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50 IM+io Fachzeitschrift für Innovation, Organisation und Management 01 | 2014
SCHWERPUNKT | Thema
„Gedruckte Zahnprothesen reduzieren die Kosten der Krankenkassen um mehrere Millionen Euro pro Jahr.“ „Fielmann eröffnet Online-Shop für Brillengestellda-tensätze – zweistelliges Umsatzwachstum erwartet.“ So könnten in wenigen Jahren Medienmitteilungen von Unternehmen aussehen. Die Grundsteine dafür wurden vor 20 Jahren gelegt. Heute werden die Wei-chen gestellt und erste Unternehmen beginnen, Geld mit einem Ansatz zu verdienen, der als 3D-Printing oder Additive Manufacturing bezeichnet wird. Dieser hat das Potenzial, ganze Industrien zu revolutionieren Bi
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und etablierte Geschäftsmodelle auf den Kopf zu stel-len. Kreativität ist gefragt.
1. 3D-Printing – Mehr als nur ein Hype
3D-Printing ist keine neue Technologie. Seit der ersten Präsentation 1983 wurde sie stetig weiterent-wickelt. Das Grundprinzip ist einfach: Statt Gegen-stände aus einzelnen Elementen zusammenzubauen, wird die Form eines Objektes schichtweise und am Stück erstellt. Die Technologie führte ein jahrelan-
Geschäftsmodelle für die nächste industrielle Revolution
STEPHAN WINTERHALTER, UNIVERSITÄT ST.GALLEN, CHRISTOPH H. WECHT, BGW AG, OLIVER GASSMANN, UNIVERSITÄT ST.GALLEN
Die Zukunft wird gedruckt − Aber wie wird sie verkauft?
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ges Schattendasein für spezielle Industrie-produkte und im Prototyping. Im Boeing 787 Dreamliner sind nun aber bereits 32 gedruckte Teile verbaut, die den traditionell gefertigten Komponenten überlegen sind. Ingenieure bei EADS haben einen Fahrrad-prototyp aus ultraleichtem aber stabilem Nylonpulver an einem Stück, inklusive aller beweg-lichen Teile, „gedruckt“. Im medizinischen Umfeld werden unter dem Begriff Bio-Printing unterschied-liche Gewebe, Knochenstücke und ganze Organe gedruckt. Bis in drei Jahren soll die erste gedruckte Ohrprothese implantiert werden und die schweize-rische Biotech-Firma regenHU plant, Anfang 2014 den ersten gedruckten, künstlichen Knochen auf den Markt zu bringen.
Diese Entwicklungen sind typisch für radikale Inno-vationen: in der Frühphase zu teuer und technisch den etablierten Methoden in den meisten Anwendungen unterlegen. Dann wird die Technologie verbessert, kostengünstiger sowie vielfältiger in der Anwendung und verdrängt mittel- bis langfristig bestehende Ver-fahren. Viele Entwicklungen der letzten Jahre begüns-tigen das Umfeld für 3D-Printing so stark, dass der Ansatz nun einem potenziellen Durchbruch nahe steht.
Der technologische Fortschritt und Preisrückgang von 3D-Druckern in den letzten zwei Jahren führt bei sinkenden Preisen zu besserer Qualität. Darüber hin-aus erweitern die Erforschungen der 3D-Printtech-nologien deren Einsatzbereiche. Außerdem machen Informations- und Kommunikationstechnologien elektronische Daten überall und jederzeit verfügbar. Ein wesentliches Element ist schließlich das Auslau-fen wichtiger Patente. Dies ist zentral für die Kosten-reduktion und damit für die Verbreitung.
Einbettung in die Trends der Gesellschaft
Neben wirtschaftlichen Treibern wie dem verstärk-ten globalen Wettbewerb sowie sich verkürzenden Lebenszyklen neuer Technologien und Produkte sind vor allem soziale Treiber für 3D-Printing relevant. Die Polarisierung zwischen sehr billig oder sehr teuer und der damit einhergehende Eklektizismus führen dazu, dass Kunden immer schwieriger einzuschät-zen sind. Kunden geben nur für die Produkte mehr
Geld aus, die einen hohen Wert stiften. Weiter findet eine Abkehr vom Standard statt. Gerade Kunden aus dem Mittelstand sind bereit, für Individualität mehr zu zahlen. Das selbst designte T-Shirt, angepasste Sportschuhe oder das individuell gemixte Müsli sind Beispiele. Die aufstrebende Makers-Bewegung gibt sich nicht mit dem Designen von Produkten zufrie-den, sondern druckt sich die Eigenkreationen mit 3D-Printern selber aus. Zudem wird der Faktor Zeit zur kritischen Größe: Produkte werden dort gekauft, wo sie am schnellsten verfügbar sind.
Ein wachsendes Umweltbewusstsein mit der Grund-haltung „Teilen statt Besitzen“ beeinflusst die Indust-rie. Längerfristig wird dies von einer Kauforientierung zu einer Nutzenorientierung führen. Airbnb, eine Bed & Breakfast Kette, bei der Privatpersonen ihre Zimmer zur Verfügung stellen, hat nach drei Jahren mehr Zimmer unter Vertrag als die Hilton Gruppe in hundert Jahren aufbaute.
KURZ UND BÜNDIG
Obwohl seit mehr als 20 Jahren bekannt, steht 3D-Prin-ting so nahe vor dem Durchbruch wie noch nie. Nicht nur sind die Drucker billiger und die Verfahren ver-bessert, auch die Gesellschaft mit ihren Ansprüchen nach individualisierten Produkten macht die Zeit reif für dieses Verfahren, das Einzelstücke günstig und ohne Transportkosten produzieren kann. Da dies aber die industrialisierte Produktion teilweise auf den Kopf stellt, sind von den Unternehmen kreative Ideen für neue Geschäftsideen gefordert.
Stichworte: 3D-Printing, Additive Manufactu-ring, 3D-Blueprint, Individualisierung, Logistik, neue Geschäftsmodelle, Copy-Shops
Radikale Innovationen sind in der Frühphase
oft zu teuer und den etablierten Methoden
technisch unterlegen.
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und kostengünstige Verfügbarkeit (Brillengestell, Spielzeug); und drittens Produkte, die sich mit 3D-Printing günstiger oder besser herstellen lassen als mit traditionellen Verfahren.
Aus technischer Sicht gilt es, zwei Punkte zu beach-ten. Erstens fallen mit 3D-Printing Beschrän-kungen aus traditionellen Herstellverfahren weg. Zweitens sind die Stückkosten fast konstant und lediglich von der Produktionszeit und dem ver-wendetem Material abhängig. Dies macht Skale-neffekte obsolet.
Wie Abbildung 1 zeigt, wird im industriellen Bereich 3D-Printing die bisherigen Herstellverfah-ren ergänzen und teilweise ablösen (blau). Zudem lässt sich in geringeren Stückzahlen produzieren und Geschäfte, die zuvor unattraktiv schienen, beginnen sich zu rechnen.
Einschneidender werden die Auswirkungen dort sein, wo der Kunde (Maker) einen Teil der phy-sischen Wertschöpfung übernimmt (grün). Unter-nehmen müssen der fortschreitenden Individua-lisierung Rechnung tragen und Kunden Unikate anbieten. 3D-Printing ermöglicht echte Mass Customization. Zudem wird mit 3D-Printing die
Logistik revolutioniert, da Produkte direkt dort ausgedruckt werden, wo sie nachgefragt werden, beziehungsweise, wo ein Drucker steht (rot). Setzen sich diese Trends durch (gelb), ist in vielen Industrien mit ähnlichen Umwälzungen zu rech-nen, wie bei der Digita-lisierung des Mediensek-tors durch Smartphones und Tablets. Die Heraus-forderung für die Unter-nehmen wird sein, die Kontrolle über ihre Pro-
Die sieben Elemente, die die 3D-Print-Re-volution begünstigen, sind:
1. Verkürzte Technologiezyklen, neue Werkstoffe und Materialien
2. Verändertes Konsumverhalten in Richtung Eklektizismus, Teilen statt besitzen, Individuali-sierungstendenzen in einem globalen Umfeld
3. Geographische Verteilung und Erreichbarkeit der potenziellen Käufer
4. Streben nach Unabhängigkeit verbunden mit ökologischen Zielen
5. Wegfall des Patentschutzes für Grundlagentech-nologien
6. Erleichterung von Unternehmensgründungen
7. Konkrete, funktionierende Frühanwendungen
3D-Printing als Integrator
3D-Printing bildet eine mögliche technologische Basis, um diese Trends zu integrieren. Grund-sätzlich sind alle Produkte für 3D-Printing geeig-net, die einer oder allen der folgenden drei Cha-rakterisierungen entsprechen: erstens ein hoher Individualisierungsgrad bis hin zum Einzelstück (Zahnersatz, Schmuck); zweitens eine zeitnahe
Abbildung 1: Der Weg zur Revolution durch 3D-Printing
Industr. Massen-produktion
Vorindustr.Fertigung Handwerk
Massen-anfertigung
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Spezifität des Produktes
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Gerade Kunden aus dem Mittelstand sind
bereit, für Individualität mehr zu bezahlen.
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denen die Internet-Crowd selbstdesignte Objekte zum freien Download mittels Open Source Lizenz oder gegen Gebühr zur Verfügung stellt. In solchen Online-Shops findet sich bereits eine beachtliche Anzahl von digitalisierten Gegenständen, die größ-tenteils user-designed sind. Auch etablierte Firmen, die von der ausgeprägten Mass Customization ihrer Produkte profitieren, unternehmen Gehversuche in diesem Umfeld. Nike entwirft Schuhe, die auf die physiologischen Eigenschaften des Kunden zuge-schnitten und mit 3D-Printing produziert sind.
Beim Kopieren und Komplementieren kommen ent-weder frei verfügbare Blueprints (3D-Designs) oder 3D-Scanner zum Einsatz. Die abgebrochene Tür-klinke aus dem 18. Jahrhundert kann so neu her-gestellt werden. Die einzelnen Bruchstücke werden gescannt und digitalisiert, mit Software fehlende Teile errechnet und die Einzelteile am Bildschirm virtuell zusammengesetzt, bevor eine neue Türklinke nach altem Vorbild ausgedruckt wird. Bei der Restauration des Schweizer Parlamentsgebäudes in Bern wurden so antike Fensterheber kopiert und ersetzt. Das ist nicht
dukte zu behalten und an der Kommerzialisierung zu partizipieren.
2. Das 3D-Print Ecosystem
Die Digitalisierung der Produktion durch 3D-Prin-ting eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Fertigung von Produkten und Services, wie in Abbildung 2 zu sehen ist. Das Zusammenspiel von Design – das softwaregeprägt ist – und dem Druck/Aufbau des physischen, hardwaredeterminierten Pro-duktes sowie den daraus resultierenden Möglichkeiten gilt es für Unternehmer zu verstehen und zu nutzen.
Softwareebene – die Welt digitalisieren
Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, ein digi-tales Bild der Realität zu erstellen: Neu designen, kopieren oder wiedererstellen mit 3D-Scanner. Bei neuen Designs erstellen Spezialisten Produkte digi-tal mit 3D-Software. Erste Start-Ups wie Thingiverse oder Shapeways haben Geschäftsmodelle hierfür ent-wickelt. Beide Firmen besitzen eine Plattform, auf
Abbildung 2: Das 3D-Printing Ecosystem
Intermediäre Ebene
HandelFunds, IPR Märkte
Online-Händler
Crowdsourcing Plattformen
Hardware Ebene
Software Ebene Design
Druck/Produktion
Digitalisierungder Realität
Realisierung der
Digitalisierung
Inferface
3D Design Agenturen
Crowd
Freelancer
Copy Shop
Etablierte Industrie
Etablierte Lieferanten von Rohmaterial
Neue Lieferanten von Rohmaterial
Lieferanten von Desktop-Printern
Lieferanten von Industriedruckern
Crowdsourcing
User designed
Open Source
Affiliation
Licensing
Long tail
Mass customization
Digitalization
Business ModelPatterns
Franchising
Direct selling
Ingredient Branding
Razor and Blade
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Plattform, auf der zum einen Designer ihre Werke (Blueprints) anbieten und die zum anderen Zugriff zu einem 3D-Drucker-Netzwerk besitzt. Verdient wird mit einer Gebühr für den Designverkauf und die Ver-mittlungen zum Druck. Auch Unternehmen, die auf konventionelle Herstellungsverfahren setzen, bietet der Handel mit Blueprints eine Chance. Blueprints können beispielsweise an zertifizierte Print-Shops geschickt werden, die Produkte in Lizenz drucken oder reparieren. Ersatzteile von Turbinen müssten nicht mehr über weite Strecken transportiert werden, sondern könnten bei einem spezialisierten, geprüften und vertraglich gebundenen Print-Terminal ausge-druckt werden. Dieses Vorgehen wird die Logistik revolutionieren. Es kommt bereits für die Ersatzteil-versorgung der US-Armee zum Einsatz.
Auch Amazon positioniert sich. Vor kurzem wurde ein neuer Bereich für 3D-Drucker und Zubehör eingerichtet. Der Verkauf von Blue-prints passt ebenfalls in das bisherige Geschäfts-modell des Internetriesen. Auch wenn zu Beginn nur geringe Stückzahlen verkauft werden – durch die nicht vorhandenen Lagerkosten und die bestehenden Rechenzentren kann Amazon eine
nahezu endlose Anzahl von Designs anbieten und mit dem sogenannten Long-Tail Geld verdienen. Auch die anderen Tech-Riesen werden auf diesem Gebiet aktiver werden.
Hardwareebene – die Welt drucken
Die Produktion der digitalisierten Güter ist nicht mehr an Fabrikanlagen gebunden, Skaleneffekte verschwinden. Up-Front-Investitionskosten in Ferti-gungsanlagen werden genauso wie Lagerhallen nahezu überflüssig. Alltagsgegenstände werden zu Hause am Desktopdrucker erstellt, womit der Direktvertrieb eine komplett neue Dimension erfährt. Komplexere Objekte werden in Copy-Shops oder Spezialdrucke-reien zum Beispiel im Franchise-Modell produziert. Beim Anlagen- und Gebäudebau werden Drucker entweder zentral zur Elemente-Herstellung oder direkt auf den Baustellen eingesetzt.
Eine teilweise Neuordnung der Fertigungsindustrie und neue Geschäftszweige sind zu erwarten. Dabei bieten flankierende Geschäftsmodelle, zum Beispiel die Lieferung von Rohmaterial in Form von Ingre-
nur günstiger, als diese Fensterheber auf traditionelle Weise anfertigen zu lassen, sondern diese können nun immer wieder gedruckt werden.
Radikalere Entwicklungen sind für den Heimge-brauch zu erwarten, sobald mit dem Smartphone 3D-Modelle einfach erstellt werden können und dadurch jedermann digitale Kopien bestehender Objekte und neue Designs produzieren kann. Diese Schnittstelle und ihre Nutzerfreundlichkeit sind entscheidend. Sobald es intuitiv möglich ist, Blue-prints zu erstellen, wird ein massiver Anstieg an Designs ausgelöst, allerdings nicht nur eigener, son-dern auch fremder Designs: Mit dem integrierten 3D-Scanner im Smartphone ist das digitale Design des exklusiven Bestecks genauso schnell erfasst wie
der Schnappschuss im Urlaub. Die Firma Autodesk hat eine App für das iPhone entwickelt, mit der Fotos eines Objekts aus verschiedenen Blickwinkeln in ein dreidimensionales Objekt umgewandelt wer-den. Diese technischen Möglichkeiten öffnen auch Türen zum Missbrauch durch private Raubkopierer.
Intermediärebene – der digitale Handel mit der physischen Welt
Ein Gegenstand in digitaler Form kann mit Infor-mations- und Kommunikationstechnologie weltweit praktisch kostenlos verschickt werden. Das Design einer Tasse, eines Ohres oder Fahrrads wird per Email versandt – von New York nach Tokio, von Zürich nach Johannesburg, wo immer der Gegenstand gewünscht und ein entsprechender Drucker verfügbar ist.
Es wird ein Handel institutionalisiert, den Online- Plattformen und Retailer koordinieren. Verschie-dene Geschäftsmodelle sind denkbar. Einerseits sind Modelle möglich, die das Bindeglied zwischen Desi-gnern und Produzenten herstellen und diese zusam-menbringen. Diese Affiliatoren verfügen über eine
Die technischen Möglichkeiten öffnen
auch Türen zum Missbrauch durch private
Raubkopierer.
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sicherstellt, dass in der definierten Art und Weise und mit den richtigen Materialien gedruckt wird.
6) Verfügbarkeit und Standards bei Materialien: Neben dem Aufbau und Design entscheidet das Material über die Qualität des Endproduk-tes. Viele verschiedene Stoffe kommen je nach gewünschten Produkteigenschaften zum Einsatz. Am häufigsten werden Kunststoffe und Kunst-harze, aber auch Metalle (Titan, Stahl, Gold, Silber) verwendet. Was beim Design gilt, gilt auch für Rohstoffe: 3D-Printing muss einfach sein und sich für den Massenmarkt auf so wenige Rohstoffalternativen wie möglich beschränken.
7) Wirtschaftlichkeit: Hauptargument des 3D- Prints ist die flexible dezentrale Produktion verbunden mit großen technologischen, pro-dukttechnischen sowie unternehmerischen Möglichkeiten. Lange Transportwege von Fer-tigprodukten und Lagerkosten fallen weg. Was bleibt, sind Drucker und Rohmaterialen. Die Wirtschaftlichkeit ist nur gewährleistet, wenn die Just-in-Time Philosophie der Fertigung kon-sequent durchgezogen wird.
8) Ökologische Verträglichkeit: Durch die intelli-gente Vernetzung des Druckernetzwerks und die Materialwahl wird die neue Produktion nicht nur flexibler, sondern auch grüner. Die Nebenef-fekte der 3D-Printtechnologie in Form von mehr Verpackungen für Rohmaterial aufgrund der Kleinstgrößen sowie Mehrverbrauch aufgrund minderwertiger Qualität dürfen in der Ökobi-lanz die Transportgewinne nicht übersteigen.
Sind diese Punkte erfüllt, so steigen die Chancen, dass die 3D-Technologie eine weitere industrielle Revolu-tion auslösen wird. Wichtig ist jedoch die Erkenntnis, dass es das Geschäftsmodell und deren Ausgestaltung ist, die erfolgskritisch sind. Die 3D-Technologie ist nur eine Determinante für den Erfolg.
dient Branding, etwas Sicherheit. Für Unternehmen aus der chemischen Industrie ist dies genauso inte-ressant wie für Glas-, Zement- und Keramikherstel-ler. Kooperationen mit Druckerherstellern können sich etablieren und – analog zum „Razor and Bla-de“-Geschäftsmodell bei den 2D-Desktopdruckern – Gewinne hauptsächlich über den Verkauf von Druck-material einer etablierten Marke erzielt werden.
3. Showstopper – oder die große Chance
Die dritte industrielle Revolution ist möglich, aber sie wird nur unter bestimmten Voraussetzungen realisiert:
1) Robustes Produktdesign: Das Design für den zu druckenden Gegenstand ist eine kritische Kom-ponente. Hier entscheidet sich die Qualität des Endproduktes. Es ist immer noch die Kompetenz des Designers entscheidend, um Gegenstände stabil und ressourcensparend zu konstruieren.
2) Intuitive, auch für Nicht-Experten anwendbare Software und Schnittstellen sind die Vorausset-zung, um 3D-Printing zur Massentechnologie zu machen.
3) Schutz des geistigen Eigentums: 3D-Printing ist für die produzierende Industrie das, was das Kopieren von Musik für die Musikindustrie war. Umdenken und neue Geschäftsmodelle sind gefragt. Firmen müssen sich auf das spezialisie-ren, was nicht kopiert werden kann. Das ist zum Beispiel der innere Aufbau, der von 3D-Scan-nern (noch) nicht erfasst werden kann.
4) Produktqualität: Bislang werden noch kaum qualitätskritische Teile gedruckt. Die Fertigungstechnologie muss hier eine hohe Qualität errei-chen.
5) Sicherheit und Produkthaftung: Nur wenn sich Kunden auf die Qualität der gedruckten Produkte verlassen können, werden sie diese nachfragen. Anbieter von 3D-Druckern und -Services schließen heute jegliche Produkt-haftung aus. Es gibt Bestrebungen, diese Lücken zusammen mit einem Copyright zu schließen, das neben dem eigentlichen Kopierschutz auch
Eine Neuordnung der Fertigungsindustrie und
neue Geschäftszweige sind zu erwarten.
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LITERATUR Gassmann, O., Frankenberger, K., Csik, M.: Geschäftsmodelle entwickeln. München. Hanser. 2013
Karapatis, N.P., Van Griethuysen, J.P.S., Glardon, R.: Direct rapid tooling: a review of current research. Rapid Prototyping Journal, Vol. 4, No. 2/1998. S. 77-88
Lipson, H., Kurman, M.: Fabricated: the new world of 3D printing. Indianapolis, Indiana. 2013
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Pluta, W.: Rapid Prototyping: Nathan Myhrvold patentiert DRM-Verfahren für 3D-Druck. http://www.golem.de/news/rapid-prototyping-nathan-myhrvold- patentiert-drm-verfahren-fuer-3d-druck-1210-95102.html. Zugriff: 12.06.2013
Preidt, R.: Hear This: 3-D Printing Creates Lifelike Artificial Ears. http://www.medicinenet.com/script/main/art.asp?articlekey=167978. Zugriff: 27.06.2013
Thomas, G.: Materials Used In 3D Printing and Additive Manufacturing. http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8132. Zugriff: 12.6.2013
SUMMARY The Next Industrial Revolution
„Less costs for health care with printed dental plates“, this could be the head-line of a press release in a few years. Start-ups as well as established com-panies like Amazon start making money with a twenty-year-old technology which stands on the verge of a breakthrough today: 3D-printing also known as additive manufacturing. 3D-Printing will not only revolutionize industrial production processes and distribution, it will change the game fundamentally in many industries. Only with the right business models in place, firms and entrepreneurs will be able to flourish in this new area.
Keywords: 3D-printing, Additive Manufacturing, 3D-Blueprint, Mass Customization, Distribution, New Business Models
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Prof. Dr. Oliver GassmannProfessor für Innovationsmanage-ment an der Universität St.Gallen und Direktionsvorsitzender am dortigen Institut für Technologie-management. Er ist tätig in diver-sen Verwaltungsräten und interna-
tionalen wissenschaftlichen und politischen Beiräten. Zuvor war er für die Leitung der Forschung und Vorent-wicklung im Schindler-Konzern verantwortlich. In seiner Forschung beschäftigt er sich damit, wie Unternehmen über Innovation ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen.
oliver.gassmann@unisg.ch
Institut für Technologiemanagement (ITEM-HSG) Dufourstrasse 40a9000 St. GallenSchweiz Tel: +41 71 2247 220 Fax: +41 71 2247 301 www.item.unisg.ch
Stephan Winterhalter, M.A. HSGForschungsassistent und Doktorand am Institut für Technologiemana-gement an der Universität St. Gallen. Neben seiner Tätigkeit im Bereich 3D Printing erforscht er
Innovation in Emerging Markets und deren Auswirkun-gen auf Geschäftsmodelle.
Dr. Christoph H. Wecht, Dipl. Ing., MBAManaging Partner der BGW Management Advisory Group, St.Gallen – Wien, sowie Verwaltungs-rat der BMI Lab AG. Außerdem leitet er das Kompetenzzentrum für
Open Innovation am Institut für Technologiemanage-ment an der Universität St.Gallen (ITEM-HSG) und hält dort einen Lehrauftrag für Technologiemanagement. Nach dem Maschinenbaustudium in Wien arbeitete er in Österreich, Deutschland und den USA, wo er ein ergänzendes MBA-Studium absolvierte. Vor der Grün-dung der BGW promovierte er am ITEM-HSG zur Kun-denintegration in den Innovationsprozess.
stephan.winterhalter@unisg.chchristoph.wecht@bgw-sg.com
BGW AG Büro St. GallenVarnbüelstrasse 139000 St. GallenSchweizTel.: +41 71 8400 831 Fax: +41 71 8400 832www.bgw-sg.com
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