Klassifikation und Definition baufachlicher Verknüpfungstypen als Basis zur Modellüberführung im konstruktiven Ingenieurbau

Die Bearbeitung von Bauprojekten erfordert ein hohes Maß an Fachwissen verschiedener Disziplinen. Dabei kommt eine Vielzahl spezialisierter Fachmodelle zum Einsatz. Zur Übernahme der Daten von anderen Planern in das eigene, neu zu erstellende Fachmodell sind die verfügbaren Inhalte aus verschiedenen Modellen vom Fachplaner entsprechend seiner Anforderungen anzupassen und um spezifische Inhalte zu ergänzen. Dabei ergeben sich Beziehungen, welche die Zusammenhänge und Abhängigkeiten der Fachmodelle untereinander aufzeigen. Eine zugleich allgemeingültige sowie vollständige Vordefinition des durch die Beziehungen beschriebenen Modellverbundes ist kaum möglich. Zur rechnerinternen Abbildung erfolgt aus diesem Grund eine Zerlegung des Modellverbundes in Partialmodelle und entsprechende Verknüpfungen. Die Beschaffenheit des Beziehungsgeflechtes hängt sowohl von der Qualität der Datenmodelle als auch von der Beschreibungsgüte der Verknüpfungstypen, deren Definition ein hohes Maß an Fachwissen erfordern, ab. Mit einem Konzept zur Strukturierung und Zerlegung der Verbindungen in Basiselemente sowie der Integrationsmöglichkeit zu komplexeren Elementen wird eine einfachere Erstellung, Wartung und Anpassung von umfassenden baufachlichen Inhalten ermöglicht. Zur Sicherung einer hochwertigen Beschreibung des Modellverbundes ist ein an die Fähigkeiten des Ingenieurs ausgerichteter Zugang zur Spezifikation und Anpassung der Beziehungsdefinitionen unverzichtbar

Konstruktion geschäftsprozessorientierter operativ-dispositiver Komponentenarchitekturen

Geschäftsprozesse bilden die Lösungsverfahren betrieblicher Systeme und gleichzeitig die zentralen Artefakte zur Realisierung der unternehmerischen Ziele. In Zeiten dynamischer Märkte mit intensivem Wettbewerb ist es umso wichtiger, zeitnah auf Veränderungen am Markt sowie Ereignisse in den Prozessen selbst zu reagieren. In der Konsequenz gilt es, die eigenen Geschäftsprozesse stetig zu hinterfragen und Maßnahmen zu deren effizienterer und innovativerer Durchführung abzuleiten. Mit dem geschäftsprozessorientierten Data-Warehouse-System (gpDWH-System) wird ein Konzept vorgestellt, das an dieser Stelle ansetzt. Entscheidungsrelevante Ablaufdaten werden sowohl auf Aufgabenträgerebene angeboten als auch in den Kontext der betrieblichen Leistungserstellung auf Aufgabenebene eingeordnet. Ein Geschäftsprozess kann damit umfassend aus unterschiedlichen Perspektiven analysiert werden. Abgeleitete prozessbezogene Maßnahmen als Reaktion auf Ereignisse im Markt- und Kundenverhalten sind schließlich mit unterschiedlichem Zeitverzug zu realisieren. Das Spektrum kann vom kurzfristigen, automatisierten steuernden Eingreifen in eine Prozessinstanz bis hin zur mittelfristigen Anpassung der Prozessstrukturen reichen. Es wird eine Referenzarchitektur vorgeschlagen, die zu diesem Zweck operative und dispositive Anwendungssysteme über das gpDWH-System integriert. Der Herausforderung der stetigen Anpassung von Geschäftsprozessen und damit der zugehörigen Anwendungssysteme wird zum einen durch die Grundsätze der Komponentenorientierung begegnet. Zum anderen wird ein Datenschema für gpDWH-Systeme vorgeschlagen, das als stabil im Falle sich verändernder Prozesse angesehen werden kann. Zur Anwendung in betrieblichen Szenarien sowie zur Unterstützung des Entwicklers wird eine Entwicklungsmethodik mit Berücksichtigung von Referenzarchitektur und Datenschema bereitgestellt. Als Grundlage dienen dabei das etablierte Semantische Objektmodell (SOM) sowie das Semantische Data-Warehouse-Modell (SDWM). Die resultierende Methodik ist jedoch auch unabhängig von diesen Ansätzen gültig und anwendbar. Die Konzeption operativer und dispositiver Anwendungssysteme, deren Integration sowie Entwicklung stellen komplexe Tätigkeiten dar. Zur Beherrschung dieser Komplexität folgt die gestaltungsorientierte Arbeit der durchgängigen Metapher von Angebot und Nachfrage. Anhand dieser werden Teilsysteme gebildet und jeweils auf Aufgaben- und Aufgabenträgerebene beschrieben. Zur Demonstration und zum Nachweis von Referenzarchitektur, Datenschema und Entwicklungsmethodik dient eine durchgehende Fallstudie zur Vermietung von Elektrofahrzeugen

Collaborative construction scheduling based on building information models

Im Rahmen des sich derzeit vollziehenden Wandels von der segmentierten, zeichnungsorientierten zur integrierten, modellbasierten Arbeitsweise bei der Planung von Bauwerken und ihrer Erstellung werden Computermodelle nicht mehr nur für die physikalische Simulation des Bauwerksverhaltens, sondern auch zur Koordination zwischen den einzelnen Planungsdisziplinen und Projektbeteiligten genutzt. Die gemeinsame Erstellung und Nutzung dieses Modells zur virtuellen Abbildung des Bauwerks und seiner Erstellungsprozesse, das sog. Building Information Modeling (BIM), ist dabei zentraler Bestandteil der Planung. Die Integration der Terminplanung in diese Arbeitsweise erfolgt bisher jedoch nur unzureichend, meist lediglich in der Form einer nachgelagerten 4D-Simulation zur Kommunikation der Planungsergebnisse. Sie weist damit im Verhältnis zum entstehenden Zusatzaufwand einen zu geringen Nutzen für den Terminplaner auf. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die tiefere Einbettung der Terminplanung in die modellbasierte Arbeitsweise. Auf Basis einer umfassende Analyse der Rahmenbedingungen und des Informationsbedarfs der Terminplanung werden Konzepte zur effizienten Wiederverwendung von im Modell gespeicherten Daten mit Hilfe einer Verknüpfungssprache, zum umfassenden Datenaustausch auf Basis der Industry Foundation Classes (IFC) und für das Änderungsmanagement mittels einer Versionierung auf Objektebene entwickelt.Die für die modellbasierte Terminplanung relevanten Daten und ihre Beziehungen zueinander werden dabei formal beschrieben sowie die Kompatibilität ihrer Granularität durch eine Funktionalität zur Objektteilung sichergestellt. Zur zielgenauen Extraktion von Daten werden zudem Algorithmen für räumliche Anfragen entwickelt. Die vorgestellten Konzepte und ihre Anwendbarkeit werden mittels einer umfangreichen Pilotimplementierung anhand von mehreren Praxisbeispielen demonstriert und somit deren praktische Relevanz und Nutzen nachgewiesen.In context of the current change from a segmented, drawing based to an integrated, model based planning approach for buildings and their construction processes, computer models are no longer used for physical simulations of structural characteristics only, but also as basis for coordination between different design disciplines and stakeholders. Thereby the collaborative compilation and utilisation of such a model which serves as virtual representation, the so called Building Information Modeling (BIM), is within the core of the new planning approach. But currently, construction sequence planning is only insufficiently integration in this new approach and mostly limited to a subsequent 4D-Simulation for communication of scheduling results. Consequently accruing additional effort for the model use cannot be fully justified by the resulting benefits. Therefore subject of the present thesis is a deeper integration of construction sequence planning into the model based way of working. Starting from a comprehensive analysis of general conditions and information needs during scheduling, concepts of a linking language for efficient reuse of model data, complete data exchange based on Industry Foundation Classes (IFC) and change management based on object versioning are presented. Data used during scheduling and its inherent relationships are described formally and a functionality of object splitting is developed to ensure the compatibility of data granularity. For the sake of target precise data extraction, algorithms of spatial queries are presented. All concepts are implemented in an extensive software package and their practical application is demonstrated by several examples

Modell zur datenbankgestützten Planung automatisierter Montageanlagen

Die Entwicklung rechnergestützter Planungswerkzeuge für die Montage ist für die gegenwärtigen Automatisierungsbestrebungen in der Montage von grundlegender Bedeutung. Die vorliegende Arbeit verfolgte eine dreifache Zielsetzung. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage sollte dazu dienen, das Wissen über an der Montage beteiligte Komponenten zu systematisieren und zu klassifizieren. Es sollte zusätzlich ein Beitrag geleistet werden, bestehende Lücken in der Planungssystematik für die Montage zu schließen. Ein besonderes Anliegen war es, zu zeigen, wie Datenbanken entworfen werden können, mit denen einzelne Planungswerkzeuge zu einem Gesamtsystem integriert und damit effektiver genutzt werden können. Zunächst wurden die entsprechenden Aufgabenstellungen in Kapitel 2 kurz vorgestellt und gezeigt, daß dem Einsatz von Datenbanken in einer Verfahrenskette zur Montageplanung eine zentrale Bedeutung zukommt. Bisher wurden Datenbanken im Bereich der Montageplanung jedoch kaum genutzt. Dies wird hauptsächlich darauf zurückgeführt, daß die vorwiegend für kommerzielle Anwendungen entwickelten Datenbankmanagementsysteme für technische Anwendungen nur unzureichend geeignet sind und der Datenbankentwurf sich als eine sehr komplexe Aufgabenstellung darstellt. Kapitel 3 enthält eine Einführung in die Begriffswelt der Datenbanktechnologie. Besonderer Wert wurde auf die Darstellung der Methoden zum Datenbankentwurf gelegt. Es wurde der Weg von der Bedarfsanalyse bis zum implementierfähigen konzeptionellen Schema aufgezeigt. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage wurde in Kapitel 4 durchgeführt. Die Montage wurde dazu auf ein soziotechnologisches Modell abgebildet, welches eine klare Abgrenzung der einzelnen an der Montage beteiligten Komponenten ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Systemanalyse dokumentieren, daß die Systemtechnik ein unerläßliches Hilfsmittel darstellt, um zu einer strukturierten Beschreibung eines so komplexen Problemkreises, wie ihn die Montage darstellt, zu gelangen. In Kapitel 5 wurde der Ablauf der systematischen Montageanlagenplanung analysiert. Um die Lücke in der systematischen Montageplanung zwischen der Beschreibung der Montageaufgabe und der Erstellung des Montagelayouts zu schließen, wurde ein neues Verfahren zur Montageablaufbeschreibung entwickelt. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß anhand einer operationalen Beschreibung des Montageablaufs direkt, geeignete Wirkorgane und Geräte zur Durchführung der Montage, aus einer Datenbasis ausgewählt werden können. Diese beiden Kapitel bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines konzeptionellen Schemas, mit dem der gesamte Ablauf der Montageplanung, wie er in Kapitel 5 dargestellt wurde, unterstützt werden kann. Es wurden zunächst semantische Schemata für die einzelnen Planungsschritte entworfen und diese dann zu einem gemeinsamen konzeptionellen Schema integriert. Zum Abschluß der Arbeit wurden die Implementierung einer Datenbank nach diesem konzeptionellen Schema und exemplarische Realisierungen von Anwenderprogrammen, die mit dieser Datenbank arbeiten, vorgestellt. Die Arbeit hat gezeigt, daß schon durch die für die Vorbereitung eines Datenbankeinsatzes erforderliche systematische Betrachtung der Montage wesentliche Erkenntnisse zur Montageplanung gewonnen werden können. Zudem kann auch mit derzeit verfügbaren Datenbankmanagementsystemen, trotz der in Kapitel 3 angesprochenen Unzulänglichkeiten, eine wirkungsvolle Unterstützung der rechnergestützten Montageplanung erreicht werden, indem der Eingabeaufwand für einzelne Anwendungsprogramme erheblich reduziert und Fehler durch redundante Datenspeicherung weitgehend vermieden werden.The development of computer-aided planning tools for assembly is of fundamental importance for the current automation efforts in assembly. The present work pursued a threefold objective. A systematic view of the assembly should serve to systematize and classify the knowledge about components involved in the assembly. An additional contribution should be made to close existing gaps in the planning system for assembly. A particular concern was to show how databases can be designed, with which individual planning tools can be integrated into an overall system and thus used more effectively. First, the corresponding tasks were briefly presented in Chapter 2 and it was shown that the use of databases in a process chain for assembly planning is of central importance. So far, databases in the area of assembly planning have hardly been used. This is mainly attributed to the fact that the database management systems, which were developed primarily for commercial applications, are insufficiently suitable for technical applications and the database design presents itself as a very complex task. Chapter 3 introduces the conceptual world of database technology. Particular emphasis was placed on the presentation of the methods for database design. The path from the needs analysis to the implementable conceptual scheme was shown. A system-technical examination of the assembly was carried out in chapter 4. For this purpose, the assembly was mapped onto a socio-technological model, which enables a clear demarcation of the individual components involved in the assembly. The results of this system analysis document that the system technology is an indispensable aid in order to arrive at a structured description of such a complex problem as the assembly represents. In Chapter 5, the process of systematic assembly system planning was analyzed. In order to close the gap in the systematic assembly planning between the description of the assembly task and the creation of the assembly layout, a new procedure for the assembly process description was developed. This method is characterized in that, based on an operational description of the assembly process, suitable active elements and devices for carrying out the assembly can be selected directly from a database. These two chapters formed the basis for the development of a conceptual scheme that can be used to support the entire assembly planning process, as described in Chapter 5. First, semantic schemes for the individual planning steps were designed and then integrated into a common conceptual scheme. At the end of the work, the implementation of a database according to this conceptual scheme and exemplary implementations of user programs that work with this database were presented. The work has shown that the systematic consideration of assembly required for the preparation of a database deployment can provide essential insights into assembly planning. In addition, with the currently available database management systems, despite the shortcomings mentioned in Chapter 3, effective support for computer-aided assembly planning can be achieved by considerably reducing the input effort for individual application programs and largely avoiding errors due to redundant data storage

Entwicklung eines caBIG-Dienstes zur Konvertierung von Genbezeichnungen zwischen den Benennungssystematiken verschiedener Gendatenbanken

Im Rahmen der interdisziplinären Leberkrebsforschung des ‚SFB/TRR 77’ ‚Leberkrebs von der molekularen Pathogenese zur zielgerichteten Therapie’ fallen Genomdaten an, welche in unterschiedlichen Formaten gespeichert werden. Der ‚SFB/TRR 77’ wird technisch durch die integrierte Informationsplattform ‚pelican’ (platform enhancing livercancer networked research) unterstützt. ‚pelican’ erlaubt Forschern ihre (Genom-)Daten zentral zu speichern und Daten von anderen Projekten einzusehen. Die Informationsplattform ist nach dem Prinzip der modernen service-orientierten Architektur (SOA) aufgebaut, nach welcher Dienste über einheitliche Schnittstellen an unterschiedlichen Orten spezifische (Teil-)Aufgaben erfüllen, um so größere Prozesse zu realisieren. Damit die Genomdaten für umfassende Analysen einheitlich zur Verfügung stehen, bedarf es eines Genkonvertierungs-Dienstes zur Abbildung von Genbezeichnungen aufeinander, der in die SOA von ‚pelican’ integriert werden kann. Verschiedene Gendatenbanken und biomedizinische Standards wurden auf ihre Eignung untersucht, Gene eindeutig zu identifizieren. Auch die Tools des ‚cancer Biomedical Informatics Grid’ (caBIG) werden auf Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung einer eindeutigen Genidentifikation analysiert. Aus den verschiedenen Genidentifikationsmöglichkeiten wird eine optimale Methode ausgewählt, mit der im Genkonvertierungs-Dienst gearbeitet werden kann. Diese ist das ‚Gensymbol’, da es Gendatenbank übergreifend ist und von dem Human Genome Organisation (HUGO) Gene No-menclature Committee (HGNC) standardisiert wird. Die Daten aus der HGNC-Datenbank werden in eine eigene MySQL-Datenbank transferiert. Auf Basis dieser Datenbank wird ein Webservice entwickelt, der dann in die SOA der Informationsplattform eingebunden werden kann. Der erstellte Webservice steht zur Abfrage von Genomdaten bereit. Mittels entsprechenden Tests wird die Funktionalität des neuen Services validiert

Schnittstellenkonzepte in Tumordokumentationssystemen

Zielsetzung für diese Entwicklung war der Einsatz als Kommunikationsschnittstelle für das Gießener Tumordokumentationssystem GTDS (GTDS: ein Dokumentationssystem zur Erfassung klinischer Daten zu Diagnostik, Therapie und Verlauf von Tumorerkrankungen). Für den Datenaustausch mit Tumorzentren und onkologischen Schwerpunkten war es erforderlich eine Schnittstelle in das GTDS zu integrieren, die die Voraussetzungen, die an die Übertragung komplexer Dateninhalte und Datenstrukturen gestellt werden, erfüllt. Mit Hilfe dieser Schnittstelle sollte es ermöglicht werden, durch unkomplizierte und transparente Konfiguration eine Anpassung der Datenkommunikation an weitere auch komplexe Schnittstellen anderer Anwendungsprogramme, die zudem möglicherweise keinem Datenaustauschstandard folgen, leicht durchzuführen. Ausgehend von der Notwendigkeit der Etablierung eines einheitlichen Standards für den Datenaustausch in der medizinischen Datenverarbeitung wird ein Überblick über die zur Zeit in den Vereinigten Staaten und Europa eingesetzten Kommunikationsprotokolle gegeben. Datenaustauschprotokolle, die eine große Verbreitung gefunden haben bzw. von denen wichtige Impulse für zukünftige Entwicklungen ausgehen, werden in Aufbau, Struktur und Regelwerk vorgestellt. Von diesen Kommunikationsprotokollen ausgehend, werden Ansätze zu zukünftigen internationalen gemeinsamen Datenaustauschprotokollen für den Gesundheitsbereich vorgestellt. Für die vorliegende Arbeit über Schnittstellenkonzepte ist die objekt-orientierte Betrachtungsweise Grundlage. Dargestellt wird die Methodik / Vorgehensweise für den Entwurf eines allgemeinen Datenmodells GMD (General Data Model) basierend auf dem Ansatz der objekt-orientierten Analyse nach Coad/Yourdon. Darauf aufbauend wird ein Objektmodell für die Tumordokumentation entwickelt, welches als Basiskonzept zur Entwicklung von Nachrichteninhalten und deren Strukturierung für die Daten-kommunikation zwischen Anwendungen im Bereich der Tumordokumentation dient. An Beispielen werden Beschreibungssegmente vorgestellt, die inhaltlich, ausgerichtet am Kommunikationsmodell für die Tumordokumentation, den Austausch von Basisnachrichten abdecken. Dieses Konzept wird anschließend auf einen gewählten Standard eines Datenaustausch- bzw. Nachrichtenformates angewandt. Ergebnis dieser Arbeit war die Erstellung von Standardschnittstellen, basierend auf den Protokollen HL7 (Health Level Seven) und BDT (Behandlungsdatenträger). Sie ermöglichen durch ihren Funktionsumfang im Übertragungsfall einen vollständigen Datenaustausch der Inhalte der Tumordokumentation

Ein internetbasiertes Gebäudedatenrepositorium als lebenszyklusorientierte Integrationsplattform

Der Raum dient während der Nutzung als entscheidende Referenzgröße zur Handhabung der Gebäudeinformationen. Ein raumbezogener Gebäudebeschrieb und die Verwaltung eines dynamischen Raumbuches als Daten-Repositorium stellt daher eine entscheidende Grundlage für eine effiziente Nutzung, Wartung und Modernisierung wie auch für eine fortschreibende Gebäudehistorie dar. Die Umsetzbarkeit der Konzepte wird anhand eines Prototypen validiert