Using time and stochastic models for software reliability forecasting and analysis

Tämä työ luo katsauksen ajallisiin ja stokastisiin ohjelmien luotettavuus malleihin sekä tutkii muutamia malleja käytännössä. Työn teoriaosuus sisältää ohjelmien luotettavuuden kuvauksessa ja arvioinnissa käytetyt keskeiset määritelmät ja metriikan sekä varsinaiset mallien kuvaukset. Työssä esitellään kaksi ohjelmien luotettavuusryhmää. Ensimmäinen ryhmä ovat riskiin perustuvat mallit. Toinen ryhmä käsittää virheiden ”kylvöön” ja merkitsevyyteen perustuvat mallit. Työn empiirinen osa sisältää kokeiden kuvaukset ja tulokset. Kokeet suoritettiin käyttämällä kolmea ensimmäiseen ryhmään kuuluvaa mallia: Jelinski-Moranda mallia, ensimmäistä geometrista mallia sekä yksinkertaista eksponenttimallia. Kokeiden tarkoituksena oli tutkia, kuinka syötetyn datan distribuutio vaikuttaa mallien toimivuuteen sekä kuinka herkkiä mallit ovat syötetyn datan määrän muutoksille. Jelinski-Moranda malli osoittautui herkimmäksi distribuutiolle konvergaatio-ongelmien vuoksi, ensimmäinen geometrinen malli herkimmäksi datan määrän muutoksille.

Software Process Modeling with Eclipse Process Framework

The software development industry is constantly evolving. The rise of the agile methodologies in the late 1990s, and new development tools and technologies require growing attention for everybody working within this industry. The organizations have, however, had a mixture of various processes and different process languages since a standard software development process language has not been available. A promising process meta-model called Software & Systems Process Engineering Meta- Model (SPEM) 2.0 has been released recently. This is applied by tools such as Eclipse Process Framework Composer, which is designed for implementing and maintaining processes and method content. Its aim is to support a broad variety of project types and development styles. This thesis presents the concepts of software processes, models, traditional and agile approaches, method engineering, and software process improvement. Some of the most well-known methodologies (RUP, OpenUP, OpenMethod, XP and Scrum) are also introduced with a comparison provided between them. The main focus is on the Eclipse Process Framework and SPEM 2.0, their capabilities, usage and modeling. As a proof of concept, I present a case study of modeling OpenMethod with EPF Composer and SPEM 2.0. The results show that the new meta-model and tool have made it possible to easily manage method content, publish versions with customized content, and connect project tools (such as MS Project) with the process content. The software process modeling also acts as a process improvement activity.

Software Development Process Modeling. Developers Perspective to Contemporary Modeling Techniques

Formal software development processes and well-defined development methodologies are nowadays seen as the definite way to produce high-quality software within time-limits and budgets. The variety of such high-level methodologies is huge ranging from rigorous process frameworks like CMMI and RUP to more lightweight agile methodologies. The need for managing this variety and the fact that practically every software development organization has its own unique set of development processes and methods have created a profession of software process engineers. Different kinds of informal and formal software process modeling languages are essential tools for process engineers. These are used to define processes in a way which allows easy management of processes, for example process dissemination, process tailoring and process enactment. The process modeling languages are usually used as a tool for process engineering where the main focus is on the processes themselves. This dissertation has a different emphasis. The dissertation analyses modern software development process modeling from the software developers’ point of view. The goal of the dissertation is to investigate whether the software process modeling and the software process models aid software developers in their day-to-day work and what are the main mechanisms for this. The focus of the work is on the Software Process Engineering Metamodel (SPEM) framework which is currently one of the most influential process modeling notations in software engineering. The research theme is elaborated through six scientific articles which represent the dissertation research done with process modeling during an approximately five year period. The research follows the classical engineering research discipline where the current situation is analyzed, a potentially better solution is developed and finally its implications are analyzed. The research applies a variety of different research techniques ranging from literature surveys to qualitative studies done amongst software practitioners. The key finding of the dissertation is that software process modeling notations and techniques are usually developed in process engineering terms. As a consequence the connection between the process models and actual development work is loose. In addition, the modeling standards like SPEM are partially incomplete when it comes to pragmatic process modeling needs, like light-weight modeling and combining pre-defined process components. This leads to a situation, where the full potential of process modeling techniques for aiding the daily development activities can not be achieved. Despite these difficulties the dissertation shows that it is possible to use modeling standards like SPEM to aid software developers in their work. The dissertation presents a light-weight modeling technique, which software development teams can use to quickly analyze their work practices in a more objective manner. The dissertation also shows how process modeling can be used to more easily compare different software development situations and to analyze their differences in a systematic way. Models also help to share this knowledge with others. A qualitative study done amongst Finnish software practitioners verifies the conclusions of other studies in the dissertation. Although processes and development methodologies are seen as an essential part of software development, the process modeling techniques are rarely used during the daily development work. However, the potential of these techniques intrigues the practitioners. As a conclusion the dissertation shows that process modeling techniques, most commonly used as tools for process engineers, can also be used as tools for organizing the daily software development work. This work presents theoretical solutions for bringing the process modeling closer to the ground-level software development activities. These theories are proven feasible by presenting several case studies where the modeling techniques are used e.g. to find differences in the work methods of the members of a software team and to share the process knowledge to a wider audience.

Ohjelmistoyritysten liiketoimintamallit Kaakkois-Suomessa

Tutkielman tavoitteena on tunnistaa Kaakkois-Suomen alueella olevat ohjelmistoyritysten tyypilliset yritysryhmät ja kuvata niiden toimintaa. Tunnistamalla alueen ohjelmistoyrityksille ominaiset piirteet työ antaa myös pohjaa tulevien kehityskohteiden löytämisessä ja kehitystoimenpiteiden kohdistamisessa useisiin samantyyppisiin yrityksiin. Työn taustaksi esitellään ohjelmistoalaa ja ohjelmistoliiketoiminnan malleja, joiden pohjalta muodostetaan viitekehys alueen ohjelmistoyritysten empiiriseen tarkasteluun. Empiriaosuudessa tarkastellaan työn teoreettisessa osiossa esitettyjen liiketoimintamallien toteutumista Kaakkois-Suomessa ja ryhmitellään alueen ohjelmistoyritykset erottelevimpien tekijöiden avulla. Tutkimus on luonteeltaan kvantitatiivinen kokonaistutkimus Kaakkois-Suomen ohjelmistoyrityksistä, ja tutkimusotteeltaan deskriptiivinen eli kuvaileva. Tutkimusaineisto perustui tutkimusryhmän suorittamaan strukturoituun haastatteluun, jossa haastateltiin kaikkiaan 58 ohjelmistoyrityksen vastuuhenkilöitä. Tutkimustulosten perusteella alueelta pystyttiin tunnistamaan neljä toimintatavoiltaan erilaista ohjelmistoliiketoiminnan perustyyppiä: asiakaslähtöiset toimijat (26 toimipaikkaa), räätälöijät (14 toimipaikkaa), integroijat (10 toimipaikkaa) ja tuotteistajat (8 toimipaikkaa). Tulokset osoittavat, että perinteisten ohjelmistoalan liiketoimintamallien kuvaukset ja niistä tehtävät yleistykset antavat hyvän lähtökohdan ohjelmistoyritysten tarkasteluun. Kuitenkin perinteisten ohjelmistoalan liiketoimintamallien antama näkökulma on liian rajoittunut,jos halutaan tarkastella syvällisemmin ohjelmistoyritysten liiketoimintalogiikkaa.

Chassis frame design of a mobile platform equipped with robotic arms

The overall objective of the thesis is to design a robot chassis frame which is a bearing structure of a vehicle supporting all mechanical components and providing structure and stability. Various techniques and scientific principles were used to design a chassis frame.Design principles were applied throughout the process. By using Solid-Works software,virtual models was made for chassis frame. Chassis frame of overall dimension 1597* 800*950 mm3 was designed. Center of mass lieson 1/3 of the length from front wheel at height 338mm in the symmetry plane. Overall weight of the chassis frame is 80.12kg. Manufacturing drawing is also provided. Additionally,structural analysis was done in FEMAP which gives the busting result for chassis design by taking into consideration stress and deflection on different kind of loading resembling real life case. On the basis of simulated result, selected material was verified. Resulting design is expected to perform its intended function without failure. As a suggestion for further research, additional fatigue analysis and proper dynamic analysis can be conducted to make the study more robust.

Electronic Business Model for International Software Market

Tämän diplomityön tavoitteena on muodostaa sähköinen liiketoimintamalli kansainvälisen ohjelmistoyrityksen tarpeisiin. Ohjelmiston uusi ominaisuus antaa kolmansille osapuolille mahdollisuuden määritellä itse rakennusmallintamisessa tarvittavia komponentteja, mikä luo mahdollisuuden uuteen liiketoimintaan. Liiketoimintamallien teoria ja asiantuntijoiden haastattelut tulevat osoittamaan, että paras ratkaisu tässä tapauksessa on portaali, joka rakentuu komponenttimarkkinoista, e-kaupasta ja virtuaaliyhteisöstä. Komponenttimarkkinat on jaettu vapaaseen vaihdantaan ja sertifioitujen kehittäjien kaupankäyntiin. Tämä tarjoaa mahdollisuuksia kehittäjille valita sitoutuneisuutensa taso, samoin kuin motivoi heitä osallistumaan. E-kauppa on suunniteltu sovelluksille ja monimutkaisemmille komponenteille. Virtuaaliyhteisön kautta käyttäjät voivat keskustella mielipiteistään ja saada tukea ohjelmiston käyttämiseen sekä komponenttien kehittämiseen.

Modeling information in software languages

Ohjelmiston kehitystyökalut käyttävät infromaatiota kehittäjän tuottamasta lähdekoodista. Informaatiota hyödynnetään ohjelmistoprojektin eri vaiheissa ja eri tarkoituksissa. Moderneissa ohjelmistoprojekteissa käytetyn informaation määrä voi kasvaa erittäin suureksi. Ohjelmistotyökaluilla on omat informaatiomallinsa ja käyttömekanisminsa. Informaation määrä sekä erilliset työkaluinformaatiomallit tekevät erittäin hankalaksi rakentaa joustavaa työkaluympäristöä, erityisesti ongelma-aluekohtaiseen ohjelmiston kehitysprosessiin. Tässä työssä on analysoitu perusinformaatiometamalleja Unified Modeling language kielestä, Python ohjelmointikielestä ja C++ ohjelmointikielestä. Metainformaation taso on rajoitettu rakenteelliselle tasolle. Ajettavat rakenteet on jätetty pois. ModelBase metamalli on yhdistetty olemassa olevista analysoiduista metamalleista. Tätä metamallia voidaan käyttää tulevaisuudessa ohjelmistotyökalujen kehitykseen.

THE IMPACT OF ARCHITECTURAL DESIGN ON SOFTWARE DEVELOPMENT

Tässä työssä tutkitaan ohjelmistoarkkitehtuurisuunnitteluominaisuuksien vaikutusta erään client-server –arkkitehtuuriin perustuvan mobiilipalvelusovelluksen suunnittelu- ja toteutusaikaan. Kyseinen tutkimus perustuu reaalielämän projektiin, jonka kvalitatiivinen analyysi paljasti arkkitehtuurikompponenttien välisten kytkentöjen merkittävästi vaikuttavan projektin työmäärään. Työn päätavoite oli kvantitatiivisesti tutkia yllä mainitun havainnon oikeellisuus. Tavoitteen saavuttamiseksi suunniteltiin ohjelmistoarkkitehtuurisuunnittelun mittaristo kuvaamaan kyseisen järjestelmän alijärjestelmien arkkitehtuuria ja luotiin kaksi suunniteltua mittaristoa käyttävää, työmäärää (komponentin suunnittelu-, toteutus- ja testausaikojen summa) arvioivaa mallia, joista toinen on lineaarinen ja toinen epälineaarinen. Näiden mallien kertoimet sovitettiin optimoimalla niiden arvot epälineaarista gloobaalioptimointimenetelmää, differentiaalievoluutioalgoritmia, käyttäen, niin että mallien antamat arvot vastasivat parhaiten mitattua työmäärää sekä kaikilla ominaisuuksilla eli attribuuteilla että vain osalla niistä (yksi jätettiin vuorotellen pois). Kun arkkitehtuurikompenttien väliset kytkennät jätettiin malleista pois, mitattujen ja arvoitujen työmäärien välinen ero (ilmaistuna virheenä) kasvoi eräässä tapauksessa 367 % entisestä tarkoittaen sitä, että näin muodostettu malli vastasi toteutusaikoja huonosti annetulla ainestolla. Tämä oli suurin havaitu virhe kaikkien poisjätettyjen ominaisuuksien kesken. Saadun tuloksen perusteella päätettiin, että kyseisen järjestelmän toteutusajat ovat vahvasti riippuvaisia kytkentöjen määrästä, ja näin ollen kytkentöjen määrä oli mitä todennäköisemmin kaikista tärkein työmäärään vaikuttava tekijä tutkitun järjestelmän arkkitehtuurisuunnittelussa.

Influence of software development process quality on product quality

Ohjelmistojen tärkeys nykypäivän yhteiskunnalle kasvaa jatkuvasti. Monia ohjelmistoprojekteja vaivaavat ongelmat aikataulussa pysymisestä, korkean tuottavuuden ylläpitämisestä ja riittävän korkeasta laadusta. Ohjelmistokehitysprosessien parantamisessa on naiden ongelmien minimoimiseksi tehty suuria investointeja. Investointien syynä on ollut olettamus ohjelmistokehityksen kapasiteetin suora riippuvuus tuotteen laadusta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia Ohjelmistokehitysprosessien parantamisen mahdollisuuksia. Olemassaolevat ohjelmistokehityksen ja Ohjelmistokehitysprosessin parantamisen mallit, tekniikat ja metodologiat esiteltiin. Esiteltyjen mallien, tekniikoiden ja metodologioiden soveltuvuus analysoitiin ja suositus mallien käytöstä annettiin.

Monikappalesysteemin esikäsittelijä kaupallisessa ympäristössä

Työn tavoitteena oli tehdä monikappalesysteemin esikäsittelijä, joka toimii CAD-ohjelmiston yhteydessä. CAD-ohjelmistoksi valittiin SolidWorks-ohjelmisto. Esikäsittelijästä tehtiin yhteensopiva monikappaledynamiikan simulointi ohjelmiston kanssa, joka on kehitetty Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Aikaansaadun esikäsittelijän avulla pystytään tuottamaan monikappaledynamiikan simuloinnissa tarvittavat lähtötiedot. Lähtötiedot esikäsittelijä laskee käyttäjän tekemästä kokoonpanokuvasta ja käyttäjän antamista tiedoista. Esikäsittelijän toiminta verifioitiin kaupallisin simulointiohjelmisto ADAMS:n avulla. Esikäsittelijän todettiin toimivan luotettavasti ja täyttävän sille asetetut vaatimukset. Lisäksi esikäsittelijän todettiin nopeuttavan huomattavasti simulointimallien tekoa.

Software process improvement using an electronic process guide

Kasvava kiinnostus ohjelmistojen laatua kohtaan on herättänyt ohjelmistoprosesseihin ja niiden kehittämiseen kohdistuvaa huomiota viime vuosina. Ohjelmistoyritykset ympäri maailmaa ovat ottaneet käyttöön ohjelmistoprosessin kehittämismalleja, kuten CMM ja SPICE, pyrkiessään kohti parempilaatuisia ohjelmistotuotteita. Samalla on huomattu, että tehokas prosessien parantaminen ja suorittaminen tarvitsee tuekseen kuvauksen prosessista, jotta prosessin perusteellinen ymmärtäminen ja kommunikointi olisi mahdollista. Ohjelmistoprosesseja voidaan kuvata monilla eri tavoilla. Prosessiopas on prosessin esitysmuoto, jonka päätarkoituksena on helpottaa prosessin ymmärtämistä ja kommunikointia. Elektroninen prosessiopas on Web-teknologiaa hyödyntävä prosessiopas. Tässä työssä luodaan kehitysympäristö elektronisille prosessioppaille, joiden tarkoituksena on tukea ohjelmistoprosessin kehittämistä ja suorittamista. Ympäristö mahdollistaa ohjelmistoprosessinmallintamisen sekä yksilöllisten oppaiden luomisen ja muokkaamisen. Kehitysympäristöä käytetään mallintamaan tietoliikenneohjelmistoja valmistavan yrityksen ohjelmistoprosessia sekä luomaan elektronisia prosessioppaita tukemaan prosessin kehitystä ja suorittamista. Lopuksi pohditaan prosessioppaiden tarjoamaa tukea sekä mahdollisuuksia kohdeyrityksessä.

USER'S GUIDE FOR ADVANCED PROCESS SIMULATION SOFTWARE APROS 5

Tässä diplomityössä tehtiin käyttäjän opas kehittyneelle prosessisimulointiohjelmistolle APROS 5. Opas on osa VTT Energialle tehtävää APROS 5 käyttäjän koulutuspakettia, joka julkaistaan myöhemmin CD-ROM -muotoisena. Prosessisimulointiohjelmistoa AAPROS 5 voidaan käyttää termohydraulisten prosessien, automaatiopiirien ja sähköjärjestelmien mallinnuksessa. Ohjelma sisältää myös neutroniikkamallin ydinreaktorin käyttäytymisen mallintamiseksi. APROS:in aikaisemmilla UNIX-ympäristössä toimivilla versioilla on toteutettu useita ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimukseen liittyviä analyysejä ja sekä ydinvoimalaitosten että konventionaalisten voimalaitosten koulutussimulaattoreita. APROS 5 toimii Windows NT -ympäristössä ja on oleellisesti erilainen käyttää kuin aikaisemmat versiot. Tämän myötä syntyi tarve uudelle käyttäjän oppaalle. Käyttäjän oppaassa esitetään APROS 5:n tärkeimmät toiminnot, mallinnuksen periaatteet ja termohydraulisten ja neutroniikan ratkaisumallit. Lisäksi oppaassa esitetään esimerkki, jossa mallinnetaan yksinkertaistettu VVER-440 -tyyppisen ydinvoimalaitoksen primääripiiri. Yksityiskohtaisempaa tietoa ohjelmistosta on saatavilla APROS 5 -dokumentaatiosta.

Coolant Flow and Heat Transfer in Pebble-Bed Reactor Core

This thesis gathers knowledge about ongoing high-temperature reactor projects around the world. Methods for calculating coolant flow and heat transfer inside a pebble-bed reactor core are also developed. The thesis begins with the introduction of high-temperature reactors including the current state of the technology. Process heat applications that could use the heat from a high-temperature reactor are also introduced. A suitable reactor design with data available in literature is selected for the calculation part of the thesis. Commercial computational fluid dynamics software Fluent is used for the calculations. The pebble-bed is approximated as a packed-bed, which causes sink terms to the momentum equations of the gas flowing through it. A position dependent value is used for the packing fraction. Two different models are used to calculate heat transfer. First a local thermal equilibrium is assumed between the gas and solid phases and a single energy equation is used. In the second approach, separate energy equations are used for the phases. Information about steady state flow behavior, pressure loss, and temperature distribution in the core is obtained as results of the calculations. The effect of inlet mass flow rate to pressure loss is also investigated. Data found in literature and the results correspond each other quite well, considered the amount of simplifications in the calculations. The models developed in this thesis can be used to solve coolant flow and heat transfer in a pebble-bed reactor, although additional development and model validation is needed for better accuracy and reliability.