Der im Zuge der Globalisierung immer stärker anwachsende Wettbewerb im Bereich produzierender Unternehmen führt zu einem kontinuierlichen Wettlauf um stetig kürzer werdende Produktionslaufzeiten. Aufgrund dessen ist eine kontinuierliche Spezialisierung mit produktspezifischen Fertigungssystemen der Akteure am Markt zu verzeichnen, die direkt zu einer erhöhten Nachfrage von Sondermaschinen führt (Krause 2018). Diese geforderte Spezialisierung lässt eine interne Standardisierung für die Hersteller kaum zu und führt zu einer extrem hohen Variantenvielfalt, deren Beherrschung eine der Kernaufgaben bei der Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit darstellt. Insbesondere große Produktstrukturen sind aufgrund der anfallenden Datenmenge und dem resultierenden, hohen Grad an Verknüpfungen schwierig zu verwalten (Blees 2011). Eine Möglichkeit, die interne Vielfalt bei einer gleichbleibenden externen Vielfalt zu reduzieren und somit den enormen Umfang der Produktarchitektur und deren Folgekosten einzuschränken, bietet die Modularisierung (Krause 2018). Die Entwicklung von modularen Produktstrukturen eröffnet mittels entsprechender Standardisierung die Möglichkeit, durch Modul-, Plattform-, und Baukastenentwicklung den Zielkonflikt zwischen Produktkosten und -vielfalt zu lösen (Ehrlenspiel 2009). Ein solcher Baukasten wird als notwendiges Mittel zur Beherrschung der Vielfalt betrachtet [...] Ein Ansatz zur Lösung dieser Problemstellung ist in der Literatur durch die Verwendung von PLM(Product-Lifecycle-Management)-Systemen beschrieben. Ein entsprechendes PLM-System soll die im Unternehmen existierende Daten- und Softwarestruktur verbinden und als Single-Source of Truth (Riesener 2017) fungieren, um die Konsistenz der Modelle zu gewährleisten. Allerdings wird gerade bei der Verwendung von Modellen bei der Schaffung und Verwaltung der Produktarchitektur deutlich, dass ein PLM-System hierzu nicht vollumfänglich dazu in der Lage ist, als einheitlicher Datenstamm zu fungieren. Hierbei ist die Ontologie, die Verwendung „einheitlicher Vokabeln“ (Kaufmann et al. 2014) zwischen den Systemen, um z. B. eine Konsistenzprüfung bei der Konfiguration zu implementieren, eine nicht zu unterschätzende Herausforderung bei der Umsetzung auf Basis eines reinen PLM-Systems. Wie in diesem Beitrag beschrieben wird, lässt sich diese Lücke mithilfe des MBSE (Model-Based Systems Engineering) schließen. [... aus der Einleitung]

Ausgangspunkt der hier vorgestellten Entwicklungen ist eine am ICM – Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V. entwickelte adaptronische Werkzeugmaschinen-Hauptspindel zur variablen Einstellung der Lagervorspannkräfte. Diese neuartige Werkzeugmaschinenspindel bietet Anwendungspotentiale in den Bereichen: verbessertes Hochdrehverhalten, erhöhte Flexibilität des Bearbeitungsspektrums, Lebensdauererhöhung der Wälzlager durch verbessertes Bohr-Roll-Verhältnis sowie einer optimierten Spindeldynamik durch gezielte Verschiebung der Eigenfrequenzen. Ziel war die Entwicklung einer möglichst dynamischen und genauen Ansteuerung des in der Hauptspindel enthaltenen hydraulischen Vorspannelementes. Dieser Beitrag fasst das Vorgehen und die bisherigen Ergebnisse zusammen. Auf die Eigenentwicklung eines hydraulischen Aktuators sollte verzichtet werden, sodass die Ansteuerung über ein direktgesteuertes Regelventil erfolgt. Mit einer einfachen Druckregelung mit PID-Regler konnten nur unzureichende Ergebnisse hinsichtlich Dynamik und Regelkreisstabilität erzielt werden. Hinzu kommt die geringe Genauigkeit der Krafteinstellung bei Anwendung einer einfachen Druckregelung. Zur Verbesserung der Ansteuerungsdynamik und -genauigkeit des Vorspannelementes sollten erweiterte Regelungsstrukturen zur Anwendung kommen. Im Projekt wurde hierzu ein modellbasierter Regler entwickelt und in einer dem Experiment vorgelagerten Untersuchung an einem Systemsimulationsmodell getestet und optimiert. Ausgangspunkt für die simulationsgestützte Reglerauslegung war die Entwicklung eines Regelstreckenmodells in SimulationX. Die Modellentwicklung umfasste den Vergleich zweier grundlegender Modellierungsansätze, eines bidirektionalen Modells mit einem linearen Signalflussmodell hinsichtlich Modellgenauigkeit und Rechenperformance. Zur Untersuchung der Reglerfunktionalität sowie zur Optimierung der Reglerparameter wurde die in SimulationX vorhandene COM-Schnittstelle genutzt und eine vereinfachte Optimierungsfunktion in Matlab umgesetzt. Für die experimentelle Validierung des Ansteuerungssystems wurde die entwickelte modellbasierte Reglervorsteuerung in der Programmierumgebung LabView umgesetzt. Erste Tests erfolgten zunächst an der stehenden Hauptspindel. Diese zeigten ein sehr dynamisches und stabiles Regelungsverhalten, sodass neben einfachen Sprungvorhaben auch Trajektorienvorgaben mit hoher Dynamik geregelt werden können. Es konnte eine deutliche Verbesserung gegenüber der zu Beginn vorhandenen einfachen Druckregelung erzielt werden. Umfangreichere experimentelle Untersuchungen an der drehenden Spindel für unterschiedliche Regelungs- und Bearbeitungsszenarien sollen in Zukunft durchgeführt werden. Dabei stehen vor allem die Verkürzung der Hochdrehzeiten für Bearbeitungsprozesse mit geringer Lagervorspannung sowie die anwendungsspezifische Optimierung der Spindeldynamik durch Eigenfrequenzverschiebungen im Vordergrund. / The starting point of the developments presented here is an adaptronic machine tool main spindle developed at the ICM - Institute Chemnitz Machine and Plant Construction e.V. for variable adjustment of the bearing preload forces. This new type of machine tool spindle offers application potential in the areas of: improved high-speed behavior, increased flexibility of the machining spectrum, increased service life of the roller bearings through improved drilling-rolling ratio and optimized spindle dynamics through targeted shifting of the natural frequencies. The aim was to develop the most dynamic and precise control possible for the hydraulic pretensioning element contained in the main spindle. This article summarizes the procedure and the results so far. The in-house development of a hydraulic actuator should be avoided, so that the control takes place via a directly controlled control valve. With a simple pressure control with a PID controller, only insufficient results could be achieved in terms of dynamics and control loop stability. Added to this is the low accuracy of the force setting when using a simple pressure control. Extended control structures should be used to improve the control dynamics and accuracy of the preload element. For this purpose, a model-based controller was developed in the project and tested and optimized on a system simulation model in an investigation prior to the experiment. The starting point for the simulation-based controller design was the development of a controlled system model in SimulationX. The model development included the comparison of two basic modeling approaches, a bidirectional model with a linear signal flow model in terms of model accuracy and computational performance. The COM interface available in SimulationX was used to examine the controller functionality and to optimize the controller parameters, and a simplified optimization function was implemented in Matlab. For the experimental validation of the control system, the developed model-based controller pre-control was implemented in the LabView programming environment. The first tests were initially carried out on the stationary main spindle. These showed a very dynamic and stable control behavior, so that in addition to simple jump projects, trajectory specifications can also be controlled with high dynamics. A clear improvement could be achieved compared to the simple pressure control that was available at the beginning. More extensive experimental investigations on the rotating spindle for different control and processing scenarios are to be carried out in the future. The main focus here is on reducing the ramp-up times for machining processes with low bearing preload and the application-specific optimization of the spindle dynamics through natural frequency shifts.

In recent years gasoline engines have become increasingly complex, for example through the introduction of electronic control and monitoring systems for ignition, fuel injection and exhaust aftertreatment. Parallel to this the requirements placed upon engines have also increased hence the need to develop new engine technologies. This demand for new technologies is, in part, due to the self obligation of the automobile industry to reduce the CO2 emissions about 25% by 2005, and also to the increasingly stringent future exhaust limits. Some promising solutions are currently in development, e.g. the direct injection gasoline engine and variable valve trains. All these new technologies are characterised by increasing complexity and significantly higher degrees of freedom. The associated application expenditure rises drastically with the number of free parameters and also with improved quality standards. Possible solutions to meet the future requirements of the development process are based on model-based parameter optimisation and the use of test methods, such as "Design of Experiments" (DoE). The idea behind this approach is to produce models to describe the dependence of the responses of interest (i.e. fuel consumption) on the adjusted engine parameters. With these models offline optimisation of the engine can be carry out, independently of testbench resources. The measured data for the models are produced with the help of statistically designed experiments. Thus, the testing and analysis processes are structured and the expenditure limited. In the following the DoE methodology will be employed of a gasoline engine with electromechanical valve train. / Der Ottomotor im Kraftfahrzeug hat in den letzten Jahren mit dem Einzug elektronischer Steuer- und Regelsysteme für Zündung, Einspritzung und Abgasnachbehandlung einen sehr hohen technischen Stand erreicht. Die wachsenden Ansprüche an die Motorenentwicklung im Hinblick auf Verbrauchsreduzierung bei gleichzeitiger Erfüllung der zukünftigen Abgasgrenzwerte, verschärfen den Druck zur Entwicklung weiterführender Technologien. Hierbei gibt es bereits einige vielversprechende Lösungsansätze, wie z.B. die Direkteinspritzung oder variable Ventilsteuerungen. All diese neuen Technologien zeichnen sich durch eine wachsende Komplexität durch die signifikant höhere Anzahl von Freiheitsgraden aus. Der damit verbundene Applikationsaufwand steigt drastisch durch die wachsende Anzahl freier Parameter, aber auch durch die steigenden Anforderungen an die Qualität der Applikationsergebnisse. Einen möglichen Lösungsansatz zur Realisierung der zukünftigen Anforderungen an den Entwicklungsprozess stellen die modellgestützte Parameteroptimierung sowie der Einsatz der "Statistischen Versuchsplanung" (SVP) - "Design of Experiments" (DoE) - dar. Der Grundgedanke basiert auf der Erstellung von Modellen zur Beschreibung der Abhängigkeiten variierter Verstellparameter. Mit diesen Modellen können Offline-Optimierungen unabhängig von Prüfstandsressourcen durchgeführt werden. Die für die Modellbildung benötigten Messdaten werden mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung erzeugt. Dadurch wird der Prozess strukturiert und der Aufwand wird begrenzt. In der Arbeit wird der Einsatz der DoE-Methodik am Beispiel eines Ottomotors mit elektromechanischer Ventilsteuerung (EMVS) aufgezeigt.

In recent years gasoline engines have become increasingly complex, for example through the introduction of electronic control and monitoring systems for ignition, fuel injection and exhaust aftertreatment. Parallel to this the requirements placed upon engines have also increased hence the need to develop new engine technologies. This demand for new technologies is, in part, due to the self obligation of the automobile industry to reduce the CO2 emissions about 25% by 2005, and also to the increasingly stringent future exhaust limits. Some promising solutions are currently in development, e.g. the direct injection gasoline engine and variable valve trains. All these new technologies are characterised by increasing complexity and significantly higher degrees of freedom. The associated application expenditure rises drastically with the number of free parameters and also with improved quality standards. Possible solutions to meet the future requirements of the development process are based on model-based parameter optimisation and the use of test methods, such as "Design of Experiments" (DoE). The idea behind this approach is to produce models to describe the dependence of the responses of interest (i.e. fuel consumption) on the adjusted engine parameters. With these models offline optimisation of the engine can be carry out, independently of testbench resources. The measured data for the models are produced with the help of statistically designed experiments. Thus, the testing and analysis processes are structured and the expenditure limited. In the following the DoE methodology will be employed of a gasoline engine with electromechanical valve train. / Der Ottomotor im Kraftfahrzeug hat in den letzten Jahren mit dem Einzug elektronischer Steuer- und Regelsysteme für Zündung, Einspritzung und Abgasnachbehandlung einen sehr hohen technischen Stand erreicht. Die wachsenden Ansprüche an die Motorenentwicklung im Hinblick auf Verbrauchsreduzierung bei gleichzeitiger Erfüllung der zukünftigen Abgasgrenzwerte, verschärfen den Druck zur Entwicklung weiterführender Technologien. Hierbei gibt es bereits einige vielversprechende Lösungsansätze, wie z.B. die Direkteinspritzung oder variable Ventilsteuerungen. All diese neuen Technologien zeichnen sich durch eine wachsende Komplexität durch die signifikant höhere Anzahl von Freiheitsgraden aus. Der damit verbundene Applikationsaufwand steigt drastisch durch die wachsende Anzahl freier Parameter, aber auch durch die steigenden Anforderungen an die Qualität der Applikationsergebnisse. Einen möglichen Lösungsansatz zur Realisierung der zukünftigen Anforderungen an den Entwicklungsprozess stellen die modellgestützte Parameteroptimierung sowie der Einsatz der "Statistischen Versuchsplanung" (SVP) - "Design of Experiments" (DoE) - dar. Der Grundgedanke basiert auf der Erstellung von Modellen zur Beschreibung der Abhängigkeiten variierter Verstellparameter. Mit diesen Modellen können Offline-Optimierungen unabhängig von Prüfstandsressourcen durchgeführt werden. Die für die Modellbildung benötigten Messdaten werden mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung erzeugt. Dadurch wird der Prozess strukturiert und der Aufwand wird begrenzt. In der Arbeit wird der Einsatz der DoE-Methodik am Beispiel eines Ottomotors mit elektromechanischer Ventilsteuerung (EMVS) aufgezeigt.

In dieser Arbeit werden drei voneinander unabhängige Verfahren zur Diagnose von Alterungsvorgängen an automobilen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen-Stapeln und -Aggregaten entwickelt. Gemeinsam ermöglichen diese Methoden ein tieferes Verständnis für die elektrochemischen Schadensmechanismen und stellen Mittel zu deren Reduktion zur Verfügung. Die erste Methode behebt die an Stapeln auftretenden Probleme konventioneller Zyklovoltammetrie mittels gezielter Modifikation der Spannungstransienten. Dieses Vorgehen ermöglicht die exakte und sehr zuverlässig reproduzierbare Bestimmung von Wasserstoff- Crossoverstrom, Doppelschichtkapazität und aktiver Katalysator-Oberfläche im Stapel und stellt damit eine neue Art der Alterungsdiagnose an Stapeln dar. Der Zweck der zweiten Methode ist es, die systematische Entwicklung einer schonenden Betriebsstrategie für Luft-/Luft-Starts auf Aggregate-Ebene zu ermöglichen. Hierfür wird eine Reihe von Referenzelektroden in ein Fahrzeug-Aggregat eingebracht, um die im Stapel während des Starts ablaufenden elektrochemischen Vorgänge örtlich und zeitlich aufgelöst beobachten zu können. Auf diese Weise werden zwei Startprozeduren analysiert und bzgl. ihrer Eignung verglichen. Beim dritten Verfahren handelt es sich um eine Parameterschätzung, die die modellbasierte Diagnose und Regelung von schwer zu messenden Zustandsgrößen zum Ziel hat. Der echtzeitfähige Algorithmus schätzt die aktive Katalysator-Oberfläche, die Gaszusam- mensetzungen auf Anode und Kathode sowie den rezirkulierten Volumenstrom mittels verschiedener Modelle für Stapel und Systemkomponenten.:(1) Einleitung (2) Aufbau und elektrochemische Limitierungen von PEM-Brennstoffzellen (3) Aufbau von automobilen PEM-Brennstoffzellenaggregaten (4) Eine Übersicht bekannter Diagnosemethoden für PEM-Brennstoffzellen (5) In-situ-Charakterisierung von PEM-Brennstoffzellenstapeln (6) Bewertungsmethode für Startprozeduren von PEM-Brennstoffzellenaggregaten (7) Online-Diagnose mittels gekoppelter Echtzeit-Parameterschätzung (8) Zusammenfassung und Ausblick / This thesis presents three newly developed methods for the diagnosis of deterioration in automotive polymer electrolyte membrane fuel cell stacks and systems. The combination of these methods allows for a more comprehensive understanding of electrochemical degradation processes and provides means for their mitigation. The first technique aims at the elimination of problems associated with the application of conventional cyclic voltammetry on fuel cell stacks. This is achieved by specific modification of the voltage transients. The procedure enables the precise and highly reproducible measurement of the hydrogen crossover current, double layer capacity and the electrochemically active surface area within the stack and thus represents a completely new kind of stack diagnosis method. The intention of the second method is to facilitate the purposeful development of damage mitigating air-/air-startup operating strategies on system level. To that intent, a number of dynamic hydrogen reference electrodes are positioned within the stack of a vehicle system, which allows for locally and temporally resolved observation of the electrochemical processes. Using this method, two startup procedures are analysed and compared with regard to their suitability. The third technique is an online parameter estimation aiming at the model based diagnosis and control of quantities, which can only be measured with difficulty. The algorithm estimates the electrochemically active surface area, the gas compositions on anode and cathode and the recirculated volumetric flow using various models for stack and system components. With these three methods, all relevant parameters for the intrinsical quantification of the degradation of each single cell within the stack can be precisely quantified. The methods thus enable a direct observation of the deterioration of the fuel cell and contribute to a further increase in durability as well as faster and more efficient development processes.:(1) Einleitung (2) Aufbau und elektrochemische Limitierungen von PEM-Brennstoffzellen (3) Aufbau von automobilen PEM-Brennstoffzellenaggregaten (4) Eine Übersicht bekannter Diagnosemethoden für PEM-Brennstoffzellen (5) In-situ-Charakterisierung von PEM-Brennstoffzellenstapeln (6) Bewertungsmethode für Startprozeduren von PEM-Brennstoffzellenaggregaten (7) Online-Diagnose mittels gekoppelter Echtzeit-Parameterschätzung (8) Zusammenfassung und Ausblick

In contrast to constant operating states, particle and NOx emissions of internal combustion engines are significantly higher during transient operating states, which occur repeatedly at working cycles of mobile machines. This paper therefore deals with the conception, development and testing of hydraulic hybrid systems to reduce these emissions by phlegmatization of the engine. A wheel loader with its machine-typical working cycle serves as an example for the investigation of the benefits of such a system. Therefore, model based development techniques are used. In a holistic machine simulation, four different typical wheel loader cycles were carried out and the optimum size of the hydraulic accumulator for the hybrid system is identified by a parameter variation. The lowest emitted emissions and the smallest construction dimensions are the key elements for the accumulator selection. With an optimal hydraulic accumulator, a reduction in particle emissions of up to 29.4 % is achieved in one of the cycles investigated.

This paper aims to show that controlled hydraulic drives, when properly considered and approached, are a technology that allows for a systematic and safe system design with regard to performance and energy efficiency. Controlled hydraulic drives are predestinated to be an indispensable alternative to electromechanical drives for many fields of application, especially against the background of Industry 4.0. But hydraulic drives will only be able to play this role if they see themselves as a part of mechatronics, speak the language of mechatronics and recognize the increasing importance of electric drives as part of the hydraulic toolbox as a chance.

In der Photovoltaikindustrie wird der Diamantdrahtsägeprozess für die Fertigung kristalliner Siliziumwafer eingesetzt. In dieser Arbeit wird ein dynamisches Modell des Drahtsägeprozesses entwickelt, das die Simulation relevanter Prozessvariablen über die Prozesszeit und über die Ausdehnung des Drahtfeldes zulässt. Den Kern der Modellierung bildet ein parametrisches Abtragmodell, das die Abtragrate in Funktion verschiedener Prozessvariablen beschreibt. Die Parameter dieses Modells werden anhand von Messdaten identifiziert. Basierend auf dem validierten Modell werden Ansätze zur Rezeptoptimierung untersucht mit dem Ziel, die Produktivität zu steigern. Abschliessend wird ein ausgewählter Ansatz aus der Rezeptoptimierung experimentell validiert. Aus der Versuchsreihe geht hervor, dass mit den entwickelten Ansätzen eine wesentliche Reduktion der Prozesszeit möglich ist.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblick / In the photovoltaic industry, the diamond wire sawing process is used for the production of crystalline silicon wafers. In this thesis, a dynamic model of the wire sawing process is presented, which enables the simulation of relevant process variables over the process time and the extension of the wire web. The model comprises a parametric material removal model, which describes the removal rate as a function of different process variables. The parameters of this model are identified using experimental data. Based on the validated model, different approaches to the optimization of the recipe are analyzed with the aim of increasing the productivity of the process. Finally, a selected approach is experimentally validated. The series of experiments reveals that a substantial reduction of the process time is achievable using the developed approaches.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblick

Building Information Modelling (BIM) as a Model-based design facilitates to investigate multiple solutions in the infrastructure planning process. The most important reason for implementing model-based design is to help designers and to increase communication between different design parties. It decentralizes and coordinates team collaboration and facilitates faster and lossless project data exchange and management across extended teams and external partners in project lifecycle. Infrastructure are fundamental facilities, services, and installations needed for the functioning of a community or society, such as transportation, roads, communication systems, water and power networks, as well as power plants. Geospatial Information Systems (GIS) as the digital representation of the world are systems for maintaining, managing, modelling, analyzing, and visualizing of the world data including infrastructure. High level infrastructure suits mostly facilitate to analyze the infrastructure design based on the international or user defined standards. Called regulation1-based design, this minimizes errors, reduces costly design conflicts, increases time savings and provides consistent project quality, yet mostly in standalone solutions. Tasks of infrastructure usually require both model based and regulation based design packages. Infrastructure tasks deal with cross-domain information. However, the corresponding data is split in several domain models. Besides infrastructure projects demand a lot of decision makings on governmental as well as on private level considering different data models. Therefore lossless flow of project data as well as documents like regulations across project team, stakeholders, governmental and private level is highly important. Yet infrastructure projects have largely been absent from product modelling discourses for a long time. Thus, as will be explained in chapter 2 interoperability is needed in infrastructure processes. Multimodel (MM) is one of the interoperability methods which enable heterogeneous data models from various domains get bundled together into a container keeping their original format. Existing interoperability methods including existing MM solutions can’t satisfactorily fulfill the typical demands of infrastructure information processes like dynamic data resources and a huge amount of inter model relations. Therefore chapter 3 concept of infrastructure information modelling investigates a method for loose and rule based coupling of exchangeable heterogeneous information spaces. This hypothesis is an extension for the existing MM to a rule-based Multimodel named extended Multimodel (eMM) with semantic rules – instead of static links. The semantic rules will be used to describe relations between data elements of various models dynamically in a link-database. Most of the confusion about geospatial data models arises from their diversity. In some of these data models spatial IDs are the basic identities of entities and in some other data models there are no IDs. That is why in the geospatial data, data structure is more important than data models. There are always spatial indexes that enable accessing to the geodata. The most important unification of data models involved in infrastructure projects is the spatiality. Explained in chapter 4 the method of infrastructure information modelling for interoperation in spatial domains generate interlinks through spatial identity of entities. Match finding through spatial links enables any kind of data models sharing spatial property get interlinked. Through such spatial links each entity receives the spatial information from other data models which is related to the target entity due to sharing equivalent spatial index. This information will be the virtual properties for the object. The thesis uses Nearest Neighborhood algorithm for spatial match finding and performs filtering and refining approaches. For the abstraction of the spatial matching results hierarchical filtering techniques are used for refining the virtual properties. These approaches focus on two main application areas which are product model and Level of Detail (LoD). For the eMM suggested in this thesis a rule based interoperability method between arbitrary data models of spatial domain has been developed. The implementation of this method enables transaction of data in spatial domains run loss less. The system architecture and the implementation which has been applied on the case study of this thesis namely infrastructure and geospatial data models are described in chapter 5. Achieving afore mentioned aims results in reducing the whole project lifecycle costs, increasing reliability of the comprehensive fundamental information, and consequently in independent, cost-effective, aesthetically pleasing, and environmentally sensitive infrastructure design.:ABSTRACT 4 KEYWORDS 7 TABLE OF CONTENT 8 LIST OF FIGURES 9 LIST OF TABLES 11 LIST OF ABBREVIATION 12 INTRODUCTION 13 1.1. A GENERAL VIEW 14 1.2. PROBLEM STATEMENT 15 1.3. OBJECTIVES 17 1.4. APPROACH 18 1.5. STRUCTURE OF THESIS 18 INTEROPERABILITY IN INFRASTRUCTURE ENGINEERING 20 2.1. STATE OF INTEROPERABILITY 21 2.1.1. Interoperability of GIS and BIM 23 2.1.2. Interoperability of GIS and Infrastructure 25 2.2. MAIN CHALLENGES AND RELATED WORK 27 2.3. INFRASTRUCTURE MODELING IN GEOSPATIAL CONTEXT 29 2.3.1. LamdXML: Infrastructure Data Standards 32 2.3.2. CityGML: Geospatial Data Standards 33 2.3.3. LandXML and CityGML 36 2.4. INTEROPERABILITY AND MULTIMODEL TECHNOLOGY 39 2.5. LIMITATIONS OF EXISTING APPROACHES 41 INFRASTRUCTURE INFORMATION MODELLING 44 3.1. MULTI MODEL FOR GEOSPATIAL AND INFRASTRUCTURE DATA MODELS 45 3.2. LINKING APPROACH, QUERYING AND FILTERING 48 3.2.1. Virtual Properties via Link Model 49 3.3. MULTI MODEL AS AN INTERDISCIPLINARY METHOD 52 3.4. USING LEVEL OF DETAIL (LOD) FOR FILTERING 53 SPATIAL MODELLING AND PROCESSING 58 4.1. SPATIAL IDENTIFIERS 59 4.1.1. Spatial Indexes 60 4.1.2. Tree-Based Spatial Indexes 61 4.2. NEAREST NEIGHBORHOOD AS A BASIC LINK METHOD 63 4.3. HIERARCHICAL FILTERING 70 4.4. OTHER FUNCTIONAL LINK METHODS 75 4.5. ADVANCES AND LIMITATIONS OF FUNCTIONAL LINK METHODS 76 IMPLEMENTATION OF THE PROPOSED IIM METHOD 77 5.1. IMPLEMENTATION 78 5.2. CASE STUDY 83 CONCLUSION 89 6.1. SUMMERY 90 6.2. DISCUSSION OF RESULTS 92 6.3. FUTURE WORK 93 BIBLIOGRAPHY 94 7.1. BOOKS AND PAPERS 95 7.2. WEBSITES 101