Abstract

The needs of the manufacturing industry during the last decade have shifted from linear and manual processes towards digital and intelligent progressions and solutions. The fourth industrial revolution, Industry 4.0 (I4.0), has the potential to address these needs and transform traditional business operations into collaborative and innovative industrial manoeuvres through digitalisation. In addition, manufacturing industries implementing advanced technologies for digitalisation and innovation strive for long-term productivity and efficiency based on industrial value creation and sustainable development (SD) across economic, environmental, and societal dimensions. However, the current body of conceptual and empirical research on I4.0 within the manufacturing industry lacks an in-depth investigation of the related sustainability paradigm and value-creation perspectives in managing I4.0-based innovation ecosystems. The purpose of this dissertation is to contribute to the I4.0 literature by exploring the operational logics and impacts of I4.0 on sustainable development and value creation for organisations. A theoretical and empirical lens is applied from four different perspectives: a holistic review of the literature, an implementation view at national level, an innovation ecosystem view, and a narrowed view at the project level.

The dissertation adopts a qualitative approach building on the systematic mapping study (SMS) and case study methods. The results regarding I4.0 and sustainability relationships provide a theoretical ground for the sustainable implications of I4.0 and identify triple bottom line (TBL), circular economy (CE), and sustainable business models (SBM) as inter-related themes under SD–I4.0 research. An I4.0-based implementation pathway for digitalisation and sustainability is provided with respect to drivers, barriers, and opportunities for successful digitalisation in Finland. Furthermore, the significance of triple helix collaboration for innovation and value co-creation in an I4.0 environment is explored, and enablers for successful collaborations in the innovation ecosystems are identified. The results further strengthen the I4.0-based collaborative innovation literature by providing empirical evidence related to the network of interdependencies (goal, task, resource) formed therein. Together, these interplays provide new knowledge concerning the impact of I4.0 on sustainable development and collaborative value-creation for practitioners and academics.

Tiivistelmä

Teollisuus on siirtymässä lineaarisista ja manuaalisista prosesseista kohti digitaalisia ja älykkäitä ratkaisuja. Neljäs teollinen vallankumous, Teollisuus 4.0 (T4.0), voi vastata näihin tarpeisiin ja muuttaa perinteisen liiketoiminnan digitalisaation avulla yhteistyöhön ja innovointiin perustuviksi käytänteiksi. Hyödyntämällä uusimpia teknologioita digitalisaatioon sekä innovointiin valmistava teollisuus pyrkii pitkän aikavälin tuottavuuden ja tehokkuuden kehitykseen, perustuen arvonluontiin ja kestävyyteen taloudellisesta, ympäristöllisestä ja yhteiskunnallisesta näkökulmasta. Nykyisestä valmistavaa teollisuutta käsittelevästä T4.0:n käsitteellisestä ja empiirisestä kirjallisuudesta puuttuu kuitenkin tarkempi tutkimus kestävän kehityksen paradigmasta ja arvonluonnista T4.0-pohjaisten innovaatioekosysteemien johtamisessa. Tämän väitöskirjan tarkoituksena on tuottaa tietoa liittyen T4.0:n toimintalogiikkaan ja sen vaikutuksista kestävään kehitykseen ja organisaatioiden arvonluontiin. Näitä ilmiöitä tarkastellaan neljästä teoreettisesta ja empiirisestä näkökulmasta: tutkimalla aihepiirin kirjallisuutta, kansallisen tason toteutusta, innovaatioekosysteemiä ja projektitason toteutusta.

Väitöskirjassa hyödynnetään laadullista tutkimustapaa, joka perustuu systemaattiseen kirjallisuuden kartoitustutkimukseen ja tapaustutkimusmenetelmiin. Tulokset koskien T4.0:n ja kestävän kehityksen suhdetta ja liittymäkohtia luovat teoreettisen perustan T4.0:n vaikutuksille kestävään kehitykseen. Niissä tunnistetaan kolmoistilinpäätös (triple bottom line), kiertotalous ja kestävät liiketoimintamallit keskeisiksi toisiinsa liittyviksi teemoiksi. Tuloksissa esitellään myös digitalisaation ja kestävän kehityksen T4.0-pohjainen toteutuspolku Suomessa ja siihen liittyvät ajurit, esteet ja mahdollisuudet. Lisäksi esitetään kolmoiskierreyhteistyön (triple helix) merkitys innovointiin ja arvon yhteisluontiin T4.0-ympäristössä, ja kartoitetaan onnistuneen yhteistyön mahdollistajia innovaatioekosysteemeissä. Tulokset vahvistavat T4.0-innovaatioyhteistyökirjallisuutta tarjoamalla empiiristä näyttöä verkostossa muodostuvista keskinäisistä riippuvuuksista liittyen yhteisiin tavoitteisiin, tehtäviin ja resursseihin. Tutkimuksen kokonaistulokset tarjoavat uutta tietoa T4.0:n vaikutuksista kestävään kehitykseen ja yhteistyössä tehtävään arvonluontiin sekä käytännön toimijoille että tutkijoille.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Khan, I. S., Ahmad, M. O., & Majava, J. (2021). Industry 4.0 and sustainable development: A systematic mapping of triple bottom line, circular economy and sustainable business models perspectives. Journal of Cleaner Production, 297, 126655. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126655

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Khan, I. S., Kauppila, O., Majava, J., Jurmu, M., Blech, J. O., Annanperä, E., Jurvansuu, M., & Pirttikangas, S. (2021). Industry 4.0 in Finland: Towards twin transition. In J. M. Muller & N. Kazantsev (Eds.), Industry 4.0 in SMEs across the globe: Drivers, barriers, and opportunities (pp. 13–27). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781003165880-3

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Khan, I. S., Kauppila, O., Iancu, B., Jurmu, M., Jurvansuu, M., Pirttikangas, S., Lilius, J., Koho, M., Marjakangas, E., & Majava, J. (in press). Triple helix collaborative innovation and value co-creation in an Industry 4.0 context. International Journal of Innovation and Learning.

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

4. Khan., I. S., Kauppila, O., Fatima., N., & Majava, J. (2022). Stakeholder interdependencies in a collaborative innovation project. Manuscript submitted for publication.

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version