Fokus Technologiemarkt

Es gibt wohl nur wenige Eigenschaften, die enger mit unternehmerischem Erfolg verbunden sind als jene der „Wettbewerbsfähigkeit“, präziser noch: der „internationalen Wettbewerbsfähigkeit“. In unserer heutigen, globalisierten Zeit, ist es für Volkswirtschaften wichtiger denn je, im Vergleich zu anderen Ländern wettbewerbsfähig zu sein, ja es ist sogar eine unabdingbare Voraussetzung für das Aufrechterhalten oder Erreichen von Wohlstand (World Economic Forum, 2012). Das World Economic Forum definiert globale Wettbewerbsfähigkeit als „[…] set of institutions, policies and factors that determine the level of productivity of a country. The level of productivity, in turn, sets the level of prosperity that can be earned by an economy“ (World Economic Forum, 2011).

Die Fraunhofer-Gesellschaft beschäftigt sich im Rahmen der III. Generation ihres Präsidialprojektes, einem Verbundprojekt aus mehreren Fraunhofer-Instituten, mit der Entwicklung von Methoden und Werkzeugen, die dazu geeignet sind, For-schungseinrichtungen und Organisationen dabei zu unterstützen, systematisch und zielgerichtet die für sie relevanten Technologiemärkte zu identifizieren und zu erschließen.

Nicht nur für technisch orientierte Forschungseinrichtungen wie die Fraunhofer-Gesellschaft, sondern für alle technisch orientierten Unternehmen ist die Gestaltung des Technologiemanagements und des Technologieentwicklungsprozesses im Besonderen von zentraler Bedeutung. Im Technologiemanagement bzw. im Technologieentwicklungsprozess werden wesentliche Grundsteine der Innovations- und Zukunftsfähigkeit der Einrichtung bzw. des Unternehmens gelegt. Im dritten Fraunhofer-Präsidialprojekt werden Methoden entwickelt und in ausgewählten Fraunhofer-Instituten umgesetzt, die helfen, wichtige Fragen des Technologiemanagements bzw. der Technologieentwicklung zu beantworten und entsprechende Lösungen aufzuzeigen. Diese Methoden reichen bspw. von der Analyse der eigenen Technologieentwicklungsfähigkeit und der damit verbundenen Entwicklung von Maßnahmen zur nachhaltigen Steigerung der Technologieentwicklungsfähigkeit (TechAudit®), von der Identifikation und Bewertung neuer Technologien (TechnologieRadar), insbesondere auch mit dem Fokus auf Ressourceneffizienz (Ressourceneffizienzanalyse), über die Identifikation von Lücken in der Patentlandkarte (White-Spot-Analyse) bis zur Identifikation von neuen Anwendungen und Applikationen für bereits vorhandene Technologien (MarktExplorer).

Innovative Technologien sind der Motor des Erfolges für ein Hochtechnologieland wie Deutschland. Sie sind das Ergebnis von Kreativität, Professionalität und nicht zuletzt von harter Arbeit. Doch wie lässt sich der Erfolg von Technologieunternehmen nachhaltig stärken? Wie kann der Erfolg von Technologie entwickelnden For-schungsinstituten gesteigert werden?

Technologien spielen für Unternehmen eine wichtige Rolle. Sie nutzen einerseits diese für die Produktion bzw. als Infrastrukturen, andererseits veräußern sie Produkte (Produkt als „Technologiesystem“). Die Technologie beeinflusst direkt die Innovationsfähigkeit und somit die Existenz eines Unternehmens. Neue Technologien und technologische Kompetenzen stellen in nahezu allen Industriebranchen daher einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor dar.

Angestoßen durch den Brundtland-Bericht von 1987 verbreitet sich das Konzept einer nachhaltigen Entwicklung in allen industriellen und gesellschaftlichen Bereichen weltweit. Der Leitgedanke dieses Konzeptes wird meist umschrieben als eine

„Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können.“ (Hauff, 1987)

Im vorliegenden Kapitel wird eine pragmatische Methode für den quantitativen Vergleich zweier Technologieentwicklungen vorgestellt. Ziel dieses Vergleichs ist hier die Bestimmung des Entwicklungsstandes der einen Technologie in Bezug auf die andere – darüber hinausgehende Einsatzfelder sind denkbar. Der Fokus der Darstellung liegt auf der Beschreibung des Arbeitsablaufs und der Werkzeuge Progress und TIMBER, die für die praktische Durchführung des Vergleichs entwickelt wurden. Diese Werkzeuge sind das vorläufige Endergebnis einer sich über mehrere Jahre erstreckenden Forschungstätigkeit im Rahmen der so genannten Fraunhofer-Präsidialprojekte. Im ersten dieser Projekte wurden unter anderem qualitative Modelle der Technologieentwicklung – dort als „Innovationspfade“ bezeichnet – diskutiert. Mit Hilfe von Patentanmeldungszahlen und Publikationsstatistiken wurden vor allem die so genannten Hype-Cycle-Modelle für Technologien auf einem hohen inhaltlich-begrifflichen Aggregationsniveau, wie etwa „Robotics“, exemplarisch validiert (Dreher, Frietsch, Hemer, & Schmoch, 2006). Die Betrachtung ähnlicher Daten für konkrete Technologien auf einem niedrigen Aggregationsniveau führte im zweiten Präsidialprojekt zu dem Ansatz, die Technologieentwicklung rein datenbasiert mit Hilfe von Kennzahlen – später als „Indikatoren“ bezeichnet – zu beschreiben. Der Einsatz von Hype-Cycle-Modellen wurde für diese Klasse von Technologien als weniger erfolgversprechend aufgegeben. Gleichzeitig wurden die Grundlagen für die praxistaugliche Durchführung eines Vergleichs zweier Technologieentwicklungen auf der Basis von Indikatoren entwickelt (Heubach & Knaf, 2008; Bügel, Knaf, & Laufs, 2009). Zu Ende des dritten Präsidialprojekts liegen nun in der Praxis einsetzbare Werkzeuge für den Technologievergleich vor. Zwar besitzen sie noch einige konzeptionelle Lücken, diese lassen sich aber am besten anhand von Erfahrungen im praktischen Einsatz bewerten und schließen.

Innovative Produktideen zu entwickeln ist ein komplexer, aber unabdingbarer Prozess für Unternehmen, die in Zeiten immer kürzerer Produktlebenszyklen langfristig konkurrenzfähig und am Markt aktiv bleiben wollen. Um stetig neue Ideen zu generieren und um nicht nur auf Zufallsideen angewiesen zu sein, wurde in der Vergangenheit bereits eine Vielzahl an Kreativitätstechniken zur systematischen Generierung von Ideen im F&E-Prozess entwickelt. Diese Methoden nutzen unterschiedlichste Informationsquellen als Basis für den Kreativitätsprozess. Eine besonders wertvolle Quelle für technische Informationen bieten Patente (Ernst, 2003). Mit Patenten lassen sich innovative Ideen nicht nur wirkungsvoll schützen. Patentinformationen sind darüber hinaus für jedermann kostenlos zugänglich und geben im Detail Aufschluss über den Stand der Technik in nahezu allen Technologiebereichen. Die Patentdatenbanken der einzelnen Länder sind umfassend und wachsen stetig an: so hat beispielsweise das World Intellectual Property Office (WIPO) allein 2010 fast zwei Millionen neue Patentanmeldungen weltweit registriert (WIPO, 2011). Damit steht eine äußerst umfangreiche Datenbasis zur Verfügung, die zur Lösung eigener technischer Problemstellungen herangezogen werden kann.

Der Fraunhofer MarktExplorer unterstützt Unternehmen und Forschungsinstitutionen darin, neue Technologiemärkte zu identifizieren. Auf Basis einer innovativen, IT-gestützten Methode werden noch nicht adressierte Anwendungen für die eigenen Technologien systematisch identifiziert und auf ihre (Zukunfts-)Relevanz hin bewertet.

„Wie kommt man schneller zu guten Innovationen?“ Diese als Aufgabenstellung zu verstehende, ein wenig plakativ formulierte Frage meint detaillierter:

Die Präzisionsbeschichtung ist eine Schlüsseltechnologie, die Grundlage und Voraussetzung für modernste technologische Entwicklung in unterschiedlichen Branchen ist. Beschichtungen von höchster Präzision werden für Anwendungen in Optik, Elektronik und Sensorik, Solarenergie und Medizintechnik benötigt. In der Optik finden präzise Schichten in der Informations- und Kommunikationstechnik für Laserquellen oder optische Verstärker, für Displays oder organische LEDs Verwendung. In den Biowissenschaften und im Gesundheitswesen verbessern präzise optische Schichten geringinvasive Operationsmethoden oder ermöglichen eine verbesserte Diagnostik durch empfindlichere Fluoreszenzverfahren. Optische Sensorik revolutioniert die medizinische Vorsorge: So kann mit Lab-on-chip-Anwendungen individuell und verbessert der Gesundheitszustand ermittelt und dadurch eine individuell zugeschnittene und optimierte Therapie ermöglicht werden.

In enger Kooperation mit der Firma SEMPA Systems GmbH entwickelte das Fraun-hofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden einen Technologie-demonstrator eines laserbasierten Messsystems zur Bestimmung der Permeationsrate von Ultrabarrierematerialien. Für die neue Technologie wurde aufgrund seiner Alleinstellungsmerkmale eine hohe Marktakzeptanz prognostiziert sowie eine sehr hohe Wertschöpfung für SEMPA Systems eröffnet. Langfristig strebt SEMPA Systems dabei die Technologieführerschaft in einem bis dato neuen Marktsegment an.

Das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS erforscht und entwickelt innovative Systeme, um Daten zu analysieren und Informationen zu erschließen, in Software und Hardware. Der Forschungsbereich umfasst Sensordaten bis Business Intelligence, von Medienanalyse bis zu visuellen Informationssystemen. Die Kernkompetenzen liegen im Bereich Maschinelles Lernen und Adaptive Systeme, Data Mining und Business Intelligence, Automatische Medienanalyse, Interaktive Erschließung und Exploration sowie in Autonome Systemen.

Die Mehrheit der Weltbevölkerung lebt in urbanen Ballungsräumen. Experten gehen davon aus, dass dieser Trend anhält und im Jahre 2050 fast zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben werden (UN Habitat, 2010). Eine solche Konzentration von Menschen und städtischen Einrichtungen bringt neben vielen Vorteilen auch eine Vielzahl neuer Risiken mit sich. Durch das Wachstum der Städte, die hohe Bevölkerungsdichte sowie die stetig wachsende Größe und Komplexität von baulichen Infrastrukturen werden urbane Gebiete in zunehmendem Maße anfällig für natürliche wie auch vom Menschen verursachte Gefahren. Dazu zählen Extremwetterereignisse (wie Überflutungen, Erdbeben oder Orkane), Flächenbrände und Epidemien, aber auch Gefahren, die durch menschliches und technisches Versagen hervorgerufen werden (wie die Freisetzung von Gefahrstoffen) sowie organisierte kriminelle Handlungen und Terrorismus (z. B. Drogen- und Menschenschmuggel, Flugzeugentführung, Einsatz von Sprengstoff; BMI, 2005). Wenn ein solches Ereignis eintritt, sind die Auswirkungen in einem städtischen Bereich in der Regel ungleich schlimmer als in dünner besiedelten Gebieten.

In der Natur gewachsene Kristalle (Mineralien) wirken durch ihre Schönheit und werden daher gerne wie die in Bild 15 .1 gezeigte Bergkristallgruppe als Schmuckstücke verwendet. Kristalle spielen aber auch in technischen Geräten eine ganz besondere Rolle. Ja, man kann in Abwandlung eines Spruches sagen: „In jedem modernen Gerät steckt ein guter Kern – nämlich ein Kristall.“ Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, dass Kristalle oder allgemeiner „Kristallmaterialien“ heutzutage als Schlüsselwerkstoffe anzusehen sind, ohne die es keine Computer, Fernseher, Handys, LEDs, moderne Autos, medizinische Diagnostikgeräte und vieles andere mehr gäbe.

Gleich, ob in Gaskraftwerken, zur Energieerzeugung oder in Flugzeugen – Turbo-maschinen besetzen eine zentrale Rolle in den wichtigen Branchen Energie und Luftfahrt. Dementsprechend groß ist die Nachfrage nach einer Erhöhung der Ressourceneffizienz von Turbomaschinen. Vorgaben zur Reduktion des CO₂-Ausstoßes, das zunehmende Umweltbewusstsein der Bevölkerung sowie die ablehnende Haltung gegenüber der Atomenergie forcieren diese Forderungen. Unabhängig vom Einsatzgebiet der Turbomaschine gilt das gleiche Prinzip: Um den Kraftstoff-verbrauch und die Schadstoffemissionen minimal zu halten, muss der am System auftretende Verschleiß zeitnah identifiziert und behoben werden. Mechanismen, die zum Verschleiß von Turbinen führen, werden im Abschnitt 17 .3 erläutert. Der Herausforderung den aufgetretenen Verschleiß zu beheben, widmen sich sowohl die Systemhersteller selbst, als auch zahlreiche Unternehmen aus dem Bereich Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) (Uhlmann, Röhner, Behrendt, & van Duikeren, 2011a).

Mit „Visible Light Communication“ (VLC), worunter eine optische drahtlose Daten-übertragung zu verstehen ist, bezeichnet man eine Technologie, bei der handelsübliche Leuchtdioden (LEDs), die eigentlich für die Raumbeleuchtung vorgesehen sind, simultan auch breitbandige Datenströme übertragen. Der Begriff „drahtlos“ deutet dabei darauf hin, dass diese Technologie eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Positionierung von Sender- und Empfänger-Geräten ermöglicht.

Endoskope sind technische Geräte, die in der Medizin und Industrie eingesetzt werden, um an schwer zugänglichen Stellen (insbesondere Hohlräumen) Bildaufnahmen vorzunehmen oder manipulative Eingriffe zu tätigen. Als minimal-invasive Instrumente ersparen Endoskope in der Medizin den Patienten erhebliche Belastungen, wie sie andernfalls bei konventionellen chirurgischen Eingriffen entstehen würden. Durch die vergleichsweise schonende Untersuchungs- und Behandlungsmethodik reduzieren sich zudem die Genesungszeiten und die Behandlungskosten im Vergleich zu konventionellen Eingriffen.

Die Forschung an Organischen Leuchtdioden (OLED, organic light emitting diode) ist eine Erfolgsgeschichte in der Fraunhofer-Gesellschaft. Seit der Entdeckung der selbstleuchtenden Eigenschaften bestimmter organischer Moleküle vor ca. 20 Jahren (Tang & van Slyke, 1987; Burroughes, et al ., 1990) sind enorme technologische Fortschritte erzielt worden, viele Produkte mit AMOLED-Displays in Mobiltelefonen erobern den Markt, die Produktion von großen OLED-Fernsehern auf Basis dieser Technologie wird von Herstellern aus Korea vorangetrieben.