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Business Models Powered by Machine Learning: Exploring How Machine Learning Changes the Ways Organizations Create, Deliver, and Capture Value

Vetter, Oliver Andreas (2024)
Business Models Powered by Machine Learning: Exploring How Machine Learning Changes the Ways Organizations Create, Deliver, and Capture Value.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028726
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Business Models Powered by Machine Learning: Exploring How Machine Learning Changes the Ways Organizations Create, Deliver, and Capture Value
Language: English
Referees: Buxmann, Prof. Dr. Peter ; Benlian, Prof. Dr. Alexander
Date: 21 November 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XIV, 134 Seiten
Date of oral examination: 4 November 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00028726
Abstract:

In today’s world, artificial intelligence (AI) permeates almost all areas of human life. Modern AI supports us both in our leisure time (e.g., built into applications on our smartphones that recommend music we may like, recognize people in pictures, or act as digital assistants) and in our work (e.g., by automating tasks or creating analyses, predictions, or almost perfectly formulated texts). For organizations, AI, particularly instances of AI built with the data-based learning approach of machine learning (ML), also unlocks entirely new possibilities. Such ML systems can, for instance, be integrated into organizational processes to achieve efficiency gains by automating (parts of) tasks or to elevate decision-making quality by provisioning information. Furthermore, as the examples above illustrate, ML also enables the creation of novel kinds of products and services. The associated entrepreneurial opportunities unveiled by the latest technological advancements in the field of ML are correspondingly diverse and numerous, offering enormous potential for exploitation through suitable business models. A business model is an activity system that illustrates the logic of how an organization conducts business, i.e., how it creates value through the creation of its products and services, how it delivers this value to its customers, and how it ultimately captures value for itself, e.g., in the form of profits. However, at the same time, the challenges that accompany the integration of ML into the business models of organizations exhibit similar diversity and also differ from those posed by other digital technologies. Therefore, the existing literature underscores that organizations wishing to harness the power of ML to drive their business models must carefully consider the peculiarities of the technology to be able to benefit in the long term. Yet, the state of existing research on the actual implementation of the various facets of ML-driven business models is sparse and lacks insights into their alignment with the particularities of ML. To expand this understanding in both academia and practice, this dissertation incorporates five papers that successively investigate ML-driven business models along the three business model dimensions of value creation, value delivery, and value capture. It examines both the ML-induced challenges that arise in each of these dimensions and the opportunities unlocked by ML, elaborating on their influences on the business logic of organizations from the perspective of the respective dimension of the business model. First, two studies address the dimension of ML-driven value creation. The creation of ML systems requires experts from various disciplines to collectively reflect on the organization’s existing knowledge (e.g., when making sense of data), which can lead to the creation of additional knowledge (e.g., through insights into inefficiencies in routines). Moreover, their data-based learning enables ML systems to generate knowledge in a way that complements the strengths of humans and thus to uniquely contribute to knowledge creation and revision in organizations. Existing literature on organizational learning hence regards productive ML systems as a new type of learner alongside humans. Yet, the potential for learning during ML development efforts, which include interactions of interdisciplinary groups of experts and (prototypical) ML systems, has to date remained largely unexplored. The first associated study therefore illuminates the beneficial learning processes that the creation of ML systems can stimulate. It also highlights the resulting human knowledge as a valuable additional by-product that can contribute to the knowledge base of the organization and thus to its long-term success. The second study examines a downside of the data-based learning approach of ML: the need for extensive experimentation during ML development. This runs counter to the demand of conventional business processes for efficiency and exploiting existing strengths, and organizations must allocate their limited resources between the two approaches, creating tensions during ML development that can take various forms in different structural approaches. Building on the theoretical foundation of organizational ambidexterity, the study identifies these tensions and corresponding tactics that organizations can employ to alleviate the tensions, depending on their manifestation, and facilitate ML-driven value creation. Next, the dissertation discusses the second dimension, ML-driven value delivery. A particular problem in this context is that ML systems are often highly complex, making them and their outputs incomprehensible to humans. If they cannot use them due to a lack of understanding, customers of ML-driven business models may thus fail to benefit from the value the business model intends to deliver (i.e., the ML system or its outputs). Therefore, the literature on explainable AI contains approaches that can provide users of ML systems with explanations that disclose their inner workings and the reasoning behind their decisions. Yet, thus far, these approaches have lacked a focus on distinct user groups and their specific requirements of the system. Especially lay users have often been neglected in previous studies. However, fostering the lay users’ understanding is critical if they are to incorporate the output of ML systems in their decision-making to benefit from the products and services of ML-driven business models. Hence, the third study in this dissertation follows a design science research process and presents an approach to elaborate the requirements specific to the users of ML systems. On this basis, the study further derives design principles for designing ML systems that provide user-centric explanations and thereby enhance value delivery. Finally, two more studies shed light on the third dimension of ML-driven value capture. In pursuit of their own goals, organizations must align all components of their business model to enable the capture of value, e.g., the reaping of profits from their business model in the long term. Only creating valuable solutions and supplying them to customers does not guarantee value capture for the organization, as the decade-long search of Twitter (now X) for a suitable way to profit from its unique offering and massive user base illustrates. With the current literature yielding little clarity on the nature of ML-driven business models, the fourth study in this dissertation aims to create a fundamental understanding of the business model components that organizations must align for successful value capture. Specifically, the resulting taxonomy offers insights into the components of ML-driven business models and is supplemented by archetypes that represent structural compositions of ML-driven business models commonly found in practice. Building on these findings, the fifth study investigates the question of how organizations seeking to profit from ML-driven business models can successfully realize them, which is under-researched in today’s scientific literature as well. Realizing business models is an inherently dynamic and iterative process. In the case of ML-driven business models, the particularities of ML systems further complicate the effort, due (for instance) to the additional uncertainty stemming from the experimental character of ML development. Therefore, the study shows that organizations must build dynamic capabilities to be able to successfully realize ML-driven business models in the long term. Moreover, the study develops microfoundations (e.g., practices or processes) that empower the creation of the necessary dynamic capabilities, consequently contributing to the understanding of how organizations can successfully capture value sustainably from their ML-driven business models. The studies within this dissertation illustrate that organizations must consider the unique characteristics of ML when designing and implementing their ML-driven business models to achieve sustainable success. Specifically, they show that the effects of ML particularities, such as the need for extensive experimentation in ML development, can manifest themselves in all three dimensions of the business model and can be both inhibiting (e.g., through additional uncertainty in the realization of the business model) and value-adding (e.g., through stimulated learning processes). The studies further delineate how organizations can take these influences into account through appropriate responses. This dissertation thus represents an important step toward a holistic understanding of ML-driven business models, emphasizes the value of the business model perspective for investigating the influence of ML on the business logic of organizations, and yields contributions to strategic management, entrepreneurship, and information systems literature. Thereby, it provides fertile ground for future examinations of ML-driven value creation, value delivery, and value capture against the backdrop of the high-level technological and entrepreneurial dynamism in the field of ML.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Nahezu alle Bereiche des menschlichen Lebens sind inzwischen von künstlicher Intelligenz (KI) durchdrungen. Moderne KI unterstützt uns sowohl in unserer Freizeit (z. B. in Form von Anwendungen auf unseren Smartphones, die uns Musik empfehlen, die uns gefallen könnte, die Personen auf Bildern erkennen, oder als digitale Assistenten fungieren), als auch bei unserer Arbeit (z. B. durch die Automatisierung von Aufgaben oder die Erstellung von Analysen, Vorhersagen, oder nahezu perfekt formulierten Texten). Für Organisationen eröffnet KI, insbesondere KI, die durch den datenbasierten Lernansatz des maschinellen Lernens (ML) geschaffen wird, ebenfalls gänzlich neue Möglichkeiten. So können solche ML-Systeme in Organisationsprozesse integriert werden, um Effizienzgewinne durch die autonome Erledigung von (Teilschritten von) Aufgaben zu realisieren oder die Qualität von Entscheidungen durch die Bereitstellung von Informationen zu verbessern. Darüber hinaus ermöglicht das ML jedoch auch die Erstellung völlig neuartiger Produkte und Dienstleistungen, wie die obigen Beispiele zeigen. Die unternehmerischen Chancen, die die jüngsten technologischen Entwicklungen im Bereich des MLs ermöglichen, sind dementsprechend vielfältig und zahlreich, und bieten ein enormes Potenzial für die Erschließung durch geeignete Geschäftsmodelle. Ein Geschäftsmodell wird dabei als ein System von Aktivitäten verstanden, welches die Logik veranschaulicht, wie eine Organisation ihre Geschäftstätigkeit ausübt, d. h. wie sie durch die Herstellung ihrer Produkte und Dienstleistungen Wert schöpft, wie sie diesen Wert an ihre Kunden liefert und wie sie letztlich Wert für sich selbst erfasst, z. B. in Form von Gewinnen. Gleichzeitig weisen aber die Herausforderungen, die mit der Integration von ML in die Geschäftsmodelle von Organisationen einhergehen, eine ähnliche Vielfalt auf und unterscheiden sich zudem von denen, die andere digitale Technologien mit sich bringen. Die existierende Literatur unterstreicht daher, dass Organisationen, die die Kraft des MLs als Antrieb für ihre Geschäftsmodelle nutzen möchten, die Eigenheiten der Technologie sorgsam berücksichtigen müssen, um langfristig profitieren zu können. Der Stand bestehender Forschung zur tatsächlichen Umsetzung der verschiedenen Facetten ML-getriebener Geschäftsmodelle ist jedoch spärlich und mangelt an Erkenntnissen zu deren Ausrichtung auf die Besonderheiten von ML. Um dieses Verständnis sowohl in der Wissenschaft als auch in der Praxis auszubauen, werden in dieser Dissertation in fünf Beiträgen ML-getriebene Geschäftsmodelle sukzessive entlang der drei Geschäftsmodell-Dimensionen Wertschöpfung, Wertlieferung, und Werterfassung untersucht. Dabei werden sowohl die ML-induzierten Herausforderungen, die in jeder dieser drei Dimensionen auftreten, als auch die von ML eröffneten Möglichkeiten betrachtet und deren Einfluss auf die Geschäftslogik von Organisationen aus der Perspektive der jeweiligen Geschäftsmodell-Dimension herausgearbeitet. Die vorliegende Dissertation befasst sich in zwei Studien zunächst mit der Dimension der ML-getriebenen Wertschöpfung. Die Erstellung von ML-Systemen erfordert, dass Experten aus verschiedenen Disziplinen gemeinsam über vorhandenes Wissen der Organisation reflektieren (z. B. bei der Auswertung von Daten), was zur Erzeugung von zusätzlichem Wissen führen kann (z. B. durch Erkenntnisse über Ineffizienzen in Routinen). Darüber hinaus können ML-Systeme durch ihr datenbasiertes Lernen auch Wissen auf eine Art und Weise generieren, die komplementär zu den Stärken von Menschen ist, und so zur Schaffung und Revision von Wissen in Organisationen beitragen. Während in der bestehenden Literatur über organisationales Lernen produktive ML-Systeme deshalb als neue Art Lerner neben dem Menschen angesehen werden, ist potenzielles Lernen während der ML-Entwicklung, welche Interaktionen von interdisziplinären Expertengruppen und (prototypischen) ML-Systemen umfasst, bislang weitgehend unerforscht geblieben. Die erste zugehörige Studie betrachtet daher die vorteilhaften Lernprozesse, die während der Erstellung von ML-Systemen angeregt werden können. Sie hebt weiterhin das daraus entstehende menschliche Wissen als wertvolles, zusätzliches Nebenprodukt hervor, welches zur Wissensbasis der Organisation und damit zu ihrem langfristigen Erfolg beitragen kann. Die zweite Studie beschäftigt sich mit einem Nachteil des datenbasierten Lernansatzes von ML: dem Bedarf nach umfangreichem Experimentieren während der ML-Entwicklung. Da dieser dem Bedarf konventioneller Geschäftsprozesse nach Effizienz und Ausnutzung vorhandener Stärken entgegensteht und Organisationen ihre limitierten Ressourcen zwischen den beiden Ansätzen aufteilen müssen, erzeugt er Spannungen während der ML-Entwicklung, die sich in verschiedenen strukturellen Ansätzen unterschiedlich ausbilden können. Die auf der theoretischen Grundlage der organisationalen Ambidextrie aufbauende Studie identifiziert diese Spannungen und führt zugehörige Taktiken an, die Organisationen anwenden können, um die Spannungen je nach Ausprägung zu mildern und die ML-getriebene Wertschöpfung zu erleichtern. Im Anschluss wird die Dimension der ML-getriebenen Wertlieferung diskutiert. Besonders problematisch ist in diesem Kontext, dass ML-Systeme häufig hochkomplex und somit die Systeme und ihre Ausgaben für Menschen unverständlich sind. Kunden von ML-getriebenen Geschäftsmodellen können deshalb Schwierigkeiten haben, einen Vorteil aus dem Wert (d. h. dem ML-System oder seinen Ausgaben) zu ziehen, den das Geschäftsmodell zu liefern beabsichtigt, wenn sie diesen aus mangelndem Verständnis nicht verwenden können. In der Literatur finden sich daher Ansätze der erklärbaren KI, die verwendet werden können, um Nutzende von ML-Systemen mit Erklärungen auszustatten, die deren Funktionsweise und Begründungen für ihre Entscheidungen offenlegen. Allerdings mangelt es diesen Ansätzen bislang an Fokus auf verschiedene Gruppen an Nutzenden und deren individuelle Anforderungen an das System. Insbesondere Laien wurden in bisherigen Studien häufig vernachlässigt. Die Förderung des Verständnisses von Laien ist jedoch von entscheidender Bedeutung, wenn diese die Ausgabe von ML-Systemen in ihre Entscheidungsfindung einbeziehen und so von den Produkten und Dienstleistungen ML-getriebener Geschäftsmodelle profitieren sollen. Die dritte Studie in dieser Dissertation folgt daher einem designwissenschaftlichen Forschungsprozess und stellt einen Ansatz vor, die Anforderungen der Nutzenden von ML-Systemen gezielt herauszuarbeiten. Darauf basierend werden zudem Designprinzipien für die Gestaltung von ML-Systemen abgeleitet, die den Nutzenden maßgeschneiderte Erklärungen bereitstellen und somit die Wertlieferung fördern. Schließlich beleuchten zwei weitere Studien die Dimension der ML-getriebenen Werterfassung. Im Streben nach ihren eigenen Zielen müssen Organisationen alle Komponenten ihres Geschäftsmodells so ausrichten, dass sie die Erfassung von Wert, wie z. B. das langfristige Erzielen von Gewinnen aus ihrem Geschäftsmodell, ermöglichen. Die Entwicklung wertvoller Lösungen und deren Bereitstellung für Kunden garantiert keine Werterfassung für die Organisation selbst, wie die jahrzehntelange Suche von Twitter (jetzt X) nach einem geeigneten Weg, Gewinne aus seinem einzigartigen Angebot und seiner riesigen Basis an Nutzenden zu erzielen, verdeutlicht. Da in der derzeitigen Literatur jedoch noch wenig Klarheit über die Beschaffenheit von ML-getriebenen Geschäftsmodellen herrscht, soll in der vierten Studie dieser Dissertation ein grundlegendes Verständnis für die Geschäftsmodellkomponenten geschaffen werden, welche Organisationen für die erfolgreiche Werterfassung ausrichten müssen. Konkret bietet die resultierende Taxonomie Einblicke in die Komponenten von ML-getriebenen Geschäftsmodellen und wird durch Archetypen ergänzt, die häufig in der Praxis anzutreffende strukturelle Kompositionen von ML-getriebenen Geschäftsmodellen darstellen. Darauf aufbauend befasst sich die fünfte Studie mit der ebenfalls in der aktuellen wissenschaftlichen Literatur noch unzureichend erforschten Frage, wie Organisationen, die von ML-getriebenen Geschäftsmodellen profitieren möchten, diese erfolgreich realisieren können. Die Realisierung von Geschäftsmodellen ist ein inhärent dynamischer und iterativer Prozess. Im Fall von ML-getriebenen Geschäftsmodellen wird dieser durch die Besonderheiten von ML-Systemen weiter erschwert, beispielsweise durch zusätzliche Ungewissheit, die sich aus dem experimentellen Charakter der ML-Entwicklung ergibt. Die Untersuchung zeigt, dass Organisationen daher dynamische Fähigkeiten aufbauen müssen, um ML-getriebene Geschäftsmodelle dennoch langfristig erfolgreich realisieren zu können. Darüber hinaus werden Mikrofundamente (z. B. Praktiken oder Prozesse) erarbeitet, welche den Aufbau der notwendigen dynamischen Fähigkeiten ermöglichen, und folglich zum Verständnis beigetragen, wie Organisationen nachhaltig erfolgreich Wert aus ihren ML-getriebenen Geschäftsmodellen erfassen können. Die in dieser Dissertation enthaltenen Studien verdeutlichen, dass Organisationen bei der Konzeption und Umsetzung ihrer ML-getriebenen Geschäftsmodelle für deren nachhaltigen Erfolg die einzigartigen Besonderheiten von ML berücksichtigen müssen. Sie zeigen dabei insbesondere auf, dass sich die Auswirkungen von ML-Besonderheiten, wie z. B. die Notwendigkeit umfangreicher Experimente in der ML-Entwicklung, in allen drei Dimensionen des Geschäftsmodells manifestieren, und dabei sowohl hemmend (z. B. durch zusätzliche Ungewissheit bei Realisierung des Geschäftsmodells), als auch wertstiftend auftreten können (z. B. durch angestoßene Lernprozesse). Die Studien erläutern außerdem, wie Organisationen diesen Einflüssen durch entsprechende Maßnahmen Rechnung tragen können. Diese Dissertation stellt somit einen wichtigen Schritt in Richtung eines ganzheitlichen Verständnisses von ML-getriebenen Geschäftsmodellen dar, unterstreicht den Wert der Geschäftsmodellperspektive für Untersuchungen von ML-Einflüssen auf die Geschäftslogik von Organisationen, und liefert Beiträge zur Literatur in den Bereichen Strategic Management, Entrepreneurship, und Information Systems. Sie bietet damit einen fruchtbaren Boden für zukünftige Untersuchungen der ML-getriebenen Wertschöpfung, Wertlieferung, und Werterfassung vor dem Hintergrund der hohen technologischen und unternehmerischen Dynamik im Feld des MLs.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-287260
Classification DDC: 000 Generalities, computers, information > 004 Computer science
300 Social sciences > 330 Economics
Divisions: 01 Department of Law and Economics > Betriebswirtschaftliche Fachgebiete > Information Systems
Date Deposited: 21 Nov 2024 11:05
Last Modified: 21 Nov 2024 11:05
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/28726
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