From Analysis to Value : Internet of Things Solutions in Industry, Cities, and Healthcare

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Jonas, Claudius:
From Analysis to Value : Internet of Things Solutions in Industry, Cities, and Healthcare.
Bayreuth , 2024 . - 47 S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007724

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Abstract

The Internet of Things (IoT) stands out as one of the most revolutionary technologies in today’s market, seamlessly merging physical objects into an increasingly connected society. By equipping these physical objects with sensors and actuators, and enabling communication via a network or the Internet, the IoT has spurred exponential growth and has unlocked vast economic opportunities. It has led to separate everyday objects becoming part of a digitally connected world, providing a wide range of tremendous opportunities. The diversity of application fields of the IoT ranges from voice assistants for smart homes, to traffic monitoring in smart cities, to connected machinery in industry.
The IoT is expected to surpass 30 billion devices by 2030, indicating its significant potentials. IoT solutions act as a bridge between suppliers and customers, providing benefits, such as direct product uses for users and backstage analytics for providers. Despite consumers’ adoption of IoT, its industrial use lags owing to barriers such as business models and value assessment challenges. While technical aspects have dominated the IoT research, the business perspective requires more attention. This cumulative doctoral thesis sheds light on the development process of IoT solutions and presents six research articles covering three development phases: 1) analysis and ideation, 2) conceptualization and implementation, and 3) value assessment and business development.
Articles #1 and #2 are associated with the analysis and ideation phase, each focusing on structuring specific IoT subfields and presenting related taxonomies. Article #1 analyzes the smart city solutions field and presents a taxonomy and corresponding clusters to provide descriptive knowledge on smart cities, laying the foundation for future research in this field. A complementary article, article #2, develops a taxonomy for industrial IoT startups. Both develop taxonomies structure an IoT subfield and offer the possibility to create new IoT solutions as they provide, among others, an impression of what solutions possibilities already exist, what the distribution looks like, and which gaps exist. These two articles also show the possibilities of cooperating with other companies, such as startups, and entering into partnerships.
In the conceptualization and implementation phase, this doctoral thesis presents articles #3 and #4, which address developing software architectures as a key element of IoT solutions. Both follow the design science research (DSR) process, which is particularly suitable for the development of artifacts, including software architectures. Article #3 extends the current knowledge and adds design and diagnosis insights regarding descriptive and prescriptive knowledge for smartphone-enabled predictive maintenance (PdM). It introduces a lightweight and affordable PdM solution to lever the low investment costs associated with retail smartphones, which are already ubiquitous. In article #4, this research approach is applied to IoT solutions in healthcare. A wearable IoT system for continual bladder level monitoring in cooperation with the startup inContAlert is developed as a primary artifact. Both articles demonstrate the added value for that sector by developing a prototype in combination with further evaluation steps and demonstrating contributions for practical application.
Articles #5 and #6 contribute to the value assessment and business development phase. As noted, the cur-rent market for IoT solutions in industrial environments is falling short of expectations. Both articles examine the question how IoT solutions’ value can be systematically assessed. Article #5 presents a framework for assessing IoT solutions’ value, considering both indirect and direct value categories and an archetypal business-to-business-to-consumer (B2B2C) value chain. Article #6 extends article #5 by developing a method that provides practitioners with additional step-by-step guidance.
The six articles in this cumulative doctoral thesis provide overall support and guidance for developing IoT solutions throughout the development process. The thesis contributes to the theoretical groundwork in multiple ways. First, it provides a foundation by structuring IoT subfields, allowing researchers to build on this in future to develop theories for explanation. Second, it presents two software architectures, tested and evaluated in close collaboration with five different industrial companies and a software developer, contributing to the DSR knowledge. Third, this thesis presents a framework and a corresponding method for assessing IoT solutions’ value. It extends the theoretical knowledge on assessing IoT solutions’ value and lays the foundation for their effective monetization and commercialization. This thesis aims to thoroughly and profoundly support and accelerate the dissemination and expansion of the IoT.

Abstract in weiterer Sprache

Das Internet der Dinge (engl. Internet of Things, IoT) ist eine der revolutionärsten Technologien auf dem heutigen Markt, da es physische Objekte nahtlos in eine zunehmend vernetzte Gesellschaft einbindet. Durch die Verknüpfung von physischen Objekten mit Sensoren und Aktoren sowie die Kommunikation mit einem internen Netzwerk oder dem Internet besitzt das IoT exponentielle Wachstumsmöglichkeiten. Es hat dazu geführt, dass einzelne Alltagsgegenstände Teil einer digital vernetzten Welt geworden sind, die ein breites Spektrum an Möglichkeiten bietet. Die Vielfalt der Anwendungsbereiche des IoT reicht von Sprachassistenten für Smart Homes über die Verkehrsüberwachung in Smart Cities bis hin zu vernetzten Maschinen in der Industrie.
Bis 2030 soll die Zahl von 30 Milliarden vernetzten Geräten überschritten werden, was auf das große Potenzial von IoT hinweist. IoT-Lösungen fungieren als Brücke zwischen Anbietern und Kunden und bieten Vorteile sowohl für den Kunden als auch für den Anbieter. Trotz der Akzeptanz des IoT im Konsumentenbereich hinkt die industrielle Nutzung aufgrund von Hindernissen wie dem neuen, veränderten Geschäftsmodell oder den Herausforderungen bei der Wertermittlung hinterher. Während die Erforschung technischer Aspekte die IoT-Forschung dominieren, erfordert die Forschung im Bereich der betriebswirtschaftlichen Analyse des IoT mehr Aufmerksamkeit. Diese kumulative Dissertation beleuchtet den Entwicklungsprozess von IoT-Lösungen und präsentiert sechs Forschungsartikel, die den vollständigen Entwicklungsweg abdecken: 1) Analyse und Ideenfindung, 2) Konzeptualisierung und Implementierung und 3) Wertbestimmung und Geschäftsentwicklung.
Die Artikel # 1 und # 2 sind der Analyse- und Ideenphase zugeordnet und konzentrieren sich jeweils auf die Strukturierung spezifischer IoT-Teilbereiche und die Vorstellung entsprechender Taxonomien. Artikel #1 analysiert das Feld der Smart-City-Lösungen und stellt eine Taxonomie und entsprechende Cluster vor, um deskriptives Wissen über Smart Cities bereitzustellen und die Grundlage für künftige Forschung in diesem Bereich zu schaffen. Artikel #2 entwickelt eine Taxonomie für industrielle IoT-Start-ups. Beide Taxonomien strukturieren ein Teilgebiet des IoT und bieten die Möglichkeit, neue IoT-Lösungen zu entwickeln, da sie unter anderem einen Eindruck davon vermitteln, welche Lösungsmöglichkeiten bereits existieren, wie die Verteilung aussieht und welche Lücken bestehen. Diese beiden Artikel zeigen auch die Möglichkeiten auf, mit anderen Unternehmen, z.B. Start-ups, zu kooperieren und Partnerschaften einzugehen.
In der Konzeptions- und Implementierungsphase werden in dieser Dissertation die Artikel #3 und #4 vorgestellt, die sich mit der Entwicklung von Softwarearchitekturen als Schlüsselelement von IoT-Lösungen beschäftigen. Beide folgen dem Design Science Research (DSR)-Prozess, der sich besonders für die Entwicklung von Artefakten, einschließlich Softwarearchitekturen, eignet. Artikel #3 erweitert das derzeitige Wissen und fügt Erkenntnisse zum Design und zur Diagnose in Bezug auf präskriptives Wissen für Smartphone-gestützte vorausschauende Wartung (engl. Predictive Maintenance, PdM) hinzu. Er stellt eine leichtgewichtige und erschwingliche PdM-Lösung vor, um die niedrigen Investitionskosten zu nutzen, die mit den bereits allgegenwärtigen Smartphones verbunden sind. In Artikel #4 wird dieser Forschungsansatz auf IoT-Lösungen im Gesundheitswesen übertragen. Als zentrales Artefakt wird ein tragbares IoT-System zur kontinuierlichen Überwachung des Blasenfüllstands in Zusammenarbeit mit dem Start-up inContAlert entwickelt. Beide Artikel zeigen den Mehrwert für diesen Bereich auch durch die Entwicklung eines Prototyps in Kombination mit weiteren Evaluierungsschritten auf und demonstrieren so die praktische Anwendung.
Die Artikel #5 und #6 leisten einen Beitrag zur Bewertung des Mehrwerts von IoT-Lösungen. Wie bereits erwähnt, bleibt der derzeitige Markt für IoT-Lösungen im industriellen Umfeld hinter den Erwartungen zurück. Beide Artikel befassen sich mit der Frage, wie der Wert von IoT-Lösungen systematisch erfasst werden kann. Artikel #5 stellt ein Framework zur Ermittlung des Wertes von IoT-Lösungen vor, welches sowohl indirekte als auch direkte Wertkategorien und eine archetypische Business-to-Business-to-Consumer (B2B2C)-Wertschöpfungskette berücksichtigt. Artikel #6 erweitert diesen Ansatz durch die Entwicklung einer Methode, die Praktikern eine zusätzliche schrittweise Anleitung bietet.
Die vorgestellten sechs Artikel in dieser kumulativen Dissertation bieten eine umfassende Unterstützung und Anleitung für die Entwicklung von IoT-Lösungen über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg. Die Dissertation bietet in mehrfacher Hinsicht einen theoretischen Mehrwert. Erstens liefert sie durch die Strukturierung von IoT-Teilbereichen eine Grundlage, auf der Forscher in Zukunft aufbauen können, um weiterführende Theorien zu entwickeln. Zweitens werden zwei Softwarearchitekturen vorgestellt, die in enger Zusammenarbeit mit fünf verschiedenen Industrieunternehmen und einem Softwareentwickler getestet und evaluiert wurden und so zum DSR-Wissen beitragen. Drittens stellt diese Arbeit ein Framework und eine entsprechende Methode zur Ermittlung des Wertes von IoT-Lösungen vor. Sie erweitert das theoretische Wissen über die Bewertung von IoT-Lösungen und legt die Grundlage für deren effektive Monetarisierung und Kommerzialisierung. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Verbreitung des IoT umfassend und tiefgreifend zu unterstützen und zu beschleunigen.