Recurrence Quantification Analysis of System Signals for Detecting Tool and Chatter in Turning

In this thesis, the applications of the recurrence quantification analysis in metal cutting operation in a lathe, with specific objective to detect tool wear and chatter, are presented.This study is based on the discovery that process dynamics in a lathe is low dimensional chaotic. It implies that the machine dynamics is controllable using principles of chaos theory. This understanding is to revolutionize the feature extraction methodologies used in condition monitoring systems as conventional linear methods or models are incapable of capturing the critical and strange behaviors associated with the metal cutting process.As sensor based approaches provide an automated and cost effective way to monitor and control, an efficient feature extraction methodology based on nonlinear time series analysis is much more demanding. The task here is more complex when the information has to be deduced solely from sensor signals since traditional methods do not address the issue of how to treat noise present in real-world processes and its non-stationarity. In an effort to get over these two issues to the maximum possible, this thesis adopts the recurrence quantification analysis methodology in the study since this feature extraction technique is found to be robust against noise and stationarity in the signals.The work consists of two different sets of experiments in a lathe; set-I and set-2. The experiment, set-I, study the influence of tool wear on the RQA variables whereas the set-2 is carried out to identify the sensitive RQA variables to machine tool chatter followed by its validation in actual cutting. To obtain the bounds of the spectrum of the significant RQA variable values, in set-i, a fresh tool and a worn tool are used for cutting. The first part of the set-2 experiments uses a stepped shaft in order to create chatter at a known location. And the second part uses a conical section having a uniform taper along the axis for creating chatter to onset at some distance from the smaller end by gradually increasing the depth of cut while keeping the spindle speed and feed rate constant.The study concludes by revealing the dependence of certain RQA variables; percent determinism, percent recurrence and entropy, to tool wear and chatter unambiguously. The performances of the results establish this methodology to be viable for detection of tool wear and chatter in metal cutting operation in a lathe. The key reason is that the dynamics of the system under study have been nonlinear and the recurrence quantification analysis can characterize them adequately.This work establishes that principles and practice of machining can be considerably benefited and advanced from using nonlinear dynamics and chaos theory.

Dynamics of coupled Josephson junctions under the influence of applied fields

We investigate the effect of the phase difference of appliedfields on the dynamics of mutually coupledJosephsonjunctions. A phase difference between the appliedfields desynchronizes the system. It is found that though the amplitudes of the output voltage values are uncorrelated, a phase correlation is found to exist for small values of applied phase difference. The dynamics of the system is found to change from chaotic to periodic for certain values of phase difference. We report that by keeping the value of phase difference as π, the system continues to be in periodic motion for a wide range of values of system parameters. This result may find applications in devices like voltage standards, detectors, SQUIDS, etc., where chaos is least desired.

Phase effects on synchronization by dynamical relaying in delay-coupled systems

Synchronization in an array of mutually coupled systems with a finite time delay in coupling is studied using the Josephson junction as a model system. The sum of the transverse Lyapunov exponents is evaluated as a function of the parameters by linearizing the equation about the synchronization manifold. The dependence of synchronization on damping parameter, coupling constant, and time delay is studied numerically. The change in the dynamics of the system due to time delay and phase difference between the applied fields is studied. The case where a small frequency detuning between the applied fields is also discussed.

Studies on the effect of randoniness on the synchronization of coupled systems and on the dynamics of intermittently driven systems

It has been shown recently that systems driven with random pulses show the signature of chaos ,even without non linear dynamics.This shows that the relation between randomness and chaos is much closer than it was understood earlier .The effect of random perturbations on synchronization can be also different. In some cases identical random perturbations acting on two different chaotic systems induce synchronizations. However most commonly ,the effect of random fluctuations on the synchronizations of chaotic system is to destroy synchronization. This thesis deals with the effect of random fluctuations with its associated characteristic timescales on chaos and synchronization. The author tries to unearth yet another manifestation of randomness on chaos and sychroniztion. This thesis is organized into six chapters.

Analytical Studies on Diffusion and lntermittency in Chaotic Maps

The study of simple chaotic maps for non-equilibrium processes in statistical physics has been one of the central themes in the theory of chaotic dynamical systems. Recently, many works have been carried out on deterministic diffusion in spatially extended one-dimensional maps This can be related to real physical systems such as Josephson junctions in the presence of microwave radiation and parametrically driven oscillators. Transport due to chaos is an important problem in Hamiltonian dynamics also. A recent approach is to evaluate the exact diffusion coefficient in terms of the periodic orbits of the system in the form of cycle expansions. But the fact is that the chaotic motion in such spatially extended maps has two complementary aspects- - diffusion and interrnittency. These are related to the time evolution of the probability density function which is approximately Gaussian by central limit theorem. It is noticed that the characteristic function method introduced by Fujisaka and his co-workers is a very powerful tool for analysing both these aspects of chaotic motion. The theory based on characteristic function actually provides a thermodynamic formalism for chaotic systems It can be applied to other types of chaos-induced diffusion also, such as the one arising in statistics of trajectory separation. It was noted that there is a close connection between cycle expansion technique and characteristic function method. It was found that this connection can be exploited to enhance the applicability of the cycle expansion technique. In this way, we found that cycle expansion can be used to analyse the probability density function in chaotic maps. In our research studies we have successfully applied the characteristic function method and cycle expansion technique for analysing some chaotic maps. We introduced in this connection, two classes of chaotic maps with variable shape by generalizing two types of maps well known in literature.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

" Nonlinear Signal Processing of Electroencephalogram .' Application in the Study of Neurodynamics. "

Interfacings of various subjects generate new field ofstudy and research that help in advancing human knowledge. One of the latest of such fields is Neurotechnology, which is an effective amalgamation of neuroscience, physics, biomedical engineering and computational methods. Neurotechnology provides a platform to interact physicist; neurologist and engineers to break methodology and terminology related barriers. Advancements in Computational capability, wider scope of applications in nonlinear dynamics and chaos in complex systems enhanced study of neurodynamics. However there is a need for an effective dialogue among physicists, neurologists and engineers. Application of computer based technology in the field of medicine through signal and image processing, creation of clinical databases for helping clinicians etc are widely acknowledged. Such synergic effects between widely separated disciplines may help in enhancing the effectiveness of existing diagnostic methods. One of the recent methods in this direction is analysis of electroencephalogram with the help of methods in nonlinear dynamics. This thesis is an effort to understand the functional aspects of human brain by studying electroencephalogram. The algorithms and other related methods developed in the present work can be interfaced with a digital EEG machine to unfold the information hidden in the signal. Ultimately this can be used as a diagnostic tool.

De la désorganisation à l’organisation apprenante en milieu rural

ZUSAMMENFASSUNG Von der „Chaosgruppe“ zur lernenden Organisation. Fallstudien zur Induzierung und Verbreitung von Innovation in ländlichen Kleinorganisationen im Buruli (Zentral-Uganda). Die oft fehlende Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Projekte in Afrika allgemein und in Buruli (Zentral-Uganda) insbesondere gab den Anstoß zu der Forschung, die der vorliegenden Dissertation zugrunde liegt. Ein häufiger Grund für das Scheitern von Projekten ist, dass die lokale Bevölkerung die landwirtschaftliche Innovation als Risiko für die Ernährungssicherheit der Familie betrachtet. Die vorliegende Arbeit ist daher ein Beitrag zur Suche nach einem Weg zur Nachhaltigkeit, der dieser Tatsache Rechnung trägt. Als Forschungsmethode wurden die Gruppendiskussion und die Beobachtung mit den beiden Varianten „teilnehmender Beobachter“ und „beobachtender Teilnehmer“ gemäß Lamnek(1995b) angewendet. Es stellte sich heraus, dass die ablehnende Haltung der Zielbevölkerung landwirtschaftlicher Innovation gegenüber durch finanzielle Anreize, Seminare oder die Überzeugungskunst von Mitarbeitern der Entwicklungsorganisationen kaum behoben werden kann, sondern nur durch den Einbezug der Menschen in einen von ihnen selbst gesteuerten Risikomanagementprozess. Die Prozessberatung von Schein (2000) und die nichtdirektive Beratung von Rogers (2010) haben sich im Rahmen unserer Untersuchung für die Motivierung der Bevölkerung für eine risikobewusste Entwicklungsinitiative von großem Nutzen erwiesen ebenso wie für die Beschreibung dieses Prozesses in der vorliegenden Studie. Die untersuchten Gruppen wurden durch diesen innovativen Ansatz der Entwicklungsberatung in die Lage versetzt, das Risiko von Innovation zu analysieren, zu bewerten und zu minimieren, ihre Zukunft selbst in die Hand zu nehmen und in einem sozialen, ökonomischen und physischen Umfeld zu gestalten sowie auf Veränderungen im Laufe der Umsetzung angemessen zu reagieren. Der Erwerb dieser Fähigkeit setzte eine Umwandlung einfacher Bauerngruppen ohne erkennbare Strukturen in strukturierte und organisierte Gruppen voraus, die einer lernenden Organisation im ländlichen Raum entsprechen. Diese Transformation bedarf als erstes eines Zugangs zur Information und einer zielorientierten Kommunikation. Die Umwandlung der Arbeitsgruppe zu einer lernenden Bauernorganisation förderte die Nachhaltigkeit des Gemüseanbauprojekts und das Risikomanagement und wurde so zu einem konkreten, von der Umwelt wahrgenommenen Beispiel für die Zweckmäßigkeit des oben beschriebenen Forschungsansatzes. Die Herausbildung einer lernenden Organisation ist dabei nicht Mittel zum Zweck, sondern ist selbst das zu erreichende Ziel. Die Beobachtung, Begleitung und Analyse dieses Umwandlungsprozesses erfordert einen multidisziplinären Ansatz. In diesem Fall flossen agrarwissenschaftliche, soziologische, linguistische und anthropologische Perspektiven in die partnerschaftlich ausgerichtete Forschung ein. Von der Entwicklungspolitik erfordert dieser Ansatz einen neuen Weg, der auf der Partnerschaft mit den Betroffenen und auf einer Entemotionalisierung des Entwicklungsvorhabens basiert und eine gegenseitige Wertschätzung zwischen den Akteuren voraussetzt. In diesem Prozess entwickelt sich im Laufe der Zeit die „lernende“ Bauernorganisation auch zu einer „lehrenden“ Organisation und wird dadurch eine Quelle der Inspiration für die Gesamtgesellschaft. Die Nachhaltigkeit von ländlichen Entwicklungsprojekten wird damit maßgeblich verbessert.

Forecasting Global Temperature Variations by Neural Networks

Global temperature variations between 1861 and 1984 are forecast usingsregularization networks, multilayer perceptrons and linearsautoregression. The regularization network, optimized by stochasticsgradient descent associated with colored noise, gives the bestsforecasts. For all the models, prediction errors noticeably increasesafter 1965. These results are consistent with the hypothesis that thesclimate dynamics is characterized by low-dimensional chaos and thatsthe it may have changed at some point after 1965, which is alsosconsistent with the recent idea of climate change.s

El ideal administrativo, nueva visión de la gestión directiva

Las recientes crisis económicas que ha vivido el mundo nos llevan a hacer una reflexión en torno a las responsabilidades que tienen los dirigentes empresariales en los cambios económicos e incluso sociales que se están viviendo. Es por tanto el momento para hacer un análisis más profundo del aporte que la administración, como ciencia, ha hecho a la sociedad. Se ha identificado que la administración permite el desarrollo y crecimiento de un individuo, al tiempo que es un medio de crecimiento y desarrollo para una comunidad, una región y una cultura, lo que se convierte en una realidad indiscutible que nos lleva a reflexionar acerca del porqué, ocurren problemas como las quiebras, ausencia de recursos, y conflictos internos en las organizaciones. En esa medida, una reflexión puede ser que los ideales que ha venido liderando la administración han sido desvirtuados y apartados de una moral y ética empresarial que permita al directivo pensar en algo más que utilidades. Podría parecer extraño decir que la empresa y la acción gerencial deben ir más allá. Podríamos iniciar con el análisis de la obsolescencia de los ideales administrativos o incluso en la ausencia de ideales en la administración. Sobre si se está teniendo en cuenta que la administración que conocemos y aprendemos sigue vigente en un mundo que ha evolucionado y cambiado, el mundo de hoy es distinto al que conocimos incluso en nuestra época de formación profesional, pues se nos enseñó a pensar linealmente, causa y efecto, todo cumple un orden y un plan predeterminado, hoy la visión de certidumbre y control del hombre sobre las decisiones son guiadas por el azar, y por más que el hombre trabaja y diseña estrategias, éstas serán transformadas de acuerdo a las emergencias. Por lo anterior, es importante entender que para avanzar y dejar la obsolescencia en los ideales que ha definido la administración, los directivos deben cambiar su visón y entender la dinámica de interrelación de sus organizaciones en un mundo en permanente caos. Debemos estudiar desde dinámicas diferentes a la de funcionalidad, y saber que es momento para que la administración tenga una nueva visión de la gestión administrativa, por lo que debemos ampliar nuestro horizonte y ver a través de la complejidad. Las decisiones que toman los directivos, las estrategias que definen y la forma de relacionarse con la competencia en mercados altamente competitivos requiere de un cambio en la administración y de un marco ético muy distinto, debe concebirse la gestión directiva y administrativa para mantener y conservar la vida del sector, de la empresa y, por ende, mantener el medio que nos rodea. Por ello se propone ejercer la administración desde la bioética.

Responsabilidad social organizacional. Caso de la población en condición de discapacidad en Colombia

Inmersos en el mundo de la administración y pretendiendo hacer uso del estudio de la productividad, competitividad, responsabilidad social, teoría del caos, entre otros; consientes de un hecho real a través de la historia como lo ha sido la interdependencia de las decisiones políticas con el desarrollo empresarial colombiano surgió la necesidad de investigar acerca de sus efectos sobre un grupo específico de la sociedad: “PERSONAS EN CONDICIÓN DE DISCAPACIDAD”. En consecuencia, se realizó una aproximación conceptual con el fin de familiarizar definiciones relacionadas con el tema, ya que ha sido una de las fallas encontradas al proponer políticas a nivel local y nacional. Posteriormente elaboramos un Diagnostico de la situación de la discapacidad en Colombia, incluyendo el estudio de la legislación colombiana en los últimos cuatro gobiernos y jurisprudencia relacionada. Sumado a ello examinamos el avance que ha tenido Colombia en cuanto la apropiación y aplicación de normas internacionales respecto a este tema. Finalmente se considero relevante traer a colación dos casos de organizaciones colombianas en los cuales fue posible hacer un balance de la efectividad de las acciones de todos los sectores.

De la estrategia competitiva al pensamiento estratégico adaptativo

El presente trabajo de investigación parte del proceso de creación, gestión y evolución de la estrategia; posteriormente se expone la versión contemporánea de la estrategia para la Competitividad. Igualmente, se propone un camino de evolución, más que revolución, desde el pensamiento estratégico, hasta un concepto que incluya la realidad Compleja del mundo, en el cual se considera la línea de tiempo del Sistema. El intercambio de energía entre lo global y lo local y el cambio continuo de las reglas, obliga a vencer la limitación cognitiva de los Directivos, para tener una cosmovisión de ecosistema para aceptar el caos y prevenir las catástrofes.

La incidencia de la complejidad en el ambiente organizacional

La realidad de la complejidad en las organizaciones actuales " Kellert: Hay que ver la teoría del caos como una nueva y revolucionaria ciencia que es discontinua radicalmente con la tradición occidental de objetivar y controlar la naturaleza pues falsifica tanto el carácter de la teoría del caos y la historia de la ciencia. ... cualquier expectativa de que la teoría del caos es el re-encantamiento del mundo se reunirá con la decepción“ La complejidad a lo largo de la segunda mitad del siglo XX, fue adquiriendo importancia a partir de los trabajos desarrollados desde diferentes disciplinas, como respuesta a los vertiginosos avances y a la aparición de nuevas tecnologías que están cambiando nuestra forma de vida y generando nuevo conocimiento. Estamos acostumbrados a ver el mundo de manera lineal, conforme a nuestras formación racionalista, y el ser humano desligado de la naturaleza y su proceso evolutivo, en ese sentido desde la aparición de las TCP, encontramos nuevas formas de entender, tanto los sistemas físicos, biológicos como los sociales humanos. El objetivo de este escrito e hipótesis es plantear la contradicción que se presenta al interior de las organizaciones desde el punto de vista de la realidad organizacional, realizando una mirada rápida al desarrollo las teorías que hoy en día componen lo que entendemos como complejidad, para terminar en el planteamiento de cómo ella se presenta en el interior de las organizaciones. En donde la toma de decisiones por la magnitud de información existe, se vuelven complejas y terminamos en la búsqueda de modelos que nos permitan un manejo adecuado de las organizaciones.

Joyería Hefestos vida y muerte empresarial : estudios empíricos de perdurabilidad de la morbilidad a la perdurabilidad

Este trabajo de grado es un acercamiento a las lecciones empresariales de perdurabilidad basado en el caso de estudio de Joyería Hefestos. Esta empresa ha sido símbolo de la reproducción de piezas de arte precolombino y artesanías de nuestro país, alcanzando reconocimiento nacional e internacional por su originalidad, diseño y calidad. El objetivo de esta investigación es identificar la ruta de éxito que Joyería Hefestos implementó para salir de la crisis que enfrentó durante la década de los noventa. Por tal motivo, se identificarán las causas de la crisis, evaluando las decisiones que la empresa tomó para sobrevivir y hoy en día permanecer en el mercado de la joyería en Colombia. Este proyecto de investigación trabajó de la mano con el Sr. Javier Parra,gerente general; empleados y académicos que nos permitieron evaluar la situación de la empresa antes, durante y después de la crisis. Mediante diferentes herramientas como entrevistas, encuestas y visitas empresariales se evaluó la pertinencia las decisiones estratégicas que se tomaron en el momento preciso para sortear este periodo de caos y alcanzar solvencia financiera y operativa. El trabajo se estructuró bajo los lineamientos de la línea de Estrategia de la Universidad del Rosario, donde se analizaron las variables de Dirección y Gerencia para explicar las causas y consecuencias antes, durante y después de la crisis de la gestión administrativa. Esto permitirá identificar la ruta del éxito mediante la cual la empresa superó este periodo gracias a la incorporación bajo los estatutos del acuerdo de reestructuración Ley 550/1999 que permitió en gran medida el resurgimiento de la empresa junto con el compromiso fiel y constante del personal de Joyería Hefestos.

Imaginarios sociales de las organizaciones sobre el desarrollo humano desde la perspectiva de la complejidad

Este trabajo investigativo surge a partir de la indagación que primero se realizó con los coordinadores, gerentes y directores de 16 organizaciones empresariales de Bogotá, para determinar los imaginarios que se tienen en torno a las organizaciones y su desarrollo humano y social desde el punto de vista de la teoría de la complejidad. A partir de esta indagación en los grupos focales se plantean unos conceptos propuestos desde la experiencia y la construcción cultural que posee cada uno de los integrantes. El trabajo tiene los siguientes apartes: en la primera parte en el marco teórico se profundiza en torno a la organización desde las representaciones sociales, el papel de los imaginarios, el proceso del desarrollo humano y social, desde el marco de la complejidad y concluye con la ilustración de los resultados matriciales, que nos permiten observar cómo son percibidas las diferentes dimensiones del ser humano y su desarrollo social en las organizaciones con elementos constitutivos de la teoría de la complejidad