Industrial Internet of Things(IIoT)-Plattformtypen im Maschinen- und Anlagenbau

Das Industrial Internet of Things (IIoT) und das Angebot datenbasierter Vernetzung physischer Produkte haben die Geschäftsmodelle vieler Unternehmen verändert. Mithilfe des Internets der Dinge können diese Produkte bspw. auf Basis ihrer verarbeiteten Sensordaten kommunizieren und Prozesse dezentral gesteuert werden. Dabei können Innovationen wie digitale Plattformen verschiedene Bereiche eines Unternehmens grundlegend verändern (Oberländer et al. 2019; Pflaum und Schulz 2018).

Unter digitalen Plattformen werden im industriellen Kontext Produkt- und Serviceplattformen (häufig Cloud-basiert) verstanden, die Produktionskomponenten auf Grundlage von Datenaustausch miteinander vernetzen und dadurch digitale Services angeboten werden können (Oberländer et al. 2019; Obermaier und Mosch 2019). Fokus dieses Beitrags sind digitale Plattformen im deutschen Maschinen- und Anlagenbau. Das Angebot digitaler Plattformen im Maschinen- und Anlagenbau kann als Weiterentwicklung der Tertiarisierung angesehen werden, die in diesem Zusammenhang den seit einigen Jahren vorherrschenden Trend beschreibt, dass die Herstellerunternehmen nicht mehr lediglich ihre physischen Produkte veräußern, sondern zusätzlich auf das Produkt abgestimmte Dienstleistungen (z. B. Wartung und Reparaturen) anbieten, die nun auch vor allem datengetrieben sind (Bollhöfer et al. 2016). Dabei werden meistens bereits bestehende Produkte/Dienstleistungen durch digitale Elemente erweitert (Demont und Paulus-Rohmer 2017). Diese neuen Services können die Effizienz, Flexibilität und Agilität produzierender Unternehmen steigern (Pflaum und Schulz 2018). Mithilfe von digitalen Plattformen können Maschinen- und Anlagenbauer ihren Kunden diese Services auf Grundlage der identifizierten Maschinendaten anbieten, was wiederum zu einer stärkeren Kundenbindung führt (VDMA et al. 2018).

Durch die rasante Ausbreitung dieser digitalen Innovationen steigt der Wettbewerb konkurrierender Unternehmen und die langfristige Weiterentwicklung der Geschäftsmodelle wird aufgrund des dadurch entstehenden Digitalisierungs- und Innovationsdrucks entscheidend für den Unternehmenserfolg (Oberländer et al. 2019). Demnach liegt eine wichtige strategische Entscheidung darin, die passend konzeptionierte digitale Plattform für das Unternehmen zu finden, die sowohl auf die Bedürfnisse des Anbieters und der Kunden als auch auf die Ressourcen abgestimmt ist.

Dabei unterscheiden sich digitale Plattformen im Maschinen- und Anlagenbau vor allem in den angebotenen Funktionen (Bollhöfer et al. 2016). Dadurch bilden die Funktionen bzw. die Funktionszusammensetzungen der Plattformen einen guten Anhaltspunkt für die Konzeption und Positionierung der eigenen digitalen Plattform, insbesondere im direkten Vergleich zu Wettbewerbern, die z. B. bei einer Marktanalyse identifiziert werden können. Bisher steht allerdings keine branchenspezifische Analyse der Plattformfunktionen zur Verfügung. Dementsprechend fehlt Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus eine Grundlage für die zielgerichtete Zusammensetzung ihrer Plattform. Der vorliegende Beitrag greift diese Lücke auf und analysiert bereits angebotene Plattformen im Hinblick auf die Kombinationen ihrer Funktionen, um diese zu gruppieren und somit die Konzeption und Positionierung einer neuen digitalen Plattform zu erleichtern und zu unterstützen. Aus diesem Vorhaben ergibt sich die folgende Forschungsfrage:

Die Veränderung und Erweiterung des Produktangebots mithilfe digitaler Komponenten können unterschiedliche Ausmaße annehmen (Oberländer et al. 2019). Dabei können Maschinen- und Anlagenbauer ihren Kunden mithilfe von digitalen Plattformen unterschiedlichste Funktionen bieten, die allerdings unterschiedlich komplex in der Entwicklung und der Umsetzung sein können. Während bspw. statusorientierte Funktionen, wie die Bereitstellung eines Dashboards, vornehmlich die einmalige Entwicklung von Software bedingen, so erfordert das Angebot von digitalen Wartungs- und Serviceleistungen neue unternehmensinterne Strukturen und die Vorhaltung entsprechender Kapazitäten. Dies zeigt, dass bestimmte Plattformfunktionen eine große Herausforderung bilden, vor allem für Unternehmen, für die das Angebot digitaler Produkte und Dienstleistungen eine Neuheit darstellt oder kleine und mittlere Unternehmen (KMU), z. B. in Bezug auf die Verfügbarkeit von notwendigen Ressourcen (Jun et al. 2017; Kammler et al. 2018). Dabei müssen nicht alle digitalen Plattformen komplexe Funktionen bereitstellen, sondern Unternehmen können sich auch auf grundlegende Funktionen berufen, die ihren Kunden bereits neue Mehrwerte bieten.

Dieser Beitrag und sein Ergebnis der Gruppierung digitaler Plattformen auf Grundlage ihrer Funktionskombinationen soll Maschinen- und Anlagenbauern einen vereinfachten Überblick über Möglichkeiten das Plattformangebots bieten. Dadurch kann die Komplexität von Marktanalysen der Wettbewerber reduziert oder Markteintrittsstrategien unterstützt werden, was insbesondere vor dem Hintergrund des sich schnell entwickelnden Digitalisierungsdrucks und dem damit einhergehenden Wettbewerb von großer Bedeutung ist.

Der Beitrag ist in fünf Kapitel strukturiert. Kapitel 2 stellt die typischen Funktionen digitaler Plattformen im Maschinen- und Anlagebau dar. Kapitel 3 erläutert die Methodik der Clusteranalyse. Kapitel 4 stellt die Analyse der identifizierten Cluster bzw. Typen digitaler Plattformen sowie deren Charakterisierung dar. Kapitel 5 stellt die Diskussion der Ergebnisse sowie des Beitrags für Forschung und Praxis dar. Ferner werden Limitationen und mögliche Ansätze für die zukünftige Forschung erläutert.

Für das Forschungsvorhabens werden Plattformen im Bereich des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus fokussiert. Im Kontext existierender Begriffsverständnisse kommt der Kontext der IIoT-Plattformen dem Untersuchungsbereich nahe. Der Fokus liegt auf Seite des Anbieters von Industriemaschinen, welcher Kunden eine digitale Plattform zur Anbindung seiner Maschinen bereitstellen möchte. Die Plattform soll zur Anbindung der Maschinen und darauf basierend für das Angebot von Zusatz- und Mehrwertdiensten genutzt werden.

Um das Ziel dieses Beitrags, die Kategorisierung von digitalen Plattformen im Maschinen- und Anlagenbau auf Grundlage ihrer Funktionen, zu verfolgen, wurde vorerst eine Literaturrecherche durchgeführt. Zum Beispiel führen Bollhöfer et al. (2016) verschiedene Geschäftsideen für die Industrie 4.0 im Maschinen- und Anlagenbau auf, in denen auch Plattformen eine zentrale Rolle spielen, z. B. als Kommunikationsschnittstelle, für den Zugriff auf Analysetools und anwendungsspezifisches Wissen oder als Marktplatz für Dienste und Technologiedaten. Lüttenberg et al. (2021) führen eine andere Kategorisierung digitaler Plattformstrategien an. Sie unterscheiden zwischen Smart-Data-Plattformen, die aggregierte und bereinigte Daten bereitstellen, Smart-Product-Plattformen, die den Zugriff auf maschinenspezifische Daten ermöglichen, sowie Matching-Plattformen, die als digitale Marktplätze verwendet werden, bei denen kein direkter Produktbezug besteht.

Hinter diesen Geschäftsideen stehen unterschiedliche Funktionen, die durch digitale Plattformen abgedeckt werden, bspw. sorgt eine Kommunikationsschnittstelle dafür, dass das Herstellerunternehmen der jeweiligen Maschine mit den Kunden im Fall eines Maschinenfehlers kommunizieren können. Diese Publikationen unterscheiden verschiedene Plattformkategorien, allerdings anhand einzelner Funktionen und nehmen dabei nicht in Betracht, dass über viele digitale Plattformen im Maschinen- und Anlagenbau verschiedenste Funktionen angeboten werden können, was eine Einordnung dieser Plattformen in die oben genannten Kategorien aus der Literatur erschwert.

Kammler et al. (2018) betrachten digitale Plattformen hingegen als Leistungsbündel, über das verschiedene Produkt- und Dienstleistungskomponenten angeboten werden können. Sie haben einen Anforderungskatalog an digitale Serviceplattformen im Maschinen- und Anlagenbau auf Basis einer Literaturrecherche und Experteninterviews im KMU-Umfeld erstellt. Unter diesen Anforderungen finden sich dabei konkrete Systemfunktionen, wie bspw. Fernwartungsfunktionen, eine Wissensdatenbank, Analysefunktionen, Predictive Maintenance, Kollaborationsfunktionen und die Integration bestehender Services, die u. a. Kernanforderungen an eine Serviceplattform darstellen (Kammler et al. 2018).

Dieser Anforderungskatalog stellte eine Grundlage für das Forschungsvorhaben dieses Beitrags und die Analyse der am Markt verfügbaren Plattformfunktionen dar. Auf Basis dessen war eine systematische Erhebung der digitalen Plattform im Markt erforderlich, um (1) die einzelnen Funktionen der angebotenen Plattformen zu identifizieren und zu definieren und (2) die Plattformen auf Grundlage dessen im Anschluss zu kategorisieren. Für diesen Beitrag wurde auf die bereits existierende Referenzdatenbank von Bender et al. (2021) zurückgegriffen, der eine systematische Marktrecherche durch ein Team mehrerer Wissenschaftler vorangegangen ist. Die Referenzdatenbank basiert auf der Identifikation von Referenzfällen durch Onlinerecherche, welche digitale Plattformen im deutschen Maschinen- und Anlagenbau darstellen. Diese Recherche beinhaltete das Branchenverzeichnis für den Maschinen- und Anlagenbau des VDMA, branchenspezifische Statistiken, Fachmedien wie Zeitschriften und Messeverzeichnisse, und stichwortbasierte Onlinerecherche. Die Fälle der Referenzdatenbank wurden vorab qualifiziert, um insgesamt einheitliche Plattformen zu betrachten. Für die Qualifizierung wurden die fünf Kriterien: Hersteller, Konnektivität, Eigenständigkeit, Funktionalität und Multi-Device Fähigkeit genutzt. Für die identifizierten Plattformen und anbietenden Unternehmen wurden verschiedene relevante Merkmale und Parameter in die Referenzdatenbank aufgenommen, unter anderem die Subbranche des Unternehmens innerhalb des Maschinen- und Anlagenbaus, die Größe des Unternehmens, sowie die Bereitstellungsstrategie. Die Recherche resultierte in einer Grundgesamtheit von 116 digitalen Plattformen. Details über die Referenzdatenbank sowie die Methodik der Datenerhebung finden sich in Bender et al. (2021).

Um die Funktionen dieser digitalen Plattformen zu identifizieren, haben die Autoren dieses Beitrags die Referenzdatenbank erweitert und um die Funktionen der jeweiligen Plattform ergänzt, die auf Basis von öffentlich verfügbaren Informationen erhoben wurden, z. B. auf der Website des Anbieters oder in Berichterstattungen. Während der Recherche haben die Autoren sich in regelmäßigen Abständen ausgetauscht, um die Definitionen der identifizierten Funktionen aufeinander abzustimmen und zu vereinheitlichen. Dabei wurde schnell deutlich, dass sich die Funktionen und die dazugehörigen Definitionen vieler Plattformen ähneln, was die Recherche vereinfacht hat. Allerdings unterschieden sich die Plattformen sehr in der Anzahl sowie in der Komplexität der Funktionen, was die zuvor vermutete Heterogenität des Plattformangebots von deutschen Maschinen- und Anlagenbauern unterstützt.

Insgesamt konnten für 108 der recherchierten Fälle Funktionen identifiziert werden, welche die Grundgesamtheit für die folgende Analyse bilden. Im Zuge der Recherche konnten 11 Funktionen unterschieden und definiert werden, die bei den betrachteten Plattformen vielzählig vertreten und in Tab. 1 zusammengefasst sind. Die Erläuterungen der Funktionen basieren dabei auf der Zusammenfassung der Definitionen verschiedener Plattformen, die durch die Internetrecherche entwickelt wurden.

Die in Tab. 1 dargestellten Plattformfunktionen und die digitalen Plattformen der vorgestellten Referenzdatenbank bilden die Basis für die nun folgende Kategorisierung der Plattformen anhand ihrer Funktionskombinationen.

Die Analyse und Interpretation der Cluster, bei der die Funktionen sowie verschiedene Einflussfaktoren der anbietenden Unternehmen näher betrachtet wurden, lässt eine gröbere Einteilung der Cluster in drei Gruppen zu. Demnach können die beiden Cluster 1a und 1b, wie bereits beschrieben, zu der Gruppe Basis-Plattformen zusammengefasst werden, da sie im Gegensatz zu den anderen Clustern nur grundlegende Funktionen abdecken. Des Weiteren unterscheidet sich Cluster 2 von den anderen Clustern und bildet somit als einziges Cluster die Gruppe der Integrations-Plattformen, was durch die charakteristische Funktion dieses Clusters beeinflusst ist. Die letzten beiden Cluster 3 und 4 können zu der Gruppe Umfangreiche Plattformen zusammengefasst werden, da sie die größte Vielfalt an Plattformfunktionen aufweisen und den Kunden somit den größten Mehrwert bieten können. Mithilfe dieser Plattformen werden die Möglichkeiten des IIoT und des Angebots digitaler Services zum aktuellen Zeitpunkt im deutschsprachigen Maschinen- und Anlagenbau größtmöglich ausgenutzt.

Die Dreiteilung der Plattformtypen in Basis-Plattformen, Integrations-Plattformen und umfangreiche Plattformen (siehe Tab. 3) in dieser Reihenfolge weist eine steigende Komplexität auf. D. h., dass nicht nur die Anzahl der Funktionen, die durch diese Plattformen angeboten werden, steigt, sondern vor allem die Komplexität dieser. Für die anbietenden Unternehmen bedeutet dies, dass bspw. für das Angebot einer umfangreichen Plattform deutlich mehr innerbetriebliche Strukturen und Prozesse verändert sowie mehr Ressourcen aufgewendet werden müssen als für das Angebot einer Basis-Plattform. Dabei besteht die Veränderung nicht nur darin, dass ein neues technisches Produkt angeboten wird, sondern es entstehen bspw. neue Partnerschaften zu anderen Unternehmen, erweiterte Kundenbindungen, sowie neue Preis- und Ertragsmodelle.

Entscheidet sich ein Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau dafür, eine Basis-Plattform anzubieten, ist der Einfluss auf das Geschäftsmodell, die Strukturen und Prozesse gering. Hierbei besteht die Veränderung hauptsächlich in der Bereitstellung eines neuen technischen Produkts und nicht in dem Angebot neuer Services, da das herstellende Unternehmen nicht in die Nutzung der Plattform involviert ist, wie bspw. bei der Funktion Wartung/Services, bei der der Maschinenhersteller zusätzliche Services zur Verfügung stellen muss. Trotzdem müssen für das Angebot dieses Plattformtyps finanzielle und personelle Ressourcen verfügbar sein. Bei der Bereitstellungsstrategie der externen Plattform müssen zudem neue Partnerschaften mit anderen Unternehmen eingegangen werden, um die Plattform bereitzustellen. Außerdem muss ein Preismodell entwickelt werden, um mit der digitalen Plattform bestimmte Erträge zu erzielen. Dabei haben Modelle wie bspw. Pay-per-use, Freemium oder Einmalkauf unterschiedliche Auswirkungen auf den Ertrag.

Auch das Angebot einer Integrations-Plattform beeinträchtigt die Veränderungen nur in geringem Maße. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass insbesondere KMU, die in diesem Cluster im Gegensatz zu den anderen Clustern mehr vertreten sind, häufig nicht über die Ressourcen verfügen, um die Idee einer digitalen Plattform zu realisieren. Demnach befinden sich in größeren Unternehmen häufig bereits vor dem Plattformangebot IT- oder Forschungsabteilungen, die sich mit Digitalisierungsthemen oder neuen Innovationen befassen. Dabei müssen KMU in manchen Fällen auf externes Wissen oder Beratungen zurückgreifen. Für KMU besteht der wesentliche Vorteil des Angebots einer Integrations-Plattform besonders darin, dass sie hauptsächlich sehr spezialisierte Maschinen anbieten, die ihre Kunden in einem komplexen Gesamtprozess integrieren müssen. Hierbei könnte eine Integrations-Plattform den Automatisierungsaufwand ggf. reduzieren, da die Integration der digitalen Plattform als Teil des Gesamtportfolios an Maschinen die Komplexität vermindert.

Den größten Einfluss auf das Geschäftsmodell verzeichnen die umfangreichen Plattformen. Während bei den anderen Plattformtypen hauptsächlich grundlegende Funktionen angeboten werden, bieten diese Plattformen weitere Services und Funktionen, die zu weiteren Prozessveränderungen innerhalb der herstellenden Unternehmen führen können. Zum Beispiel müssen für die Kollaborations-Funktion neue Prozesse, wie bspw. ein Live-Chat und dementsprechendes Personal, implementiert werden, um diesen Service anzubieten. Ähnlich ist dies auch auf das Angebot von Remote-Wartungen anwendbar. So müssen hierfür u. U. neue personelle Ressourcen zur Verfügung stehen, die für die Technik geschult werden müssen. Auch für einen direkten Zugang zu einem Shop für Ersatzteile müssen Systeme umgesetzt werden, die diese automatischen Bestellungen abwickeln und bearbeiten. Zudem hat das Angebot zusätzlicher digitaler Services eine Auswirkung auf die Kundenbindung und den näheren Kontakt mit den Kunden, insbesondere dann, wenn die Unternehmen vor dem Einsatz der digitalen Plattformen noch nicht ähnliche Services angeboten, sondern lediglich die Maschinen ohne produktnahe Services verkauft haben.

Die unterschiedlichen Abstufungen der Komplexität der Plattformtypen machen deutlich, dass die unterschiedlichen Cluster auch eine Weiterentwicklung darstellen könnten oder sich diese Abstufung als Bestandteil einer möglichen Markteintrittsstrategie eignet. Vor allem für Unternehmen, die vor der Entscheidung stehen, eine digitale Plattform anzubieten und bisher nur wenig Erfahrungen mit dem Angebot digitaler Produkte gesammelt haben, stellen die in diesem Beitrag identifizierten Plattformtypen bzw. Kategorien einen Anhaltspunkt dar, um die eigene Plattform zu konzeptionieren und im Wettbewerb zu positionieren. So stellen die einzelnen Cluster zusätzlich eine grobe Marktübersicht dar, die Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau dabei unterstützen kann, sich in ihren Wettbewerb, z. B. auf Grundlage ihrer Branche oder Unternehmensgröße, einzuordnen. Aufgrund der steigenden Konkurrenz um digitale und innovative Angebote im Maschinen- und Anlagenbau stellt dies sogar eine notwendige Maßnahme dar, um den langfristigen Unternehmenserfolg sicherzustellen.

Zum Beispiel ist das Angebot einer umfangreichen Plattform nach dieser Analyse für KMU weniger geeignet. Gründe dafür stellen wahrscheinlich eingeschränkte finanzielle sowie personelle Ressourcen dieser Unternehmen dar, die das Angebot komplexerer digitaler Services erschweren. Zudem geht mit dem Verkauf innovativer digitaler Produkte auch ein großes Investmentrisiko einher, das durch Großunternehmen oder Konzerne besser abgedeckt werden kann. Somit eignet sich für KMU, vor allem bei Markteintritt, vorzugsweise eine Basis- oder Integrations-Plattform mit einer geringeren Anzahl an weniger komplexen Funktionen. Die vorgenommene Analyse hat gezeigt, dass ein Großteil der Unternehmen im deutschen Maschinen- und Anlagenbau Plattformen mit geringeren Funktionen und einer geringen Komplexität anbietet. Dies zeigt, dass auch bereits weniger komplexe digitale Plattformen vom Markt angenommen werden und zugleich Wettbewerber für Neueinsteiger darstellen.

Trotz der richtigen Positionierung im Markt ist es besonders wichtig, dass die anbietenden Unternehmen konkrete Ziele für die digitale Plattform formulieren und sich dabei an den Bedürfnissen ihrer Kunden orientieren. Nur so kann sichergestellt werden, dass keine haltlosen Umstrukturierungen des Geschäftsmodells vorgenommen werden, um aufwendige digitale Services anzubieten, die keine Nachfrage finden. Sind die notwendigen Ressourcen im Unternehmen sowie die Nachfrage nach weiteren Plattformfunktionen der Kunden vorhanden, können weitere Funktionen angeboten und die digitale Plattform schrittweise zu einer umfangreichen Plattform ausgebaut werden. Diese Option bietet sich in diesem Fall vor allem dann an, wenn Wettbewerber aus derselben Subbranche des Maschinen- und Anlagenbaus auch umfangreiche Plattformen anbieten.

Das Angebot digitaler Plattformen ist mittlerweile auch im Maschinen- und Anlagenbau weit verbreitet. Dabei konnte in den letzten Jahren der Trend verzeichnet werden, dass die Herstellerunternehmen von Maschinen und Anlagen nicht mehr ausschließlich physische Produkte veräußern, sondern zusätzliche auf das Produkt abgestimmte Dienstleistungen, wie bspw. digitale Services. Dieser Wandel kann einen großen Einfluss auf die Veränderung des Geschäftsmodells haben und je nach Komplexität der digitalen Plattformen unterschiedliche Ausmaße annehmen. In diesem Beitrag wurde eine Klassifizierung der digitalen Plattformen im deutschen Maschinen- und Anlagenbau vorgenommen, mithilfe derer unterschiedliche Plattformtypen auf Grundlage ihrer Funktionen identifiziert werden konnten. Diese Plattformtypen weisen verschiedene Funktionskombinationen, und damit verbundene Komplexitätsstufen, auf und können mithilfe von Einflussfaktoren, wie bspw. der Branche der anbietenden Unternehmen, weiter charakterisiert werden. Diese Einteilung unterschiedlicher Plattformtypen kann Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau dabei unterstützen, strategische Entscheidungen bezüglich der Entwicklung und des Angebots digitaler Plattformen zu treffen und eine Einordnung ihrer digitalen Plattform im Wettbewerb vorzunehmen.