Several of our technological breakthroughs are influenced by types of behavior and structures developed in the natural world, including the emulation of swarm in- telligence and the engineering of artificial synapses that function like the human mind. Much like these breakthroughs, this report examines emerging behaviors across swarms of non-communicating, adaptive units that evade obstacles while find- ing a path, to present a swarming algorithm premised on a class of local rule sets re- sulting in a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) group navigating together as a unified swarm. Primarily, this method’s important quality is that its rules are local in nature. Thus, the exponential calculations which can be supposed with growing number of drones, their states, and potential tasks are remedied. To this extent, the study tests the algorithmic rules in experiments to replicate the desired behavior in a bounded virtual space filled with simulated units. Simultaneously, in the adaptation of natural flocking rules the study also introduces the rule sets for goal seeking and uncertainty evasion. In effect, the study succeeds in reaching and displaying the desired goals even as the units avoid unknown before flight obstacles and inter-unit collisions with- out the need for a global centralized command nor a leader based hierarchical system.

Die Dissertationsschrift widmet sich einer systemtheoretischen Untersuchung zur verkehrsabhängigen Steuerung von Lichtsignalanlagen in Straßennetzwerken. Aus einem mathematischen Modell für den Verkehrsablauf auf Knotenzufahrten wird ein Verfahren abgeleitet, mit dem sich Umschaltzeitpunkte und Phasenwechsel flexibel an das tatsächliche Verkehrsgeschehen anpassen lassen. Der Ansatzpunkt ist, die einzelnen Knotenpunkte des Netzwerks lokal zu optimieren. Eine "Grüne Welle" soll sich von selbst einstellen, und zwar genau dann, wenn dadurch lokal Wartezeiten eingespart werden. Indem die lokale Optimierung in ein lokales Stabilisierungsverfahren eingebettet wird, können Instabilitäten aufgrund netzwerkweiter Rückkopplungen ausgeschlossen werden. Das vorgestellte Verfahren setzt sich aus drei Teilen zusammen: (i) einem lokalen Prognoseverfahren zur Bewertung von Schaltzuständen und Phasenübergängen bezüglich zukünftig entstehender Wartezeiten, (ii) einem lokalen Optimierungsverfahren, das jeder Phase einen dynamischen Prioritätsindex zuweist und die Phase mit höchster Priorität zur Bedienung auswählt und (iii) einem lokalen Stabilisierungsverfahren, das zum Einhalten einer mittleren und einer maximalen Bedienperiode korrigierend in die lokale Optimierung eingreift. Indem die Knotenpunkte ausschließlich über die Verkehrsströme gekoppelt sind, ergeben sich die Umschaltzeitpunkte unmittelbar aus den Ankunftszeitpunkten der Fahrzeuge selbst. Die Phasenwechsel stellen sich somit von selbst bedarfsgerecht ein. Simulationsergebnisse machen deutlich, dass sich aufgrund der höheren Flexibilität sowohl die Wartezeiten als auch der Kraftstoffverbrauch senken lassen.

Syftet med denna studie är att förstå hur fenomenet platthet fungerar och upplevs i organisationer samt att få en ökad förståelse för självorganisering och formella och informella strukturer i icke-hierarkiska organisationer. En experimentell fenomenologisk studie gjordes på svenska platta organisationer med kriteriet få eller inga mellannivåer av chefer. Metoden som användes var en metodkombination där gruppintervjuer och djupintervjuer kombinerades. Totalt intervjuades åtta antal personer på företagen där en semistrukturerad intervjuguide användes som baserades på Jo Freemans essä The Tyranny of structurelessness från 1970. Det empiriska materialet kategoriserades senare genom en tematisk innehållsanalys och analyserades genom tre ansatser för att kunna identifiera och beskriva hur företagen var platta. Resultatet och analysen visade att de två företagen kunde anses vara platta på olika sätt. Andra fynd var att konceptet platt är komplext där olika faktorer samspelar med varandra. Vidare forskning bör fokusera på om det är organisationen som initierar platthet eller om rätt individer väljs in i en organisation och gör den platt. Vidare forskning kan också fokusera på intersektionalitet och hur identitet och makt samspelar i en platt organisation för att främja demokratisk deltagarmakt. / The purpose of this study is to understand how the phenomenon of flatness works and is experienced in organizations and to gain an increased understanding of self-organization and formal and informal structures in non-hierarchical organizations. An experimental phenomenological study was conducted on two flat organizations in Sweden with the criterion of few or no middle levels of managers. The method used was a method combination where group interviews and in-depth interviews were combined. A total of eight people were interviewed at the companies where a semi-structured interview guide based on Jo Freeman's essay The Tyranny of structurelessness from 1970 were used. The empirical material was later categorized through a thematic content analysis and analyzed through three approaches to be able to identify and describe how the companies were flat. The result and the analysis showed that the two companies could be considered flat in different ways. Other findings were that the concept flat is complex where different factors interact with each other. Further research should focus on whether it is the organization that initiates flatness or whether the right individuals are selected into an organization and make it flat. Further research can also focus on intersectionality and how identity and power interact in a flat organization to promote democratic participation.

With the outbreak of COVID-19, the Swedish government allocated specific financial support to cultural practitioners, however, excluding curators from this assistance. As a result, a group of engaged professionals formed the Swedish Curators’ Association, marking a recent effort in curatorial self-organization. This study aims to understand and illuminate the phenomenon of curatorial self-organization and how the experience of self-organizing is understood by curators in 2022. It investigates the past and current personal lived experiences of four curators through phenomenological methodological, and theoretical approaches. Next, the study explores how their perception correlates with the current curatorial lifeworld. At the core of this study is the hypothesis that in a consolidated lifeworld, curatorial self-organization becomes a model of a joint phenomenological body, functioning as a mechanism of sustainability, balance, and orientation due to the diversity of curatorial practices and experiences of its members. Archival materials and four interviews are at the core of the research. Study results showed that curatorial self-understanding and perception of self-organization are formed very individually; therefore, it would be inaccurate to generalize the phenomenon without having that in mind. Additionally, several internal and external factors played a significant role in the latest formation and perception of the phenomenon. The study also revealed that previous experiences of curatorial self-organizations have not been present in today’s active curatorial lifeworld, existing as familiar yet distant memories. Finally, the study goes beyond its initial hypothesis to find that the current attempt to self-organize curatorially in Sweden can be equated to a tool for curators to self-define, articulate the changing curatorial roles, and re-understand the essence of the profession.

[pt] Uma propriedade notável dos sistemas biológicos é a formação de estruturas espaciais. Estas podem surgir por auto-organização, como consequência das próprias interações entre os indivíduos. Para estudar estas estruturas e como elas emergem, têm sido muito úteis modelos simples para a dinâmica da densidade espacial de uma população, que levam em conta apenas certos processos elementares (como reprodução, competição e dispersão). Em particular, a equação de FKPP (Fisher-Kolmogorov- Petrovski-Piskunov), que inclui simplesmente o crescimento logístico mais a difusão normal, é um modelo clássico para a dinâmica de uma população de uma única espécie. Dentro do quadro minimalista da equação de FKPP e suas variantes, a competição à distância (ou, não local) é a principal responsável por produzir oscilações espaciais na densidade da população. Entretanto, a não localidade pode ocorrer também nos demais processos. Assim, um primeiro objetivo desta tese é investigar como as diferentes escalas espaciais presentes podem interferir entre si, afetando a formação de padrões. Para isso, consideramos uma generalização da equação de FKPP em que todos os termos são não locais, em um ambiente homogêneo com condições de contorno periódicas. Enquanto a competição é o principal processo por trás da formação de padrões, mostramos que os outros dois podem agir de forma construtiva ou destrutiva. Por exemplo, a difusão, que comumente homogeniza, pode favorecer a formação de padrões dependendo do formato e alcance das funções de influência de cada processo. Em um segundo estudo, motivado por resultados experimentais, procuramos entender como a variabilidade da difusividade pode impactar a organização espacial da população dentro e fora de um refúgio (região de alta qualidade imersa em um ambiente hostil). Para tanto, consideramos uma outra generalização da equação de FKPP, com não localidade apenas no processo de competição intra-espécie, e modificada para levar em conta a presença do refúgio. Além da dependência espacial da taxa de crescimento, que é a principal característica distintiva de um refúgio em um ambiente hostil, também consideramos o fato de que a mobilidade pode ser heterogênea no espaço ou depender da densidade populacional. Focamos em dois casos em que a difusividade responde à densidade de indivíduos, diminuindo ou aumentando com a densidade populacional. Para comparação, também abordamos a difusividade dependente do espaço, com valores diferentes dentro e fora do refúgio. Observamos que o limiar da formação de padrões, no espaço de parâmetros, é bastante robusto diante destas heterogeneidades. Por outro lado, a dependência com a densidade pode produzir uma realimentação que está ausente em meios homogêneos, e que afeta a forma dos padrões. Em todos os casos, os resultados foram obtidos mediante a integração numérica das equações integro-diferenciais e realizando considerações analíticas. / [en] A remarkable property of biological systems is the formation of spatial structures. These can arise by self-organization, as a consequence of the interactions between individuals. To study these structures and how they emerge, simple models for the dynamics of the spatial density of a population, which take into account only certain elementary processes (such as reproduction, competition and dispersion) have been very useful. In particular, the FKPP (Fisher-Kolmogorov-Petrovski-Piskunov) equation, which simply includes logistic growth plus normal diffusion, is a classic model for the dynamics of a population of a single species. Within the minimalist framework of the FKPP equation and its variants, distance (or, non-local) competition is primarily responsible for producing spatial oscillations in population density. However, non-locality can also be present in other processes. Then, a first objective of this thesis is to investigate how the different spatial scales which are present in each process can interfere between them, affecting the formation of patterns in a homogeneous environment with periodic boundary conditions. For this purpose, we consider a generalization of the FKPP equation in which all terms are nonlocal. While competition is the main process behind pattern formation, we show that the other two can act constructively or destructively. For example, diffusion, which commonly homogenizes, can favor the formation of patterns depending on the format and range of the influence functions of each process. In a second study, motivated by experimental results, we seek to understand how the variability of the diffusivity can impact the spatial organization of the population inside and outside a refuge (a high-quality region immersed in a hostile environment). Therefore, we consider another generalization of the FKPP equation, with non-locality only in the intra-species competition process, modified to take into account the presence of the refuge. In addition to the spatial dependence of the growth rate, which is the main distinguishing feature of a refuge in a hostile environment, we also consider the fact that mobility can be spatially heterogeneous or depend on population density. We focus on two cases in which diffusivity responds to the density of individuals, decreasing or increasing with population density. For comparison, we also address spacedependent diffusivity, with different values inside and outside the refuge. We observed that the threshold of pattern formation in parameter space is quite robust under the presence of these heterogeneities. On the other hand, density dependence can produce a feedback that is absent in homogeneous media, and that affects the shape of the patterns. In all cases, the results were obtained by numerical simulations of the integro-differential equations and by analytical considerations.

The object of the study was the professional identity of students in the psychological areas of the university. The subject of the study was the relationship between professional identity and personal qualities of students. The master's thesis consists of an introduction, two chapters, a conclusion, a list of references (110 sources) and an appendix, which includes forms of the methods used. The volume of the master's thesis is 88 pages, which contain 11 figures and 11 tables. The introduction reveals the relevance of the research problem, the development of the problem, sets the goal and objectives of the study, defines the object and subject of the study, formulates the main and additional hypotheses, indicates the methods and empirical base, as well as the stages of the study, scientific novelty, theoretical and practical significance of the work. The first chapter includes a review of foreign and domestic literature on the topic of theoretical foundations for the study of student professional identity. Sections devoted to the study of the concepts of identity, psychological well-being, reflexivity, self-organization, resilience are presented. The conclusions on the first chapter are the results of the study of theoretical material. The second chapter is devoted to the empirical part of the study. It presents a description of the organization and methods of the study and the results obtained by all the methods used: the Questionnaire of the professional identity of psychology students by U. S. Rodygina, the scale of psychological well-being by K. Riff, the questionnaire of reflexivity by A. V. Karpov, the questionnaire of self-organization of activity by N. Feather and M. Bond, methodology for studying the motivation of a professional career E. Shane, S. Muddy's hardiness test. The chapter also presents a correlation analysis of the results of the study. Chapter 2's conclusions include the main findings of the empirical study. In conclusion, the results of the theoretical and empirical parts of the work, as well as conclusions on them, are summarized, the practical significance of the study is substantiated, and possible prospects for further development of this issue are described. / Объектом исследования явилась профессиональная идентичность студентов психологических направлений университета. Предметом исследования стала взаимосвязь профессиональной идентичности и личностных качеств студентов. Магистерская диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы (110 источников) и приложения, включающего в себя бланки применявшихся методик. Объем магистерской диссертации 88 страниц, на которых размещены 11 рисунков и 11 таблиц. Во введении раскрывается актуальность проблемы исследования, разработанность проблематики, ставятся цель и задачи исследования, определяются объект и предмет исследования, формулируются основная и дополнительные гипотезы, указываются методы и эмпирическая база, а также этапы проведения исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы. Первая глава включает в себя обзор иностранной и отечественной литературы по теме теоретических оснований исследования профессиональной идентичности студент. Представлены разделы, посвященные исследованию понятий идентичность, психологическое благополучие, рефлексивность, самоорганизация, жизнестойкость. Выводы по первой главе представляют собой итоги по изучению теоретического материала. Вторая глава посвящена эмпирической части исследования. В ней представлено описание организации и методов проведенного исследования и результатов, полученных по всем использованным методикам: Опроснику профессиональной идентичности студентов-психологов У. С. Родыгиной, шкале психологического благополучия К. Рифф, опроснику рефлексивности А. В. Карпова, опроснику самоорганизации деятельности Н. Физер и М. Бонд, методике изучения мотивации профессиональной карьеры Э. Шейна, тесту жизнестойкости С. Мадди. Также в главе представлен корреляционный анализ результатов исследования. Выводы по главе 2 включают в себя основные результаты эмпирического исследования. В заключении в обобщенном виде изложены результаты теоретической и эмпирической частей работы, а также выводы по ним, обоснована практическая значимость исследования и описаны возможные перспективы дальнейшей разработки данной проблематики.

<p>Optical beams that travel through a material without undergoing divergence are known as self-trapped beams. Self-trapping occurs when a beam induces a suitable index gradient in the medium that is capable of guiding the original beam. An incoherent light consists of femtosecond scale speckles, due to random phase fluctuations and were not thought to self-trap until recently. In 1997, Mitchell et al., showed that white light can self-trap, provided the medium cannot respond fast enough to form index gradients to these speckles individually. However, detailed studies have been hampered by a lack of suitable materials and strategies for enabling such a response. In 2006, our group showed that a photopolymer is suitable for incoherent self-trapping, since the index change is governed by an inherently slow rate of polymerization (of the order of milliseconds). This has enabled further studies of various phenomena with white light self-trapping.</p> <p>The studies here show (i) the first direct experimental evidence of interactions of two incoherent white light self-trapped beams, as well as fission, fusion and repulsion. Existence of dark self-trapping beams with incoherent white light was also shown, counter intuitively in a positive nonlinear medium. (iii) Lattices were formed with multiple ordered bright as well as dark self-trapping filaments using optochemical self-organization. (iv) Woodpile-like 3D lattices with bright and dark beams were also demonstrated and simulations showed theoretical band gaps. (v) Self-trapping of a co-axial beam of incoherent white light was also shown experimentally and through simulations.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Die vorliegende Dissertation hat einen technologischen und einen anwendungsbezogenen Schwerpunkt. Technologisch ordnen sich die präsentierten Forschungsergebnisse in das Gebiet der "Swarm Intelligence" (dt.: Schwarm-Intelligenz) ein. Swarm Intelligence ist ein Teilbereich der Informatik, der sich an der Überschneidung zwischen der Multi-Agenten Systeme Forschung der Künstlichen Intelligenz und dem Forschungsgebiet "Artificial Life" (dt.: Künstliches Leben) befindet. Im Gegensatz zur Swarm Intelligence im allgemeinen, überträgt der spezielle Ansatz "Synthetic Ecosystems" (dt.: synthetische Ökosysteme) nicht nur Koordinationsmechanismen aus biologischen Multi-Agenten Systemen, wie zum Beispiel Insekten Kolonien, in den Entwurf künstlicher Systeme. Vielmehr sollen die grundlegenden Prinzipien "natürlich" entstandener komplexer Systeme, also auch zum Beispiel einer Aktienbörse, übernommen werden. Als anwendungsbezogener Hintergrund der Dissertation wurde die verteilte Steuerung moderner industrieller Fertigungsanlagen gewählt. Die Fertigungssteuerung ist ein geeignetes Anwendungsfeld für die Technologien, die im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelt wurden. Damit dient die Präsentation eines synthetischen Ökosystems für die Fertigungssteuerung der Demonstration des neuartigen Ansatzes zum Entwurf, Realisierung und Evaluierung komplexer, industriell relevanter Systeme. Gleichzeitig leistet die vorgestellte Architektur der Fertigungssteuerung und die darin verwandten Koordinationsverfahren einen Beitrag zur Weiterentwicklung holonischer Produktionssysteme. Der holonische Ansatz zur Produktionsplanung und -steuerung genießt derzeit große Aufmerksamkeit sowohl in der Forschung als auch in der Industrie. Als Teilgebiet der Entwicklung intelligenter Fertigungssysteme (engl.: IMS - Intelligent Manufacturing Systems), propagiert der holonische Ansatz eine Abkehr von der traditionell zentralistischen und hierarchischen Planung und Steuerung hin zu selbst-organisierenden Systemen autonom (inter-)agierender Individuen ("Holone"). Bei der praktischen Umsetzung holonischer Systeme werden sehr häufig Technologien aus der Multi-Agenten Systeme Forschung angewandt. Mit dieser Dissertation rücken auch synthetische Ökosysteme in das Blickfeld holonischer Systeme. Natürliche Agentensysteme im allgemeinen und Kolonien sozialer Insekten im besonderen faszinieren durch ihre Robustheit, ihre Flexibilität und ihre Anpassungsfähigkeit. Solche Systeme bestehen häufig aus sehr vielen, sehr einfachen Individuen und doch weisen sie ein komplexes und koordiniertes Gesamtverhalten auf. Es gibt mehrere Zweige in unterschiedlichen Wissenschaften, zum Beispiel in der Biologie, Physik, Ökonomie oder in der Informatik, die sich mit verteilten Systemen lokal interagierender Individuen beschäftigen. Ihre Erforschung resultiert in einer Reihe wiederholt beobachteter grundlegender Eigenschaften. Um künstlich erschaffene Systeme mit ähnlichen Eigenschaften auszustatten werden Entwurfsprinzipien für das Design von Multi-Agenten Systemen in dieser Dissertation vorgeschlagen. Jedes Entwurfsprinzip wird systematisch eingeführt, motiviert und in seinen Konsequenzen für Anwendungen in der Fertigungssteuerung diskutiert. Stigmergie ist ein grundlegendes Konzept der Koordination einer großen Anzahl von Individuen unter anderem in Kolonien sozialer Insekten. Die Formulierung dieses Konzepts ist auf den Biologen Grassè zurückzuführen, welcher in der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts das Schwarmverhalten von Termiten untersuchte. Stigmergie beruht auf der Tatsache, daß das Verhalten eines jeden Individuums durch die aktuelle Konfiguration seiner lokalen Umwelt bestimmt wird. Die Umwelt wiederum, wird durch die Aktivitäten der Individuen verändert. Diese Wechselwirkung führt in Verbindung mit entsprechend ausgelegten individuellen Verhaltensmustern zur Emergenz einer global koordinierten Erfüllung der anstehenden Aufgaben der Kolonie. Im Detail wird sematektonische von marker-basierter Stigmergie unterschieden, wobei bei sematektonischer Stigmergie der Zustand der Aufgabenerfüllung selbst (z.B. Stand des Nestbaus) das Individualverhalten beeinflußt, während marker-basierte Stigmergie aufgabenunabhängige Marker (z.B. Pheromone) in der Umwelt platziert. Multi-Agenten Systeme finden ihre Realisierung in Software, welche gegebenenfalls an physische Aktuatoren gekoppelt ist. Im allgemeinen besteht diese Software aus einer Laufzeitumgebung und den darin ausgeführten Agenten. Die vorliegende Dissertation präsentiert eine Erweiterung von Laufzeitumgebungen um eine anwendungsunabhängige Pheromon Infrastruktur (PI). Die PI ermöglicht es den Softwareagenten des jeweiligen synthetischen Ökosystems, künstliche Pheromone als Datenstrukturen in einem virtuellen Raum abzulegen und wahrzunehmen. Diese Datenstrukturen dienen als Marker in stigmergetischen Koordinationsmechanismen. Die Algorithmen der PI operieren auf diesen künstlichen Pheromonen und emulieren die natürlichen Vorgänge der räumlichen Ausbreitung und Verdunstung von Pheromonen auf abstrakter Ebene. Zusätzlich wird das natürliche Vorbild um eine automatische Aufbereitung von Informationen erweitert. Die Funktionalität der PI wird in dieser Dissertation spezifiziert. Des weiteren wird ein formales Modell erstellt, welches die Grundlage einer numerischen Analyse der Eigenschaften der PI bildet. Die Analyse liefert Vorhersagen für das Entstehen von räumlichen Mustern von Pheromonkonzentrationen in der PI. Diese Vorhersagen können dann in der Feineinstellung und der Evaluierung von Koordinationsmechanismen verwendet werden. Außerdem dient das formale Modell als Grundlage für den Beweis der globalen Stabilität der PI. Damit ist gesichert, daß unabhängig von der gewählten räumlichen Struktur und den von der jeweiligen Anwendung generierten Pheromonen die Konzentrationen der Pheromone immer in ihrer Stärke begrenzt sind. Der Beweis der globalen Stabilität ist eine wichtige Voraussetzung für die Verwendung der PI in praktischen Anwendungen. Die Spezifikation einer verteilten Realisierung der PI bildet den Abschluß der allgemeinen Betrachtung. Die Agenten, welche die (virtuelle) räumliche Struktur der PI widerspiegeln, werden im Detail spezifiziert. Auf der Basis dieser Spezifikation ist im Rahmen der Dissertation ein Prototyp der PI realisiert worden. Dieser Prototyp diente dem Nachweis des vorhergesagten Verhaltens der Infrastruktur und der späteren Evaluierung des entwickelten Fertigungssteuerungssystems. Im weiteren Verlauf der vorliegenden Dissertation wird ein neuartiger Ansatz zur Fertigungssteuerung betrachtet. Die absehbaren Veränderungen der äußeren Bedingungen der industriellen Produktion, ausgelöst durch den globalen Übergang von Anbieter- zu Verbrauchermärkten, erfordert die Fertigung immer komplexerer und variantenreicherer Produkte in ständig schwankenden Stückzahlen und deutlich verkürzten Lebenszyklen bei gleichzeitig sinkenden Kosten. Zur Erfüllung dieser Anforderungen in der Massenproduktion wandelt sich die traditionell starr verkettete Strangfertigung (z.B. Transferstraßen) zur flexiblen Fließfertigung (z.B. flexible Bearbeitungszentren). Die Steuerung einer flexiblen Fließfertigung erfordert neue Herangehensweisen. In einer holonischen Fertigung, zum Beispiel, organisiert sich die Produktionsplanung und Produktionssteuerung selbst um die Erfüllung der aktuellen Aufträge. Dabei werden in der Steuerung verteilte, reaktive Verfahren verwendet, welche eine deutlich gesteigerte Robustheit und Flexibilität gegenüber Störungen und Veränderungen aufweisen. Der Übergang zur flexiblen Fließfertigung bedeutet die Einführung von Flexibilität in der Bearbeitung aber auch im Transport des Materials. Es ist eine grundlegende Eigenschaft dieser Fertigungssysteme, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Reihe möglicher Transportwege und damit eine Vielzahl möglicher Muster im Materialfluß zur Verfügung stehen. Dabei führt aber nur eine kleine Menge dieser Muster zu einer bestmöglichen Erfüllung der globalen Produktionsziele (z.B. hoher globaler Durchsatz). Es ist also die Aufgabe der Fertigungssteuerung in jeder Situation das bestmögliche Materialflußmuster zu erreichen. Ist ein verteilter Ansatz für die Steuerung gewählt worden, so muß diese Optimierung nach globalen Produktionszielen in die lokalen Steuerungsentscheidungen integriert werden, ohne die Autonomie der lokalen Einheiten zu verletzen. Die Dissertation präsentiert ein sogenanntes geführtes Fertigungssteuerungssystem (GFSS), welches einen verteilten und reaktiven Steuerungsansatz mit einer Flußoptimierung unter Beachtung globaler Produktionsziele in neuartiger Weise verbindet. Der Entwurf des GFSS folgte den vorgeschlagenen Prinzipien für synthetische Ökosysteme und die Agenten im GFSS werden mit Hilfe der Pheromon Infrastruktur koordiniert. Die Agenten und Pheromone des GFSS werden detailliert spezifiziert und in einem realistischen Beispiel aus der Automobilindustrie evaluiert. In der Evaluierung wird von den Ergebnissen der Analyse der PI Gebrauch gemacht. Die dabei gewählte numerische Beschreibung des Einzelverhaltens und die darauf aufbauende Betrachtung des emergierenden Gesamtverhaltens weist den Weg zu einer systematischen Evaluierung von emergenten Systemeigenschaften in synthetischen Ökosystemen. In einem abschließenden Kapitel werden die drei inhaltlichen Schwerpunkte der Dissertation noch einmal betrachtet. Vor dem Hintergrund des GFSS werden die vorgeschlagenen Entwurfsprinzipien für synthetische Ökosysteme systematisch auf ihre Anwendbarkeit und praktische Bedeutung hin überprüft. Außerdem wird die allgemeine Verwendung der PI für den Austausch von Informationen zwischen Agenten untersucht. Und schließlich wird die Fertigungssteuerung aus der Sicht abstrakter Zustandsräume diskutiert. Die vorliegende Dissertation weist den Weg für eine Reihe weiterführender Forschungsarbeiten. So werden zum einen detaillierte Konzepte für die Erweiterung des GFSS um eine automatische Strategiebewertung und -generierung und um ein Visualisierungssystem vorgestellt. Zum anderen werden aber auch notwendige Ergänzungen der Entwurfsprinzipien und mögliche Verbesserungen der PI und des darauf basierenden Evaluierungsansatzes vorgeschlagen. / The synthetic ecosystems approach attempts to adopt basic principles of natural ecosystems in the design of multiagent systems. Natural agent systems like insect colonies are fascinating in that they are robust, flexible, and adaptive. Made up of millions of very simple entities, these systems express a highly complex and coordinated global behavior. There are several branches in different sciences, for instance in biology, physics, economics, or in computer science, that focus on distributed systems of locally interacting entities. Their research yields a number of commonly observed characteristics. To supply engineered systems with similar characteristics this thesis proposes a set of principles that should be observed when designing synthetic ecosystems. Each principle is systematically stated and motivated, and its consequences for the manufacturing control domain are discussed. Stigmergy has shown its usefulness in the coordination of large crowds of agents in a synthetic ecosystem. Sign-based stigmergy through synthetic pheromones is supported by an extension to runtime environments for software agents called the pheromone infrastructure. In this thesis the operation of the pheromone infrastructure is specified, formally modeled and analyzed, and an implementation is presented. The guided manufacturing control system for flexible flow shops is designed following the proposed principles and it uses the pheromone infrastructure to coordinate its agents. It comprises two subsystems. The control (sub)system, which enables production, is distributed and reactive. The advisory (sub)system observes the operation of the control system and advises the manufacturing execution under global considerations. This thesis specifies the guided manufacturing control system and evaluates its operation in a simple but realistic example adapted from the automotive industry. The applicability of the design principles, the usage of the pheromone infrastructure, and the operation of manufacturing control in abstract state spaces are considered on the basis of the guided manufacturing control system.

Distributed systems are everywhere. From large datacenters to mobile devices, an ever richer assortment of applications and services relies on distributed systems, infrastructure, and protocols. Despite their ubiquity, testing and debugging distributed systems remains notoriously hard. Moreover, aside from inherent design challenges posed by partial failure, concurrency, or asynchrony, there remain significant challenges in the implementation of distributed systems. These programming challenges stem from the increasing complexity of the concurrent activities and reactive behaviors in a distributed system on the one hand, and the need to effectively leverage the parallelism offered by modern multi-core hardware, on the other hand. This thesis contributes Kompics, a programming model designed to alleviate some of these challenges. Kompics is a component model and programming framework for building distributed systems by composing message-passing concurrent components. Systems built with Kompics leverage multi-core machines out of the box, and they can be dynamically reconfigured to support hot software upgrades. A simulation framework enables deterministic execution replay for debugging, testing, and reproducible behavior evaluation for large-scale Kompics distributed systems. The same system code is used for both simulation and production deployment, greatly simplifying the system development, testing, and debugging cycle. We highlight the architectural patterns and abstractions facilitated by Kompics through a case study of a non-trivial distributed key-value storage system. CATS is a scalable, fault-tolerant, elastic, and self-managing key-value store which trades off service availability for guarantees of atomic data consistency and tolerance to network partitions. We present the composition architecture for the numerous protocols employed by the CATS system, as well as our methodology for testing the correctness of key CATS algorithms using the Kompics simulation framework. Results from a comprehensive performance evaluation attest that CATS achieves its claimed properties and delivers a level of performance competitive with similar systems which provide only weaker consistency guarantees. More importantly, this testifies that Kompics admits efficient system implementations. Its use as a teaching framework as well as its use for rapid prototyping, development, and evaluation of a myriad of scalable distributed systems, both within and outside our research group, confirm the practicality of Kompics. / Kompics / CATS / REST

L'acquisition autonome de representations et de fonctionnalites en robotique pose de nombreux problemes theoriques. Aujourd'hui, les systemes robotiques autonomes sont concus autour d'un ensemble de fonctionnalites. Leurs representations du monde sont issues de l'analyse d'un probleme et d'une modelisation prealablement donnees par les concepteurs. Cette approche limite les capacites d'apprentissage. Nous proposons dans cette these un systeme ouvert de representations et de fonctionnalites. Ce systeme apprend en experimentant son environnement et est guide par l'augmentation d'une fonction de valeur. L'objectif du systeme consiste a agir sur son environnement pour reactiver les representations dont il avait appris une connotation positive. Une analyse de la capacite a generaliser la production d'actions appropriees pour ces reactivations conduit a definir un ensemble de proprietes necessaires pour un tel systeme. Le systeme de representation est constitue d'un reseau d'unites de traitement semblables et utilise un codage par position. Le sens de l'etat d'une unite depend de sa position dans le reseau. Ce systeme de representation possede des similitudes avec le principe de numeration par position. Une representation correspond a l'activation d'un ensemble d'unites. Ce systeme a ete implemente dans une suite logicielle appelee NeuSter qui permet de simuler des reseaux de plusieurs millions d'unites et milliard de connexions sur des grappes heterogenes de machines POSIX. Les premiers resultats permettent de valider les contraintes deduites de l'analyse. Un tel systeme permet d'apprendre dans un meme reseau, de facon hierarchique et non supervisee, des detecteurs de bords et de traits, de coins, de terminaisons de traits, de visages, de directions de mouvement, de rotations, d'expansions, et de phonemes. NeuSter apprend en ligne en utilisant uniquement les donnees de ses capteurs. Il a ete teste sur des robots mobiles pour l'apprentissage et le suivi d'objets.