Study of ligand-based virtual screening tools in computer-aided drug design

Virtual screening is a central technique in drug discovery today. Millions of molecules can be tested in silico with the aim to only select the most promising and test them experimentally. The topic of this thesis is ligand-based virtual screening tools which take existing active molecules as starting point for finding new drug candidates. One goal of this thesis was to build a model that gives the probability that two molecules are biologically similar as function of one or more chemical similarity scores. Another important goal was to evaluate how well different ligand-based virtual screening tools are able to distinguish active molecules from inactives. One more criterion set for the virtual screening tools was their applicability in scaffold-hopping, i.e. finding new active chemotypes. In the first part of the work, a link was defined between the abstract chemical similarity score given by a screening tool and the probability that the two molecules are biologically similar. These results help to decide objectively which virtual screening hits to test experimentally. The work also resulted in a new type of data fusion method when using two or more tools. In the second part, five ligand-based virtual screening tools were evaluated and their performance was found to be generally poor. Three reasons for this were proposed: false negatives in the benchmark sets, active molecules that do not share the binding mode, and activity cliffs. In the third part of the study, a novel visualization and quantification method is presented for evaluation of the scaffold-hopping ability of virtual screening tools.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

DFMA- Analysis and Aspects of Applying Internet Based Collaborative Design for Axial Eccentric Oil-Pump Design

The integrated system of design for manufacturing and assembly (DFMA) and internet based collaborative design are presented to support product design, manufacturing process, and assembly planning for axial eccentric oil-pump design. The presented system manages and schedules group oriented collaborative activities. The design guidelines of internet based collaborative design & DFMA are expressed. The components and the manufacturing stages of axial eccentric oil-pump are expressed in detail. The file formats of the presented system include the data types of collaborative design of the product, assembly design, assembly planning and assembly system design. Product design and assembly planning can be operated synchronously and intelligently and they are integrated under the condition of internet based collaborative design and DFMA. The technologies of collaborative modelling, collaborative manufacturing, and internet based collaborative assembly for the specific pump construction are developed. A seven-security level is presented to ensure the security of the internet based collaborative design system.

Virtual Testing of Active Magnetic Bearing Systems based on Design Guidelines given by the Standards

Active Magnetic Bearings offer many advantages that have brought new applications to the industry. However, similarly to all new technology, active magnetic bearings also have downsides and one of those is the low standardization level. This thesis is studying mainly the ISO 14839 standard and more specifically the system verification methods. These verifying methods are conducted using a practical test with an existing active magnetic bearing system. The system is simulated with Matlab using rotor-bearing dynamics toolbox, but this study does not include the exact simulation code or a direct algebra calculation. However, this study provides the proof that standardized simulation methods can be applied in practical problems.

Use of field measurements in fatigue analysis of forestry cranes

Tässä työssä on esitetty väsyttävän kuormituksen mittaamiseen ja mittausdatan jälkikäsittelyyn sekä väsymismitoitukseen liittyviä menetelmiä. Menetelmien sovelluskohteena oli metsäkoneen kuormain, joka on väsyttävästi kuormitettu hitsattu rakenne. Teoriaosassa on kuvattu väsymisilmiötä ja väsymismitoitusmenetelmiä sekä kuormitusten tunnistamiseen ja mittausten jälkikäsittelyyn liittyviä menetelmiä. Yleisimmin käytettyjen väsymismitoitusmenetelmien rinnalle on esitetty luotettavuuteen perustuvaa väsymismitoitusmenetelmää. Kuormainten suunnittelussa on keveys- j a kestoikävaatimusten takia erityisen suuri merkitys väsymisen huomioimisella. Rakenteille on ominaista tietyt toiminnan kannalta välttämättömät hitsatut yksityiskohdat, jotka usein määräävät koko rakenteen kestoiän. Koska nämä ongelmakohdat pystytään useimmiten tunnistamaan jo suunnitteluvaiheessa, voidaan yksityiskohtien muotoilulla usein parantaa huomattavasti koko rakenteen kestoikää. Näiden yksityiskohtien optimointi on osittain mahdollista toteuttaa ilman kuormituskertymätietoa, mutta useimmiten kuormitusten tunnistaminen on edellytys parhaan ratkaisun löytymiselle. Tällöin toistaiseksi paras keino todellisen väsyttävän kuormituksen tunnistamiseksi on pitkäaikaiset kenttämittaukset. Kenttämittauksilla selvitetään rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset venymäliuskojen avulla. Kuormitusten tunnistamisella on erityisen suuri merkitys kun halutaan määrittää rakenteen kestoikä. Väsyminen ja väsyttävä kuormitus ovat kuitenkin tilastollisia muuttujia j a yksittäiselle rakenteelle ei ole mahdollista määrittää tarkkaa k estoikää. Tilastollisia menetelmiä käyttäen on kuitenkin mahdollista määrittää rakenteen vaurioitumisriski. Laskettaessa vaurioitumisriskiä suurelle määrälle yksittäisiä rakenteita voidaan muodostaa tarkkojakin ennusteita mahdollisten vaurioiden lukumäärästä. Tällöin kuormituskertymätiedosta voi olla tavanomaisen suunnittelun lisäksi laajempaa hyötyä esimerkiksi takuukäsittelyssä. Tässä työssä on sovellettu esitettyjä teorioita käytännössä metsäkoneen harvesterin puomiston väsymistarkasteluun. Kyseisen rakenteen kuormituksia mitattiin kahden viikon aikana yhteensä 35 tuntia, jonka perusteella laskettiin väsyttävän kuormituksen tilastollinen jakauma esimerkkitapaukselle. Mittauksen perusteella ei voitu tehdä kuitenkaan johtopäätöksiä tuotteen koko elinkaaren kuormituksista eikä muiden samanlaisten tuotteiden kuormituksista, koska mitattu otos oli suhteellisen lyhyt ja rajoittui vain yhteen käyttäjään ja muutamaan käyttökohteeseen. Menetelmien testaamiseksi kyseinen otos oli kuitenkin riittävä. Kuormituskertymätietoa käytettiin hyväksi myös laatumääritysten muodostamisessaesimerkkitapaukselle. Murtumismekaniikkaan perustuvalla menetelmällä arvioitiinharvesteripilarin valun mahdollisten valuvirheiden suurin sallittu koko. Luotettavuuteen pohjautuvan mitoitusmenettelyn tarve näyttää olevanlisääntymässä, joten pitkäaikaisten kenttämittausten tehokas hyödyntäminen tulee olemaan keskeinen osa väsymismitoitusta lähitulevaisuudessa. Menetelmiä olisi mahdollista tehostaa yhdistämällä kuormituskertymään erilaisia kuormitusten suhteen riippuvia tunnettuja suureita kuten käsiteltävän puun halkaisija. Todellisettuotekohtaiset tilastolliset jakaumat kuormituksista voitaisiin muodostaa mahdollisesti tehokkaammin, jos esimerkiksi kuormitusten riippuvuus metsätyypistä pystyttäisiin ensin määrittämään.

Prosessinostureita valmistavan liiketoimintayksikön arvoverkoston kustannusrakenne

Työn tarkoituksena on tutkia prosessinosturiliiketoiminnan rajatun arvoketjun ja - verkoston kustannuksia. Tavoitteena on selvittää valittujen vaihtoehtoisten valmistuspaikkojen toimintojen pohjalta yleinen arvoketju kustannuskertymineen. Lisäksi tavoitteena on kehittää taulukkolaskentaohjelmistoon perustuva laskentamalli tai perustyökalu kustannusten kasautumisen arviointiin. Edelleen pyrkimyksenä on löytää rakennetusta mallin avulla kehitys- ja jatkotoimenpiteiden kohteita. Työssä perehdytään aluksi arvoketju -viitekehykseen ja niihin seikkoihin joista se muodostuu kirjallisuudesta löytyvän tiedon pohjalta. Arvoketjuajattelu on yksinkertaisimmillaan yrityksen toimintojen tarkastelua kilpailukyvyn ja -edun näkökulmasta. Liiketoiminnan kehittyminen verkostomaiseksi vaatii kuitenkin laajemman ¿ arvoverkosto - tarkastelunäkökulman. Toisaalta liiketoiminnan pidemmän aikavälin kilpailukyvyn suunnittelu edellyttää syvällisempää arvoketjujen ja toimintojen tarkastelua ja hallintaa, jolloin tarvitaan kehittyneempiä laskentatoimen menetelmiä ja kustannuslaskentajärjestelmiä. Tutkimuksen empiirisessä osiossa arvoketjuajattelua ja arvoverkostoviitekehystä sekä kustannuslaskentamenetelmiä sovelletaan käytännön tapauksiin. Tulokset osoittavat tutkimukseen valittujen neljän valmistuspaikan kustannuskertymän ja -rakenteen. Kustannuskertymältään alhaisimmaksi osoittautui tuotantolaitos Saudi-Arabiassa, kunloppuasiakkaan sijainti on Qatarissa. Puolalainen tehdas osoittautui puolestaankilpailukykyisimmäksi, kun nosturin toimitusosoite on Italian pohjoisosaan. Tulosten perusteella kustannusrakenteiden suurimmat kustannuserät ovat kuljetus-, teräsrakenteen valmistus- ja suunnittelutoiminnot.

Lujasta rakenneteräksestä tehdyn rakenteen vikasietoisuuden määritys

Tässä työssä tutkittiin Ruukin valmistamista lujista Optim 700 MC Plus sekä Optim 700 QL teräksistä tehtyjen hitsattujen palkkirakenteiden vikasietoisuutta sekä murtumiskäyttäytymistä laboratoriossa suoritettujen täyden mittakaavan kokeiden avulla. Koerakenteet suunniteltiin siten, että rakenteen kylmämuovauksen sekä hitsauksen vaikutukset yhdessä rakenteen geometrian vaikutuksen kanssa heikentävät rakenteen murtumissitkeyttä rakenteeseen tehdyn teräväkärkisen alkusärön tasossa. Suunnitellussa koesarjassa varioidaan testauslämpötilan lisäksi hitsauksen lämmöntuontia sekä koerakenteeseen tehtävän alkusärön kokoa. Tässä työssä tavoitteena oli yleisesti esittää menettely hitsatun säröllisen teräsrakenteen kestävyyden arviointia varten. Optim 700 MC Plus teräksestä tehdyn koerakenteen käyttäytymistä tutkittiin laskennallisesti murtumismekaniikan avulla. Laadittujen FEM - mallien avulla laskettiin rakenteen murtumisparametrien arvot kummallekin tutkittavalle teräkselle. Optim 700 MC Plus materiaalista valmistetuille koerakenteen säröalueen rakennedetaljia vastaavalle koekappaleille suoritettiin murtumissitkeyskokeita. Murtumissitkeyskokeista saatujen tulosten avulla pystyttiin kuvaamaan täyden mittakaavan koerakenteessa olevan särön murtumiskäyttäytymistä mitoitusmenetelmissä. Koerakenteelle laskettiin tässä työssä kriittisen särökoon ja sitä vastaavan kuorman arvot perustuen rakenteen oletettuun hauraaseen, epästabiiliin sitkeään sekä plastiseen murtumiskäyttäytymiseen. Tässä työssä testattiin molemmista tutkittavista materiaaleista valmistetut täyden mittakaavan koerakenteet -40 °C lämpötilassa. Molemmat testatut rakenteet käyttäytyvät mitattujen siirtymätulosten perusteella melko hauraasti. Optim 700 MC Plus materiaalille saatujen laskentatulosten voidaan todeta testatun koekappaleen perusteella soveltuvan hauraasti käyttäytyvän rakenteen mitoitukseen.

DPS-Like Peroxide Resistance Protein: Structural and Functional Studies on a Versatile Nanocontainer

Oxidative stress is a constant threat to almost all organisms. It damages a number of biomolecules and leads to the disruption of many crucial cellular functions. It is caused by reactive oxygen species (ROS), such as hydrogen peroxide (H2O₂), superoxide (•O₂ -), and hydroxyl radical (•OH). The most harmful of these compounds is •OH, which is only formed in cells in the presence of redox-cycling transition metals, such as iron and copper. Bacteria have developed a number of mechanisms to cope with ROS. One of the most widespread means employed by bacteria is the DNA-binding proteins from starved cells (Dps). Dps proteins protect the cells by binding and oxidizing Fe2+, thus greatly reducing the production of •OH. The oxidized iron is stored inside the protein as an iron core. In addition, Dps proteins bind directly to DNA forming a protective coating that shields DNA from harmful agents. Moreover, Dps proteins have been found to elicit other protective functions in cells and to participate in bacterial virulence. Dps proteins are of special importance to Streptococci owing to the lack of catalase in this genus of bacteria.This study was focused on structural and functional characterization of streptococcal Dpslike peroxide resistance (Dpr) proteins. Initially, crystal structures of Streptococcus pyogenes Dpr were determined. The data confirmed the presence of a di-metal ferroxidase center (FOC) in Dpr proteins and revealed the presence of a novel N-terminal helix as well as a surface metal-binding site. The crystal structures of Streptococcus suis Dpr complexed with transition metals demonstrated the metal specificity of the FOC. Solution binding studies also indicated the presence of a di-metal FOC. These results suggested a possible role for Dpr in the detoxification of various metals. Iron was found to mineralize inside the protein as ferrihydrite based on X-ray absorption spectroscopy data. The iron core was found to exhibit clear superparamagnetic behaviour using magnetic and Mössbauer measurements. The results from this study are expected to further increase our understanding on the binding, oxidation, and mineralization of iron and other metals in Dpr proteins. In particular, the structural and magnetic properties of the iron core can form a basis for potential new applications in nanotechnology. From the streptococcal viewpoint, the results would help in understanding better the complicated picture of bacterial pathogenesis. Dpr proteins may also provide a novel target for drug design due to their tight involvement in bacterial virulence.

Nettipohjainen voimalaitosratkaisujen hinta-arviojärjestelmä

Työn tarkoitus on suunnitella ja toteuttaa nettipohjainen voimalaitosratkaisujen hinta-arviojärjestelmä Savonia Power Oy:n käyttöön. Järjestelmän tarkoitus on automatisoida voimalaitosratkaisujen tunnuslukujen laskeminen asiakkaan antamien alkuarvojen pohjalta ja tallentaa mahdollinen yhteydenottopyyntö. Järjestelmän vaatimuksina ovat laskentakaavojen helppo päivitettävyys, kaavojen automaattinen hakeminen Excel 2007–muotoisesta tiedostosta ja asiakasrajapinnan nettipohjaisuus. Työ jakaantuu kahteen osaan. Teoriaosassa selvitetään työssä käytettyjen tekniikoiden taustaa ja selvitetään Microsoftin OOXML-tiedostomuodon rakenne työssä vaadittavin osin. Käytännön osassa suunnitellaan ja osin toteutetaan valmis järjestelmä käyttäen PHP-kieltä, XML-määrittelykieltä ja MySQL-tietokantaa. Suurimmat haasteet järjestelmän toteutuksessa ovat laskentakaavojen parsiminen Excel-tiedostosta ilman sen sisällön tiukkaa rajoittamista tiettyihin raameihin ja järjestelmän helppo päivitys saaduilla laskentakaavoilla. Työn lopputuloksena on toimiva, muttei viimeistelty järjestelmä sekä tämä dokumentti. Työn suurin merkitys tulee olemaan edellä mainittujen suunnitteluhaasteiden selvittäminen, sekä valmis ohjelmarunko yleiseen käyttöön otetulle järjestelmälle.

Hitsatun rakenteen lujuustarkastelu kokeellisesti määritetyn kuormitushistorian perusteella

Työssä tutkittiin jätteen murskauksesta murskaimeen aiheutuvia kuormituksia vastusvenymäliuskamittauksilla. Eri jätetyyppien aiheuttamia kuormituksia tutkittiin erillisinä tapauksina ja näistä tyyppikuormituksista johdettiin rakenteen normaalia käyttöä vastaava kuormitushistoria käyttäen painokertoimia eri tyyppikuormien kesken. Murskaimen runkorakennetta tutkittiin FE-analyysillä käyttäen kuormituksena kenttämittauksilla saatua todellista kuormitusta. FE-menetelmällä tutkittiin väsymisen kannalta kriittisiä kohtia rakenteesta. Tulosten perusteella kriittisiin yksityiskohtiin laadittiin parannusehdotuksia, joiden perusteella yhteistyössä työn teettäjän kanssa laadittiin uudet rakenneratkaisut. Rakenteen kestoikä määritettiin väsymisvaurion kannalta kriittisimmän yksityiskohdan mukaan. Kestoiän määrittämiseen käytettiin Palmgren-Miner menetelmää ja Palmgren-Miner menetelmästä johdettua ekvivalentin jännitysvaihtelun menetelmää. Muutosten jälkeen rakenne täyttää sille asetetun suunnittelukestoiän käytettyjen menetelmien perusteella.

Modeling and Parameter Estimation of Double-Star Permanent Magnet Synchronous Machines

The power rating of wind turbines is constantly increasing; however, keeping the voltage rating at the low-voltage level results in high kilo-ampere currents. An alternative for increasing the power levels without raising the voltage level is provided by multiphase machines. Multiphase machines are used for instance in ship propulsion systems, aerospace applications, electric vehicles, and in other high-power applications including wind energy conversion systems. A machine model in an appropriate reference frame is required in order to design an efficient control for the electric drive. Modeling of multiphase machines poses a challenge because of the mutual couplings between the phases. Mutual couplings degrade the drive performance unless they are properly considered. In certain multiphase machines there is also a problem of high current harmonics, which are easily generated because of the small current path impedance of the harmonic components. However, multiphase machines provide special characteristics compared with the three-phase counterparts: Multiphase machines have a better fault tolerance, and are thus more robust. In addition, the controlled power can be divided among more inverter legs by increasing the number of phases. Moreover, the torque pulsation can be decreased and the harmonic frequency of the torque ripple increased by an appropriate multiphase configuration. By increasing the number of phases it is also possible to obtain more torque per RMS ampere for the same volume, and thus, increase the power density. In this doctoral thesis, a decoupled d–q model of double-star permanent-magnet (PM) synchronous machines is derived based on the inductance matrix diagonalization. The double-star machine is a special type of multiphase machines. Its armature consists of two three-phase winding sets, which are commonly displaced by 30 electrical degrees. In this study, the displacement angle between the sets is considered a parameter. The diagonalization of the inductance matrix results in a simplified model structure, in which the mutual couplings between the reference frames are eliminated. Moreover, the current harmonics are mapped into a reference frame, in which they can be easily controlled. The work also presents methods to determine the machine inductances by a finite-element analysis and by voltage-source inverters on-site. The derived model is validated by experimental results obtained with an example double-star interior PM (IPM) synchronous machine having the sets displaced by 30 electrical degrees. The derived transformation, and consequently, the decoupled d–q machine model, are shown to model the behavior of an actual machine with an acceptable accuracy. Thus, the proposed model is suitable to be used for the model-based control design of electric drives consisting of double-star IPM synchronous machines.

A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

Design and validation of stateful composite RESTful web services

A web service is a software system that provides a machine-processable interface to the other machines over the network using different Internet protocols. They are being increasingly used in the industry in order to automate different tasks and offer services to a wider audience. The REST architectural style aims at producing scalable and extensible web services using technologies that play well with the existing tools and infrastructure of the web. It provides a uniform set of operation that can be used to invoke a CRUD interface (create, retrieve, update and delete) of a web service. The stateless behavior of the service interface requires that every request to a resource is independent of the previous ones facilitating scalability. Automated systems, e.g., hotel reservation systems, provide advanced scenarios for stateful services that require a certain sequence of requests that must be followed in order to fulfill the service goals. Designing and developing such services for advanced scenarios with REST constraints require rigorous approaches that are capable of creating web services that can be trusted for their behavior. Systems that can be trusted for their behavior can be termed as dependable systems. This thesis presents an integrated design, analysis and validation approach that facilitates the service developer to create dependable and stateful REST web services. The main contribution of this thesis is that we provide a novel model-driven methodology to design behavioral REST web service interfaces and their compositions. The behavioral interfaces provide information on what methods can be invoked on a service and the pre- and post-conditions of these methods. The methodology uses Unified Modeling Language (UML), as the modeling language, which has a wide user base and has mature tools that are continuously evolving. We have used UML class diagram and UML state machine diagram with additional design constraints to provide resource and behavioral models, respectively, for designing REST web service interfaces. These service design models serve as a specification document and the information presented in them have manifold applications. The service design models also contain information about the time and domain requirements of the service that can help in requirement traceability which is an important part of our approach. Requirement traceability helps in capturing faults in the design models and other elements of software development environment by tracing back and forth the unfulfilled requirements of the service. The information about service actors is also included in the design models which is required for authenticating the service requests by authorized actors since not all types of users have access to all the resources. In addition, following our design approach, the service developer can ensure that the designed web service interfaces will be REST compliant. The second contribution of this thesis is consistency analysis of the behavioral REST interfaces. To overcome the inconsistency problem and design errors in our service models, we have used semantic technologies. The REST interfaces are represented in web ontology language, OWL2, that can be part of the semantic web. These interfaces are used with OWL 2 reasoners to check unsatisfiable concepts which result in implementations that fail. This work is fully automated thanks to the implemented translation tool and the existing OWL 2 reasoners. The third contribution of this thesis is the verification and validation of REST web services. We have used model checking techniques with UPPAAL model checker for this purpose. The timed automata of UML based service design models are generated with our transformation tool that are verified for their basic characteristics like deadlock freedom, liveness, reachability and safety. The implementation of a web service is tested using a black-box testing approach. Test cases are generated from the UPPAAL timed automata and using the online testing tool, UPPAAL TRON, the service implementation is validated at runtime against its specifications. Requirement traceability is also addressed in our validation approach with which we can see what service goals are met and trace back the unfulfilled service goals to detect the faults in the design models. A final contribution of the thesis is an implementation of behavioral REST interfaces and service monitors from the service design models. The partial code generation tool creates code skeletons of REST web services with method pre and post-conditions. The preconditions of methods constrain the user to invoke the stateful REST service under the right conditions and the post condition constraint the service developer to implement the right functionality. The details of the methods can be manually inserted by the developer as required. We do not target complete automation because we focus only on the interface aspects of the web service. The applicability of the approach is demonstrated with a pedagogical example of a hotel room booking service and a relatively complex worked example of holiday booking service taken from the industrial context. The former example presents a simple explanation of the approach and the later worked example shows how stateful and timed web services offering complex scenarios and involving other web services can be constructed using our approach.

Sisälogististen materiaalivirtojen -ja materiaalitoimintojen kehittäminen eräässä kokoonpanoyrityksessä

Toimintaympäristön muutokset ja kysynnän monipuolistuminen haastavat useat teollisuuden alan yritykset kehittämään toimintaansa. Varastointi ja sisälogistiikka sisältävät useita yrityksen sisäisen tehokkuuden kehityskohteita. Logististen toimintojen ajankäytöllisen hukan eliminointi ja sisälogistinen selkeys parantavat liiketoiminnan kannattavuutta. Työssä käsitellään yrityksen sisälogistisia materiaalivirtoja, jotka muodostuvat materiaalitoimintojen suorittamista komponenttien ja lopputuotteiden siirroista. Tavoitteina oli lyhentää tuotannon pääkokoonpanon komponenttien keräilyyn kuluvaa aikaa ja selkeyttää sisälogistista systeemiä kehittämällä kokoonpanotuotannon ja sitä palvelevan varastoinnin layoutia, sekä komponenttien varastopaikkoja. Tutkimus perustuu kvantitatiiviseen ja kvalitatiiviseen tutkimusmenetelmään. Sisälogististen osa-alueiden analysointiin käytettiin osallistuvaa havainnointia, haastatteluita, vertailevaa tutkimusta ja datapohjaista aineistoa. Työn tuloksena syntyi kehitysehdotus materiaalivirtojen ja varastoinnin uudeksi rakenteeksi, sekä toimintamalli nimikkeiden varastopaikkojen määrittämiseksi ja työpisteiden järjestyksen ylläpitoon.

Mielipidekyselyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Tämän työn tavoitteena on suunnitella yksinkertainen Internet-pohjainen mielipidekyselyjärjestelmä sekä esitellä yksityiskohtaisesti järjestelmän toteutus ja siihen liittyvät menetelmät. Menetelmistäesitellään ainoastaan ennalta valitut menetelmät järjestelmän toteutukseen, tietojen esittämiseen, esitystavan muotoiluun sekä tietojen varastointiin. Järjestelmä toteutetaan HTML- ja PHP-kielillä sekä käyttämällä CSS-menetelmän tyylimuotoiluja ja XML-kielen muotoiluun perustuvia tiedostoja tietovarastoina. Järjestelmän suunnitteluun liittyen työssä pyritään kuvaamaan järjestelmään toteutettavat kaksi erillistä käyttöliittymää, pääkäyttäjän käyttöliittymä ja normaalin käyttäjän käyttöliittymä, sekä näihin toteutettavat toiminnot. Pääkäyttäjän tärkeimmät toiminnot ovat mielipidekyselyiden luominen, käyttäjien lisääminen kyselyihin sekä kyselyiden tulosten seuranta. Normaalin käyttäjän toiminnot taas rajoittuvat kirjautumiseen ja kyselyyn vastaamiseen. Järjestelmän toteutuksen kuvauksessa kuvataan tarkasti edellä mainittujen kahden käyttöliittymän toiminnot sekä näiden toimintojen toteutustavat. Lisäksi toteutuksen kuvauksen yhteydessä määritellään tarkasti järjestelmän tietovarastoina toimivien tiedostojen sisällön muoto. Työn lopputuloksena syntyi valituilla toteutustavoilla toteutettu toimiva mielipidekyselyjärjestelmä sekä tämä järjestelmän suunnitteluun ja toteutuksen selvittämiseen keskittynyt dokumentti. Toteutetusta järjestelmästä ei tullut täydellinen vaan jatkokehityksessä voidaan harkita esimerkiksi tietokannan käyttämistä järjestelmän tietovarastoina sekä joidenkin lisäominaisuuksien toteuttamista. Tavoitteeseen päästiin kuitenkin, sillä toteutettu järjestelmä on toimiva ja käyttötarkoitukseensa sopiva.