4]. Die Entwicklung dieser Innovationen kann damit einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der Nachhaltigkeitsziele leisten. Ferner kann eine nachhaltige und die Wettbewerbsfähigkeit verbessernde produktionstechnische Wertschöpfung durch Start-Ups als Muster für etablierte, industrielle Unternehmen dienen.

Durch neuartige, digitale Lernangebote wird das Erlernen neuer Kompetenzen immer einfacher. Traditionelle Barrieren für die Kommerzialisierung und den Markteintritt neuer Produkte werden durch neue, sich zügig entwickelnde Technik und Dienstleistungen immer weiter aufgeweicht. Die erfolgreiche Gründung und Etablierung eines Start-Ups durch Entrepreneure gilt somit als einfacher denn je [HBK-15, S. 15 ff.]. Start-Ups müssen daher befähigt werden, eigenständig nachhaltige Innovationen systematisch zu entwickeln. Eine Vorgehensweise zur integrierten Entwicklung von technischem Produkt und Geschäftsmodell unter Einbeziehung von Werten, Zielen und Prinzipien einer nachhaltigen Entwicklung kann dazu wesentlich beitragen.

1.2 Zielstellung

Es soll ein Vorgehen aufgezeigt werden, das insbesondere Start-Ups in die Lage versetzt, nachhaltige Innovationen methodisch zu entwickeln. Eine Innovation soll dabei aus der Perspektive produktionstechnischer Wertschöpfung als ein System aus technischem Produkt und Geschäftsmodell aufgefasst werden. Es soll eine Vorgehensweise erforscht werden, die die integrierte Entwicklung der Teilsysteme technisches Produkt und Geschäftsmodell ermöglicht. Das technische Produkt soll dabei als in einem Wertangebot verknüpftes materielles Sachsystem mit einer zugehörigen Dienstleistung interpretiert werden. Das Geschäftsmodell soll die Systemelemente Wertangebot, Kunden(-segmente), Wertschöpfungskette und Ertragsschema umfassen. Die Vorgehensweise soll die frühere und spätere Phase der Innovationsentwicklung abdecken. Sie soll die einfache Suche nachhaltiger Lösungen zur Entwicklung beider Teilsysteme gewährleisten. Dazu sollen die Werte sowie Ziele und Prinzipien einer

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nachhaltigen Entwicklung in die Vorgehensweise eingebunden werden. Die Vorgehensweise soll insbesondere an den besonderen Bedürfnissen von Start-Ups ausgerichtet sein. Das Erschließen neuer Märkte sowie das Realisieren von Wettbewerbsvorteilen auf bestehenden Märkten sollen durch die Entwicklung nachhaltiger Innovationen gesichert werden. Dazu sollen die besonderen Charakteristika der Organisationsform Start-Up zur Erstellung der Vorgehensweise zugrunde gelegt werden. Mit der erarbeiteten Vorgehensweise möchte der Autor somit einen Beitrag zur produktionstechnischen Wertschöpfung durch die methodische Entwicklung nachhaltiger Innovationen in Start-Ups leisten.

1.3 Herausforderung der Breite und Tiefe

Die umfassende Verknüpfung von nachhaltiger Entwicklung mit produktions-technischer Wertschöpfung in einem Forschungsvorhaben gilt durch die hohe Komplexität in der Breite und Tiefe beider Themen als große Herausforderung. Die Breite meint dabei die Wechselwirkung der drei Nachhaltigkeitsdimensionen mit den globalen Wertschöpfungsnetzwerken. Die Tiefe beschreibt die konkrete produktionstechnische Umsetzung einer nachhaltigen Innovation in einem Wertschöpfungsmodul mit definierter Aufgabe. Die nachfolgenden Maßnahmen sollen dazu dienen, die hohe Komplexität in der Breite und Tiefe der Themen möglichst gut abzubilden aber gleichzeitig angemessen für eine Dissertation einzugrenzen.

Die Einbindung der Nachhaltigkeitsdimensionen wird auf spezifische Nachhaltigkeitsziele und -prinzipien beschränkt. Die Entwicklung nachhaltiger Innovationen erfolgt mittels einer Vorgehensweise mit zugehörigen Methoden und Werkzeugen und durch die Anwendung von definierten Gestaltungs-prinzipien. Somit soll die Vorgehensweise die Breite möglichst umfassend abdecken aber auch konkrete Ansätze zu Lösungen in der Tiefe bieten. Dementsprechend wird die konkrete produktionstechnische Umsetzung der Vorgehensweise mit Referenz zur Breite durch vielfältige Anwendungsbeispiele beschrieben. Durch die Vielfältigkeit erfolgt jedoch eine notwendige Reduzierung des Detaillierungsgrads in Tiefe der einzelnen Beispiele.

(26)

1.4 Aufbau und Vorarbeiten

Die wissenschaftlichen Grundlagen nachhaltiger Entwicklung, produktions-technischer Wertschöpfung und für Start-Ups werden in Kapitel 2 heraus-gearbeitet. Für die nachhaltige Entwicklung werden globale Trends und regionale Risiken, aktuelle Konzepte sowie wesentliche Zielstellungen und Prinzipien diskutiert. Anschließend wird die produktionstechnische Wertschöpfung durch nachhaltige Innovationen dargelegt. Dies umfasst die Realisierung nachhaltiger Wertschöpfung in der früheren und späteren Phase der Innovationsentwicklung. Start-Ups werden von anderen Organisationseinheiten abgegrenzt und kategorisiert. Die Relevanz, volkswirtschaftliche Bedeutung und Entwicklungs-phasen für Start-Ups werden behandelt. Für die Entwicklung von nachhaltigen Innovationen werden in Kapitel 3 der Stand der Wissenschaft und Technik dargelegt. Dazu werden relevante Vorgehensweisen für die frühere und spätere Phase der Innovationsentwicklung analysiert. Die Analyse erfolgt unter Berücksichtigung von Ansätzen einer nachhaltigen Wertschöpfung. In Kapitel 4 wird die Relevanz für das Forschungsvorhaben aus globaler und industrieller Perspektive erläutert. Dazu werden qualitative Umfragen mit Start-Ups durchgeführt und ausgewertet. Der wissenschaftliche Handlungsbedarf wird aus der im Stand der Technik und Forschung nachgewiesenen Forschungslücke hergeleitet. Definierte Anforderungen zur Entwicklung von nachhaltigen Inno-vationen in Start-Ups werden zu diesem Zweck hinsichtlich der verfügbaren Vorgehensweisen bewertet. Es wird gezeigt, dass Vorgehensweisen, die beide Phasen der Innovationsentwicklung gleichermaßen abdecken und auf eine nachhaltige Wertschöpfung ausgerichtet sind, in der Wissenschaft und Praxis nur unzureichend beschrieben werden. Für die spätere Phase der Innovations-entwicklung sind insbesondere Ansätze, die auf eine integrierte Entwicklung von technischen Produkten und zugehörigen Geschäftsmodellen eingehen, bisher nicht hinreichend erforscht. Ferner sind Vorgehensweisen zur einfachen Suche nachhaltiger Lösungen in der früheren und späteren Phase bislang nur in Ansätzen beschrieben. Die Vorgehensweise zur methodischen Entwicklung nachhaltiger Innovationen wird in Kapitel 5 vorgestellt. Die Vorgehensweise zeichnet sich durch einen Makrozyklus aus, das sogenannte Diamant-Modell. Dieses dient zur integrierten Entwicklung der Teilsysteme technisches Produkt und Geschäftsmodell auf der Ebene von Prozessphasen. Ergänzt wird die Vorgehensweise durch einen Mikrozyklus, der auf der Ebene von Arbeits-schritten eine Vorgehensweise zur Suche nachhaltiger Lösungen vorgibt. Die Anwendung der Arbeitsschritte des Mikrozyklus erfolgt mittels spezifischer Methoden und Werkzeuge. Kapitel 6 beschreibt die Implementierung und

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Erprobung der erarbeiteten Vorgehensweise in unterschiedlichen industriellen und universitären Start-Ups. Die Bewertung der Vorgehensweise erfolgt in Kapitel 7 hinsichtlich der im Handlungsbedarf definierten Anforderungen sowie in Bezug auf die empirisch gewonnen Erkenntnisse. Es wird gezeigt, dass die Vorgehensweise zur methodischen Entwicklung nachhaltiger Innovationen in Start-Ups effektiv anwendbar ist. Darüber hinaus werden die Grenzen der Vorgehensweise diskutiert. Abschießend erfolgt in Kapitel 8 eine Zusammen-fassung des Forschungsvorhabens mit Ausblick auf sich anschließende Arbeiten.

Die vorliegende Arbeit basiert maßgeblich auf acht durch Peer-Review positiv begutachtete Vorveröffentlichungen des Autors. Tabelle 1-1 zeigt diese mit ihrer Relevanz für die Erarbeitung der Kapitel. Weitere Vorarbeiten sind durch studentische Abschluss- und Projektarbeiten unter der Betreuung des Autors entstanden. Die Inhalte der vorliegenden Arbeit, die unter Einbeziehung der Vorarbeiten ausgearbeitet wurden, werden in den entsprechenden Abschnitten, Unterabschnitten und Unterunterabschnitten mittels Fußnoten gekennzeichnet. Die Abschluss- und Projektarbeiten sind im Literaturverzeichnis aufgelistet.

Tabelle 1-1: Vorveröffentlichungen des Autors für die Erarbeitung der Kapitel

Kapitel Vorveröffentlichungen

Kapitel 2 [StS-16b], [JSS-17], [SOK-18]

Kapitel 5 [StS-16a], [SOS-17], [StK-18]

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2 Grundlagen

2.1 Nachhaltige Entwicklung

2.1.1 Globale Trends und regionale Risiken1

Wie bereits eingangs hervorgehoben befindet sich die Mehrzahl der Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer in einem vielschichtigen Handlungsfeld umweltbezogener, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Dimensionen menschlichen Wirkens. Globale Trends führen zu der Ausbildung von regionalen Risiken, die die Weltgemeinschaft vor kritische Herausforderungen stellen [WBI-15, S. 4 ff.; UN-15c, S. 5 f.; WEF-17, S. III; WEF-16, S. 6 f.]. Ein Trend wird definiert als ein langfristiges Muster, das gegenwärtig auftritt und ein regionales Risiko verstärkt oder die Beziehungen zwischen diesen verändert [WEF-16, S. 87]. Ein regionales Risiko ist ein unsicheres Ereignis oder ein unsicherer Zustand, das bzw. der im Falle eines Eintretens signifikante negative Folgen für mehrere Länder einer Region herbeiführen kann [WEF-16, S. 85].

Die zunehmende sozio-ökonomische Ungleichheit ist ein wesentlicher globaler Trend. Sie führt zu einem Anwachsen der Einkommens- und Vermögensunterschiede zwischen Ländern und innerhalb von Volkswirtschaften. Gegenwärtig verfügen 80% der Weltbevölkerung über 6% des weltweiten Vermögens [UNDP-15, S. 5]. Das durchschnittliche Einkommen der 10% reichsten Länder innerhalb der Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) ist fast auf ein Zehnfaches des durchschnittlichen Einkommens der 10% ärmsten Länder angewachsen [OECD-16, S. 54]. Die zunehmende sozio-ökonomische Ungleichheit trägt auch dazu bei, den Zustand der Armut von Gesellschaftsgruppen aufrechtzuerhalten. Obwohl die extreme Armut, definiert durch ein Einkommen von unter $1,25 pro Tag, von 1990 bis 2015 um 44% reduziert werden konnte [UNDP-15, S. 4], waren 2014 15% der Weltbevölkerung durch Armut gefährdet [UNDP-14, S. 3]. 2011 waren die ärmsten Länder real ärmer als 1980 [HuV-13, S. 79]. Die Ungleichheit tritt nicht nur zwischen sozialen Gruppierungen, sondern auch zwischen Geschlechtern auf. Im weltweiten Vergleich verdienen Frauen im Durchschnitt 24% weniger als Männer und besetzen nur 25% der Verwaltungs- und Managementpositionen [UNDP-15,

1_{Dieser Unterabschnitt stellt eine Erweiterung zu den Ausführungen der Vorveröffentlichung [JSS-17,}

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S. 4]. Somit beeinträchtigt die sozio-ökonomische Ungleichheit maßgeblich die soziale Stabilität einzelner Länder [WEF-16, S. 6].

Der Klimawandel als weiterer globaler Trend geht einher mit einem kontinuierlichen, weltweit zu beobachtenden Temperaturanstieg. Die Durchschnittstemperatur auf der Erde ist von -0,2°C in 1950 auf 0,75C° im Jahr 2015 angestiegen [NASA-16]. Der Klimawandel zerstört insbesondere landwirtschaftliche Kapazitäten sowie Ressourcen und erschwert den Zugang zu Frischwasser für eine Vielzahl von Regionen der Welt. Dies kann Migrationsaktivitäten in Regionen auslösen, die im geringeren Ausmaß vom Klimawandel betroffen sind. Vermehrt auftretende Naturkatastrophen und extreme Wetterereignisse sind ein weiteres Resultat, das in einem hohen Maße auf den Klimawandel zurückzuführen ist [WEF-15, S. 15].

Die zunehmende Umweltbelastung ist durch die Erschöpfung natürlicher Ressourcen und eine anhaltende Umweltzerstörung geprägt. Der aktuelle Nutzungsgrad natürlicher Ressourcen übersteigt die Regenerationsfähigkeit der Erde um 50 % [MIJ-14, S. 10]. Prognosen zufolge soll der weltweite Frischwasserverbrauch bis 2030 eine ökologisch- und sozial-verträgliche Nutzung um 40 % übersteigen [WRG-12, S. 9]. Eine weltweit sichere Wasserversorgung dient als Grundstein für Energiesicherheit, gesicherte Nahrungsmittelversorgung und trägt zur Sicherung des Klimas entscheidend bei [WRG-12, S. 17]. Durch die anhaltende Umweltzerstörung hat die Biodiversität der Erde abgenommen. So ist z. B. die Anzahl der Wirbeltierpopulationen zwischen 1970 und 2010 um 52 % zurückgegangen [MIJ-14, S. 9]. Umweltschäden sollen ferner für jeden sechsten vorzeitigen Todesfall weltweit verantwortlich sein [LFA-18].

Die Urbanisierung führt überwiegend in afrikanischen und asiatischen Länder zur Bildung und zum rapiden Wachstum von Metropolen. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt bereits in Städten [WEF-15, S. 31]. Allein Indien, China und Nigeria sollen bis 2050 ca. ein Drittel zum weltweiten Wachstum der Bevölkerung in den Städten beitragen [UNDESA-14, S. 12]. China hat z. B. die Entwicklung der Metropole Jing-Jin-Ji mit einer geplanten Einwohnerzahl von mehr als 130 Millionen Menschen und einer Ausbreitungsfläche von 212.000 km² angekündigt [Ben-15]. Das schnelle Wachstum der Städte stellt die Stadtplanung vor neuartige Herausforderungen. Das Wachstum kann zu sozialer Instabilität führen und Wasserkrisen auslösen [WEF-16, S. 6].

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Die wachsende Digitalisierung und Vernetzung von Lebensbereichen in einem Internet der Dinge sowie die vermehrte industrielle Anwendung cyber-physischer Systeme führt zu einer zunehmenden Cyberabhängigkeit von Individuen, Organisationen und Ländern [WEF-16, S. 18]. Kritische informationstechnische Infrastrukturen sind vermehrt Ziel von Cyberangriffen [EUK-16, S. 3; WEF-16, S. 18]. Die im Internet der Dinge vernetzten Geräte können dabei als Botnetz für Angriffe eingesetzt werden [Kas-16]. Zudem kann ein Anstieg der Verbreitung von Malware beobachtet werden [AVT-16; Schm-16]. Dadurch nehmen Funktionseinschränkungen der kritischen Infrastruktur durch Diebstahl, Zerstörung und Manipulation von Daten und die damit einhergehenden negativen Auswirkungen auf die Gesellschaften und Volkswirtschaften zu. Weitere vom World Economic Forum hervorgehobene globale Trends sind [WEF-17, S. 63; WEF-16, S. 87]:

 eine wachsende Mittelschicht in den Schwellenländern durch Anstieg des durchschnittlichen Einkommens,

 die zunehmende Alterung der Bevölkerung in den Industrieländern durch einen Rückgang der Geburtenraten und einem Anstieg der durchschnittlichen Lebenserwartung,

 eine Zunahme nationaler Gesinnung bzw. Einstellungen innerhalb der Gesellschaft sowie politischer Amtsträger und der sich daraus ergebenden Auswirkungen auf nationale und internationale Politik,

 die zunehmende Polarisierung der Gesellschaft durch extreme Wertesysteme, politische und religiöse Weltanschauungen und damit einhergehende Schwierigkeit der Konsensbildung in der politischen Entscheidungsfindung,  ein Anstieg chronischer Krankheiten mit dem damit verbundenen

Kostenanstieg für medizinische Behandlungen und eine Einschränkung der Lebensqualität sowie einem Rückgang der Lebenserwartung,

 eine steigende transnationale Mobilität von Individuen dank effizienterer Transportsysteme sowie abnehmende regulatorische Beschränkungen,

 eine schrittweise Verschiebung des globalen Machtgefüges von staatlichen zu nicht-staatlichen Organisationen, von globaler zur regionaler Ebene sowie von Industrie-, zu Schwellen- und Entwicklungsländern,

 eine mit zunehmendem Vertrauensverlust verbundene fortschreitende Schwächung internationaler und nationaler, staatlicher sowie

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Die Trends verursachen vielfältige, regionale Risiken, die sich gegenseitig beeinflussen und verstärken [WEF-17, S. VI]. Kurzfristig sollen unfreiwillige Migration, Staatskrisen oder -kollaps, zwischenstaatliche Konflikte, Arbeits-losigkeit, dabei insbesondere JugendarbeitsArbeits-losigkeit, und das Versagen nationaler Regierungen als Risiken die höchste Relevanz aufweisen. Langfristig werden das Versagen der Anpassung an den Klimawandel, der Verlust der Biodiversität und der Kollaps von Ökosystemen, extreme Wetterereignisse, Wasserkrisen, Nahrungsmittelkrisen und soziale Instabilität als die globalen Risiken von höchster Relevanz für die Menschheit vorhergesagt [UN-15c, S. 5; WEF-16, S. 13; WEF-15, S. 15]. Abbildung 2-1 stellt wahrscheinliche Risiken für die einzelnen Regionen der Erde dar.

Die Risiken und deren Auswirkungen sind somit die größten Herausforderungen für eine nachhaltige Entwicklung, um das zukünftige Überleben von biologischen Unterstützungssystemen der Erde, von Gesellschaften, sowie von Volkswirt-schaften zu gewährleisten.

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Abbildung 2-1: Wahrscheinliche regionale Risiken (in Anlehnung an [JSS-17, S. 7; WEF-16, S. 2]) Wi rtsch aft Um wel t Gesel lsch aft Cy b er -at tack en V ersa gen n at ion al e r Regi eru n gen Wasserki sen Wasserkri sen N at u r-kat ast ro p h en En ergi e p re is -sc h o ck Unf re iw ill ige M igrat ion

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Arb ei ts -losi gk ei t Fi n an z-kri sen Arb ei ts -losi gk ei t Ext re me Wet ter -ere ign isse D at en b et ru g o d er -d ieb st ah l So zi al e In st ab ili tät Arb ei ts-losi gk ei t Ext re me We tt er -erei gn iss e Arb ei ts -losi gk ei t Arb ei ts -losi gk ei t V ersa gen n at ion al e r Regi eru n gen Ver sag en kri ti sc h er In frast ru kt u r V ersa gen n at ion al e r Regi eru n gen So zi al e Inst ab ili tät V ersa gen n at ion al e r Regi eru n gen Ext re me We tt er -ere ign isse

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2.1.2 Begrifflichkeit und Ziele

Der Begriff der Nachhaltigkeit wurde erstmalig durch den sächsischen Oberberghauptman und Kameralisten von Carlowitz für die Forstwirtschaft beschrieben. Dem Wald sollte nur Holz innerhalb seiner natürlichen Regenerationsfähigkeit entnommen werden [Car-13, S. 105 f.]. Danach wurde die Idee der Nachhaltigkeit erst wieder vermehrt in den 1970er Jahren aufgegriffen. Neue technische Entwicklungen führten zunehmend zu Umweltverschmutzung und -zerstörung. Das Paradigma des grenzenlosen Wachstums wurde 1972 von unterschiedlichen Fachexperten des Club of Rome kritisiert [MMR-72]. In den 1980er Jahren führten Umweltkatastrophen großen Ausmaßes zu weiter-führenden Überlegungen für eine nachhaltige Entwicklung. Wesentliche Bedeutung erlangte der Begriff durch den 1987 veröffentlichten Bericht „Unsere gemeinsame Zukunft” (en: Our Common Future oder Brundtland Report) der World Commission on Environment and Development (WCED) [WCED-87]. Im Rahmen des Berichtes wird nachhaltige Entwicklung als eine auf die Befriedigung der menschlichen Bedürfnisse ausgerichtete Generationengerechtigkeit definiert. Insbesondere sollen hierbei die Bedürfnisse der Ärmsten Priorität haben [WCED-87, S. 41]. Aufbauend auf der Arbeit der WCED verabschiedete im Juni 1992 die Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro (Rio-Konferenz oder Earth Summit) die Agenda 21 als zentrales Aktionsprogramm für Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer [UN-92b]. Die Agenda 21 umfasst detaillierte Handlungsaufträge in allen wesentlichen Politikbereichen u. a. zur Armutsbekämpfung, Bevölkerungspolitik, zu Handel und Umwelt, zur Abfall-, Chemikalien-, Klima- und Energiepolitik, zur Landwirtschaftspolitik und zu finanzieller und technologischer Zusammenarbeit [UN-92a, S. 1]. Die Agenda 21 ist stark an umweltbezogenen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Zielen zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung orientiert. Seit der Rio-Konferenz wurde auf Nachfolgekonferenzen der Umsetzungsgrad der Agenda 21 eingeschätzt und Handlungsaufträge präzisiert. Relevante Konferenzen in dem Zusammenhang waren die Rio+5 in 1997, die Rio+10 in 2002 und die Rio+20 Konferenz in 2012. Zusätzlich wurden 2002 auf dem Millennium-Gipfel acht sogenannte Millennium-Entwicklungsziele verab-schiedet [UN-00], um die nachhaltige Entwicklung im Sinne der Agenda 21 bis 2015 international stärker zu koordinieren und fortzuführen [UN-15b, S. 4 ff.]. Die Millenniums-Entwicklungsziele und das Aktionsprogramm der Agenda 21 wurden auf dem Weltgipfel für nachhaltige Entwicklung 2015 zusammengeführt und von der Generalversammlung der Vereinten Nationen im Rahmen der Agenda 2030 verabschiedet [UN-15a]. Diese umfasst 17 Ziele und 169 Zielvorgaben

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[UN-15c, S. 1]. Die zentrale Leitidee der Agenda 2030 ist die Beseitigung der Armut als größte globale Herausforderung. Dies gilt als eine unabdingbare Voraussetzung für eine nachhaltige Entwicklung [UN-15c, S. 1]. Im Sinne der Agenda 2030 ist eine nachhaltige Entwicklung somit die Transformation zu einem Zustand ohne Armut und Hunger, ohne Ungleichheit in und zwischen Ländern mit friedlichen, gerechten und inklusiven Gesellschaften. Dabei sollen die Menschenrechte, Geschlechtergleichstellung, die Selbstbestimmung von Frauen und Mädchen geschützt und gefördert und der dauerhafte Schutz des Planeten und seiner natürlichen Ressourcen sichergestellt werden. Die Transformation soll zu einem sozial und ökologisch vertretbaren, inklusiven und dauerhaften Wirtschaftswachstum, zu geteiltem Wohlstand und zu menschenwürdiger Arbeit maßgeblich beitragen. Sie soll dabei die Entwicklungsniveaus und Kapazitäten der einzelnen Länder berücksichtigen [UN-15c, S. 4]. Die nachhaltige Entwicklung ist somit ein dynamischer Transformationsprozess, der dazu dient, einen Zustand der Nachhaltigkeit zu erreichen, welcher durch die aktuellen, von der internationalen Gemeinschaft ratifizierten, Nachhaltigkeitsziele vorgegeben wird [Puf-12, S. 37]. Die relevanten und ratifizierten Nachhaltigkeitsziele werden im Anhang A-1 aufgelistet.

2.1.3 Ansätze und Prinzipien2

Bei der Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung haben sich seit der Veröffentlichung des Brundtland Reports 1987 durch die WCED drei wesentliche Nachhaltigkeitsansätze in der wissenschaftlichen und politischen Diskussion herausgebildet [WCED-87]. Ein Ansatz dient dabei zur Strukturierung von Nachhaltigkeitszielen und daraus abgeleiteten Handlungs-feldern. So beschreibt der Ansatz der intra- und intergenerativen

Gerechtigkeit die Reduzierung räumlicher und zeitlicher Ungleichheiten. Die intragenerative Gerechtigkeit zielt darauf ab, die Ungleichheit für alle Menschen innerhalb einer Generation zwischen unterschiedlichen Kulturräumen zu verringern. Mit der intergenerativen Gerechtigkeit wird eine gleiche Verteilung von materiellen und immateriellen Gütern zwischen den Generationen angestrebt. Die heutige Generation sollte nur im Rahmen der Regene-rationsfähigkeit der Erde Güter konsumieren [BrJ-00, S. 24; Rog-09, S. 207; WCED-87, S. 41 ff.]. Der Ansatz der schwachen und starken Nachhaltigkeit beschreibt die Substituierbarkeit von unterschiedlichen Kapitalarten. Es wird

2

Dieser Unterabschnitt stellt eine Erweiterung zu den Ausführungen der Vorveröffentlichung [SOK-18, S. 258] dar und wird unter Berücksichtigung von Inhalten aus den vom Autor betreuten Abschlussarbei-ten [Sta-MAb, S. 27 ff., S. 44 ff.; Obe-MA, S. 8 f.] dargelegt.

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zwischen Sachkapital, Naturkapital, kultiviertem Naturkapital, Sozialkapital, Humankapital und Wissenskapital unterschieden. Die schwache Nachhaltigkeit erlaubt die Substituierung von Naturkapital durch nutzengleiches Sachkapital. Der Nutzen des Gesamtkapitals für zukünftige Generationen darf durch die Substituierung nicht verringert werden. Die starke Nachhaltigkeit (en: Constant Natural Capital Rule) basiert auf der Erhaltung des Naturkapitals. Naturkapital soll nicht durch nutzengleiches Kapital anderer Art substituiert werden [Dör-04, S. 4 ff.; HaK-09, S. 47 ff.; MeM-01]. Der Ansatz der drei Dimensionen bzw.

das drei-Säulen-Modell umfasst die umweltbezogene, gesellschaftliche und wirtschaftliche Dimension als grundsätzliche und integrative Handlungsfelder [Enq-98, S. 17 ff.]. Umweltbezogene Nachhaltigkeit beschreibt die Sicherung und das Überleben des ökologischen Systems. Dieses ist sowohl Quelle für natürliche Ressourcen als auch Senke für anthropogene Emissionen und dient als Lebensgrundlage für den Menschen als Teil dieses Systems. Gesellschaftliche Nachhaltigkeit beinhaltet die gerechte Inklusion von humanen Ressourcen unter Berücksichtigung der sozialen Schichten, Geschlechter, Altersgruppen sowie der kulturellen und regionalen Zugehörigkeit. Damit sollen soziale Stabilität und individuelle Freiheit, verbunden mit Solidarität und sozialer Gerechtigkeit, verwirklicht werden. Wirtschaftliche Nachhaltigkeit fordert den Erhalt von Wettbewerbsvorteilen und eine effiziente Marktausrichtung bei gleichzeitiger Ressourcenschonung und Erhöhung der Lebensqualität. Die Dimensionen sollen bei der Verfolgung der Ziele als gleichwertig und gleichberechtigt betrachtet werden [Enq-98; Puf-12, S. 97; UN-15c, S. 4]. Aufgrund der Nutzung und Verbreitung des Ansatzes der drei Dimensionen in den Veröffentlichungen der Vereinten Nationen, als wichtigste internationale Anspruchsgruppe, wird dieser Ansatz zur Strukturierung der Handlungsfelder einer nachhaltigen Entwicklung zugrunde gelegt [UN-15c, S. 2].

Die konkrete Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung gilt wegen der hohen Komplexität hinsichtlich der Breite und Tiefe der Handlungsfelder sowie hinsichtlich der Vielzahl an Wechselwirkungen und Zielkonflikten innerhalb und zwischen den einzelnen Handlungsfeldern als schwierig. Zur Unterstützung können daher Nachhaltigkeitsprinzipien herangezogen werden. Sie entsprechen Gestaltungsempfehlungen, die für die Anwendung von inhaltlich ähnlichen oder verknüpften Maßnahmen einen Rahmen bilden. Die nachfolgenden Abschnitte sind eine Zusammenstellung von Prinzipien, die dazu geeignet sind, eine nachhaltige Entwicklung umzusetzen. Die Zusammenstellung basiert auf einer Analyse relevanter Literatur, die durch eine eigene Interpretation und gesammelte Erfahrungen angepasst und erweitert wurde.

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Prinzip der Verbesserung

(in Anlehnung an [MMF-17; Ōno-93; Pae-11; Pri-03; Puf-12; Sel-08])

Nachhaltige Entwicklung wird als ein Prozess kontinuierlicher Verbesserung hin zu einem sich stetig weiterentwickelnden Zustand der Nachhaltigkeit verstanden. Nachhaltigkeit ist folglich nicht als ein Status quo, sondern als ein dynamischer Zustand zu interpretieren, der sich an neuen Erkenntnisgewinnen und Entwicklungen in den drei Nachhaltigkeitsdimensionen orientiert. Das Verbesserungsprinzip umfasst Maßnahmen zur Umsetzung einer kontinuier-lichen Verbesserung von Technik, Prozessen oder Handlungen sowie von wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Systemen in Anlehnung an die Kaizen-Philosophie. Das Prinzip impliziert dabei insbesondere Maßnahmen zur Verbesserung der Ressourcenproduktivität. Das Ziel ist es, das Verhältnis von Material-, Wasser-, und Energieeinsatz zu der erzeugten Produktionsmenge zu verringern. Es basiert auf der Annahme, dass alle Ressourcen, die als Produktionsfaktoren genutzt werden, Emissionen und somit Umweltschäden verursachen. Die erzielten Vorteile können jedoch durch Rebound-Effekte neutralisiert werden. Hierbei führt eine verbesserte Produktivität zu niedrigeren Herstellungskosten eines Produktes und dadurch zu einer höheren Absatzmenge und größeren Umweltschäden.

Prinzip der Konsistenz

(in Anlehnung an [BMB-07; Her-10; JSS-17; Pae-11; Pae-06])

Das Konsistenzprinzip zielt auf eine vollständige Einbettung von anthropogenen Ressourcenströmen in die natürliche Umwelt ab. Durch geeignete Maßnahmen sollen geschlossene Ressourcenkreisläufe realisiert werden. Das Prinzip strebt vollständig biologisch abbaubare Endprodukte oder die Rückführung der Endprodukte in neue Produktlebenszyklen an. Das Prinzip orientiert sich auch an der Belastbarkeit der Umwelt. Es enthält Maßnahmen zur Vermeidung der Nutzung nicht erneuerbarer Ressourcen. Nichtnachwachsende Rohstoffe sollen hierbei durch nachwachsende Rohstoffe im Produktlebenszyklus substituiert oder ersatzlos vermieden werden.

Prinzip der Suffizienz

(in Anlehnung an [JSS-17; Lin-04; Lin-02; Pae-06; Pri-03; Pri-05])

Die Anwendung von Maßnahmen zur Umsetzung einer Ressourceneinsparung durch eine Veränderung des Konsumverhaltens von Individuen und Organisationen wird durch das Suffizienzprinzip angestrebt. Dieses umfasst Maßnahmen zur Reduzierung des Gesamtverbrauchs an Konsumgütern durch eine genügsame, sparsame und werteorientierte Handlungsweise. Die

(37)

Reduzierung soll sich an einem wirtschaftlich und gesellschaftlich gebotenen Maß orientieren und zu einem ressourcenschonenderen Verhältnis von materiellen Gütern zu immateriellen Bedürfnissen beitragen.

Prinzip der Partizipation

(in Anlehnung an [BuV-03; Her-10; JSS-17; MIJ-14; Sel-11; Sel-08])

Mögliche Schäden an der Umwelt und in der Gesellschaft verursacht durch neuartige Technik, Prozesse oder Handlungen sind ex ante oft kaum bekannt. Daher ist vor deren Anwendung besondere Vorsicht geboten. Das Prinzip der Partizipation umfasst Maßnahmen zur Risikovermeidung, die dazu geeignet sind, mögliche Schäden für neuartige Technik, Prozesse oder Handlungen an der Umwelt, Gesellschaft und der Wirtschaft ex ante zu partizipieren. Technik, Prozesse und Handlungen sollen daher unter Einbeziehung der Anspruchsgruppen entwickelt werden. Das erfordert einen beständigen Dialog zwischen den relevanten Akteuren. Das Partizipationsprinzip enthält Maßnahmen für die Einbeziehung der relevanten Anspruchsgruppen zur Gewährleistung transparenter, fairer und gerechter Entscheidungen. Die aktive Partizipation der Anspruchsgruppen erfordert Gesundheit und ein Bewusstsein für die Herausforderungen einer nachhaltigen Entwicklung. Dieses Prinzip umfasst daher auch alle Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Gesundheit sowie zur Herausbildung des Bewusstseins von Individuen durch die Entwicklung von Kompetenzen.

2.2 Produktionstechnische Wertschöpfung durch nachhaltige

Innovationen

2.2.1 Technik und Wertschöpfung

Durch die Realisierung technischer Systeme gestaltet Wertschöpfung die technische Wirklichkeit. Die technische Wirklichkeit trägt dazu bei, die allgemeinen natürlichen, gesellschaftlich-kulturellen und ökonomischen Rahmen-bedingungen sowie die individuellen Dispositionen und damit das Wertesystem der Menschen kontinuierlich zu formen. Diese Veränderungen wirken sich wiederum durch einen Wandel der Ziele, Restriktionen und Präferenzen auf die Gestaltung neuartiger technischer Systeme aus (Abbildung 2-2). Somit kann eine an Nachhaltigkeitszielen und -prinzipien ausgerichtete Wertschöpfung maß-geblich eine nachhaltige Entwicklung fördern [VDI 3780, S. 8 ff.].

(38)

Abbildung 2-2: Wertschöpfung technischer Systeme unter der Wirkung allgemeiner Rahmenbedingungen und individueller Dispositionen (in Anlehnung an [VDI 3780, S. 10])

Technisches System

Technik als Synonym für technische Systeme entspricht in dieser Arbeit dem Verständnis der VDI 3780, welche die Definition von Ropohl übernimmt; Technik umfasst [Rop-09, S. 31; VDI 3780, S. 2]:

 die Menge der nutzenorientierten, künstlichen, gegenständlichen Gebilde (Artefakte oder Sachsysteme),

 die Menge menschlicher Handlungen und Einrichtungen, in denen Sachsysteme entstehen,

 die Menge menschlicher Handlungen, in denen Sachsysteme verwendet werden.

Technik bezieht sich somit nicht nur auf das Sachsystem, sondern schließt auch den Entstehungsprozess sowie die Nutzung und Folgen der Entstehung und Verwendung mit ein [VDI 3780, S. 2]. Das Sachsystem als Synonym für Artefakt meint im Rahmen dieser Arbeit ein materielles und/oder immaterielles, nutzenorientiertes, künstliches Gebilde. Als Abgrenzung zur Technik beschreibt die Technologie die Wissenschaft von der Technik und impliziert die Menge wissenschaftlich systematisierter Aussagen über technische Systeme [Rop-09, S. 31]. Die Lösung technischer Aufgaben wird durch technische Systeme erfüllt [FeG-13, S. 238]. Die Realisierung technischer Systeme erfolgt durch Wertschöpfungsprozesse. Technik ist dabei sowohl Subjekt als auch Objekt der Wertschöpfung. Konzipieren Eingrenzen Präzisieren Bewerten Entscheiden Realisieren Werte-system

Ziele Restriktionen Präferenzen

Allgemeine

Rahmenbedingungen Individuelle Dispositionen

Machbare technische Möglichkeiten Technische Wirklichkeit Denkbare technische Möglichkeiten Wertschöpfung Wirkung

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Werte

Das Verständnis und die Theorie der Werte (Axiologie) sind Gegenstand kontinuierlicher Diskussion und interdisziplinären wissenschaftlichen Austausches innerhalb und zwischen den Umweltwissenschaften, den Gesellschaftswissenschaften, den Wirtschaftswissenschaften und den Ingenieurwissenschaften [UTV-09, S. 682 ff.]. Werte im Rahmen dieser Arbeit sind an das Werteverständnis der Ingenieurwissenschaften angelehnt [VDI 3780, S. 6]:

 Sie sind bestimmend dafür, dass etwas anerkannt, befürwortet, vorgezogen, geschätzt, verehrt oder erstrebt wird.

 Sie sind Orientierungs-, Bewertungs-, Beurteilungs-, und Begründungs-maßstab für Artefakte und Handlungen.

 Sie werden auf Grundlage individueller und sozialer Entwicklungsprozesse gebildet, die sich in der Auseinandersetzung mit natürlichen sowie den gesellschaftlich-kulturellen Rahmenbedingungen vollziehen.

 Sie unterliegen einem kontinuierlichen Wandel und können durch einen allgemeinen Zielbegriff plausibel dargestellt werden.

Evans et al. beschreiben für Anspruchsgruppen unterschiedliche Formen von Werten. Sie unterscheiden zwischen realisierten Werten, zerstörten Werten, verpassten Werten sowie Wertmöglichkeiten [EFY-17, S. 210]. Nach Ueda gilt es, Wertverbesserungen für die vom technischen System beeinflusste Umwelt und betroffene Anspruchsgruppen zu realisieren, um eine nachhaltige Entwicklung sicherzustellen [UTV-09, S. 686].

Produktionstechnische Wertschöpfung3

Wertschöpfung wird in dieser Arbeit als produktionstechnische Wertschöpfung aufgefasst. Produktionstechnische Wertschöpfung ist eine auf Wertverbesserung ausgerichtete Transformation zur Erzeugung von Sachsystemen durch die Kombination von Wertschöpfungsfaktoren in vernetzten Wertschöpfungs-modulen. Wertverbesserung beschreibt den Beitrag der Wertschöpfung zur Verbesserung eines Wertes oder eines Wertsystems für die Anspruchsgruppen.

Wertschöpfungsmodule charakterisieren Wertschöpfung auf unterschiedlichen Aggregationsebenen: vom Fertigungs- und Montageprozess auf der untersten Ebene, über Produktionsbereiche, Fabriken, Unternehmen, Industriebranchen,

3

Dieser Unterunterabschnitt stellt eine Erweiterung zu den Ausführungen der Vorveröffentlichungen [StS-16b, S. 536 ff.; SOK-18, S. 256 f.] dar.

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Volkswirtschaften, bis hin zur globalen Wertschöpfung auf der höchsten Aggregationsebene. Ein Wertschöpfungsmodul ergibt sich aus dem Zusammenwirken von fünf generischen Werkschöpfungsfaktoren: Produkt, Betriebsmittel, Organisation, Prozess und Mensch [JSS-17, S. 13 ff.; Sel-08, S. 4 ff.; Sel-07]. Wertschöpfungsmodule können auf den unterschiedlichen Aggregationsstufen in Wertschöpfungsnetzwerke integriert werden. Die Integration kann durch drei Arten erfolgen [KWH-13, S. 35 f.; StS-16b, S. 536 ff.]:

 Die horizontale Integration beschreibt eine Integration entlang der gesamten Wertschöpfungskette auf einer Aggregationsebene der Wertschöpfung, z. B. die Integration von unterschiedlichen Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette oder die Integration von unterschiedlichen Werkzeug-maschinen innerhalb einer Fabrik.

 Die vertikale Integration beschreibt die Integration entlang der unterschiedlichen Aggregationsebenen, z. B. die Integration von schiedlichen Fertigungsprozessen in einer Werkzeugmaschine, unter-schiedliche Werkzeugmaschinen wiederum können in einer Fertigungslinie eingebunden sein.

 Die Integration entlang des Produktlebenszyklus beschreibt eine Integration der Wertschöpfungsmodule über die einzelnen Lebensphasen eines Produktes vom Lebensanfang, über die Lebensmitte, bis zum Lebensende.

Die Integration der Wertschöpfungsmodule in den Wertschöpfungsnetzwerken gestaltet sich im globalisierten Kapitalismus aus dem Zusammenwirken von Wettbewerb und Zusammenarbeit unter dem Einfluss von Angebot und Nachfrage sowie in den Grenzen von Geschäftsmodellen der beteiligten Organisationen. Wettbewerb auf der Ebene von Industriebranchen ergibt sich nach Porter aus der Rivalität unter den bestehenden Wettbewerbern, der Bedrohung durch neue Anbieter, Verhandlungsstärke der Lieferanten und Anbieter sowie aus der Bedrohung durch Substitute [Por-14, S. 33; Por-79]. Die Zusammenarbeit von Akteuren auf unterschiedlichen Ebenen der Wertschöpfungsnetzwerke kann koordinativ, kooperativ oder kollaborativ erfolgen. Abbildung 2-3 zeigt die Integration der Wertschöpfungsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus mit Geschäftsmodellen als wesentlicher Triebkraft der Zusammenarbeit.

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Abbildung 2-3: Integration der Wertschöpfungsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus (in Anlehnung an [SOK-18, S. 257])

Nachhaltige Wertschöpfung4

Nachhaltige Wertschöpfung im Kontext dieser Arbeit beschreibt eine Wertschöpfung, die:

 die drei Dimensionen (Umwelt, Gesellschaft, Wirtschaft) als Struktur für grundsätzliche und integrative Lösungsräume zur Wertverbesserung vorgibt,  einen positiven Beitrag zu den aktuellen globalen Nachhaltigkeitszielen leistet;  die Nachhaltigkeitsprinzipien durch die Anwendung geeigneter Maßnahmen zur Entwicklung von Geschäftsmodellen, Wertschöpfungsnetzwerken und Wertschöpfungsmodulen einbezieht,

 grundsätzlich auf eine Sicherung und Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit ausgerichtet ist.

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Dieser Unterunterabschnitt wird unter Berücksichtigung von Inhalten aus den Vorveröffentlichungen [JSS-17, S. 12 ff.; SOK-18, S. 258] dargelegt. Wertschöpfungsmodul Materialfluss Produktlebenszyklus Lebensende Mensch Betriebs-mittel Organi-sation Prozess Produkt Geschäfts-modelle