On the use of convex underestimators in global optimization

Många kvantitativa problem från vitt skilda områden kan beskrivas som optimeringsproblem. Ett mått på lösningens kvalitet bör optimeras samtidigt som vissa villkor på lösningen uppfylls. Kvalitetsmåttet kallas vanligen objektfunktion och kan beskriva kostnader (exempelvis produktion, logistik), potentialenergi (molekylmodellering, proteinveckning), risk (finans, försäkring) eller något annat relevant mått. I min doktorsavhandling diskuteras speciellt icke-linjär programmering, NLP, i ändliga dimensioner. Problem med enkel struktur, till exempel någon form av konvexitet, kan lösas effektivt. Tyvärr kan inte alla kvantitativa samband modelleras på ett konvext vis. Icke-konvexa problem kan angripas med heuristiska metoder, algoritmer som söker lösningar med hjälp av deterministiska eller stokastiska tumregler. Ibland fungerar det här väl, men heuristikerna kan sällan garantera kvaliteten på lösningen eller ens att en lösning påträffas. För vissa tillämpningar är det här oacceptabelt. Istället kan man tillämpa så kallad global optimering. Genom att successivt dela variabeldomänen i mindre delar och beräkna starkare gränser på det optimala värdet hittas en lösning inom feltoleransen. Den här metoden kallas branch-and-bound, ungefär dela-och-begränsa. För att ge undre gränser (vid minimering) approximeras problemet med enklare problem, till exempel konvexa, som kan lösas effektivt. I avhandlingen studeras tillvägagångssätt för att approximera differentierbara funktioner med konvexa underskattningar, speciellt den så kallade alphaBB-metoden. Denna metod adderar störningar av en viss form och garanterar konvexitet genom att sätta villkor på den perturberade Hessematrisen. Min forskning har lyft fram en naturlig utvidgning av de perturbationer som används i alphaBB. Nya metoder för att bestämma underskattningsparametrar har beskrivits och jämförts. I sammanfattningsdelen diskuteras global optimering ur bredare perspektiv på optimering och beräkningsalgoritmer.

Structural and operational optimisation : applications in energy systems

In this work mathematical programming models for structural and operational optimisation of energy systems are developed and applied to a selection of energy technology problems. The studied cases are taken from industrial processes and from large regional energy distribution systems. The models are based on Mixed Integer Linear Programming (MILP), Mixed Integer Non-Linear Programming (MINLP) and on a hybrid approach of a combination of Non-Linear Programming (NLP) and Genetic Algorithms (GA). The optimisation of the structure and operation of energy systems in urban regions is treated in the work. Firstly, distributed energy systems (DES) with different energy conversion units and annual variations of consumer heating and electricity demands are considered. Secondly, district cooling systems (DCS) with cooling demands for a large number of consumers are studied, with respect to a long term planning perspective regarding to given predictions of the consumer cooling demand development in a region. The work comprises also the development of applications for heat recovery systems (HRS), where paper machine dryer section HRS is taken as an illustrative example. The heat sources in these systems are moist air streams. Models are developed for different types of equipment price functions. The approach is based on partitioning of the overall temperature range of the system into a number of temperature intervals in order to take into account the strong nonlinearities due to condensation in the heat recovery exchangers. The influence of parameter variations on the solutions of heat recovery systems is analysed firstly by varying cost factors and secondly by varying process parameters. Point-optimal solutions by a fixed parameter approach are compared to robust solutions with given parameter variation ranges. In the work enhanced utilisation of excess heat in heat recovery systems with impingement drying, electricity generation with low grade excess heat and the use of absorption heat transformers to elevate a stream temperature above the excess heat temperature are also studied.

The interconnections between customer loyalty, employee engagement and business performance

The interconnections of customer loyalty, employee engagement and business performance have been separately examined in several previous studies but actually a coherent study combining all of these components together has been lacking. This thesis aims to study all of these components and their interrelations at the same time in order to understand the organization as a one whole. The thesis includes an encompassing review of the previous studies related to customer loyalty and employee engagement. The theory presents both the theoretical approaches and the empirical findings from the earlier literature and builds therefore a strong fundament for the empirical part of this thesis. The empirical data in this thesis was provided by three case companies of a Nordic group operating in a business-to-business professional services branch and it used the Net Promoter Score method for measuring both customer loyalty and employee engagement. The thesis left interesting research questions open and provides therefore an intriguing study field for the future researches.

New directions in Stochastic Multicriteria Acceptability Analysis

Decisions taken in modern organizations are often multi-dimensional, involving multiple decision makers and several criteria measured on different scales. Multiple Criteria Decision Making (MCDM) methods are designed to analyze and to give recommendations in this kind of situations. Among the numerous MCDM methods, two large families of methods are the multi-attribute utility theory based methods and the outranking methods. Traditionally both method families require exact values for technical parameters and criteria measurements, as well as for preferences expressed as weights. Often it is hard, if not impossible, to obtain exact values. Stochastic Multicriteria Acceptability Analysis (SMAA) is a family of methods designed to help in this type of situations where exact values are not available. Different variants of SMAA allow handling all types of MCDM problems. They support defining the model through uncertain, imprecise, or completely missing values. The methods are based on simulation that is applied to obtain descriptive indices characterizing the problem. In this thesis we present new advances in the SMAA methodology. We present and analyze algorithms for the SMAA-2 method and its extension to handle ordinal preferences. We then present an application of SMAA-2 to an area where MCDM models have not been applied before: planning elevator groups for high-rise buildings. Following this, we introduce two new methods to the family: SMAA-TRI that extends ELECTRE TRI for sorting problems with uncertain parameter values, and SMAA-III that extends ELECTRE III in a similar way. An efficient software implementing these two methods has been developed in conjunction with this work, and is briefly presented in this thesis. The thesis is closed with a comprehensive survey of SMAA methodology including a definition of a unified framework.

Läpinäkyvyys venäläisissä pörssiyhtiöissä - yhtiöiden Internetissä julkaisema informaatio

Tutkielman ensisijaisena tavoitteena oli selvittää, miten corporate governance eli hyvä hallintotapa on kehittynyt Venäjällä. Tutkimuksessa keskityttiin eritoten yritystoiminnan läpinäkyvyyteen ja siihen, minkälaista informaatiota yritysten pitäisi vuosittain julkaista. Tutkimuksessa tutkittiin minkälaista informaatiota Moskovan pörssiin listautuneet yritykset julkaisevat. Tavoitteena oli tutkia, julkaisevatko yritykset informaatiota OECD:n corporate governancve suositusten mukaisesti. Tutkimusmenetelmänä käytettiin havaintotutkimusta. Tutkimuksessa saatiin selkeä kuvasiitä, mitä corporate governance tarkoittaa ja siitä miten se on kehittynyt Venäjällä. Tutkimuksen aineisto kerättiin Moskovan pörssiin listautuneista yrityksistä, koska Venäjä tutkimuskohteena on mielenkiintoinen ja koska corporate governance teema on vasta viime vuosina tullut ajankohtaiseksi venäläisissä yrityksissä. Tutkimuksessa saadut tulokset osoittavat, että yritykset julkaisevat informaatiota melko hajanaisesti ja pörssi joutuu edelleen tyytymään puutteelliseen informaatioon. Venäjän yritystoiminnasta puuttuu vakaus, ja instituutiot eivät vielätue corporate governance -suositusten toimeenpanemista ainakaan kovin hyvin. Myös toimiala ja yrityksen omistusrakenne vaikuttavat jonkin verran siihen, minkälaista tietoa yritys tuottaa. Eri toimialojen välillä on huomattaviakin eroja sen suhteen, miten kattavasti niistä on saatavissa informaatiota. Omistusrakenne on tämän tutkimuksen yrityksissä erilainen kuin Venäjällä yleensä ja ulkomaista omistusta on paljon.

Similarity measure based classification

Luokittelujärjestelmää suunniteltaessa tarkoituksena on rakentaa systeemi, joka pystyy ratkaisemaan mahdollisimman tarkasti tutkittavan ongelma-alueen. Hahmontunnistuksessa tunnistusjärjestelmän ydin on luokitin. Luokittelun sovellusaluekenttä on varsin laaja. Luokitinta tarvitaan mm. hahmontunnistusjärjestelmissä, joista kuvankäsittely toimii hyvänä esimerkkinä. Myös lääketieteen parissa tarkkaa luokittelua tarvitaan paljon. Esimerkiksi potilaan oireiden diagnosointiin tarvitaan luokitin, joka pystyy mittaustuloksista päättelemään mahdollisimman tarkasti, onko potilaalla kyseinen oire vai ei. Väitöskirjassa on tehty similaarisuusmittoihin perustuva luokitin ja sen toimintaa on tarkasteltu mm. lääketieteen paristatulevilla data-aineistoilla, joissa luokittelutehtävänä on tunnistaa potilaan oireen laatu. Väitöskirjassa esitetyn luokittimen etuna on sen yksinkertainen rakenne, josta johtuen se on helppo tehdä sekä ymmärtää. Toinen etu on luokittimentarkkuus. Luokitin saadaan luokittelemaan useita eri ongelmia hyvin tarkasti. Tämä on tärkeää varsinkin lääketieteen parissa, missä jo pieni tarkkuuden parannus luokittelutuloksessa on erittäin tärkeää. Väitöskirjassa ontutkittu useita eri mittoja, joilla voidaan mitata samankaltaisuutta. Mitoille löytyy myös useita parametreja, joille voidaan etsiä juuri kyseiseen luokitteluongelmaan sopivat arvot. Tämä parametrien optimointi ongelma-alueeseen sopivaksi voidaan suorittaa mm. evoluutionääri- algoritmeja käyttäen. Kyseisessä työssä tähän on käytetty geneettistä algoritmia ja differentiaali-evoluutioalgoritmia. Luokittimen etuna on sen joustavuus. Ongelma-alueelle on helppo vaihtaa similaarisuusmitta, jos kyseinen mitta ei ole sopiva tutkittavaan ongelma-alueeseen. Myös eri mittojen parametrien optimointi voi parantaa tuloksia huomattavasti. Kun käytetään eri esikäsittelymenetelmiä ennen luokittelua, tuloksia pystytään parantamaan.

Matkapuhelimen puhelinmuistiopalvelimen tietorakenteiden ja lajittelualgoritmien analysointi ja suunnittelu

Puhelinmuistio on yksi matkapuhelimen käytetyimmistä ominaisuuksista. Puhelinmuistion tulee siksi olla kaikissa tilanteissa mahdollisimman nopeasti käytettävissä. Tämä edellyttää puhelinmuistiopalvelimelta tehokkaita tietorakenteita ja lajittelualgoritmeja. Nokian matkapuhelimissa puhelinmuistiopalvelin käyttää hakurakenteena järjestettyjä taulukoita. Työn tavoitteena oli kehittää puhelinmuistiopalvelimen hakutaulukoiden lajittelu mahdollisimman nopeaksi. Useita eri lajittelualgoritmeja vertailtiin ja niiden suoritusaikoja analysoitiin eri tilanteissa. Insertionsort-lajittelualgoritmin todettiin olevan nopein algoritmi lähes järjestyksessä olevien taulukoiden lajitteluun. Analyysin perusteella Quicksort-algoritmi lajittelee nopeimmin satunnaisessa järjestyksessä olevat taulukot. Quicksort-insertionsort –hybridialgoritmin havaittiin olevan paras lajittelualgoritmi puhelinmuistion lajitteluun. Sopivalla parametroinnilla tämä algoritmi on nopea satunnaisessa järjestyksessä olevalle aineistolle. Se kykenee hyödyntämään lajiteltavassa aineistossa valmiina olevaa järjestystä. Algoritmi ei kasvata merkittävästi muistinkulutusta. Uuden algoritmin ansiosta hakutaulukoiden lajittelu nopeutuu parhaimmillaan useita kymmeniä prosentteja.

Tarkkoihin matkustajatietoihin perustuva hissiohjausjarjestelma

Työssä esitetään geneettisten algoritmien käyttöön perustuva hissiohjausjärjestelmä, jossa ohjauspaatosten tekemisessä hyödynnetään tarkkoja matkustajatietoja. Tämä hissiohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi muun muassa kohde-allokointiin perus-tuvassa hissijärjestelmässä, jossa matkustajat antavat hissikutsun yhteydessä kohde-kerrostietonsa. Esitetty ohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi ulkokutsun välittömään tai jatkuvaan allokointiin perustuvassa hissijärjestelmässä. Työn kirjallisessa osuudessa esitetään parannuksia aiemmin esitettyihin hissiohjausjärjestelmiin ja käydään läpi erilaisia kohde-allokointiin perustuvia hissijärjestelmiä. Työssä kuvataan uusi matkustaja-ohjaustapa, joka vähentää matkustajan tekemän hissikutsun välittömään palveluun liittyviä hissiohjausongelmia. Tarkkoja matkustajatietoja hyödyntämällä hissijärjestelmä kykenee sekä tarjoamaan matkustajille yksilöllistä palvelua että kuljettamaan matkustajia tehokkaasti.

Sähkömarkkinat mediassa

Työssä oli tarkoituksena selvittää sähkömarkkinoiden ja median suhdetta. Eri lehtien arkistoista kerättiin sähkömarkkinoihin liittyviä juttuja vuodesta 1995 lähtien. Niitä verrattiin sähkömarkkinoiden tapahtumiin. Päällimmäisenä havaintona oli, että media reagoi voimakkaasti sähkömarkkinoiden tapahtumiin. Kun sähkön hinta nousee, myös artikkeleiden lukumäärä lisääntyy. Samalla asenteet markkinoita kohtaan muuttuvat positiivisista negatiivisiksi. Toisaalta markkinoilla on nähtävissä puolustajat ja vastustajat. Markkinoita puolustavat energia-alan ammattilaiset, jotka pitävät vapaata kauppaa hyvänä. Vastustajia ovat tavalliset sähkön kuluttajat.

Globaalien toimijoiden kilpailuseuranta-analyysi paperipigmenttialalla

Työssä tarkastellaan paperipigmenttialaa ja globaaleja paperipigmenttitoimittajia. Työn tarkoituksena on selvittää merkittävät paperipigmenttivalmistajat ja heidän roolinsa kyseisellä toimialalla. Tärkeimpiä paperipigmenttejä ovat kalsiumkarbonaattipitoiset pigmentit, kaoliini ja talkki. Paperipigmenttien toimittajia on ympäri maailmaa. Toimialan kilpailu on kasvanut viimeisen kymmenen vuoden aikana ja globaalien toimittajien osuus on ollut merkittävää kilpailun kehityksessä. Paperiteollisuus on suurin paperimineraalien kuluttaja. Mineraalipohjaisilla paperipigmenteillä voidaan parantaa paperin laadullisia ominaisuuksia sekä vähentää tuotantokustannuksia. Paperipigmenttien kysyntä on riippuvainen paperiteollisuuden tarpeista. Paperipigmenttialan kehitys on vahvasti sidoksissa paperiteollisuuden rakenteen muutoksiin. Paperipigmenttialan sisäisessä kilpailussa globaalit yritykset ovat suunnan näyttäjiä. Kilpailua käydään sekä paikallisella että kansainvälisellä tasolla. Globaaleilla yrityksillä on suuremmat voimavarat vastata paperiteollisuuden tuomiin haasteisiin. Kilpailua käydään niin asiakkaista kuin raaka-ainelähteistä. Yrityksiltä vaaditaan entistä enemmän tiettyjä ominaisuuksia, kuten raaka-aineita, rahoituksellista voimaa ja osaamista pärjätäkseen globaalissa toimintaympäristössä.

On Fault Tolerance Methods for Networks-on-Chip

Technology scaling has proceeded into dimensions in which the reliability of manufactured devices is becoming endangered. The reliability decrease is a consequence of physical limitations, relative increase of variations, and decreasing noise margins, among others. A promising solution for bringing the reliability of circuits back to a desired level is the use of design methods which introduce tolerance against possible faults in an integrated circuit. This thesis studies and presents fault tolerance methods for network-onchip (NoC) which is a design paradigm targeted for very large systems-onchip. In a NoC resources, such as processors and memories, are connected to a communication network; comparable to the Internet. Fault tolerance in such a system can be achieved at many abstraction levels. The thesis studies the origin of faults in modern technologies and explains the classification to transient, intermittent and permanent faults. A survey of fault tolerance methods is presented to demonstrate the diversity of available methods. Networks-on-chip are approached by exploring their main design choices: the selection of a topology, routing protocol, and flow control method. Fault tolerance methods for NoCs are studied at different layers of the OSI reference model. The data link layer provides a reliable communication link over a physical channel. Error control coding is an efficient fault tolerance method especially against transient faults at this abstraction level. Error control coding methods suitable for on-chip communication are studied and their implementations presented. Error control coding loses its effectiveness in the presence of intermittent and permanent faults. Therefore, other solutions against them are presented. The introduction of spare wires and split transmissions are shown to provide good tolerance against intermittent and permanent errors and their combination to error control coding is illustrated. At the network layer positioned above the data link layer, fault tolerance can be achieved with the design of fault tolerant network topologies and routing algorithms. Both of these approaches are presented in the thesis together with realizations in the both categories. The thesis concludes that an optimal fault tolerance solution contains carefully co-designed elements from different abstraction levels

Algorithmic Solutions for Combinatorial Problems in Resource Management of Manufacturing Environments

This thesis studies the use of heuristic algorithms in a number of combinatorial problems that occur in various resource constrained environments. Such problems occur, for example, in manufacturing, where a restricted number of resources (tools, machines, feeder slots) are needed to perform some operations. Many of these problems turn out to be computationally intractable, and heuristic algorithms are used to provide efficient, yet sub-optimal solutions. The main goal of the present study is to build upon existing methods to create new heuristics that provide improved solutions for some of these problems. All of these problems occur in practice, and one of the motivations of our study was the request for improvements from industrial sources. We approach three different resource constrained problems. The first is the tool switching and loading problem, and occurs especially in the assembly of printed circuit boards. This problem has to be solved when an efficient, yet small primary storage is used to access resources (tools) from a less efficient (but unlimited) secondary storage area. We study various forms of the problem and provide improved heuristics for its solution. Second, the nozzle assignment problem is concerned with selecting a suitable set of vacuum nozzles for the arms of a robotic assembly machine. It turns out that this is a specialized formulation of the MINMAX resource allocation formulation of the apportionment problem and it can be solved efficiently and optimally. We construct an exact algorithm specialized for the nozzle selection and provide a proof of its optimality. Third, the problem of feeder assignment and component tape construction occurs when electronic components are inserted and certain component types cause tape movement delays that can significantly impact the efficiency of printed circuit board assembly. Here, careful selection of component slots in the feeder improves the tape movement speed. We provide a formal proof that this problem is of the same complexity as the turnpike problem (a well studied geometric optimization problem), and provide a heuristic algorithm for this problem.

Marketing plan for a new service concept: case Taksipalvelu MPS Oy

Markkinointisuunnitelmatutkimukset koostuvat pääosin tuotantoalalle tai suurille yrityksille tehdyistä markkinointisuunitelmista. Vaikuttaa siltä, että pienet yritykset tekevät suunnitelmansa ilman nimenomaisesti heille suunniteltua mallia, jos tekevät suunnitelmaa ollenkaan. Kuten sanottu, sovellukset palveluyrityksille ja pk-yrityksille puuttuvat markkinointisuunnitelmiin kohdistuvasta tutkimuksesta, mikä lisää tämän tutkimuksen arvoa keskittyen juuri kyseisiin markkinointisuunnitelman osa-alueisiin. Tutkimusta sovelletaan uuteen palvelukonseptiin, jota case-yritys Taksipalvelu MPS Oy on lanseeraamassa. Palvelu on kohdistettu venäläisille matkailijoille sekä Lappeenrannan alueella eläville venäläisille, ja se perustuu ennen kaikkea korkeaan laatuun. Tutkimus on tärkeä, sillä taksiala on hyvin säännelty, mutta säännöstelyn piirissä on todennäköisesti paljon potentiaalia palveluiden differentaatioon. Segmentointi ja palveluiden kohdistus tiettyihin asiakasryhmiin on taksialalla myös hyvin minimaalista. Tutkimalla kohdistetun palvelun kysyntää ja arvoa saadaan selville olisiko tällainen toiminta kannattavaa vai ei. Venäläisten asiakkaiden määrä on kasvanut Lappeenrannan alueella paljon, minkä potentiaalia ei ole ehkä vielä täysin hyödynnetty. Tutkimuksen tarkoituksena on luoda hyödyllinen markkinointisuunnitelma case-yritykselle kiinnittäen erityisesti huomiota toimialaan ja kohdeasiakasryhmään. Tarkoituksena on antaa suuntaviivoja kuinka lähestyä kohdeasiakkaita ja kuinka markkinoida palvelua oikein. Tavoitteena on myös selvittää onko valitulla asiakassegmentillä kysyntää vai tulisiko kohdistaminen tehdä toisia määritteitä käyttäen.

Business Intelligencen hyödyntäminen autoalan liiketoiminnassa

Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena on selvittää, miten Business Intelligencea voidaan hyödyntää autoalan liiketoiminnassa Suomessa. Työssä tutkitaan erityisesti autoalan tietotarpeita, tietolähteitä, tiedon analysointia sekä tiedon hyödynnettävyyttä liiketoiminnan ohjaamisessa ja päätöksenteossa. Työn tutkimusstrategiana käytettiin tapaustutkimusta, jonka kohderyhmänä oli viisi suomalaista autoalan suuryritystä. Tutkimuksen empiirinen aineisto hankittiin haastattelemalla yritysten Business Intelligence -toiminnoista vastaavia henkilöitä. Tutkimuksen tulosten perusteella Business Intelligence merkitsi yrityksille ensisijaisesti toiminnanohjausta ja sen seurantaa, sekä korkealaatuisen tiedon tuottamista päätöksentekoa varten. Keskeisiksi tietotarpeiksi luokiteltiin asiakkaisiin, ajoneuvoihin, sisäisiin prosesseihin, liiketoimintatapahtumiin, kilpailijoihin, toimialaan ja asiakastyytyväisyyteen liittyvät tiedot. Tutkimuksen tulosten perusteella tiedon hankinnassa tulee huomioida sekä sisäisen liiketoimintatiedon analyyttinen hyödyntäminen että systemaattinen tiedon hankinta myös ulkoisista lähteistä. Yritykset kokivat Business Intelligence -toimintojen parantaneen tiedon laatua, tehostaneen toiminnanohjausta sekä mahdollistaneen yhteneväisen liiketoiminnan johtamisen organisaation eri tasoilla.

Edellytykset asiakaspalvelun muuttamiseksi maksulliseksi asiantuntijatyöksi

Tämän tutkimuksen tavoite on kuvata tietoliikenneoperaattorin yritysliiketoiminnan asiakaspalvelun maksullisuuden nykytilaa sekä kartoittaa edellytyksiä asiakaspalvelun muuttamiseksi maksulliseksi asiantuntijatyöksi. Tutkimuksessa tuodaan esiin kirjallisuudessa esiintyvää, aihetta taustoittavaa ja määrittelevää teoriaa palveluihin ja palveluliiketoimintaan liittyen. Sen pohjalta kartoitettiin asiakaspalvelun maksullisuuden nykytilaa yrityksen sisäisen materiaalin ja haastattelujen kautta, tarkastellen asiaa niin yrityksen sisäisen näkökulman kuin myös asiakas- ja kilpailijanäkökulman kautta. Tutkimuksen lopputuloksena voidaan todeta, että nykymuodossa asiakaspalvelu on pääosin ei-maksullisen palvelu, jota ei nykytilanteessa mielletä tai käsitellä samankaltaisena tuotteistettuna palveluna kuin yrityksen ns. ydinpalveluita. Edellytykset maksullisuuden toteutumiselle ovat asiakaspalvelun tuotteistaminen asiakkaille arvoa tuottavaksi asiantuntijatyöksi, tavoitteellinen hinnoittelu, soveltuvat tietojärjestelmät sekä maksullisuuteen tähtäävän muutosprosessin asiakaslähtöinen suunnittelu ja toteutus.