Interaktive Datenanalyse bei biotechnischen Prozeßdaten
Wiechert, Wolfgang (Corresponding author)
Publikationen vor 2000; PRE-2000; Retrocat
Jülich Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag 1991
XXI, 408 p.
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Berichte des Forschungszentrums Jülich 2457
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Please use the identifier: http://hdl.handle.net/2128/18874 in citations.
$\textbf{Konzeption}$ Die vorliegende Dissertation stellt ein Konzept zur Analyse biotechnischer Prozeßdaten vor. Es orientiert sich an den Anforderungen der Bioprozeßüberwachung und -kontrolle und vereinigt bestehende sowie neu vorgestellte Ansätze in einem einheitlichen Rahmen. Der experimentelle Zyklus der Verfahrensentwicklung teilt sich hierbei auf in die interaktive Arbeit am Datenanalyse-Rechner (graphische Workstation) und die Durchführung des Experiments, bei der die zuvor konfigurierten Datenanalyse-Bausteine zum Einsatz kommen können (Downloading auf einen Prozeßrechner). Aufgrund einer Analyse der Datenlage und der experimentellen Situation in der Biotechnologie sowie diverser Simulationsbeispiele ist eine generelle Einengung des Methodenspektrums nicht begründbar. Esmüssen daher • deterministische (auf Differentialgleichungen basierende), • stochastische (auf stochastischen Prozessen basierende), • statistische (auf Modellen der Statistik basierende) und • logisch-heuristische Ansätze zu einem Hybridkonzept vereinigt werden. Das Konzept erlaubt die Anwendung verschiedenster Methodenund ihre Kombination durch Vernetzung. Die entstehenden Netzwerke von Datenanalysebausteinen können dynamisch verändert werden (Modell- bzw. Methodenwechsel bei Phasenübergängen). Insbesondere wird die Integration regelungstechnischer Elemente in regelbasierte Überwachungsstrategien ermöglicht.$\textbf{Stoffwechselmodellierung}$ Auf dem Gebiet der Stoffwechselmodellierung ermöglicht die Begriffsbildung der verallgemeinerten Reaktionsgleichungen in Kombination mit der Annahme abstrakter zellinterner Intermediate eine unifizierende Theorie. Sie vereinigt unter anderem bestehende Konzepte der phänomenologischen Modellierung, des Pathway Modelling und der Wachstumsbeschreibung durch globale Reaktionsgleichungen. Für alle Ansätze ist ein allgemeines Stoffwechsel-Modell des Typs X = N $\cdot$ X$_{1}$ $\cdot$ r(X) (X Zustandsvektor, speziell X$_{1}$ die Biomasse, N stöchiometrische Matrix, r(X) Vektor der spezifischen Reaktionsraten) begründbar. Für die klassischen phänomenologischen Wachstumsmodelle kann ferner eine von klaren Grundannahmen ausgehende deduktive Herleitung gegeben werden. Diese axiomatische Vorgehensweise wird am einfachen linearen Stoffwechselmodell, am Erhaltungsstoffwechselmodell und ameinem Backhefemodell mit Flaschenhalseffekt demonstriert. Die exakte Stöchiometrie des Stoffwechsels muß für die Aufstellung des allgemeinen Modells nichtbekannt sein. Die Bilanzierung kann mittels einer Erhaltungsmatrix E mit E $\cdot$ X = 0 $\longrightarrow$ E $\cdot$ N = 0 nachträglich durchgeführt werden. [...]