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Die Zukunft der Mikrosystemtechnik Thomas Heimer, Matthias Werner Chancen, Risiken, Wachstumsmärkte unter Mitarbeit von Jürgen Ilgner Thomas Köhler Stephan Mietke Hermann Sanders

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  • Die Zukunft derMikrosystemtechnik

    Thomas Heimer, Matthias Werner

    Chancen, Risiken, Wachstumsmärkte

    unter Mitarbeit vonJürgen IlgnerThomas KöhlerStephan MietkeHermann Sanders

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  • T. Heimer, M.Werner

    Die Zukunft der Mikrosystemtechnik

  • Fecht, H.-J., Werner, M. (Hrsg.)

    The Nano-Micro Interface

    2004

    isbn 3-527-30978-0

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    Mikrosystemtechnik für Ingenieure

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    1997

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    Microsystem Technology

    2004

    isbn 3-527-29634-4

    Köhler, M.

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    Vol. 2: CMOS-MEMS

    2005

    isbn 3-527-31080-0

  • Die Zukunft derMikrosystemtechnik

    Thomas Heimer, Matthias Werner

    Chancen, Risiken, Wachstumsmärkte

    unter Mitarbeit vonJürgen IlgnerThomas KöhlerStephan MietkeHermann Sanders

  • Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig er-arbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Ver-lag in keinem Fall, einschließlich des vorliegen-den Werkes, für die Richtigkeit von Angaben,Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelleDruckfehler irgendeine Haftung.

    © 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA,Weinheim

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    All rights reserved (including those of trans-lation into other languages). No part of this bookmay be reproduced in any form – by photoprin-ting, microfilm, or any other means – nor trans-mitted or translated into a machine language without written permission from the publishers.Registered, trademarks, etc. used in this book,even when not specifically marked as such, arenot to be considered unprotected by law.

    Umschlaggestaltung:Satz: TypoDesign Hecker GmbH, LeimenDruck: betz-druck GmbH, DarmstadtBindung: Großbuchbinderei J. Schäffer GmbH & Co KG, Grünstadt

    ISBN 3-527-31053-3

    Die Autoren dieses Buches

    Prof. Dr. Thomas HeimerHochschule für BankwirtschaftSonnemannstraße 9-11D-60314 Frankfurt am [email protected]

    Dr. Matthias WernerICMT GmbHRüsternallee 29D-14050 [email protected]

    TitelbildMikrozahnrad aus synthetischem Diamant, das durch mikrotechnologischeVerfahren hergestellt wurde. Quelle: Gesellschaft für Diamant-produkte mbH, Lise-Meitner-Str. 13, D-89081 Ulm

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    Inhaltsverzeichnis

    Vorwort VII

    Einleitung 1

    1 Ziele, Ansatz, Kriterien und Vorgehensweise in der ex-ante Evaluation 5

    1.1 Ziele und theoretischer Ansatz der ex-ante Evaluation 51.2 Methodische Umsetzung der Ergebnisse der Innovationsforschung

    in die ex-ante Evaluation der MST 2000+ 14

    2 Zusammenfassung der zentralen Aussagen der Sekundäranalyse im Rahmen der Technology and Market Forecast Studies 25

    2.1 Einführung 252.2 Übersicht der verwendeten Marktstudien 252.3 Marktpotenziale 272.4 Regionale Analyse 282.5 Applikationsfelder 302.6 Bewertung 31

    3 Ergebnisse der quantitativen Erhebung für die ex-ante Evaluation 333.1 Ergebnisse für die Ausprägungen in der quantitativen

    Erhebung 343.2 Identifikation von statistischen Pseudo-Clustern

    für Zukunftsfelder 62

    4 Ergebnisse der qualitativen Erhebung für die ex-ante Evaluation 814.1 Methodik 814.2 Auswahl der Interviewpartner 824.3 Status im weltweiten Vergleich 834.4 Trends in F&E 854.5 Fokussierte Applikationsfelder 87

  • VI

    4.6 Barrieren/Hemmnisse 884.7 Potenzialanalysen für mögliche Zukunftsfelder 89

    5 Potenziale einer künftigen Entwicklung der MST in Deutschland 935.1 Zusammenführung der Ergebnisse 935.2 Abgleich mit Kriterienkatalog 985.3 Systemintegration 1005.4 Optronics 1065.5 Life Science 1105.6 Mikro-Nano-Interface 1155.7 Fluidtronics 1285.8 Polytronics 1315.9 Smart Materials 1365.10 Smart Energy 1395.11 Agile Fabrication 1525.12 UbiComp 157

    6 Chancen und Herausforderungen für die MST der Zukunft 165

    7 Innovationsbarrieren auf dem Weg zu erfolgreichen Zukunftsfeldern 173

    7.1 Netzwerkbildung 1737.2 Infrastruktur 1747.3 Innovationsphasen 1747.4 Standardisierung 1747.5 Grundlagenforschung 1757.6 Personal 1757.7 Finanzierung 175

    Literaturverzeichnis 177

    Stichwortverzeichnis 181

    Anhang 1 189

    Anhang 2 199

    Inhaltsverzeichnis

  • VII

    Vorwort

    Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat im Jahr1990 begonnen die Entwicklung der Mikrosystemtechnik in Deutschland zufördern. Das Programm Mikrosystemtechnik bildete eine systematischeWeiterentwicklung der beiden Vorläuferprogramme »Anwendungen derMikroelektronik« und »Mikroperipherie«, die von 1982 bis 1989 durchge-führt wurden. Mit der Einführung des Programms Mikrosystemtechnik hatdas BMBF in diesem Programm erstmalig einen paradigmatischen Wandelvollzogen. Dieser Paradigmawechsel bestand in einer Abkehr der Förderungvon einzelnen Technologien, hin zu der Unterstützung der Herausbildungvon systemischen Technologien. Dieser neue Akzent war von besonderer Be-deutung, um verschiedene Elemente der elektronischen und mikroelektroni-schen Technologien zusammenzuführen und zeitnah in neue Produkte um-wandeln zu können.

    Entsprechend wurde in der ersten Phase des Förderprogramms Mikro-systemtechnik (1990–1993) eine zentrale Schwerpunktbildung auf die Förde-rung von intelligenten, miniaturisierten Systemen gelegt, wobei hier nicht sosehr die eigentlichen Systeme im Zentrum der Förderung standen, sonderndie Schaffung einer adäquaten intellektuellen Infrastruktur und der Intensi-vierung des Technologie- und Wissenstransfers zwischen unterschiedlichenBereichen der Mikroelektronik und der Elektronik.

    In der zweiten Phase der Mikrosystemtechnik (1994–1999) wurde auf-bauend auf der, in der ersten Phase, geschaffenen Infrastruktur und desetablierten Technologie- und Wissenstransfers, der Fokus auf die Herausbil-dung von integrierten Systemen gelegt. Ziel war es hierbei die Spitzenposi-tion deutscher wissenschaftlicher Einrichtungen und Unternehmen im Be-reich der Verknüpfung von Mikrotechniken auszubauen und neue Formendes Zusammenspiels von Komponenten in Mikrosystemen zu entwickeln.Der Schwerpunkt lag also nicht auf der Entwicklung von Einzeltechniken und-komponenten, wenn dies auch bei gegebener Notwendigkeit mitunterstütztwurde. Vielmehr lag der zentrale Aspekt der Förderung in der Entwicklungvon mikrosystemtechnischen Systemlösungen, die wie am Beispiel desAirbags zu illustrieren, ganz neue Produktmöglichkeiten eröffnen.

    In der dritten Phase der Mikrosystemtechnik (2000–2003) wurde dieFokussierung erneut den Notwendigkeiten angepasst. Im Zentrum der drit-ten Programmphase stand nicht mehr die Entwicklung von grundlegenden

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    mikrosystemtechnischen Lösungen, sondern viel mehr wurde versucht,mikrosystemtechnische Lösungen noch stärker anwendungsorientiert voran-zutreiben. Damit wurde ein wegweisender Schritt unternommen, um die imRahmen des Mikrosystemtechnikprogramms geförderten Projekte noch ziel-genauer an die Bedürfnisse der Industrie heranzuführen und Prozess derUmsetzung von F&E-Ergebnissen zu beschleunigen.

    Mit der Implementierung der dritten Phase der Mikrosystemtechnik hatdas Bundesministerium für Bildung und Forschung eine Evaluation des Pro-gramms Mikrosystemtechnik beauftragt. Diese Evaluation hatte einerseitsdie Aufgabe, die Ergebnisse und Wirkung des laufenden Programms zu ana-lysieren; es hatte aber vor allem auch die Aufgabe, im Rahmen einer ex-anteEvaluation den weiteren Förderbedarf für die Mikrosystemtechnik über dasJahr 2003 hinaus zu überprüfen.

    Die vorliegende Studie stellt die Ergebnisse dieser ex-ante Evaluation vor.Die in dieser Studie nachzulesenden Ergebnisse zeigen, dass trotz der gutenWirkung des Mikrosystemtechnikprogramms in den vergangenen Phasen,eine weitere Förderung sinnvoll ist. Diese weitere Förderung soll aber nichtin Form einer bloßen Fortschreibung der vergangenen dritten Phase des Pro-gramms Mikrosystemtechnik erfolgen, sondern wird erneut einen Paradig-mawechsel im Fokus der zu fördernden Entwicklung der Mirkosystemtech-nik bilden. Im Zentrum werden hierbei technologie- und branchenübergrei-fende Zukunftsfelder stehen.

    Das in dieser Studie erarbeitete neue Konzept einer vierten Phase des För-derprogramms Mikrosystemtechnik wurde vom Bundesministerium für Bil-dung und Forschung programmatisch umgesetzt und im Januar 2004 gestar-tet. Die vorliegende Studie ist sofern nicht nur für das Bundesministeriumfür Bildung und Forschung von Interesse gewesen, sondern liefert auch fürinteressierte Unternehmen im Bereich der Mikrosystemtechnik, Einblicke indie Entwicklung der Technologie und die Stellung deutscher Unternehmenund wissenschaftlicher Einrichtungen im internationalen Bereich.

    Im Namen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung danke ichden Erstellern der Studie für ihre Arbeit und glaube, dass mit der vorliegen-den Studie ein wegweisender Einblick in die zukünftige Entwicklung derMikrosystemtechnik vorgelegt wird.

    Bonn, Januar 2004 Dr. Gerhard Finking

    Referatsleiter Mikrosystemtechnik

    im Bundesministerium

    Vorwort

  • 1

    Einleitung

    Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat im Jahre 2001 einKonsortium, bestehend aus der Prognos AG, der Hochschule für Bankwirt-schaft, dem Innovationsteam Mikrotechnologie der Deutschen Bank AG undder Technopolis Ltd., beauftragt, eine Evaluation des Programms Mikrosys-temtechnik 2000+ vorzunehmen. Der Auftrag des Bundesministeriums fürBildung und Forschen (BMBF) umfasste hierbei zwei Teilaspekte.

    Zum einen wurden die bisherigen Ergebnisse des Programms in einer ex-post Evaluation evaluiert. Im Fokus dieser Analyse stand die Frage nach demDiffusionsgrad der MST im Jahr 2002. Die ex-post Evaluation wurde von derPrognos AG in Kooperation mit Technopolis Ltd. durchgeführt.

    Zum anderen wurde in einer ex-ante Evaluation der Frage nachgegangen,in welche Richtung sich die Mikrosystemtechnik zukünftig entwickeln wirdund welche wirtschaftspolitischen Unterstützungsmaßnahmen für ein Errei-chen dieser zukünftigen Entwicklungen hilfreich sind. Die ex-ante Evaluationwurde überwiegend von der Hochschule für Bankwirtschaft und dem Inno-vationsteam Mikrotechnologie der Deutschen Bank AG durchgeführt.

    In der ex-ante Evaluation stand das durchführende Team vor der Heraus-forderung, bei der Identifikation der zukünftigen Entwicklungstrends in derMikrosystemtechnik einen Methodenmix zu finden, der eine solide Basis fürdie Trendaussagen zur Zukunft der Mikrosystemtechnik ermöglichte. Um ei-ne solide Basis zu finden, war es von Beginn der Untersuchung an das Ziel,die Trendaussagen in einem hohen Maße auf die Expertise der in der Mikro-systemtechnik tätigen Unternehmen und Forschungseinrichtungen zu stüt-zen.

    Um diesen sehr stark auf die in der Mikrosystemtechnik tätigen Expertenabzielenden Untersuchungsansatz zu realisieren, wurden drei methodischeElemente im Rahmen der ex-ante Evaluation miteinander verzahnt. Zum ei-nen wurde eine quantitative Erhebung durchgeführt, die sich an die Zielgrup-pen der in der Mikrosystemtechnik Tätigen in Unternehmen und For-schungseinrichtungen wendete. Im Rahmen dieser schriftlichen Befragungwurde eine Stichprobe von über 700 Zielpersonen aus Wirtschaft und Wis-senschaft vorgenommen. Ergänzt wurde diese schriftliche Befragung durchExperteninterviews mit Vertretern der Mikrosystemtechnik in Deutschlandund im Ausland. Insgesamt wurden 32 Interviews mit Experten durchge-führt. Von diesen 32 Interviews wurden 10 in Europa, 15 in den Vereinigten

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    Staaten und 7 in Südostasien eingeholt. Ergänzend zu der schriftlichen Be-fragung und den Experteninterviews wurden mit Vertretern der Mikrosys-temtechnik in Unternehmen und Forschungseinrichtungen mehrere Exper-tenworkshops durchgeführt, auf denen die Ergebnisse der schriftlichen undmündlichen Befragung vorgestellt und mit den Fachvertretern diskutiertwurden. Abschließend wurden in die vorliegende ex-ante Evaluation auch dieErkenntnisse anderer Studien integriert, die durch eine umfassende Sekun-däranalyse gewonnen wurden. Ziel der Auswertung dieser Sekundärdatenwar es vor allem, eine fundierte Einschätzung der internationalen Trends inder Mikrosystemtechnik zu gewinnen.

    Die in der empirischen Untersuchung, der Sekundäranalyse und den Ex-pertenworkshops gewonnenen Ergebnisse wurden im Folgenden zu zehnZukunftsfeldern der Mikrosystemtechnik kondensiert, die sich durch ihrentechnologie- und branchenübergreifenden Charakter auszeichnen. Diesezehn Zukunftsfelder sind als besonders vielversprechende zukünftige An-wendungsbereiche für Innovationen der Mikrosystemtechnik identifiziertworden. Bei diesen Zukunftsfeldern handelt es sich um:

    1. Systemintegration2. Optronics3. Life Science4. Mikro-Nano-Interface5. Fluidtronics6. Polytronics7. Smart Materials8. Smart Energy 9. Agile Fabrication

    10. Ubiquitous Computing

    Ausgehend von diesen Zukunftsfeldern wurden in der weiteren Arbeit imRahmen der ex-ante Evaluation Innovationshemmnisse identifiziert, die einerzügigen erfolgreichen marktlichen Implementierung dieser Zukunftsfelderim Wege stehen könnten. Ein besonderer Fokus bei der Identifikation dieserInnovationshemmnisse wurde auf solche Barrieren gelegt, die sich aus deminterdisziplinären und branchenübergreifenden Charakter der Zukunftsfel-der ergeben.

    Die Anforderungen an die Kooperation der unterschiedlichen Akteure inder Mikrosystemtechnik bei technologie- und branchenübergreifender Zu-sammenarbeit sind vielfältig. Unterschiedliche Paradigmata über die Lösungbei der Entwicklung von mikrosystemtechnischen Lösungen müssen ebensoin Einklang gebracht werden, wie die gemeinsame Definition von Marktan-forderungen, Standards und Schnittstellen. Hier liegen deutlich komplexereHerausforderungen vor, als im Falle der branchenorientierten inkrementel-len Entwicklung der Mikrosystemtechnik. Marktversagen ist damit bei tech-

    Einleitung

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    nologie- und branchenübergreifenden Technologieentwicklungen eher zu er-warten.

    Mit der Identifikation der Innovationshemmnisse ist es gelungen, der In-novationspolitik Handlungsorientierung zu vermitteln. Die innovationspoliti-schen Akteure können basierend auf der vorliegenden Studie durch die Neu-gestaltung des Programms Mikrosystemtechnik Einf luss auf die weitere Ent-wicklung dieser nehmen.

    Einleitung

  • 5

    1

    Ziele, Ansatz, Kriterien und Vorgehensweise in der ex-ante Evaluation

    1.1

    Ziele und theoretischer Ansatz der ex-ante Evaluation

    Die Mikrosystemtechnik wird seit 1990 durch das Bundesministerium fürBildung und Forschung (bmb+f ) gefördert. Im Rahmen dieser Förderung hatdas Programm drei Phasen durchlaufen. Im ersten Förderzeitraum des Pro-gramms lag der Schwerpunkt auf der Schaffung wissenschaftlich fundierterGrundlagen für die Wissenschaft und die forschungsintensive Industrie. Mitdieser Förderphase sollte die Grundlage für eine breite Diffusion von mikro-systemtechnischem Wissen aus der Grundlagenförderung in die anwen-dungsorientierte Forschung vorbereitet werden.

    Der zweite Förderzeitraum des Programms zielte auf den Transfer vongrundlegenden wissenschaftlichen Kenntnissen in die industrielle Entwick-lung, wobei im Rahmen des Programms ein spezieller Fokus auf die Diffu-sion in kleine und mittlere Unternehmen (KMU) gelegt wurde. Das genutzteförderpolitische Instrument der Bündelung von KMU, Großunternehmenund wissenschaftlichen Einrichtungen in Verbundprojekten sollte dieses Zieleiner raschen Wissensdiffusion unterstützen.

    Die dritte Förderstufe durch das Programm Mikrosystemtechnik 2000+ lagauf der Anwendungsorientierung der geförderten Entwicklungsprojekte. Zielwar es dabei, verstärkt die vormarktliche Diffusion der Mikrosystemtechnikin anwendungsnahe Prototypen zu unterstützen und damit den Prozess derMarkteinführung forschungsseitig vorzubereiten. Darüber hinaus wurden inder dritten Förderstufe Querschnittsthemen, wie z.B. der mikrosystemtech-nische Baukasten als Instrument der Fertigungsvereinfachung von Mikrosys-temen für KMU unterstützt.

    Mit Ablauf der dritten Förderstufe des Programms Mikrosystemtechnik2000+ wurde also die Mikrosystemtechnik in der Bundesrepublik Deutsch-land über einen Zeitraum von 13 Jahren gefördert, wobei der Schwerpunktder Förderung sich von einer Grundlagenorientierung hin zu einer vor-marktlichen Anwendungsorientierung bewegt hatte.

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    Vor diesem Hintergrund hat sich das Bundesministerium für Bildung undForschung entschlossen, im Rahmen einer ex-ante Evaluation untersuchenzu lassen, welche zukunftsträchtigen Entwicklungsfelder sich im MST-nahenBereich identifizieren lassen. Ziel ist es dabei, nicht nur im Rahmen des be-reits vorhandenen mikrosystemtechnischen Paradigmas weitere Entwick-lungspotenziale zu identifizieren, sondern vor allem auch einen Schwer-punkt auf bisher nicht eingeschlagene Pfade in der Entwicklung der Mikro-systemtechnik zu suchen, sowie die Anbindung von mikrosystemtechni-schen Lösungen an andere Technologiegebiete intensiver zu untersuchen.

    Die Identifikation neuer Entwicklungspfade stellt für die ex-ante Evalua-tion eine Herausforderung dar, da es der Anspruch ist, eben nicht an die be-reits eingeschlagenen inkrementellen Entwicklungspfade anzuknüpfen, son-dern technologie- und branchenübergreifende Entwicklungpfade zu identif-zieren. Mit einem solchen Ansatz wird der Weg eher in Richtung unsicherergrundlegend neuer Entwicklungspfade als der sichere Weg der inkrementel-len Entwicklungpfade beschritten.

    Dies kann nicht ohne Auswirkungen auf den gewählten Untersuchungs-ansatz bleiben. In der Innovationsforschung lassen sich drei grundlegende Ar-ten von Ansätzen zur Erklärung von Technologiegenese unterscheiden. Hier-bei handelt es sich um:

    – technology-push Ansätze,– demand-pull Ansätze,– evolutionstheoretischen Ansätze.

    Technology-push Ansätze gehen von der Hypothese aus, dass letztlich wis-senschaftlich-technische Entwicklungen gesellschaftliche Prozesse determi-nieren, wobei unterstellt wird, dass die Technologieentwicklung selbst nachstrikten naturwissenschaftlichen Kriterien erfolgt. Entsprechend liegt dasZentrum der Problemstellung bei den technology-push Ansätzen in der Iden-tifikation von technologischen Paradigmata, die die erfolgreiche Technologie-entwicklung beeinf lussen. Ein technologisches Paradigma wird hier aus-schließlich aus naturwissenschaftlich-technologischen Parametern definiert.Soziale Einf lüsse auf den Technikgeneseprozess werden negiert.

    Der in diesem Kaskadenmodell (s. Abbildung 1.1) von der Grundlagenfor-schung hin zu den marktlichen Produkten unterstellte Geneseprozess wirdaufgrund der ausschließlichen Einbeziehung naturwissenschaftlich-techno-logischer Parameter als technologischer Determinismus bezeichnet.

    Die technology-push Ansätze legten in der Innovationspolitik die Grundla-ge für die Methodik der ersten Leitprojekte. Bei diesen Leitprojekten, wie z.B.»Friedliche Nutzung der Kernenergie«, wurde unterstellt, dass die Technolo-giegenese nach strikten naturwissenschaftlichen und nicht durch sozio-öko-nomische Prinzipien erfolgt, die nur zum Durchbruch gelangen müssen. DieFörderung solcher »Durchbrüche« sollte dann eine technologische Welle aus-lösen, die zu weiteren Innovationen führt. Besonders deutlich wurde das

    1 Ziele, Ansatz, Kriterien und Vorgehensweise in der ex-ante Evaluation

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    Konzept bei Mensch,1) der mit der Differenzierung zwischen Basis- und Ver-besserungsinnovationen dem Konzept Vorschub leistete. Hierbei zielt einLeitprojekt auf eine Basisinnovation im Bereich einer Schlüsseltechnologieab, die im Bereich der Grundlagenforschung angesiedelt ist und nach ihrerImplementierung fast zwangsläufig eine Vielzahl von Verbesserungsinnova-tionen im Bereich der Anwendungsforschung nach sich zieht.

    Die technology-push Ansätze sind nicht ohne Kritik geblieben. Diese setztvor allem am impliziten technologischen Determinismus an, indem sie em-pirische Belege gegen das unterstellte Kaskadenmodell liefert. So gelang eszu zeigen, dass im Prozess der Entstehung und Durchsetzung von technolo-gischen Entwicklungen vielfach wirtschaftliche und soziale Faktoren Ein-f luss nehmen. Sie führen dazu, dass die aus technologischer Sicht beste Lö-sung nicht etabliert werden kann.2) Gleichzeitig wurde in empirischen Stu-dien auch gezeigt, dass es einen »one best way« auch bei Basisinnovationennicht gibt. Dies ist derzeit beispielsweise bei der Brennstoffzellenentwicklung

    1.1 Ziele und theoretischer Ansatz der ex-ante Evaluation

    1) Mensch, Gerhard: Das technologische Patt.Innovationen überwinden die Depression,Frankfurt/Main, 1975

    2) Arthur, B.W., Competing Technologies, In-creasing Returns, and Lock-In by HistoricalEvents, in: The Economic Journal, Vol.99,S.116–131.

    David, P.A., Bunn, J.A., The Economics ofGateway Technologies and Network Evolu-tion: Lessons from Electricity Supply History, in: Information Economics andPolicy, Vol. 3, North-Holland, S.165–202.

    Produktent-wicklung

    Unternehmen

    Anwendungs-forschung

    FhGs, und ähnlicheInstitutionen

    Grundlagen-forschung

    WissenschaftGroßunternehmen

    Abb. 1.1: Kaskadenmodell des technology-push Ansatzes

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    deutlich sichtbar, bei der verschiedene Entwicklungspfade parallel verfolgtwerden.3)

    Trotz dieser Kritik liefert der technology-push Ansatz für die ex-ante Evalu-ation wichtige Bausteine. Diese sind primär in der Erkenntnis zu sehen, dassdie Technologiegenese paradigmaabhängig (Kuhn) erfolgt. Aufgabe der ex-ante Evaluation muss sein, neue Ausrichtungen der Paradigmata herauszu-arbeiten. Gleichzeitig verdeutlicht die Kritik an dem Ansatz jedoch, dass dasAufzeigen von naturwissenschaftlich-technologischen Parametern zur Erklä-rung des Technologiegeneseprozesses nicht ausreichend ist. Vielmehr gilt es,den technologischen Determinismus durch die Einbeziehung weiterer nicht-technischer Parameter zu vermeiden. Hier setzen die evolutionären Ansätzean, die das Paradigma um nicht-technische Parameter erweitern (s.u. demAbschnitt über die evolutionären Ansätze).

    Zur Vermeidung einer ausschließlich naturwissenschaftlich-technologi-schen Perspektive könnten demand-pull Ansätze beitragen. Diese zeichnensich durch eine stark marktorientierte Betrachtungsweise aus. Der vor allemvon Schmookler4) entwickelte Ansatz erklärt die Technologiegenese aus einerNachfrageperspektive. Die zentrale These hierbei lautet, dass die Existenz vonnachfragewirksamen Bedürfnissen die Technologiegenese durch den ent-sprechend Einsatz von Forschungsressourcen steuert (Abbildung 1.2). EineVielzahl von empirischen Studien haben darauf aufbauend versucht, die di-rekte Beeinf lussung der Technologiegenese durch den marktgesteuertenEinsatz von Forschungsressourcen aufzuzeigen.

    Interessant an dem Ansatz ist die Überlegung, dass nicht technische son-dern wirtschaftliche Faktoren, wie in den Routen 3 und 4 gezeigt (vgl. Abbil-dung 1.2), einen relevanten Einf luss auf die Technologiegenese und ihremarktliche Umsetzung haben. Dies erfolgt primär über Inventionen und In-novationen, die direkt im anwendungsnahen Bereich der Verbesserungsin-novationen angesiedelt sind. Der Einf luss der »exogenen Forschung«, d.h.von Einrichtungen, die nicht als Forschungsabteilungen in einem Unterneh-men angegliedert sind, auf den Innovationsprozess wird als eher unbedeu-tend eingeschätzt, da diese Akteure als zu marktfern angesehen werden.

    Die Umsetzung des demand-pull Ansatzes findet sich vor allem in solchenForschungsprogrammen, die stark auf konkrete Probleme in einzelnen Indu-strien oder Verbrauchergruppen abzielen. Hierbei wird jedoch durch die ord-nungspolitischen Instanzen immer darauf geachtet, dass durch die Förderungkeine Kannibalisierung privater Investitionen erfolgt. Dies macht eine solche

    1 Ziele, Ansatz, Kriterien und Vorgehensweise in der ex-ante Evaluation

    3) Hughes, Thomas P., The evolution of largetechnological systems, in: Bijker, Wiebe E.,Hughes, Thomas P., Pinch, Trevor J. (eds.),The social construction of technologicalSYSTEMS; Cambridge; London, S.51–82;Callon, M., The Sociology of an Actor-Net-work: The Case of the Electric Vehicule, in: Callon M.,Law,John, Rip, Arie (eds.),Mapping the Dynamics of Science and

    Technology, Macmillan, London; S. 19–34.4) Schmookler, Jacob, Invention and Econo-

    mic Growth, Cambridge. Hippel, E. von(1978), A customer-active paradigm for in-dustrial product idea generation, in: Rese-arch Policy, Vol.7, Amsterdam, S. 240–266und Hippel, E. von (1988), The Sources ofInnovation, New York.

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    Förderung generell problematischer als dies im Rahmen des technology-pushAnsatzes der Fall ist, da ordnungspolitische Grundsätze5) bedroht werden.

    Jedoch wurde auch an dem demand-pull Ansatz Kritik laut. Mehrere zen-trale Probleme gehen mit dem demand-pull Ansatz einher. Die Kritik setzthauptsächlich bei der Annahme an, dass bereits die Kenntnis der Ressourcen-ströme allein eine Aussage über die Technologiegenese erlaube. Vielmehr er-öffnet die Kenntnis über die Forschungsressourcenströme erst die Möglich-keit, verschiedene Technologieausprägungen miteinander zu vergleichen. Eskann dann nur das Ergebnis der Technikgeneseuntersuchung sein, im nach-hinein zu erklären, warum sich eine spezielle Lösung durchgesetzt hat. Diereine Ressourcenverteilung sagt noch nichts über die Erfolgsträchtigkeit ei-nes Vorhabens aus. Entsprechend konnten die demand-pull Ansätze auchkaum die empirischen Ursachen für eine spezifische Technologieausprä-gung belegen.6)

    1.1 Ziele und theoretischer Ansatz der ex-ante Evaluation

    5) Hierbei ist neben dem Problem der Kanni-balisierung auch auf den Grundsatz dervormarktlichen Förderung hinzuweisen.Entsprechend sind marktliche Interventio-nen durch den Staat aus ordnungspoliti-schen Überlegungen wegen der Verzer-rung des Wettbewerbs kritisch zu sehen.

    6) Dies wird besonders deutlich an derUntersuchung von v.Hippel (1988), derzwar zeigen kann, dass nachfrageseitigeEinf lüsse bestanden. Er kann aber nichtaufzeigen, wie sie sich auf den Technikge-neseprozess konkret ausgewirkt haben.

    Demand met usingexisting plant

    Demand met withoutnew technologie

    Route1

    Route2

    Route3

    Route4

    Marketdemand Sales Inventions

    Exogenousscience

    Investmentin captiveR and Dfacilities

    Patents

    Investmentin new orimprovedcapitalgoods

    Production

    Demand met with new orchanged technologie

    Quelle: Freeman et al. 1982, S. 37

    Investmentinadditionalplant

    Determininginfluence

    Weakinfluence

    Abb. 1.2: Der Demand-Pull Ansatz

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    Hinzu kommt als weiteres Problem der Versuch, Basisinnovationen überNachfrage zu erklären. Eine Vielzahl von technikhistorischen Studien zeigt,dass bedeutsame Basisinnovationen kaum oder gar nicht auf bereits vorhan-dene Nachfrage abgestimmt waren.7) Nachfrage kann entsprechend kaum alsein Indikator für die Ausrichtung von Basisinnovationen herangezogen wer-den.

    Trotz der Kritik an den demand-pull Ansätzen lassen sich für eine ex-anteEvaluation einige Erkenntnisse sinnvoll nutzen. Die Relevanz des Einf lussesvon marktlichen Parametern auf den Technologiegeneseprozess kann vordem Hintergrund der demand-pull Ansätze nicht negiert werden. Entspre-chend wichtig ist es für eine ex-ante Evaluation, die kurz- bis mittelfristigenEinf lüsse von marktlichen Parametern auf die Technikgenese zu erheben.8)

    Gleichzeitig verweisen die demand-pull Ansätze aber auch auf die Aufgabe,längerfristige Bedürfnisse (gesellschaftliche wie individuelle) zu identifizie-ren, die die Genese von Basisinnovationen beeinf lussen. Diese Bedürfnisselegen in mittel- bis langfristiger Perspektive die Grundlage für zu schaffendeAnwendungen, die erst eine Nachfrage generieren, indem sie latente Bedürf-nisse in marktrelevante Nachfrage transformieren.9) Gleichzeitig darf in derex-ante Evaluation aber nicht der Fehler der demand-pull Ansätze fortgeführtwerden, die nachgewiesenermaßen vorhandenen naturwissenschaftlich-technologischen Einf lüsse auf die Technologiegenese zu vernachlässigen.

    Im Gegensatz zu den beiden beschriebenen Ansätzen wird im Rahmendieser ex-ante Evaluation in Anlehnung an neuere Ergebnisse der evolutionä-ren Innovationsforschung ein Augenmerk vor allem darauf gelegt, dass dieTechnologiegenese weder ausschließlich nach technologischen noch aus-schließlich nach marktlichen Kriterien erfolgt. Vielmehr gehen die evolutio-nären Ansätze von einem komplexen, dynamischen Zusammenwirken naturwissenschaftlich-technologischer und gesellschaftlich-wirtschaftlicherFaktoren aus.10) Dieses Zusammenwirken wird in den evolutionären Ansät-zen auf unterschiedlichen Ebenen (Makro-, Meso- oder Mikroebene) behan-

    1 Ziele, Ansatz, Kriterien und Vorgehensweise in der ex-ante Evaluation

    7) Besonders anschaulich ist hier die Arbeitin Mayntz, R. et al. (1988), The Develop-ment of Large Technical Systems. Schrif-tenreihe des MPIfG, Bd.2, Frankfurt (Main)über die Einführung des Telefons in Paris.Hier konnte empirisch belegt werden, dassdie Bevölkerung aufgrund eines Postser-vices, der dreimal täglich stattfand, gar kei-nen Bedarf für das Telefon hatte. Entspre-chend versuchten Telefongesellschaftendurch die Übertragung von Opern Kundenanzuziehen. Die Einführung des Internetist unter ähnlichen Gesichtspunkten zu sehen.

    8) Dies ist auch im ersten Zwischenberichtfür die potenziellen Zukunftsfelder erfolgt.

    9) Hier ist immer wieder auf die Aussage desVorstandsvorsitzenden von IBM zu verwei-

    sen, der Ende der 70er Jahre das Marktpo-tenzial für Personalcomputer bei etwa 100Nachfragern pro Jahr sah.

    10) Besonders anschaulich ist der evolutionäreAnsatz bei Dosi, G.,1982, Technological Paradigms and technological Trajectories,in : Research policy, Vol 11, S. 147–162 und1988, The nature of the Innovation pro-cess, in: Dosi, G., et al. (eds.), TechnicalChange and Economic Theory, London, S. 221–238) und bei Vergragt, P.J., The so-cial shaping of industrial innovations, in:Social Studies of Science, Vol. 18, SAGE,London, u.a. Hier wird auch der von denevolutionären Ansätzen vertretene Prozessder Variation, Selektion und Proliferationdeutlich.

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    delt. Für die evolutionstheoretische Betrachtung auf der Mikroebene, also derEbene, die für die Betrachtung im Rahmen dieser Studie von besonderemInteresse ist, bildet ein Akteursansatz den Ausgangspunkt, der die folgendeElemente aufweist:

    – die Problemlösungsversuche mittels von Paradigmata, die sowohl natur-wissenschaftlich-technologische als auch gesellschaftlich-wirtschaftlicheParameter enthalten,

    – die Verständigung der beteiligten Akteure aus Industrie, Wissenschaftund Intermediären vor dem Hintegrund eines Paradigmas auf eine ge-meinsame Problemdefinition,

    – das bewusste Aufgreifen während des Technikgeneseprozesses von auf-tretenden kritischen Ereignissen, die entweder die Problemdefinition oderdas verwandte Paradigma erschüttern.

    Im Rahmen der evolutionären Technikgeneseansätze muss nun zwischenzwei Prozessen unterschieden werden. Einerseits die Entstehung neuerhandlungsanleitenden technologischen Paradigmata. Andererseits die Pro-blemdefinition im Sinne einer anwendungsorientierten Vorgehensweise imRahmen eines technologischen Paradigmas.

    Ein Paradigma bildet sich aus den von den beteiligten Akteuren geteiltenexpliziten und impliziten Annahmen über die zu lösenden Probleme undProblemlösungsansätze.11) Es wird also durch explizite und implizite Annah-men gebildet.

    Die in der MST vorhandene Paradigmagebundenheit kam bei der quanti-tativen Erhebung im Rahmen der ex-ante Evaluation zum Ausdruck. Die ho-hen Besetzungsdichten bei der AVT und der Mikroelektroniktechnik12) deu-ten eine solche Paradigmagebundenheit an. Offensichtlich sehen die Akteu-re hier zentrale Probleme und Lösungsansätze; die durch die MST gelöst wer-den können.

    Innerhalb eines Paradigmas kann es dabei durchaus unterschiedliche Ent-wicklungsstränge (Trajectories) geben. So wurden in der Videotechnik bspw.verschiedene Strategien durch Sony (Betamax) und JVC (VHS) verfolgt. Ge-meinsam war den Ansätzen zwar die durch das Paradigma vorgegebene Pro-blemstellung, Bildaufzeichnung durch eine Speicherung auf einem Magnet-band zu realisieren. Jedoch wurde die technische Umsetzung bei JVC und So-

    1.1 Ziele und theoretischer Ansatz der ex-ante Evaluation

    11) Anschauliche Beispiele für Paradigmatasind die Video- und die CD-Technik. Ob-wohl beide auf das Speichern und Ab-spielen von Informationen abzielen,unterliegen sie einem vollständig distink-tem Ansatz. Aus technischer Perspektivehaben sie kaum Gemeinsamkeiten, so-

    wohl was die Problemstellungen als auchwas die Problemlösungsstrategien an-geht. In ökonomischer Hinsicht unter-scheiden sie sich vor allem hinsichtlichder dahinterliegenden Geschäftsmodelle.

    12) Vgl. die Auswertung der quantitativen Er-hebung im Materialband