Der digitale Wandel bewirkt tiefgreifende Veränderungen in allen gesellschaftlichen Bereichen. Ebenso werden alle Bereiche der Industrie, aber auch alle Infrastrukturen einem Wandel durch die Möglichkeiten des digitalen Zeitalters unterworfen. Exemplarisch zu nennen sind hier insbesondere: „Industrie 4.0“ -die umfassende Digitalisierung der industriellen Produktion-, „Smart Cities“ -die vernetzte Stadt der Zukunft- und „Building Information Modeling“ (BIM) -die optimierte Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Anlagen, Bauwerken und Infrastrukturen-.

Im Lebensdauerzyklus von exponierten technischen Konstruktionen des Ingenieurwesens wird die Zustandsanalyse vorgeschrieben, um Funktion und Sicherheit in dem Betrieb zu realisieren. Die „BIM – Methoden“ sind z.Z. auf die Phasen Planung und Ausführung fokussiert. Der eigentliche Nutzen der Digitalisierung wird in der Nutzungsphase oder der Bewirtschaftungsphase zu erwarten sein. Damit ist die Frage verbunden, wie die Digitalisierung in dieser dritten Phase erfolgen kann, um insbesondere eine nachhaltige und ressourcenschonende Zustandsanalyse in den „BIM – Prozess“ einzubinden. Gesamtziel ist die Erstellung eines o.g. Demonstrators.

In diesem o.g. Kontext sollen insbesondere unterschiedliche Prozesse von Infrastrukturen Berücksichtigung finden. Der Ansatz und die damit verbundene Digitalisierung wird grundsätzlich methodisch und informationstechnisch sehr allgemeingültig erfolgen, um eine wünschenswerte vielfältige Übertragbarkeit zu gewährleisten. Die Realisierung soll auf zu erfassenden Prozessdaten basieren, die modellorientiert zu bewerten sind. Der Focus liegt dabei auf einer breiten Anwendbarkeit dieser Methodik, die von typischen großen Infrastrukturen exponierter Sonderbauwerke - z.B. Brücken und Türme - bis hin zu Spezial- und Sonderbereichen von Kliniken und der Medizintechnik des Gesundheitswesens - z.B. Bewirtschaftung von Kliniken und Operationssälen der Chirurgie - erfolgen wird. Deshalb ist eine enge Kooperation zwischen den Partnern a) dem Interdisziplinären Zentrum für Computergestützte Chirurgie (ICCAS) Prof. Neumuth und b) der HTWK-Leipzig Prof. Lenzen erforderlich.

Um Nutzen aus dem Daten- und Informationsfluss zu erhalten, sind intelligente Systeme und Methoden zur Analyse zwingend erforderlich; vorteilhaft kann hierbei zusätzlich eine zu definierende Echtzeitfähigkeit sein. Klassische Analysemethoden arbeiten überwiegend statisch, die Daten werden zunächst gespeichert und dann einem Analyseschritt zugeführt. Diese Vorgehensweise ist im Rahmen der Digitalisierung in der BIM-Nutzungsphase, bedingt durch den Datenfluss, nicht zielorientiert. Erforderlich ist eine prozessorientierte und echtzeitorientierte Analyse der Daten, mit dem Ziel deren Reduktion auf relevante und signifikante Informationen.

Die Methoden sollen zunächst theoretisch entwickelt und in Algorithmen implementiert werden. Die Validierung erfolgt auf drei Ebenen: Laborexperiment, Technikumsmaßstab und reale großformatige Struktur. Hierzu werden die modularen Experimentierfelder (Labor/Freifeld Nieperbau) der HTWK Leipzig als zentrale Strukturen für die Erzeugung des Datenflusses genutzt.

Abbildung 1: Process Mining

Die Kernthematik des Promotionsvorhabens ist unter dem Begriff Process Mining visualisiert. Die Kette von Datenentstehung bis hin zur Rückkommunikation mit dem Experten soll untersucht werden. Dabei sollen Methoden der Modellbildung, Echtzeitdatenverarbeitung sowie Prozess- und Datenanalyse basierend auf der linearen Algebra und Stochastik untersuch werden und die Erstellung eines Prototyps erfolgen. Eine systematische Darstellung des Process Mining mit abgeleiteten Projektzielen wird in Abbildung 1 skizziert.