Thesis (Ph.D.)--University of Melbourne, Dept. of Information Systems, Faculty of Science, 2009. / Typescript. Includes bibliographical references.

Thesis (M.Sc. (Human Kinetics & Ergonomics)) - Rhodes University, 2009.

L'objectif de cette thèse est de fournir une approche globale permettant de déterminer les stratégies de gestion optimales d'un réseau d'ouvrages. La démarche proposée est d'équilibrer les coûts liés à l'offre de l'infrastructure de transport avec les coûts liés à la demande de transport. Le coût de l'offre du réseau d'ouvrage d'art représente le coût des diverses actions de maintenance nécessaires pour obtenir un niveau de service des ouvrages adéquat. Le coût de la demande de transport représente le coût supporté par les usagers du fait de possibles pertes de niveaux de service. La performance des ouvrages est caractérisée à l'aide de deux approches probabilistes, une paramétrique basée sur la théorie de la fiabilité, et une non paramétrique basée sur un indice d'état qui donne une information sur l'état global de l'ouvrage. La méthodologie est proposée dans un premier temps lorsque les deux informations sont accessibles puis lorsque la seule information sur les ouvrages est l'indice d'état. La quantification de la demande de transport est effectuée en affectant le trafic sur le réseau de transport suivant les différentes configurations de l'état des ouvrages, puis en calculant la différence de coût pour chacune de ces configurations par rapport à une situation dite de référence où tous les ouvrages ont un niveau de service idéal. La détermination des stratégies de gestion optimales est effectuée à l'aide d'un algorithme génétique de manière à trouver d'une part les instants optimaux d'intervention et d'autre part les actions de maintenance optimales. Deux procédures sont proposées, une où la somme des coûts des usages et des coûts du gestionnaire est minimisée, une autre où ces deux coûts sont minimisé de manière séparée, un meilleur compromis étant recherché. La méthodologie proposée permet de déterminer les calendriers de maintenance optimaux d'un réseau d'ouvrages d'art pour un horizon donné, de répondre aux questions « quand » et « comment » intervenir, pour disposer d'un fonctionnement du réseau de transport le meilleur possible tout en ajustant les coûts d'intervention / In a context of scarce capital resources and to tackle the ageing of the bridge stock, stakeholders require and use decision making techniques. These tools prioritize at least maintenance actions and optimize allocation of funds eventually. However, all these bridge management systems have an individual strategy approach. They do not include the performance of the transportation network as a criterion in the decision process. The general principle is to find the most appropriate maintenance strategy for each bridge belonging to a network. This approach is not necessarily the best suited strategy for a transportation network. The aim of this thesis is to propose a methodology that provides optimal maintenance strategies for a network of bridges and not for each bridge taken as individuals. The proposed methodology consists in balancing supply costs provided by the infrastructure network with demand costs of the network users. The supply costs are those of all needed maintenance actions, performed by the bridge owner, to provide an adequate level of service for the bridges. The demand costs are those supported by the network users in case of inadequate level of service. The assessment of the supply costs requires to introduce performance of bridges. To take into account the uncertainties in the ageing process of bridges, the performance is calculated by using two probabilistic approaches : a parametrical one that is based on the reliability theory and that applies a failure mode for each bridge, and a non parametrical one that is based on a condition index that gives an information on the overall condition of the bridge. The methodology is proposed in a first time when both information are known, and in a second time when only the condition index is available. Besides, The demand costs are quantified by determining the traffic assignment if there is a traffic disruption for a combination of bridges, then by calculating the difference of user costs for these events with the reference when all bridges are in good condition and ideal performance. Optimal management strategies are determined by using genetical algorithms. First, optimal maintenance times are found for each bridge. Second, optimal maintenance actions are found. Two approaches are proposed. In a first one, the sum of user costs and maintenance costs is minimized. In a second one both user and maintenance costs are minimized separately and the best compromise is determined. Finally, the proposed methodology allows to determine the optimal maintenance actions planning for a given time period. It helps to answer the two questions : « when » and « how » take decisions in order to have the best network system by optimizing the different costs

Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendung des Groupware Systems cAR/PE!, das auf der Mixed Reality Technologie basiert. cAR/PE! wurde im Forschungszentrum Ulm der Daimler- Chrysler AG speziell für Ingenieure entwickelt, die in verteilten Gruppen zusammenarbeiten. Im Rahmen zweier Studien fand eine Testung der Software in verschiedenen Werken der DaimlerChrysler AG statt. Interviews mit verteilt arbeitenden Ingenieuren als auch deren Beobachtung bei Projektmeetings bildeten die Grundlage für die Konzeption beider Studien. In der ersten Studie wurde der erste Prototyp von cAR/PE! untersucht. Hierbei zeigte sich kein signifikanter Unterschied in der Lösungsgüte von Gruppen, die eine Aufgabe mit geringer Komplexität in cAR/PE! oder in einem realen Meeting zu bearbeiten hatten. Bei der Bearbeitung der komplexen Konstruktionsaufgabe schnitten Gruppen in realen Meetings besser als cAR/PE!-Meeting Gruppen ab. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser ersten Studie wurde cAR/PE! Zu cAR/PE!2 weiterentwickelt und in einer zweiten Studie wiederum evaluiert. Die zweite Studie bestand aus zwei Forschungsbedingungen, in denen die Gruppen die komplexe Konstruktionsaufgabe amphibious car bearbeiten mussten. Unter der ersten Forschungsbedingung schnitten reale Meetings2 Gruppen weiterhin signifikant besser als cAR/PE!2-Gruppen ab. Der Problemlöseprozess dieser Gruppen war vergleichbar und somit nicht mehr - wie in der ersten Studie - strukturell unterschiedlich. Die Unterschiede in der Lösungsgüte lassen sich vielmehr auf die stärkere softwarebedingte Beeinträchtigung durch die Nutzung von cAR/PE!2 zurückführen. Unter der zweiten Forschungsbedingung wurde der Einfluss der Arbeitsumgebung auf die Qualität der Gruppenarbeit untersucht. Die Arbeitsumgebung weist einen direkten, allerdings nicht signifikanten Einfluss auf den Problemlöseprozess der Gruppen auf. Somit konnte abgeleitet werden, dass die Arbeitsumgebung für eine erfolgreiche Kommunikation lediglich relevante Informationen für die Problemlösung und die Bestimmung des Sprecherortes beinhalten sollte. Auf der theoretischen Ebene konnte das mit task awareness erweiterte Rahmenmodell von Vertegaal et al. (1997) untermauert werden. Außerdem erwies sich das Model for the elements of distributed group work als sehr geeignet zur strukturierten Darstellung von Unterschieden in Gruppenarbeit. Auf der praktischen Ebene wurde cAR/PE! durch die Ergebnisse beider Studien weiterentwickelt und etablierte sich als Groupware System in den Werken bei der Daimler-Chrysler AG zwischen Sindelfingen und Bremen. / The aim of this thesis is to examine the use of the groupware system cAR/PE!, which is based on Mixed Reality technology. cAR/PE! was developed at the DaimlerChrylser Research Center in Ulm dedicated to distributed engineering group work and subsequently tested in two studies at various plants of DaimlerChrysler AG. Interviews and observations of engineer meetings in distributed project groups provided the basis for the conception of the two empirical studies. In the first study the first cAR/PE! prototype was tested. The study confirmed that less complex tasks could be solved equally well in both a conventional meeting room and in cAR/PE! Meetings. However, when solving a complex task, the conventional meeting was more favorable than cAR/PE!. These results were exploited for further developments of cAR/PE! resulting in cAR/PE!2. In the second study, the modifications were evaluated under two conditions to solve the complex design task amphibious car. Under the first condition, groups were still better at solving a complex task under the conventional meeting2 condition compared with cAR/PE!2, even the problem-solving processes were comparable and no longer structurally different than in the first study. The differences in the group results were caused by the software when using cAR/PE!2. Under the second condition, the influence of the meeting workspace was tested; this had a direct influence on the problem-solving processes of the groups, but the result was not significant. However, from this outcome it was deduced that only the relevant information for the tasks and the physical placement of the speaker leads to a successful conversation. On the theoretical level, the enhancement of the framework developed by Vertegaal et al. (1997) introducing the concept of task awareness and the appropriateness of the Model for the elements of distributed group work were confirmed. On the practical level, cAR/PE!2 was improved based on the results of both studies, then implemented and established as a permanent running groupware system between DaimlerChrysler´s plants in Sindelfingen and Bremen.

Die Planung und Ausführung von Bauwerken basiert auf Informationsprozesse, in denen verknüpfte Fachmodelle verschiedener Baudomänen als fachübergreifende Informationsräume verwendet werden. Dabei führen erhöhte Anforderungen an spezialisierte Arbeitsschritte sowie die wachsende Komplexität der Bauprojekte zu einem Anwachsen der Menge, des Umfangs und der Komplexität der ausgetauschten Informationsräume. Bei der Betrachtung des Informationsbedarfs der Bauinformationsprozesse lässt sich eine Kontextabhängigkeit erkennen, in der verschiedene Aspekte des Bearbeitungskontextes sowohl die Menge und Qualität als auch die Ausschnitte und Verknüpfungstiefe der erforderlichen Informationsräume determinieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der kontextgerechten Informationsversorgung von Informationsprozessen im Bauwesen. Auf der Grundlage multimodellbasierter Informationsräume wird ein Ansatz vorgestellt, der die Kontextabhängigkeit des Informationsbedarfs durch kontextadaptive Multimodellvorlagen formalisiert und entsprechende kontextgerechte Informationsräume erzeugt. Dafür werden in einem ersten Schritt der Bearbeitungskontext von Bauinformationsprozessen betrachtet sowie informationslogistisch relevante Kontextaspekte identifiziert und durch ein Kontextmodell abgebildet. Für die Formalisierung der unterschiedlichen Einflüsse verschiedener Kontextaspekte auf die Ausgestaltung des Informationsbedarfs wird ein Regelsystem entwickelt, mit dem kontextadaptive Multimodellvorlagen definiert werden können. Durch Auswertung dieser Vorlagen zum Anwendungszeitpunkt lässt sich ein situativer Informationsbedarf antizipieren, auf dessen Basis ein kontextgerechtes Multimodell erzeugt werden kann. Dieser Ansatz ermöglicht die Realisierung einer kontextbewussten Informationslogistik, die den Projektpartnern im Bauwesen genau die Informationsräume bereitstellt, die in einer konkreten Bearbeitungssituation benötigt werden. Für die Bearbeitung regelbasierter Kontextwirkrelationen wird ein Editor vorgestellt, der die Erzeugung kontextadaptiver Multimodellvorlagen unterstützt. Außerdem wird anhand einer Architektur zur Erzeugung kontextgerechter Informationsräume die Vorgehensweise der informationslogistischen Kontextintegration beschrieben, mit der ein kontextbasierter Informationsbedarf antizipiert und ein entsprechendes kontextgerechtes Multimodell erzeugt werden kann. Der Einsatz des vorgestellten Ansatzes wird abschließend anhand eines Beispielszenarios aus der Planungsphase evaluiert, in der im Rahmen verschiedener asynchroner Bauinformationsprozesse Informationsräume gemeinsam bearbeitet werden.:Kapitel 1 Einleitung 1 1.1 Das Bauwesen im Informationszeitalter 1 1.2 Probleme der Informationsversorgung in Bauprojekten 2 1.3 Zielsetzung und Thesen 4 1.4 Kontextintegration als Lösungsansatz 7 1.5 Aufbau der Arbeit 8 Kapitel 2 Kollaborative Bauinformationsprozesse 11 2.1 Bauspezifische Rahmenbedingungen 11 2.1.1 Besonderheiten des Bauwesens 11 2.1.2 Domänenspezifische Fachmodelle 16 2.1.3 Interoperabilität der Informationslogistik im Bauprojekt 30 2.1.4 Zusammenfassung 35 2.2 Anforderungen an eine kontextgerechte Informationslogistik 37 2.2.1 Kollaborative Informationsprozesse 37 2.2.2 Kontextabhängigkeit der Informationslogistik 42 2.2.3 Anforderungen an die Informationsversorgung 47 2.2.4 Zusammenfassung 50 2.3 Stand der Entwicklung 51 2.3.1 Kollaborationsunterstützung im Bauwesen 51 2.3.2 Entwicklungsbedarf 55 2.3.3 Abgrenzung verwandter Arbeiten 57 2.3.4 Zusammenfassung 62 Kapitel 3 Grundlagen kontextgerechter Informationsräume 63 3.1 Multimodellbasierte Informationsräume 63 3.1.1 Interdisziplinäre Informationsräume 64 3.1.2 Der generische Multimodellansatz 68 3.1.3 Semantische Beschreibung von bautypischen Multimodellen 72 3.1.4 Multimodellvorlagen 79 3.1.5 Bauspezifische Informationsräume 81 3.1.6 Zusammenfassung 87 3.2 Kontextmodellierung 88 3.2.1 Generische Kontextinformationen 88 3.2.2 Ansätze der Kontextmodellierung 95 3.2.3 Möglichkeiten der Kontextintegration 102 3.2.4 Informationslogistische Kontextaspekte 108 3.2.5 Bauspezifische Kontextausprägungen 116 3.2.6 Zusammenfassung 119 3.3 Kontextgerechte Multimodelle 120 3.3.1 Grundkonzept adaptiver Multimodelle 121 3.3.2 Methodik der Informationsraumadaptivität 122 3.3.3 Die Kontextabhängigkeit des Informationsbedarfs 126 3.3.4 Der Einfluss des Kontextes auf die Informationssemantik 129 3.3.5 Formalisierung von Wirkrelationen 131 3.3.6 Zusammenfassung 134 Kapitel 4 Konzept einer kontextbewussten Informationslogistik 135 4.1 Ontologie-Framework für kontextbewusste Projektkollaboration 135 4.1.1 Konzeption des Ontologie-Frameworks 136 4.1.2 Kernontologien der Informationslogistik 141 4.1.3 Die generische Projektkollaborationsontologie 149 4.1.4 Eine bauspezifische Ausprägung 156 4.1.5 Zusammenfassung 161 4.2 Formalisierung von Kontextwirkrelationen 162 4.2.1 Die Regelsprache ContextScript 163 4.2.2 Verwendung und Auswertung von ContextScript-Regeln 165 4.2.3 Regelauswertung 167 4.2.4 Zusammenfassung 168 4.3 Architektur zur Erzeugung kontextgerechter Informationsräume 169 4.3.1 Konzept des Gesamtsystems 169 4.3.2 Kontextwertschöpfung und Verwaltung 173 4.3.3 Kontextbasierte Annotation 178 4.3.4 Kontextanalyse zur Bedarfsermittlung 179 4.3.5 Erzeugung kontextgerechter Informationsräume 181 4.3.6 Zusammenfassung 186 Kapitel 5 Prototypische Umsetzung 187 5.1 Editor zur Beschreibung adaptiver Informationsräume 188 5.1.1 Konzeption des Kontextwirkeditors CATED 188 5.1.2 Techniken der Implementierung 191 5.1.3 Aufbau der Benutzungsoberfläche 193 5.1.4 Erstellen kontextadaptiver Multimodellvorlagen 193 5.1.5 Zusammenfassung 196 5.2 Informationslogistik einer kontextbewussten Kollaborationsplattform 197 5.2.1 Plattformkomponenten und Implementierungstechniken 197 5.2.2 Ontologie-Plattformdienst 206 5.2.3 Plattformdienste der Kontextwertschöpfung 210 5.2.4 Plattformdienst der Bedarfsevaluation 212 5.2.5 Plattformdienst für die Multimodellerzeugung 214 5.2.6 Zusammenfassung 219 5.3 Evaluierungsszenario 220 5.3.1 Erstellen einer kontextadaptiven Multimodellvorlage 221 5.3.2 Auswerten des situativen Informationsbedarfes 222 5.3.3 Erzeugen des kontextgerechten Multimodells 225 5.3.4 Zusammenfassung 230 Kapitel 6 Schlussbetrachtung 231 6.1 Zusammenfassung 231 6.2 Ergebnisse der Arbeit 234 6.3 Ausblick 239 Anhang 241 Abbildungsverzeichnis 253 Tabellenverzeichnis 257 Definitionsverzeichnis 258 Abkürzungsverzeichnis 260 Literaturverzeichnis 262 / The planning and creating of structures and buildings is based on building information processes, in which linked specialized models of different domains are used as multidisciplinary information spaces. Thereby increased requirements for specialized work processes, and the growing complexity of construction projects lead to an increase in the amount, scope and complexity of the exchanged information spaces. When considering the information requirements of building information processes, a contextdependence is revealed that determines the quantity and quality as well as the cutouts and linking depth of the required information spaces depending on various aspects of the processing context. This thesis addresses contextoriented information supply for collaborative information processes in the construction industry. Based on multimodel information spaces, an approach is presented that formalizes the context dependency of information requirements by contextadaptive multimodel templates and generates corresponding contextoriented information spaces. In a first step different aspects of the process context of building information processes are considered and logistically relevant information are identified and mapped by a context model. For the description of the different influences of various context aspects on the configuration of information needs a regulating system is developed, which can be used to define contextadaptive multi model templates. By evaluating these templates at time of use, situative information requirements can be anticipated and an adequate contextoriented multimodel can be generated. This approach enables the implementation of a contextaware information logistics, which accurately provides the information spaces for the project partners in the construction industry, which are needed in a concrete working situation. For the processing of rulebased context active relations an editor, which supports the generation of contextadaptive multi model templates, is presented. Based on architecture for generating contextappropriate information spaces, the approach of information logistics context integration is described, which allows to anticipate contextbased information needs and to generate a corresponding contextoriented multimodel. The use of the approach is finally evaluated using an example scenario from the planning phase, in which various asynchronous building information processes jointly process an information space.:Kapitel 1 Einleitung 1 1.1 Das Bauwesen im Informationszeitalter 1 1.2 Probleme der Informationsversorgung in Bauprojekten 2 1.3 Zielsetzung und Thesen 4 1.4 Kontextintegration als Lösungsansatz 7 1.5 Aufbau der Arbeit 8 Kapitel 2 Kollaborative Bauinformationsprozesse 11 2.1 Bauspezifische Rahmenbedingungen 11 2.1.1 Besonderheiten des Bauwesens 11 2.1.2 Domänenspezifische Fachmodelle 16 2.1.3 Interoperabilität der Informationslogistik im Bauprojekt 30 2.1.4 Zusammenfassung 35 2.2 Anforderungen an eine kontextgerechte Informationslogistik 37 2.2.1 Kollaborative Informationsprozesse 37 2.2.2 Kontextabhängigkeit der Informationslogistik 42 2.2.3 Anforderungen an die Informationsversorgung 47 2.2.4 Zusammenfassung 50 2.3 Stand der Entwicklung 51 2.3.1 Kollaborationsunterstützung im Bauwesen 51 2.3.2 Entwicklungsbedarf 55 2.3.3 Abgrenzung verwandter Arbeiten 57 2.3.4 Zusammenfassung 62 Kapitel 3 Grundlagen kontextgerechter Informationsräume 63 3.1 Multimodellbasierte Informationsräume 63 3.1.1 Interdisziplinäre Informationsräume 64 3.1.2 Der generische Multimodellansatz 68 3.1.3 Semantische Beschreibung von bautypischen Multimodellen 72 3.1.4 Multimodellvorlagen 79 3.1.5 Bauspezifische Informationsräume 81 3.1.6 Zusammenfassung 87 3.2 Kontextmodellierung 88 3.2.1 Generische Kontextinformationen 88 3.2.2 Ansätze der Kontextmodellierung 95 3.2.3 Möglichkeiten der Kontextintegration 102 3.2.4 Informationslogistische Kontextaspekte 108 3.2.5 Bauspezifische Kontextausprägungen 116 3.2.6 Zusammenfassung 119 3.3 Kontextgerechte Multimodelle 120 3.3.1 Grundkonzept adaptiver Multimodelle 121 3.3.2 Methodik der Informationsraumadaptivität 122 3.3.3 Die Kontextabhängigkeit des Informationsbedarfs 126 3.3.4 Der Einfluss des Kontextes auf die Informationssemantik 129 3.3.5 Formalisierung von Wirkrelationen 131 3.3.6 Zusammenfassung 134 Kapitel 4 Konzept einer kontextbewussten Informationslogistik 135 4.1 Ontologie-Framework für kontextbewusste Projektkollaboration 135 4.1.1 Konzeption des Ontologie-Frameworks 136 4.1.2 Kernontologien der Informationslogistik 141 4.1.3 Die generische Projektkollaborationsontologie 149 4.1.4 Eine bauspezifische Ausprägung 156 4.1.5 Zusammenfassung 161 4.2 Formalisierung von Kontextwirkrelationen 162 4.2.1 Die Regelsprache ContextScript 163 4.2.2 Verwendung und Auswertung von ContextScript-Regeln 165 4.2.3 Regelauswertung 167 4.2.4 Zusammenfassung 168 4.3 Architektur zur Erzeugung kontextgerechter Informationsräume 169 4.3.1 Konzept des Gesamtsystems 169 4.3.2 Kontextwertschöpfung und Verwaltung 173 4.3.3 Kontextbasierte Annotation 178 4.3.4 Kontextanalyse zur Bedarfsermittlung 179 4.3.5 Erzeugung kontextgerechter Informationsräume 181 4.3.6 Zusammenfassung 186 Kapitel 5 Prototypische Umsetzung 187 5.1 Editor zur Beschreibung adaptiver Informationsräume 188 5.1.1 Konzeption des Kontextwirkeditors CATED 188 5.1.2 Techniken der Implementierung 191 5.1.3 Aufbau der Benutzungsoberfläche 193 5.1.4 Erstellen kontextadaptiver Multimodellvorlagen 193 5.1.5 Zusammenfassung 196 5.2 Informationslogistik einer kontextbewussten Kollaborationsplattform 197 5.2.1 Plattformkomponenten und Implementierungstechniken 197 5.2.2 Ontologie-Plattformdienst 206 5.2.3 Plattformdienste der Kontextwertschöpfung 210 5.2.4 Plattformdienst der Bedarfsevaluation 212 5.2.5 Plattformdienst für die Multimodellerzeugung 214 5.2.6 Zusammenfassung 219 5.3 Evaluierungsszenario 220 5.3.1 Erstellen einer kontextadaptiven Multimodellvorlage 221 5.3.2 Auswerten des situativen Informationsbedarfes 222 5.3.3 Erzeugen des kontextgerechten Multimodells 225 5.3.4 Zusammenfassung 230 Kapitel 6 Schlussbetrachtung 231 6.1 Zusammenfassung 231 6.2 Ergebnisse der Arbeit 234 6.3 Ausblick 239 Anhang 241 Abbildungsverzeichnis 253 Tabellenverzeichnis 257 Definitionsverzeichnis 258 Abkürzungsverzeichnis 260 Literaturverzeichnis 262