Accelerating food safety and quality control: The use of antibody engineering techniques in the detec-tion of low-molecular weight food contaminants

The increased awareness and evolved consumer habits have set more demanding standards for the quality and safety control of food products. The production of foodstuffs which fulfill these standards can be hampered by different low-molecular weight contaminants. Such compounds can consist of, for example residues of antibiotics in animal use or mycotoxins. The extremely small size of the compounds has hindered the development of analytical methods suitable for routine use, and the methods currently in use require expensive instrumentation and qualified personnel to operate them. There is a need for new, cost-efficient and simple assay concepts which can be used for field testing and are capable of processing large sample quantities rapidly. Immunoassays have been considered as the golden standard for such rapid on-site screening methods. The introduction of directed antibody engineering and in vitro display technologies has facilitated the development of novel antibody based methods for the detection of low-molecular weight food contaminants. The primary aim of this study was to generate and engineer antibodies against low-molecular weight compounds found in various foodstuffs. The three antigen groups selected as targets of antibody development cause food safety and quality defects in wide range of products: 1) fluoroquinolones: a family of synthetic broad-spectrum antibacterial drugs used to treat wide range of human and animal infections, 2) deoxynivalenol: type B trichothecene mycotoxin, a widely recognized problem for crops and animal feeds globally, and 3) skatole, or 3-methyindole is one of the two compounds responsible for boar taint, found in the meat of monogastric animals. This study describes the generation and engineering of antibodies with versatile binding properties against low-molecular weight food contaminants, and the consecutive development of immunoassays for the detection of the respective compounds.

Development of a New Welding Product Quality Control and Management System Model for China

The Chinese welding industry is growing every year due to rapid development of the Chinese economy. Increasingly, companies around the world are looking to use Chinese enterprises as their cooperation partners. However, the Chinese welding industry also has its weaknesses, such as relatively low quality and weak management. A modern, advanced welding management system appropriate for local socio-economic conditions is required to enable Chinese enterprises to enhance further their business development. The thesis researches the design and implementation of a new welding quality management system for China. This new system is called ‗welding production quality control management model in China‘ (WQMC). Constructed on the basis of analysis of a survey and in-company interviews, the welding management system comprises the following different elements and perspectives: a ‗Localized congenital existing problem resolution strategies‘ (LCEPRS) database, a ‗human factor designed training system‘ (HFDT) training strategy, the theory of modular design, ISO 3834 requirements, total welding management (TWM), and lean manufacturing (LEAN) theory. The methods used in the research are literature review, questionnaires, interviews, and the author‘s model design experiences and observations, i.e. the approach is primarily qualitative and phenomenological. The thesis describes the design and implementation of a HFDT strategy in Chinese welding companies. Such training is an effective way to increase employees‘ awareness of quality and issues associated with quality assurance. The study identified widely existing problems in the Chinese welding industry and constructed a LCEPRS database that can be used in efforts to mitigate and avoid common problems. The work uses the theory of modular design, TWM and LEAN as tools for the implementation of the WQMC system.

Tilastollisen laadunhallintatoiminnan kehittäminen selluteollisuudessa

Työn päätavoitteena oli kehittää Oy Metsä-Botnia Ab:n Rauman tehtaan tilastollista laadunhallintatoimintaa ratkaisemalla toimintatapoihin ja DNA SPC -sovelluksen syy-seurauskaavion sisältöön liittyvät ongelmat. Ensimmäinen osatavoite oli erityissyiden tilaston keräysmenetelmänä ja ongelmanratkaisun apuvälineenä käytetyn syy-seurauskaavion sisällön kehittäminen ja sen päivityksen toimintamallien luominen. Toisena osatavoitteena oli aluevastaavien SPC-viikkoraportoinnin kehittäminen ja kolmantena SPC-toiminnan aikaansaaman tehtaan suorituskykymuutoksen määrittäminen. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin prosessien kehittämiselle tärkeät työkalut sekä tilastollisen ajattelun ja SPC:n perusperiaatteet. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin myös SPC:n käyttöä hankaloittavia selluteollisuuden erityispiirteitä. Työssä kehitettiin syy-seurauskaaviota entistä helppokäyttöisemmäksi vaihtamalla yleisten pääluokkien tilalle ohjauskortteja vastaavat pääluokat. Syy-seurauskaavion päivitykselle ja SPC-viikkoraportoinnille luotiin tehokkaat toimintamallit. SPC-viikkoraportoinnin toimintamallin pitäisi muun muassa parantaa tiedonkulkua tehtaalla. Työssä tehtyjen tilastollisten testien mukaan Rauman tehtaan suorituskyky oli useiden mittareiden osalta parantunut SPC-toiminnan myötä. Muutaman mittarin osalta Rauman tehtaan suorituskyky oli heikentynyt SPC-toiminnan aloittamisen jälkeen.

The effects of real time control of welding parameters on weld quality in plasma arc keyhole welding

Joints intended for welding frequently show variations in geometry and position, for which it is unfortunately not possible to apply a single set of operating parameters to ensure constant quality. The cause of this difficulty lies in a number of factors, including inaccurate joint preparation and joint fit up, tack welds, as well as thermal distortion of the workpiece. In plasma arc keyhole welding of butt joints, deviations in the gap width may cause weld defects such as an incomplete weld bead, excessive penetration and burn through. Manual adjustment of welding parameters to compensate for variations in the gap width is very difficult, and unsatisfactory weld quality is often obtained. In this study a control system for plasma arc keyhole welding has been developed and used to study the effects of the real time control of welding parameters on gap tolerance during welding of austenitic stainless steel AISI 304L. The welding tests demonstrated the beneficial effect of real time control on weld quality. Compared with welding using constant parameters, the maximum tolerable gap width with an acceptable weld quality was 47% higher when using the real time controlled parameters for a plate thickness of 5 mm. In addition, burn through occurred with significantly larger gap widths when parameters were controlled in real time. Increased gap tolerance enables joints to be prepared and fit up less accurately, saving time and preparation costs for welding. In addition to the control system, a novel technique for back face monitoring is described in this study. The test results showed that the technique could be successfully applied for penetration monitoring when welding non magnetic materials. The results also imply that it is possible to measure the dimensions of the plasma efflux or weld root, and use this information in a feedback control system and, thus, maintain the required weld quality.

Utilization of Statistical Methods for Management in the Forest Industry

The strongest wish of the customer concerning chemical pulp features is consistent, uniform quality. Variation may be controlled and reduced by using statistical methods. However, studies addressing the application and benefits of statistical methods in forest product sector are scarce. Thus, the customer wish is the root cause of the motivation behind this dissertation. The research problem addressed by this dissertation is that companies in the chemical forest product sector require new knowledge for improving their utilization of statistical methods. To gain this new knowledge, the research problem is studied from five complementary viewpoints – challenges and success factors, organizational learning, problem solving, economic benefit, and statistical methods as management tools. The five research questions generated on the basis of these viewpoints are answered in four research papers, which are case studies based on empirical data collection. This research as a whole complements the literature dealing with the use of statistical methods in the forest products industry. Practical examples of the application of statistical process control, case-based reasoning, the cross-industry standard process for data mining, and performance measurement methods in the context of chemical forest products manufacturing are brought to the public knowledge of the scientific community. The benefit of the application of these methods is estimated or demonstrated. The purpose of this dissertation is to find pragmatic ideas for companies in the chemical forest product sector in order for them to improve their utilization of statistical methods. The main practical implications of this doctoral dissertation can be summarized in four points: 1. It is beneficial to reduce variation in chemical forest product manufacturing processes 2. Statistical tools can be used to reduce this variation 3. Problem-solving in chemical forest product manufacturing processes can be intensified through the use of statistical methods 4. There are certain success factors and challenges that need to be addressed when implementing statistical methods

Production Quality Analysis of Special Elevator Cars Based on Six Sigma Approach

Project scope is to utilize Six Sigma DMAIC approach and lean principles to improve production quality of the case company. Six Sigma tools and techniques are explored through a literature review and later used in the quality control phase. The focus is set on the Pareto analysis to demonstrate the most evident development areas in the production. Materials that are not delivered to the customer or materials that damaged during transportation comprise the biggest share of all feedbacks. The goal is set to reduce these feedbacks by 50 %. Production observation pointed out that not only material shortages but also over-production is a daily situation. As a result, an initial picking list where the purchased and own production components can be seen, is created, reduction of over- and underproduction and material marking improvement are seen the most competitive options so that the goal can be reached. The picking list development should still continue to make sure that the list can be used not only in the case study but also in the industrial scale. The reduction of material missing category can be evaluated reliably not sooner than in few years because it takes time to gather the needed statistical information.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Paperikoneen laatusäätöjärjestelmän uusinnan vaikutukset laatusäätöjen suorituskykyyn

Tutkimuksen kohteena olleen UPM-Kymmene Oyj Kajaanin tehtaan PK3:n laatusäätöjärjestelmä ja mittapalkki uusittiin, jolloin haluttiin selvittää uusinnan vaikutuksia laatusäätöjen suorituskykyyn ja paperin laatuun. Työn kirjallisessa osassa perehdyttiin paperinvalmistusprosessin osiin kyseisen sanomalehtipaperikoneen tapauksessa sekä keskeisimpiin paperin laatuominaisuuksiin liittyviin mittaus- ja säätölaitteisiin sekä niiden toimintaan. Seurattaviksi paperin laatusuureiksi valittiin neliömassa, kuivamassa, kosteus ja paksuus, jotka ovat sanomalehtipaperin tärkeimpiä online-mitattavia ominaisuuksia. Paperin laatusuureiden seurantaan käytetään erilaisia tunnuslukuja ja työkaluja, joita on esitelty tässä työssä. Laatusuureiden konesuuntaisen ja poikkisuuntaisen seurannan tunnusluvuksi valittiin yleisesti käytössä oleva 2σ-keskiarvohajonta. Säätöjen suorituskykyä seurattiin suorituskykykolmion ohjausmatkaindeksien (CTI) ja erosuureen integraalien (IAE) avulla. Kokeellisessa osassa kerättiin mittaustietoja sekä vanhan että uuden laatusäätöjärjestelmän aikana. Seurattavat ajotilanteet paperikoneella jaettiin stabiiliin ajoon ja muutostilanteisiin, jotka käsittävät katkot ja lajinvaihtotilanteet. Stabiilin ajon aikana selvitettiin laatusuureiden hajontojen ja säätöjen suorituskykyindeksien normaaleissa tasoissa tapahtuneet muutokset. Muutostilanteiden osalta haluttiin selvittää, nopeuttaako järjestelmäuusinta katkoista toipumista ja lajinvaihtoaikaa. Stabiilin ajon seurannasta saatujen tulosten perusteella neliömassan ja kuivamassan konesuuntaiset hajonnat kasvoivat järjestelmäuusinnan myötä, mutta kosteuden konesuuntaiset hajonnat pienenivät. Laatusuureiden poikkisuuntaisista hajonnoista neliömassan sekä kuivamassan hajonnat kasvoivat ja kosteuden sekä paksuuden hajonnat pienenivät joidenkin lajien osalta. Poikkisuuntaisten laatusuureiden, etenkin paksuuden, toipuminen katkon jälkeen nopeutui. Myös lajinvaihtoon kuluva aika lyheni poikkisuuntaisilla laatusuureilla. Muutostilanteiden konesuuntaisten hajontojen asettumisajat eivät juuri parantuneet.

Reconstruction and analysis of surface variation using photometric stereo

In many industrial applications, accurate and fast surface reconstruction is essential for quality control. Variation in surface finishing parameters, such as surface roughness, can reflect defects in a manufacturing process, non-optimal product operational efficiency, and reduced life expectancy of the product. This thesis considers reconstruction and analysis of high-frequency variation, that is roughness, on planar surfaces. Standard roughness measures in industry are calculated from surface topography. A fast and non-contact method to obtain surface topography is to apply photometric stereo in the estimation of surface gradients and to reconstruct the surface by integrating the gradient fields. Alternatively, visual methods, such as statistical measures, fractal dimension and distance transforms, can be used to characterize surface roughness directly from gray-scale images. In this thesis, the accuracy of distance transforms, statistical measures, and fractal dimension are evaluated in the estimation of surface roughness from gray-scale images and topographies. The results are contrasted to standard industry roughness measures. In distance transforms, the key idea is that distance values calculated along a highly varying surface are greater than distances calculated along a smoother surface. Statistical measures and fractal dimension are common surface roughness measures. In the experiments, skewness and variance of brightness distribution, fractal dimension, and distance transforms exhibited strong linear correlations to standard industry roughness measures. One of the key strengths of photometric stereo method is the acquisition of higher frequency variation of surfaces. In this thesis, the reconstruction of planar high-frequency varying surfaces is studied in the presence of imaging noise and blur. Two Wiener filterbased methods are proposed of which one is optimal in the sense of surface power spectral density given the spectral properties of the imaging noise and blur. Experiments show that the proposed methods preserve the inherent high-frequency variation in the reconstructed surfaces, whereas traditional reconstruction methods typically handle incorrect measurements by smoothing, which dampens the high-frequency variation.

Kalman Filtering in Online Paper Quality Assessment

Controlling the quality variables (such as basis weight, moisture etc.) is a vital part of making top quality paper or board. In this thesis, an advanced data assimilation tool is applied to the quality control system (QCS) of a paper or board machine. The functionality of the QCS is based on quality observations that are measured with a traversing scanner making a zigzag path. The basic idea is the following: The measured quality variable has to be separated into its machine direction (MD) and cross direction (CD) variations due to the fact that the QCS works separately in MD and CD. Traditionally this is done simply by assuming one scan of the zigzag path to be the CD profile and its mean value to be one point of the MD trend. In this thesis, a more advanced method is introduced. The fundamental idea is to use the signals’ frequency components to represent the variation in both CD and MD. To be able to get to the frequency domain, the Fourier transform is utilized. The frequency domain, that is, the Fourier components are then used as a state vector in a Kalman filter. The Kalman filter is a widely used data assimilation tool to combine noisy observations with a model. The observations here refer to the quality measurements and the model to the Fourier frequency components. By implementing the two dimensional Fourier transform into the Kalman filter, we get an advanced tool for the separation of CD and MD components in total variation or, to be more general, for data assimilation. A piece of a paper roll is analyzed and this tool is applied to model the dataset. As a result, it is clear that the Kalman filter algorithm is able to reconstruct the main features of the dataset from a zigzag path. Although the results are made with a very short sample of paper roll, it seems that this method has great potential to be used later on as a part of the quality control system.

Simulating the performance of paper machine control

The topic of this thesis is the simulation of a combination of several control and data assimilation methods, meant to be used for controlling the quality of paper in a paper machine. Paper making is a very complex process and the information obtained from the web is sparse. A paper web scanner can only measure a zig zag path on the web. An assimilation method is needed to process estimates for Machine Direction (MD) and Cross Direction (CD) profiles of the web. Quality control is based on these measurements. There is an increasing need for intelligent methods to assist in data assimilation. The target of this thesis is to study how such intelligent assimilation methods are affecting paper web quality. This work is based on a paper web simulator, which has been developed in the TEKES funded MASI NoTes project. The simulator is a valuable tool in comparing different assimilation methods. The thesis contains the comparison of four different assimilation methods. These data assimilation methods are a first order Bayesian model estimator, an ARMA model based on a higher order Bayesian estimator, a Fourier transform based Kalman filter estimator and a simple block estimator. The last one can be considered to be close to current operational methods. From these methods Bayesian, ARMA and Kalman all seem to have advantages over the commercial one. The Kalman and ARMA estimators seems to be best in overall performance.

The Productivity, Economy and Quality of Welding in the Different Geographical Areas of China - Today and in the Future

This master’s thesis gives out the real situation of the China welding industry and factories nowadays in different geographical areas, in order to inform the Finnish companies who have the willing to find a Chinese welding subcontractor a proper and correct selection concept by analyzing and supplying the information of different scale and form welding factories in different Chinese areas. The first section of this thesis gives out the general situation about the co-operation between China and Finland in the welding industry, also includes the general introduction of the Chinese welding industry. The second section gives out the geographical compartmentalization result of Chinese welding industry, which is where and how many areas will be studied in this thesis. The main body of this thesis is the real information of welding productivity, welding cost, and welding quality in China. All the information was collected from real factories in China by the author. The last section of this thesis is the improvements to the Chinese welding factories that have the willing to become a subcontractor, and the suggestions to the Finnish companies who may find a Chinese welding factory as their subcontractor in future.

Orthogonal function method in modelling paper web quality variation

This work is devoted to the analysis of signal variation of the Cross-Direction and Machine-Direction measurements from paper web. The data that we possess comes from the real paper machine. Goal of the work is to reconstruct the basis weight structure of the paper and to predict its behaviour to the future. The resulting synthetic data is needed for simulation of paper web. The main idea that we used for describing the basis weight variation in the Cross-Direction is Empirical Orthogonal Functions (EOF) algorithm, which is closely related to Principal Component Analysis (PCA) method. Signal forecasting in time is based on Time-Series analysis. Two principal mathematical procedures that we used in the work are Autoregressive-Moving Average (ARMA) modelling and Ornstein–Uhlenbeck (OU) process.

On the impact of rigorous approaches on the quality of development

Software systems are expanding and becoming increasingly present in everyday activities. The constantly evolving society demands that they deliver more functionality, are easy to use and work as expected. All these challenges increase the size and complexity of a system. People may not be aware of a presence of a software system, until it malfunctions or even fails to perform. The concept of being able to depend on the software is particularly significant when it comes to the critical systems. At this point quality of a system is regarded as an essential issue, since any deficiencies may lead to considerable money loss or life endangerment. Traditional development methods may not ensure a sufficiently high level of quality. Formal methods, on the other hand, allow us to achieve a high level of rigour and can be applied to develop a complete system or only a critical part of it. Such techniques, applied during system development starting at early design stages, increase the likelihood of obtaining a system that works as required. However, formal methods are sometimes considered difficult to utilise in traditional developments. Therefore, it is important to make them more accessible and reduce the gap between the formal and traditional development methods. This thesis explores the usability of rigorous approaches by giving an insight into formal designs with the use of graphical notation. The understandability of formal modelling is increased due to a compact representation of the development and related design decisions. The central objective of the thesis is to investigate the impact that rigorous approaches have on quality of developments. This means that it is necessary to establish certain techniques for evaluation of rigorous developments. Since we are studying various development settings and methods, specific measurement plans and a set of metrics need to be created for each setting. Our goal is to provide methods for collecting data and record evidence of the applicability of rigorous approaches. This would support the organisations in making decisions about integration of formal methods into their development processes. It is important to control the software development, especially in its initial stages. Therefore, we focus on the specification and modelling phases, as well as related artefacts, e.g. models. These have significant influence on the quality of a final system. Since application of formal methods may increase the complexity of a system, it may impact its maintainability, and thus quality. Our goal is to leverage quality of a system via metrics and measurements, as well as generic refinement patterns, which are applied to a model and a specification. We argue that they can facilitate the process of creating software systems, by e.g. controlling complexity and providing the modelling guidelines. Moreover, we find them as additional mechanisms for quality control and improvement, also for rigorous approaches. The main contribution of this thesis is to provide the metrics and measurements that help in assessing the impact of rigorous approaches on developments. We establish the techniques for the evaluation of certain aspects of quality, which are based on structural, syntactical and process related characteristics of an early-stage development artefacts, i.e. specifications and models. The presented approaches are applied to various case studies. The results of the investigation are juxtaposed with the perception of domain experts. It is our aspiration to promote measurements as an indispensable part of quality control process and a strategy towards the quality improvement.

Katsastuksen teknisen laadun mittaaminen ja johtaminen

Suorituskyvyn mittaamisella on monia myönteisiä vaikutuksia koko organisaation toimintaan. Mittaamisen avulla toimintaa voidaan johtaa haluttuun suuntaan. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, minkälainen suorituskykymittaristo tarvitaan katsastusyrityksen ylimmän johdon käyttöön, jotta katsastuksen teknisen laadun johtaminen mahdollistuisi. Tutkimuksen tarkoituksena oli rakentaa katsastuksen teknisen laadun suorituskykymittaristo ylimmälle johdolle. Katsastuksen tekninen laatu on keskeinen kysymys katsastusyritysten olemassaololle. Tekninen laatu on koko katsastustoiminnan perusta, jonka päälle liiketoiminta voidaan rakentaa. Ilman tätä perustaa ei ole jatkuvuutta liiketoiminnalle. Teknisen laadun mittaaminen ei kuitenkaan ole tällä hetkellä järjestelmällistä, eikä käytettävissä ole ollut tehtävään soveltuvaa mittaristoa. Tutkimuksessa käytettiin A-Katsastus Oy:n vuosien 2008–2011 aikana syntyneitä katsastustilastoja. Tilastollista prosessin valvonta-menetelmää (SPC) soveltamalla määritettiin toimipaikka- ja katsastajakohtaiset valvontarajat hylkäysprosenteille ja vikojen määrille. Valvontarajojen avulla rakennettiin katsastuksen teknisen laadun suorituskykymittaristo toimiala-, yritys-, toimipaikka- ja katsastajatasoille. Mittariston avulla voidaan asettaa tekniselle laadulle tavoitteet, seurata tavoitteiden toteumaa ja käynnistää tarvittaessa korjaavat toimenpiteet.