Software-unterstützte Erzeugung von mathematischen Modellen zur biotechnologischen Prozessführung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Modellerzeugung für Fermentationen mit Mikroorganismen zu automatisieren und somit zu erleichtern. Mit Hilfe der hierfür entwickelten Methoden und des Programms Modellstrukturgenerator können mit wenig Aufwand Modelle für ein bestehendes Prozessentwicklungs- und -führungssystem erstellt werden. Der Modellstrukturgenerator arbeitet dafür zwei Schritte ab: Zunächst werden aus gegebenen Reaktionsformeln standardisierte Modellgleichungen formuliert, danach werden daraus ausführbare Programme erzeugt. Wesentlicher Teil dieser Dissertationsschrift ist daher der Aufbau informationstheoretischer Strukturen zur Erreichung des obigen Ziels. Die Automatisierung der Modell-Programmierung ermöglicht es außerdem, ohne zusätzlichen Aufwand, zahlreiche Modellvarianten erstellen zu lassen. Diese können mit weiteren Funktionen automatisch an vorhandene Messdaten angepasst und somit ihre Eignung beurteilt werden. Der Benutzer muss sich somit nicht von vornherein auf eine konkrete Modellimplementierung beschränken, stattdessen kann er nach der Evaluierung die geeignetste Variante auswählen. Dabei kann die Situation auftreten, dass nicht klar entschieden werden kann, mit welchem Modell weitergearbeitet werden soll. Daher wurde für die Planung von Prozessen (Trajektorienplanung) die vorhandene Funktion so erweitert, dass mehrere Modelle parallel berücksichtigt werden. Auch können Versuche eigens so geplant werden, dass Unterschiede zwischen Modellen herausgearbeitet werden (modelldiskriminierende Versuchsplanung). Die Anwendung dieser beiden Multimodell-Planungsverfahren wird in dieser Arbeit ebenfalls vorgestellt.