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.