The work detailed in this dissertation relates to thedevelopment of high performance manufacturing systems. Theperformance factor aimed for is especially flexibility, butthere is an intention of making the results adaptable to focuson performance factors of the readers or users choice. Thefocus of the presented research is not only to provide meansfor accomplishing manufacturing that can handle changes butalso to accomplish flexibility in another area. The resultsshould be applicable in many different situations. The researchhas been divided into three parts: the further development of amanufacturing strategy, the development of a base for amanufacturing system design method and the development of amanufacturing control system. The developed strategy is called Assembly-InitiatedProduction (AIP). An implementation of the strategy shouldprovide high manufacturing system flexibility but at the sametime contribute to the lowering of inventory levels andlead-times. Different solutions coupled to technicalrequirements found are also discussed. The design method research focuses on basic manufacturingsystem properties and the possibility of expressing theseproperties by using simple combinable abstract units calledconcepts. The principle is the same as in physics where realworld phenomena may be expressed by using standard concepts asfor example time and mass. The intended use of the results isin an early manufacturing system design phase. The method isnot directly linked to the AIP strategy, but could be used forimplementing it. Production Planning and Control (PPC) is an important partof a manufacturing system. After having reviewed current PPCpractices, a need for a factory floor PPC system workingregardless of factory floor layout, was identified. Based ontheoretical and industrial studies, the suggested solution is acomputerised, decentralised control system, physicallyseparated from the PPC/ERP system. In order to be able to makequick changes in the schedule, to obtain flexibility and toprovide the organisation with a tool for manufacturing controland decision-making, the system works in real time to provideaccurate and valid data.

<p>The work detailed in this dissertation relates to thedevelopment of high performance manufacturing systems. Theperformance factor aimed for is especially flexibility, butthere is an intention of making the results adaptable to focuson performance factors of the readers or users choice. Thefocus of the presented research is not only to provide meansfor accomplishing manufacturing that can handle changes butalso to accomplish flexibility in another area. The resultsshould be applicable in many different situations. The researchhas been divided into three parts: the further development of amanufacturing strategy, the development of a base for amanufacturing system design method and the development of amanufacturing control system.</p><p>The developed strategy is called Assembly-InitiatedProduction (AIP). An implementation of the strategy shouldprovide high manufacturing system flexibility but at the sametime contribute to the lowering of inventory levels andlead-times. Different solutions coupled to technicalrequirements found are also discussed.</p><p>The design method research focuses on basic manufacturingsystem properties and the possibility of expressing theseproperties by using simple combinable abstract units calledconcepts. The principle is the same as in physics where realworld phenomena may be expressed by using standard concepts asfor example time and mass. The intended use of the results isin an early manufacturing system design phase. The method isnot directly linked to the AIP strategy, but could be used forimplementing it.</p><p>Production Planning and Control (PPC) is an important partof a manufacturing system. After having reviewed current PPCpractices, a need for a factory floor PPC system workingregardless of factory floor layout, was identified. Based ontheoretical and industrial studies, the suggested solution is acomputerised, decentralised control system, physicallyseparated from the PPC/ERP system. In order to be able to makequick changes in the schedule, to obtain flexibility and toprovide the organisation with a tool for manufacturing controland decision-making, the system works in real time to provideaccurate and valid data.</p>

The thesis describes a method for the design and implementation of manufacturing control software using structured Petri nets. An earlier design method is presented from which a more formal approach is developed, and a definition for structured Petri nets is given. This definition is then compared to other classes of Petri net found in the literature. A comparison is also made between the proposed design method and other methods described in the literature. The structured Petri nets are then used to create a control structure, which is shown to have properties that allow the detection and diagnosis of faults originating both in the hardware and the software of the system. A detailed discussion is also presented concerning the implementation of structured Petri nets on various types of manufacturing controller and on general-purpose computers. In particular, results are presented from experiments with various implementation methods on programmable logic controllers. Conclusions are then drawn on the various aspects of the work and details of further research possibilities are described.

Le monde des entreprises est profondément soumis à un ensemble de contraintes toujours plus exigeantes provenant d’une part des clients, exigeant des produits plus personnalisables, de qualité supérieure et à faible coût, et d’autre part des aléas internes auxentreprises, comprenant les pannes machines, les défaillances humaines, la fluctuation de la demande, les fréquentes variations de production. Cette thèse propose une architecture de contrôle de systèmes de production, basée sur les principes holoniques développées dans l’architecture ADACOR (ADAptive holonic COntrol aRchitecture), et l’étendant en s’inspirant des théories de l’évolution et en utilisant des mécanismes d’auto-organisation. L’utilisation des théories de l’évolution enrichit l’architecture de contrôle en permettant l’évolution de deux manières distinctes, en réponse au type et au degré de la perturbation apparue. Le premier mode d’adaptation, appelé auto-organisation comportementale, permet à chaque entité qui compose le système d’adapter dynamiquement leur comportement interne, gérant de cette façon de petites perturbations. Le second mode, nommé auto-organisation structurelle, traite de plus grandes perturbations, en permettant aux entités du système de ré-organiser leurs relations, et par conséquent modifier structurellement le système. L’architecture holonique auto-organisée de contrôle de systèmes de production proposée dans cette thèse a été validée sur une cellule de production flexible AIP-PRIMECA. Les résultats ont montré une amélioration des indicateurs clés de performance par rapport aux architectures de contrôle hiérarchiques et hétérarchiques. / The manufacturing world is being deeply challenged with a set of ever demanding constraints where from one side, the costumers are requiring products to be more customizable, with higher quality at lower prices, and on other side, companies have to deal on a daily basis with internal disturbances that range from machine breakdown to worker absence and from demand fluctuation to frequent production changes. This dissertation proposes a manufacturing control architecture, following the holonic principles developed in the ADAptive holonic COntrol aRchitecture (ADACOR) and extending it taking inspiration in evolutionary theories and making use of self- organization mechanisms. The use of evolutionary theories enrich the proposed control architecture by allowing evolution in two distinct ways, responding accordingly to the type and degree of the disturbance that appears. The first component, named behavioural self- organization, allows each system’s entity to dynamically adapt its internal behaviour, addressing small disturbances. The second component, named structural self-organization, addresses bigger disturbances by allowing the system entities to re-arrange their rela- tionships, and consequently changing the system in a structural manner. The proposed self-organized holonic manufacturing control architecture was validated at a AIP-PRIMECA flexible manufacturing cell. The achieved experimental results have also shown an improvement of the key performance indicators over the hierarchical and heterarchical control architecture.

Cette thèse CIFRE issue d’une collaboration entre Acta-Mobilier, fabricant de façades laquées haut de gamme et le CRAN. Cette thèse, s’inscrivant dans la continuité de celle de Mélanie Noyel, a pour objectif la réalisation d’une architecture de pilotage hybride s’appuyant sur le contrôle par le produit. Nous avons choisi de nous inspirer d’un méta-modèle développé au sein de l’équipe du CRAN. Cette architecture repose sur un modèle VSM, ou chaque niveau est susceptible de prendre des décisions à son échelle. Le plus haut niveau supervise les décisions tactiques (par exemple, le plan directeur de production), le plus bas niveau d’intelligence est distribué entre les produits dotés de moyen de communication et d’analyse (leur intelligence est attribuée à la réactivité du système car se trouvant au plus proche du besoin). En niveaux intermédiaires, nous trouvons d’une part des optimisateurs centralisés pour superviser les sous-ateliers de la chaîne de production, de manière à atteindre les objectifs de consommation, de temps de réglages ou de productivité des sous-ateliers qu’ils supervisent. D’une autre part, des optimisateurs pour des postes de travail spécifique faisant intervenir directement les produits et les informations qu’ils possèdent dans la prise de décision. Un optimisateur de chacune des deux catégories en accord avec les besoins définis par l’étude du flux de production de l’entreprise ont été réalisés. Un optimisateur centralisé a été réalisé pour l’atelier usinage dans lequel les opérations relatives au débit et au façonnage des formes des produits sont effectuées. Il est construit pour réaliser des regroupements en lots de fabrication et à les ordonnancer pour obtenir un compromis entre minimisation des consommations matières, des temps de réglage des machines et la minimisation du WIP. Le séquencement doit garantir que les regroupements, lors de leur division permettent de reformer rapidement les commandes clients. Cette contrainte est nécessaire, avant passage à la phase d’application de la finition. Il met en œuvre un algorithme génétique solutionnant un problème d’ordonnancement multicritères. Pour valider notre choix d’une méta-heuristique comme méthode de résolution du problème, nous avons tenté de le résoudre par une méthode de mathématique analytique et les résultats obtenus ont confirmé que notre décision était raisonnable. Cette optimisation a été testée sur plateforme de test et a fourni des résultats encourageants. Une implémentation faite dans l’entreprise, est utilisé chaque semaine pour une planification spécifique. Un optimisateur de la seconde catégorie a été étudié pour gérer le cas du robot de laquage, celui-ci doit fournir deux postes clients ayant leurs propres familles de produits mais devant être expédiées aux mêmes dates. En outre, les points faibles de ce poste, à savoir la consommation importante de laque à chaque changement de couleur et la longue durée d’attente avant de pouvoir visualiser les produits et savoir si un défaut qualité est apparu, impliquant de devoir refaire un cycle complet de laquage. L’optimisateur utilise un modèle de prédiction de non qualité afin d’évaluer les risques relatifs au passage du prochain lot à produire et si celui-ci est jugé trop élevé, un processus est déclenché choisissant parmi les lots présents en file d’attente, le plus adapté en considérant plusieurs facteurs. Cet optimisateur de poste de travail recueille des informations de la machine, des produits et des files d’attentes des postes en aval afin d’empêcher l’apparition d’un problème. Il a été implémenté sur un modèle de simulation. La question de la synchronisation des différents optimisateurs a été amorcée. En effet, le plan de production généré par le système d’information donne une plage de passage acceptable pour les lots dans chaque atelier et les optimisateurs se doivent de la respecter. Ces travaux aideront l’entreprise à franchir sa transition vers l’ère de l’industrie 4.0. / This CIFRE thesis comes from a collaboration between Acta-Mobilier, manufacturer of high-end lacquered facades and CRAN. This thesis, which is a continuation of that of Mélanie Noyel, aims to achieve a hybrid control architecture based on control by the product. We chose to take inspiration from a meta-model developed within the CRAN team. This architecture is based on a VSM model, where each level is likely to make decisions on its own scale. The highest level oversees tactical decisions (for example, the production master plan), the lowest level of intelligence is distributed between the products endowed with means of communication and analysis (their intelligence is attributed to the responsiveness of the system because being closer to the need). In intermediate levels, we find on the one hand centralized optimizers to supervise the sub-workshops of the production chain, in order to reach the objectives of consumption, time of adjustments or productivity of the sub-workshops that they supervise. On the other hand, optimizers for specific workstations directly involving the products and information they possess in decision-making. An optimizer of each of the two categories in accordance with the needs defined by the study of the workflow of the company have been realized. A centralized optimizer has been realized for the machining workshop in which the operations relating to the flow and shaping of the shapes of the products are carried out. It is built to make groupings in manufacturing batches and to schedule them to achieve a compromise between minimizing material consumption, machine setting times and minimizing WIP. Sequencing must ensure that clusters, when they are split, enable rapid customer order reform. This constraint is necessary before going to the application phase of the finish. It implements a genetic algorithm solving a multicriteria scheduling problem. To validate our choice of a meta-heuristic as a method of solving the problem, we tried to solve it by an analytical mathematical method and the results obtained confirmed that our decision was reasonable. This optimization was tested on a test platform and provided encouraging results. An implementation made in the company, is used every week for a specific planning. An optimizer of the second category has been studied to manage the case of the lacquer robot, it must provide two client stations having their own families of products but to be shipped on the same dates. In addition, the weak points of this post, namely the significant consumption of lacquer with each change of color and the long waiting time before being able to visualize the products and to know if a defect quality appeared, involving having to redo a cycle complete lacquering. The optimizer uses a non-quality prediction model to evaluate the risks associated with the passage of the next batch to be produced and if it is deemed too high, a process is triggered choosing among the lots present in the queue, the most suitable by considering several factors. This workstation optimizer gathers machine information, products, and queues from downstream workstations to prevent a problem from occurring. It has been implemented on a simulation model. The issue of synchronization of different optimizers has been initiated. Indeed, the production plan generated by the information system gives an acceptable range of passage for the batches in each workshop and the optimizers must respect it. This work will help the company make the transition to the Industry 4.0 era.

The purpose of this study is to achieve an understanding of how a CE- marking process is conducted and to identify the relevant factors that must be considered in such a process. We have conducted our study at Lövhults Svets &amp; Smide AB (Lövhults) in Skruv, Småland Sweden, which are manufacturing brackets for small covering constructions. To understand how a CE-marking process is conducted several documents and provisions have been reviewed to achieve a basic understanding and insight of the subject. It thus led to that guideline ETAG 015 were studied and the factors to be considered in the CE-marking of brackets were identified. Together with Jan-Åke Johansson at Lövhults we agreed on four different brackets to investigate for a potential CE-marking. When these brackets had been selected a thorough investigation of these products was conducted, which then were compared with the provisions contained within ETAG 015. It states factors regarding the mechanical resistance, fire safety, environment, health, safety and usefulness that are to be considered. These factors should be specified and given a value / explanation which can be determined by European standards, calculation, calculation and testing, or only through testing. These calculations and tests shall be performed by the company or by a notified body. For a CE-marking to be possible to conduct it is mandatory to examine the manufacturing process of the products. Lövhults products are made of steel (Ymagine D1), which is processed in a punching machine, a bending machine, and finally a welding machine. After this processing, the products are sent for galvanizing and after which they are delivered back to Lövhults for dispatch to the customer. A production control procedure must be established and documented to ensure the quality of the manufactured products. The production control that we propose is simple in nature and is based on visual inspection of incoming materials, visual inspection of the work performed at each processing station and finally a visual check of incoming galvanized products. The manufacturing control needs to be approved by a notified body before it can be considered valid. The result of this study is that several correcting actions must be performed and that contact must be taken with a notified body to ensure that Lövhults products meet all the requirements that are demanded and thereby enable the products to receive a CE-marking. We have a discussion at the end of the report, resulting in the final conclusions and recommendations on whether the CE marking of Lövhults products is something that is worth investing in or not. / Denna studies syfte är att uppnå förståelse kring hur en CE-märkningsprocess går till och att kartlägga de faktorer som måste beaktas i en sådan process. Vi har utfört vår studie på Lövhults Svets &amp; Smide AB (Lövhults) i Skruv, Småland, som producerar vinkelbeslag för täckande konstruktioner av mindre storlek. För att ta reda på hur en CE-märkningsprocess går till har ett flertal dokument och bestämmelser studerats för att skapa en grundläggande förståelse och insikt kring ämnet. Det ledde således till att riktlinje ETAG 015 studerades och att de faktorer som skall beaktas vid en CE-märkning av vinkelbeslag identifierades. Vi kom tillsammans med Jan-Åke Johansson på Lövhults överens om att undersöka fyra olika vinkelbeslag för en potentiell CE- märkning. När vinkelbeslagen valts ut genomfördes en noggrann produktgranskning som sedan ställdes mot de bestämmelser som återfinns i ETAG 015. Där utpekas faktorer gällande mekanisk motståndskraft, brandsäkerhet, miljö, hygien, säkerhet och användbarhet som skall beaktas. Dessa faktorer skall specificeras och ges ett värde/förklaring vilket kan fastställas via europeiska standarder, beräkning, beräkning och provning eller enbart via provning. Dessa beräkningar och provningar utförs av företaget eller av ett anmält organ. För att en CE-märkning ska vara möjlig måste även den tillverkningsprocess som produkterna i fråga genomgår granskas. Lövhults produkter tillverkas av stål (Ymagine D1) vilket bearbetas i en stansmaskin, bockningsmaskin och slutligen en svetsmaskin. Efter denna bearbetning skickas produkterna iväg för galvanisering och återkommer sedan till Lövhults för utleverans till kund. En plan för tillverkningskontroll ska upprättas och dokumenteras för att säkerställa kvalitén på de tillverkade produkterna. Den tillverkningskontroll som vi föreslår är av enkel natur och grundar sig på visuell kontroll av inkommande material, visuell kontroll av utfört arbete vid varje bearbetningsstation och slutligen en visuell kontroll inkomna av galvaniserade produkter. En tillverkningskontrollplan ska godkännas av ett anmält organ innan den kan anses giltig. Resultatet av denna undersökning är att ett flertal åtgärder måste vidtas och att kontakt med ett anmält organ måste tas för att Lövhults produkter ska uppfylla kraven som efterfrågas och därmed gå att CE-märka. Vi för en diskussion i slutet av rapporten vilket resulterar i slutsatser och rekommendationer gällande huruvida en CE-märkning av Lövhults produkter är något som är värt att satsa på eller inte. / Detta arbete är utfört som en fallstudie på Lövhults Svets &amp; Smide AB (Lövhults) med intentionen att försöka skapa ett underlag för CE-märkning av de vinkelbeslag som företaget tillverkar. Tillsammans med företaget pekades fyra vinkelbeslag ut som lämpliga kandidater för en potentiell CE-märkning. För att erhålla kunskap och förståelse kring hur en CE-märkning av vinkelbeslag går till studerades dokument, standarder och bestämmelser från Europeiska Unionen vilket slutligen ledde oss till riktlinje ETAG 015. Denna riktlinje innefattar de bestämmelser som man skall förhålla sig till vid en CE- märkning av vinkelbeslag och den fungerar därmed som en teoretisk grundplattform. Utifrån detta dokument identifierades de faktorer som är relevanta att beakta för de fyra utvalda vinkelbeslagen hos Lövhults. En noggrann undersökning och granskning av produkterna genomfördes för att erhålla önskade specifikationer som sedan ställdes sedan mot de utpekade krav som återfinns i ETAG 015 för att kontrolla produkternas överensstämmelse. Analysen av denna jämförelse resulterar i slutsatsen att ett flertal åtgärder måste vidtas på produkterna och att en tillverkningskontroll behöver implementeras. Vidare förs en diskussion kring de för- och nackdelar en CE- märkning innebär av Lövhults vinkelbeslag. Rapporten avslutas med våra rekommendationer som baseras på de presenterade slutsatser som genererats.

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.