Jürgen Frank
Dr. sc. hum.
Sensitivitätsanalyse in wissensbasierten Konstruktionssystemen
Geboren am 11. 10. 1966 in Kassel.
Reifeprüfung am 2.6.1986 in Kassel.
Studiengang der Fachrichtung Medizinische Informatik vom WS 1988 bis SS 1994.
Vordiplom am 13. 12. 1989 an der Universität Heidelberg / Fachhochschule Heilbronn.
Diplom am 24. 6. 1994 an der Universität Heidelberg / Fachhochschule Heilbronn.
Promotionsfach: Medizinische Biometrie und Informatik
Doktorvater: Prof. Dr. rer.nat. Th. Wetter
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Sensitivitätsanalyse in wissensbasierten
Konstruktionssystemen. Es wird untersucht, ob und wie Methoden der Sensitivitätsanalyse
eingesetzt werden können, um die Nutzbarkeit wissensbasierter Konstruktionssysteme zu
verbessern. Ziel ist es, eine Methodik für die Sensitivitätsanalyse in wissensbasierten
Konstruktionssystemen zu entwickeln, sie anhand eines Anwendungsbeispiels umzusetzen und zu
evaluieren sowie die Übertragbarkeit auf andere Konstruktionssysteme zu beurteilen.
In Kapitel 2 werden Grundlagen zum Konstruktionsproblem und zur Sensitivitätsanalyse
erarbeitet, sowie der bisherige Einsatz von Sensitivitätsanalysemethoden in Konstruktionssystemen
vorgestellt. Die Aufgabe von Konstruktionssystemen ist, ausgehend von einer Startsituation, einer
Zielvorgabe und einer Menge von Konstruktionsoperatoren, aus den Operatoren ein Konstrukt
zusammenzusetzen, das die Zielvorgabe erfüllt. Im Unterkapitel 2.1 wird zunächst eine Klärung der
Terminologie vorgenommen und das Konstruktionsproblem formal definiert. Anschließend werden
verschiedene Modelle des Konstruierens vorgestellt und verglichen. Bei einer Sensitivitätsanalyse
wird untersucht, wie sich die gezielte Änderung von Parametern eines Modells auf das Verhalten
des Modells auswirkt. In einem weiteren Unterkapitel werden Grundlagen der Sensitivitätsanalyse
vorgestellt und eine operationale Definition des Begriffs ‘Sensitivität’ vorgenommen.
In Kapitel 3 wird ein Modell der Sensitivitätsanalyse in Konstruktionssystemen entwickelt. Die
Abbildung von Komponenten eines Konstruktionsmodells auf die Komponenten des
Sensitivitätsanalysemodells ist dabei abhängig von der jeweiligen Sensitivitätsanalyse-
Fragestellung. Bei der Anwendung von Sensitivitätsanalysemethoden auf wissensbasierte
Konstruktionssysteme müssen zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden, beispielsweise dass
Parameter und Variablen nicht durchgehend quantitativ sind, sondern beliebige Skalentypen haben
können. Dies führt zu einer Revision der Definitionen zur Operationalisierung des
Sensitivitätsbegriffes. Die Nutzung von Simulationsverfahren zur Durchführung von
Sensitivitätsanalysen wird beschrieben, da Konstruktionsmodelle im Allgemeinen mathematisch
nicht geschlossen behandelt werden können. Das in Kapitel 2 definierte Konstruktionsmodell wird
verfeinert und bezüglich der Nutzung von Domänenwissen und Problemlösewissen für die Planung
und Durchführung von Sensitivitätsanalysen untersucht. Schließlich werden die einzelnen Schritte
in einem Vorgehensmodell für die Sensitivitätsanalyse in wissensbasierten Konstruktionssystemen
zusammengeführt.
Das Vorgehensmodell wird in Kapitel 4 anhand des Projekts ‘Galenisches Entwicklungs-System
Heidelberg (GSH)’ erprobt. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein wissensbasiertes
Konstruktionssystem für die pharmazeutisch-technologische Entwicklung von Arzneiformen
entwickelt. Es stehen Wissensbanken für verschiedene Arzneiformen (z.B. Injektionslösungen,
Pulvermischungen in Hartgelatinekapseln, Tabletten) zur Verfügung. In Unterkapitel 4.1 wird
zunächst eine Einführung in das Anwendungsgebiet gegeben und anschließend das im GSH-Projekt
entwickelte statische Wissens- und Problemlösemodell dargestellt. In Unterkapitel 4.2 werden
verschiedene Fragestellungen identifiziert, die bei der Entwicklung und Pflege einer Wissensbank
bzw. der Nutzung des Systems zur Entwicklung eines Arzneimittels relevant sind und bislang mit
Hilfe des GSH-System nicht einfach beantwortet werden konnten. Die Fragestellungen werden
anhand des in Kapitel 3 entwickelten Vorgehensmodells analysiert. Es zeigt sich, dass die
Fragestellungen relativ einfach mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen beantwortet werden können und
eine verbesserte Nutzbarkeit des Galenischen Entwicklungs-Systems Heidelberg zu erwarten ist.
Es wird davon ausgegangen, dass die Übertragbarkeit auf andere Konstruktionssysteme ohne
große Probleme möglich ist, da sowohl das Konstruktionsmodell als auch das darauf aufbauende
Vorgehensmodell so allgemein wie möglich gehalten wurden. Die Abbildung vom
Konstruktionsmodell auf das Sensitivitätsanalysemodell ist in jedem Fall von den Eigenschaften des
jeweiligen Konstruktionsproblems abhängig.
