Describing orbitopes by linear inequalities and projection based tools

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2011

Polyhedral and combinatorial aspects in optimization

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Habil.-Schr., 2012

Bioinformatische Identifizierung und Charakterisierung von Zyklin-abhängigen Kinasen und Zyklinen des Parasiten Eimeria tenella und deren Nutzung im rationalen Wirkstoffdesign

Parasiten der Apicomplexa umfassen sowohl humanpathogene, als auch tierpathogene Protozoen. Beispiele für wichtige Vertreter human- und tierpathogener Parasiten sind Plasmodium falciparum und Eimeria tenella. E. tenella verursacht die Kokzidiose des Hühnchens, eine Darmerkrankung die weltweit für Verluste in einer geschätzten Höhe von bis zu 3 Milliarden US$ verantwortlich zeichnet. Eine prophylaktische Vakzinierung gegen diese Krankheit ist ökonomisch meist ineffizient, und eine Behandlung mit Kokzidiostatika wird durch häufige Resistenzbildung gegen bekannte Wirkstoffe erschwert. Diese Situation erfordert die Entwicklung neuer kostengünstiger Alternativen. Geeignete Zielproteine für die Entwicklung neuartiger Arzneistoffe zur Behandlung der Kokzidiose sind die Zyklin-abhängigen Kinasen (CDKs), zu denen auch die CDK-related Kinase 2 (EtCRK2) aus E. tenella gehört. Diese Proteine sind maßgeblich an der Regulation des Zellzyklus beteiligt. Durch chemische Validierung mit dem CDK Inhibitor Flavopiridol konnte nachgewiesen werden, dass ein Funktionsverlust von CDKs in E. tenella die Vermehrung des Parasiten in Zellkultur inhibiert. E. tenella CDKs sind daher als Zielproteine für die Entwicklung einer Chemotherapie der Kokzidiose geeignet. Mittels bioinformatischer Tiefenanalysen sollten CDK Proteine im Parasiten E. tenella identifiziert werden. Das Genom von E. tenella liegt in Rohfassung vor [ftp://ftp.sanger.ac.uk]. Jedoch waren zum Zeitpunkt dieser Arbeiten viele Sequenzen des Genoms noch nicht annotiert. Homologe CDK Proteine von E. tenella konnten durch den Vergleich von Sequenzinformationen mit anderen Organismen der Apicomplexa identifiziert und analysiert werden. Durch diese Analysen konnten neben der bereits bekannten EtCRK2, drei weitere, bislang nicht annotierte CDKs in E. tenella identifiziert werden (EtCRK1, EtCRK3 sowie EtMRK). Darüber hinaus wurde eine Analyse der entsprechenden Zykline – der Aktivatoren der CDKs – bezüglich Funktion und Struktur, sowie eine Datenbanksuche nach bisher nicht beschriebenen Zyklinen in E. tenella durchgeführt. Diese Suchen ergaben vier neue potentielle Zykline für E. tenella, wovon EtCYC3a als Aktivator der EtCRK2 von María L. Suárez Fernández (Intervet Innovation GmbH, Schwabenheim) bestätigt werden konnte. Sequenzvergleiche lassen vermuten, dass auch EtCYC1 und EtCYC3b in der Lage sind, EtCRK2 zu aktivieren. Außerdem ist anzunehmen, dass EtCYC4 als Aktivator der EtCRK1 fungiert. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Suche und Optimierung nach neuen Inhibitoren von CDKs aus E. tenella. In vorangegangenen Arbeiten konnten bereits Inhibitoren der EtCRK2 gefunden werden [BEYER, 2007]. Mittels Substruktur- und Ähnlichkeitssuchen konnten im Rahmen dieser Arbeit weitere Inhibitoren der EtCRK2 identifiziert werden. Vier dieser Strukturklassen erfüllen die Kriterien einer Leitstruktur. Eine dieser Leitstrukturen gehört zur Strukturklasse der Benzimidazol-Carbonitrile und ist bislang nicht als Inhibitor anderer Kinasen beschrieben. Diese neu identifizierte Leitstruktur konnte in silico weiter optimiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Bindungsenergien von Vertretern dieser Strukturklasse berechnet, um einen wahrscheinlichen Bindemodus vorherzusagen. Für die weiterführende in silico Optimierung wurde eine virtuelle kombinatorische Substanzbibliothek dieser Klasse erstellt. Die Auswahl geeigneter Verbindungen für eine chemische Synthese erfolgte durch molekulares Docking unter Nutzung von Homologiemodellen der EtCRK2. Darüber hinaus wurde ein in silico Screening nach potentiellen Inhibitoren der PfMRK und EtMRK durchgeführt. Dabei konnten weitere interessante virtuelle Hit-Strukturen aus einer Substanzdatenbank kommerziell erhältlicher Verbindungen gefunden werden. Durch dieses virtuelle Screening konnten jeweils sieben Verbindungen als virtuelle Hits der PfMRK sowie der EtMRK identifiziert werden. Die Häufung von Strukturklassen mit bekannter CDK Aktivität deutet darauf hin, dass während des virtuellen Screenings eine Anreicherung von CDK Inhibitoren stattgefunden hat. Diese Ergebnisse lassen auf eine Weiterentwicklung neuer Wirkstoffe gegen Kokzidiose und Malaria hoffen.

Contributions to exact approaches in combinatorial optimization

The focus of this thesis is to contribute to the development of new, exact solution approaches to different combinatorial optimization problems. In particular, we derive dedicated algorithms for a special class of Traveling Tournament Problems (TTPs), the Dial-A-Ride Problem (DARP), and the Vehicle Routing Problem with Time Windows and Temporal Synchronized Pickup and Delivery (VRPTWTSPD). Furthermore, we extend the concept of using dual-optimal inequalities for stabilized Column Generation (CG) and detail its application to improved CG algorithms for the cutting stock problem, the bin packing problem, the vertex coloring problem, and the bin packing problem with conflicts. In all approaches, we make use of some knowledge about the structure of the problem at hand to individualize and enhance existing algorithms. Specifically, we utilize knowledge about the input data (TTP), problem-specific constraints (DARP and VRPTWTSPD), and the dual solution space (stabilized CG). Extensive computational results proving the usefulness of the proposed methods are reported.

Relevanz von Änderungen für Datenbestände mobiler Clients

Aufgrund der Entwicklungen auf dem Sektor der Mobiletelefone ist davon auszugehen, dass die Anzahl kleiner, leichtgewichtiger mobiler Endgeräte, welche als Clients von Datenbanksystemen genutzt werden, weiter ansteigt. Ein wesentliches Problem in diesem Szenario ist die langsame und teure Datenübertragung in Funknetzwerken. Aus Sicht der Nutzer derartiger Technologien ist es somit nicht sinnvoll bzw. wünschenswert, Daten, welche keinen direkten Nutzen für sie bieten, auf das Mobilgerät zu übertragen. Des Weiteren werden einmal empfangene Daten lokal gespeichert und wiederverwendet (Caching). Ändern sich Daten auf dem Server des Informationssystems, müssen die mobilen Clients, welche von einer Änderung betroffen sind, ermittelt und darüber informiert werden. Im Rahmen dieser Dissertation wird gezeigt, dass eine derartige exakte Relevanzprüfung nur mithilfe der Daten in der Datenbank realisiert werden kann. Andere Verfahren, welche das Problem auf semantischer Ebene adressieren, funktionieren nur, wenn die unterstützte Anfragesprache stark eingeschränkt wird und können selbst dann zur falschen Feststellung einer Relevanz führen. Insbesonderen in Informationssystemen mit einer großen Anzahl mobiler Clients kommt es dazu, dass verschiedene Nutzer gleiche oder zumindest ähnliche Anfragen stellen. Diese Eigenschaft wird hier genutzt, um basierend auf einer speziellen Anfragenotation syntaktisch gleiche Teile mehrerer Anfragen gemeinsam auf Relevanz zu testen. Hierzu werden die Anfragen in einem Anfragebaum gespeichert, welcher die IDs der Clients referenziert. Die Relevanzprüfung erfolgt durch Traversieren des Baumes. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Anfrageindexstrukturen diskutiert und die Menge der notwendigen Relevanztest formal auf der Basis der Relationenmodells hergeleitet. Abschließend werden die theoretisch erarbeiteten Techniken evaluiert und Vorschläge für ihre Optimierung diskutiert.

Synthesis of plantwide control strategies using mixed integer optimization

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2012

Representations of lattice point sets : theory, algorithms, applications

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Habil.-Schr., 2006

Selbstparametrierende Steuerung für den Guss von Sanitärkeramik

In der Firma KERAMAG wird für den Guss von Sanitärkeramik das Hohlgussverfahren angewendet. Bei diesem Gießverfahren treten Fehlerbilder auf, die die Qualität negativ beeinflussen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist den Gießprozess zu optimieren, damit sich die komplexen physikalischen Eigenschaften des Schlickers weniger stark auf den technologischen Ablauf des Gießprozesses auswirken. Dazu wird eine intelligente Softwarelösung (automatische Eingießsteuerung)erarbeitet, die die herkömmliche elektromechanische Steuerung ablöst. Als erstes werden der Aufbau und die Funktionsweise der herkömmlichen Gießanlage analysiertund die Einflüsse auf den technologischen Ablauf des Gießprozess untersucht. Aus dengewonnenen Erkenntnissen der Analyse werden Lösungsansätze zur Optimierung desGießprozesses abgeleitet. Mit den Anforderungen die sich aus den Lösungsansätzen ergebenen, wird eine geeigneteHardware für die Steuerungskomponenten des Automatisierungssytems ausgewählt. Auf Grundlage der ermittelten Steuerungsaufgaben wird mit SIMATIC-STEP7 ein Automatisierungsprojekt erstellt. Dabei sind die behandelten Schwerpunkte die „Selbstparametrierung und Optimierung der Eingießkurve“ und die „gleitende Skalierung der Analogausgangsgröße des Proportional-Druckregelventils“. Die vorgeschlagenen Lösungen werden an einer Gießanlage installiert und es wird der Nachweis erbracht, dass die Aufgabenstellung vollständig umgesetzt werden konnte.

Umstellung der Basissoftware für die Auslegung und Planung von Kreiselpumpen und Kreiselpumpenanlagen

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Optimierung vorhandener Datensatzstrukturen und der damit korrelierenden Konzeptentwicklung eines charakteristischen Referenzdatensatzes pro Baureihe hinsichtlich der 4.Generation der Pumpenauslegungssoftware „Spaix 4 Pumps“. Die spezielle Anwendungssoftware zur Analyse und Bearbeitung KSB spezifischer Datensätze wird durch die Firma VSX - Vogel Software GmbH - bereitgestellt. Grundlegende Eigenschaften dieser Anwendungssoftware werden detailliert beschrieben. Insbesondere zwei wesentliche Spaix-Applikationen stehen für die Datensatzoptimierung zur Verfügung:Das System „Spaix 4 Pumps“ beinhaltet sowohl die Datenerfassung- und pflege als auch die anwenderseitige Auslegung in zwei voneinander unabhängigen Programmen. Es wird geprüft, ob die vorangestellte Datenmigration KSB spezifischer Datensätze unter Nutzung aller Funktionalitäten des o. g. Softwarekonzeptes die programmtechnische Basis für die Erstellung eines Soll-Datensatzes bilden. Kernthema der Arbeit ist nach der Erfassung und Analyse der Ist-Struktur eine Optimierung des vorliegenden Datenbestandes hinsichtlich notwendiger Strukturen für die Verwendung in „Spaix 4 Pumps“. Das von KSB vorgegebene Ziel ist die Reorganisation bzw. Umstellung des gesamten Datenbestandes mithilfe eines dafür entwickelten VBA Makro. Die Umsetzung erfolgt auf Grundlage des zu entwickelnden Referenzdatensatzes. Im Ergebnis der Arbeit wird festgestellt, dass das neue Softwareprodukt weitaus komplexer ist als die Vorläuferversion „Spaix® Classic V2“. Deshalb ist die Erstellung eines spezifischen Soll-Datensatzes gegenwärtig nicht abgeschlossen. Ursachen hierfür liegen in der begrenzten Verfügbarkeit systemrelevanter KSB spezifischer, aber auch VSX spezifischer Datensätze und der eingeschränkten Programmfunktionalitaet.

PassPork : Nachweis von pathogenen Keimen in Schweinefleisch

PassPork ist eine neuartige Methode zum Nachweis von pathogenen Keimen in Schweinefleisch. Oftmals sind mikrobielle Nachweismethoden langwierig, kostenintensiv oder zu komplex, aus diesem Grund haben sich europäische Forschungslabore zusammengeschlossen und an einer kostengünstigen, einfachen, schnellen und sensitiven Nachweismethode gearbeitet. Die PassPork-Methode arbeitet nach dem Lateral-Flow-Prinzip und somit besteht der Test aus einem LFD, in welches die Probe eingeführt wird und einem Reader, der die Proben auswerten kann. Alle Schritte von der Probenentnahme am Schlachthof, über die Probenpräparation im Labor und der Probenauswertung sollen validiert werden. Die Validierung erfolgt in drei Testreihen. Hierfür wird die PassPork-Methode mit klassischen Methoden verglichen. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Bestimmung des Detektionslimits, welches mit Hilfe von Glycerinkulturen ermittelt wird. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass die Methode derzeit noch zu unausgereift ist und Potential zur Optimierung besitzt. Die Methode kann in diesem Augenblick keine bestehenden, diagnostischen Schnellnachweismethoden ersetzten.

Molekularbiologische Charakterisierung mikrobieller Populationen in zweistufigen Biogasanlagen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von molekularbiologischen Methoden zur Identifizierung von Mikroorganismen, die in den Proben aus der Versäuerungsstufe von zweistufigen Biogasanlagen enthalten sind. Der Zellaufschluss und die DNA-Isolierung aus der Biomasse werden optimiert. Die Untersuchung der zu verschiedenen Zeitpunkten gelieferten Proben erfolgt mit folgenden Methoden: Bestimmung der Anzahl aerober Keime, Zellaufschluss und DNA-Isolierung, Kolonie-Polymerasekettenreaktion mit universellen Bakterienprimern und dem Anlegen einer Klonbibliothek. Durch die Optimierung der Methoden sollen möglichst viele Arten von Mikroorganismen identifiziert werden.

Entwicklung einer benutzerfreundlichen Software zur Berechnung von Rundfunk-Sendeantennen

Die Abteilung Sendertechnik des Norddeutschen Rundfunks betreibt die Sender zur Versorgung der Rundfunknutzer und befasst sich unter anderem mit der Planung und Optimierung von Sendeantennen. Das Ziel dieser Bachelorarbeit war die Entwicklung einer Software, mit der Horizontaldiagramme von Antennen erstellt, angepasst und dokumentiert werden können. Dafür wurde eine vorhandene LabVIEW-Software in ihren Grundzügen übernommen, in eine neue, in Java entwickelte Programmumgebung übertragen und dort erweitert und optimiert. Die Arbeit dokumentiert die Grundlagen der Sendeantennenplanung und die programmiertechnischen Entwicklungsschritte bis hin zur fertiggestellten und funktionsfähigen Software. Im Speziellen geht sie dabei auf die Berechnung von Antennensystemen, die Erstellung von Horizontaldiagrammen sowie die objektorientierte Programmierung und die Erstellung von grafischen Benutzeroberflächen ein. Dabei werden die einzelnen Entwicklungsschritte dokumentiert und erläutert sowie die Validierung der Software beschrieben.

Erstellung eines Prüfschemas für die sensorische Standardisierung von Margarine und Streichfetten

Die ernährungsphysiologische Notwendigkeit der Lebensmittel wird zunehmend von dem Wunsch der Verbraucher und Verbraucherinnen nach "Genuss" abgelöst. Der Erfolg eines Produktes ist daher unter anderem maßgeblich von seinen sensorischen Eigenschaften abhängig. Das Unternehmen Unilever Deutschland Produktions GmbH und Co. OHG am Standort Pratau produziert Margarine- und Streichfettprodukte. Die Optimierung und/oder Entwicklung neuer Produkte bezugnehmend auf die Bedürfnisse der Verbraucher und Verbraucherinnen ist auch in diesem Unternehmen ein permanentes Thema. Da die Lebensmittelsensorik einen wesentlichen Teil zu diesem Thema beitragen kann, ist das Ziel der hier vorliegenden Arbeit die Entwicklung eines Prüfschemas für die sensorische Standardisierung von Margarine und Streichfetten für das Unternehmen Unilever Deutschland Produktions GmbH und Co. OHG. Als Anregung für die Entwicklung des sensorischen Prüfschemas dient unter anderem das vorläufige Prüfschema der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft e.V., die Anmerkungen der Abteilung für Qualitätssicherung diesbezüglich und das bisherige sensorische Prüfschema des Standortes Pratau. Während des Erstellungsverlaufes durchläuft das Prüfschema verschiedene Stufen. Der Fokus liegt zunächst auf der optischen Gestaltung. Im Anschluss daran werden die produkttypischen Attribute der definierten Prüfkriterien hinzugefügt, geprüft und optimiert. Das erstellte sensorische Prüfschema zählt zu den analytischen Prüfmethoden und kann den Deskriptiven Prüfungen mit integrierter Bewertung zugeordnet werden. Sein unternehmensinterner Einsatz bezieht sich ausschließlich auf den Bereich Qualitätssicherung bzw. Sensorik. In der Diskussion setzt man sich sowohl mit dem Methoden- als auch mit dem Ergebnisteil kritisch auseinander. ...

Die Business Community als CRM-Instrument unter besonderer Berücksichtigung von Business Intelligence Technologien

Das Management von Kundenbeziehungen hat sich in der klassischen Ökonomie unter dem Begriff »Customer Relationship Management« (kurz: CRM) etabliert und sich in den letzten Jahren als erfolgreicher Ansatz erwiesen. In der grundlegenden Zielsetzung, wertvolle, d.h. profitable und kreditwürdige Kunden an ein Unternehmen zu binden, kommen Business-Intelligence Technologien zur Generierung von Kundenwissen aus kundenbezogenen Daten zum Einsatz. Als technologische Plattform der Kommunikation und Interaktion gewähren Business Communities einen direkten Einblick in die Gedanken und Präferenzen der Kunden. Von Business-Communitybasiertem Wissen der Kunden und über Kunden können individuelle Kundenbedürfnisse, Verhaltensweisen und damit auch wertvolle (potenzielle, profilgleiche) Kunden abgeleitet werden, was eine differenziertere und selektivere Behandlung der Kunden möglich macht. Business Communities bieten ein umfassendes Datenpotenzial, welches jedoch bis dato für das CRM im Firmenkundengeschäft respektive die Profilbildung noch nicht genutzt wird. Synergiepotenziale von der Datenquelle "Business Community" und der Technologie "Business Intelligence" werden bislang vernachlässigt. An dieser Stelle setzt die Arbeit an. Das Ziel ist die sinnvolle Zusammenführung beider Ansätze zu einem erweiterten Ansatz für das Management der irmenkundenbeziehung. Dazu wird ein BIgestütztes CRM-Konzept für die Generierung, Analyse und Optimierung von Kundenwissen erarbeitet, welches speziell durch den Einsatz einer B2B-Community gewonnen und für eine Profilbildung genutzt wird. Es soll durch die Anbindung von Fremddatenbanken Optimierung finden: In den Prozess der Wissensgenerierung fließen zur Datenqualifizierung und -quantifizierung externe (Kunden-) Daten ein, die von Fremddatenbanken (wie z.B. Information Provider, Wirtschaftsauskunftsdienste) bereitgestellt werden. Der Kern dieser Zielsetzung liegt in der umfassenden Generierung und stetigen Optimierung von Wissen, das den Aufbau einer langfristigen, individuellen und wertvollen Kundenbeziehung unterstützen soll.

Etablierung neuer Methoden zur in vitro Kultivierung der Baumart Fraxinus excelsior L. und Entwicklung von Verfahren zur Kryokonservierung von in vitro Sprossspitzen

Die hier vorliegende Arbeit wurde im Rahmen eines europäischen Projektes mit dem Titel „Improving Fraxinus (Ash) productivity for European needs by testing, selection, propagation and promotion of improved genetic resources“ an der Niedersächsischen Forstlichen Versuchsanstalt, Abteilung Waldgenressourcen erstellt. Im Rahmen des Projektes wurden 62 Plusbäume aus einem 15 Jahre alten europäischen Herkunfts-/ Nachkommenschaftsversuch in den Niedersächsischen Forstämtern Bovenden und Dannenberg nach den Kriterien Stammform und Wuchsleistung für die vegetative Vermehrung ausgewählt. Ziel dieser Arbeit war die Optimierung bestehender in vitro Protokolle sowie die Entwicklung eines bisher noch nicht existierenden Kryokonservierungsprotokolls für in vitro Sprossspitzen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Entwicklung des in vitro Protokolls für Fraxinus excelsior dargestellt. Die Optimierung der Methoden zur Etablierung, Vermehrung und Bewurzelung erfolgte durch Versuchsreihen mit unterschiedlichen Klonen, so dass insgesamt 26 der selektierten Plusbäume erfolgreich in vitro etabliert werden konnten. Achselknospen frischer Triebe der Pfropflinge der Mutterbäume stellten die beste Explantatquelle dar. Die Explantate wurden mit 0,2 % Quecksilberchlorid (HgCl2) oberflächensterilisiert bevor sie auf hormonfreies Woody Plant Medium (WPM) transferiert wurden. Nach zwei Wochen erfolgte ein Transfer auf WPM mit 4 mg/l 6-Benzylaminopurine (BAP) und 0,15 mg/l Indole-3-butyric acid (IBA). Die besten Vermehrungsraten wurden auf WPM mit 4 mg/l BAP, 0,15 mg/l IBA und 0,01 mg/l TDZ und 0,7 % Agar in Honiggläsern mit einem Plastikdeckel erzielt. Als Bewurzelungsmedium wurde 0,5 konzentriertes Murashige und Skoog (MS) Medium mit 2 mg/l IBA, 0,25 mg/l BAP und 0,8 % Agar verwandt. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Versuchsreihen zur Entwicklung des Kryokonservierungsprotokolls von in vitro Sprossspitzen dargestellt. Zur Entwicklung der Methode wurden die Vorbehandlungsbedingungen verbessert und zwei Techniken, die Alginat- / Dehydrati-onsmethode und die Vitrifikationsmethode mit Hilfe der sogenannten PVS2-Lösung (Plant Vitrification solution number 2) getestet. Die optimierte PVS2-Methode erwies sich als die für Esche besser geeignete Technik und ließ sich erfolgreich zur Kryokonservierung juveniler und adulter Kulturen anwenden. Die Regenerationsraten lagen zwischen 50 und 100 % für juvenile bzw. 50 und 80 % für adulte Kulturen.