Parameter identification in time series models

Time series analysis can be categorized into three different approaches: classical, Box-Jenkins, and State space. Classical approach makes a basement for the analysis and Box-Jenkins approach is an improvement of the classical approach and deals with stationary time series. State space approach allows time variant factors and covers up a broader area of time series analysis. This thesis focuses on parameter identifiablity of different parameter estimation methods such as LSQ, Yule-Walker, MLE which are used in the above time series analysis approaches. Also the Kalman filter method and smoothing techniques are integrated with the state space approach and MLE method to estimate parameters allowing them to change over time. Parameter estimation is carried out by repeating estimation and integrating with MCMC and inspect how well different estimation methods can identify the optimal model parameters. Identification is performed in probabilistic and general senses and compare the results in order to study and represent identifiability more informative way.

Materiaalien läpimenoajan lyhennyskeinot tulologistiikan osalta

Diplomityön tavoitteena oli löytää keinoja ja toimintamalleja materiaalien läpimenoajan lyhentämiseen lähinnä ostonimikkeiden osalta. Taustalla on konsernin tavoitteet, lisäksi tavoitteena on vähentää ulkoistetun varastoinnin tarvetta. Ensin selvitettiin nykytilanne nimikeanalyysien ja työntekijöiden haastattelujen avulla. Läpimenoaikaan vaikuttavat taustatekijät esiteltiin. Seuraavaksi tutkittiin konsernin varastonkierron analysointiin tarkoitetun ohjelmiston käyttöönotto- ja hyödyntämismahdollisuuksia. Lisäksi muodostettiin laskentamalleja varmuusvarastojen ja eräkokojen tason optimointiin. Lopulta muodostettiin toimintamalli logistiikan tehostamiseksi, johon liittyy ehdotukset eri henkilöiden toimista logistiikan tehostamiseksi. Erillisenä tarkastelukohteena oli varastossa seisovien nimikkeiden hävittämisrutiinin kehittäminen. Läpimenoaikojen lyhentämisessä on runsaasti potentiaalia kun tärkeiden nimikkeiden varmuusvarastoihin ja eräkokoihin kiinnitetään huomiota. Tärkeää on yhteistyö oston ja tuotannon ja toisaalta toimittajien kanssa. Tietoteknisten apuvälineiden kehittäminen parantaisi toimintaedellytyksiä, mutta suurimpiin ongelmakohtiin voidaan puuttua myös nykyisillä välineillä. Toiminta kannattaa aloittaa erillisistä kohteista joiden lähtökohtana on havaitut ongelmat. Koulutus ja asennemuokkaus on keskeisellä sijalla alkuvaiheessa, lisäksi jokaisen asianosaisen tulisi asettaa henkilökohtaiset tavoitteet.

Mechanistic population Models in Biology: Model Derivation and Application

In general, models of ecological systems can be broadly categorized as ’top-down’ or ’bottom-up’ models, based on the hierarchical level that the model processes are formulated on. The structure of a top-down, also known as phenomenological, population model can be interpreted in terms of population characteristics, but it typically lacks an interpretation on a more basic level. In contrast, bottom-up, also known as mechanistic, population models are derived from assumptions and processes on a more basic level, which allows interpretation of the model parameters in terms of individual behavior. Both approaches, phenomenological and mechanistic modelling, can have their advantages and disadvantages in different situations. However, mechanistically derived models might be better at capturing the properties of the system at hand, and thus give more accurate predictions. In particular, when models are used for evolutionary studies, mechanistic models are more appropriate, since natural selection takes place on the individual level, and in mechanistic models the direct connection between model parameters and individual properties has already been established. The purpose of this thesis is twofold. Firstly, a systematical way to derive mechanistic discrete-time population models is presented. The derivation is based on combining explicitly modelled, continuous processes on the individual level within a reproductive period with a discrete-time maturation process between reproductive periods. Secondly, as an example of how evolutionary studies can be carried out in mechanistic models, the evolution of the timing of reproduction is investigated. Thus, these two lines of research, derivation of mechanistic population models and evolutionary studies, are complementary to each other.

Jatkuvatoimisen sellukeittimen säätöjen suorituskyvyn analysointi

Työssä tarkastellaan yleisiä menetelmiä säätöpiirien suorituskyvyn analysointiin ja sovelletaan niitä jatkuvatoimisen sellukeittimen säätöihin. Esitellyt menetelmät tarjoavat keinoja myös huonon säätötuloksen syyn selvittämiseen ja vinkkejä paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi. Analyysissä edettiin top-down periaatteen mukaisesti lähtien liikkeelle keittimen tärkeimmästä säädöstä eli kappaluvun säädöstä. Sitten etsittiin tähän vaikuttavia tekijöitä mitatuista suureista. Seuraavaksi arvioitiin tärkeimmäksi katsotun tekijän (hakepinnankorkeus) säädön suorituskyky, jossa havaittiin parannettavaa. Lopuksi hakepinnankorkeuden säädön viritystämuutettiin ja tehtiin identifiointikoe säätörakenteen uudelleen järjestelyä varten.

Analyzing change in medication use - statistical approaches

The objective of this study was to gain an understanding of the effects of population heterogeneity, missing data, and causal relationships on parameter estimates from statistical models when analyzing change in medication use. From a public health perspective, two timely topics were addressed: the use and effects of statins in populations in primary prevention of cardiovascular disease and polypharmacy in older population. Growth mixture models were applied to characterize the accumulation of cardiovascular and diabetes medications among apparently healthy population of statin initiators. The causal effect of statin adherence on the incidence of acute cardiovascular events was estimated using marginal structural models in comparison with discrete-time hazards models. The impact of missing data on the growth estimates of evolution of polypharmacy was examined comparing statistical models under different assumptions for missing data mechanism. The data came from Finnish administrative registers and from the population-based Geriatric Multidisciplinary Strategy for the Good Care of the Elderly study conducted in Kuopio, Finland, during 2004–07. Five distinct patterns of accumulating medications emerged among the population of apparently healthy statin initiators during two years after statin initiation. Proper accounting for time-varying dependencies between adherence to statins and confounders using marginal structural models produced comparable estimation results with those from a discrete-time hazards model. Missing data mechanism was shown to be a key component when estimating the evolution of polypharmacy among older persons. In conclusion, population heterogeneity, missing data and causal relationships are important aspects in longitudinal studies that associate with the study question and should be critically assessed when performing statistical analyses. Analyses should be supplemented with sensitivity analyses towards model assumptions.

Welding time models for cost calculations in the early stages of the design process

It is generally accepted that between 70 and 80% of manufacturing costs can be attributed to design. Nevertheless, it is difficult for the designer to estimate manufacturing costs accurately, especially when alternative constructions are compared at the conceptual design phase, because of the lack of cost information and appropriate tools. In general, previous reports concerning optimisation of a welded structure have used the mass of the product as the basis for the cost comparison. However, it can easily be shown using a simple example that the use of product mass as the sole manufacturing cost estimator is unsatisfactory. This study describes a method of formulating welding time models for cost calculation, and presents the results of the models for particular sections, based on typical costs in Finland. This was achieved by collecting information concerning welded products from different companies. The data included 71 different welded assemblies taken from the mechanical engineering and construction industries. The welded assemblies contained in total 1 589 welded parts, 4 257 separate welds, and a total welded length of 3 188 metres. The data were modelled for statistical calculations, and models of welding time were derived by using linear regression analysis. Themodels were tested by using appropriate statistical methods, and were found to be accurate. General welding time models have been developed, valid for welding in Finland, as well as specific, more accurate models for particular companies. The models are presented in such a form that they can be used easily by a designer, enabling the cost calculation to be automated.

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.

Regime Switching Models for Electricity Time Series that Capture Fat Tailed Distributions

In the power market, electricity prices play an important role at the economic level. The behavior of a price trend usually known as a structural break may change over time in terms of its mean value, its volatility, or it may change for a period of time before reverting back to its original behavior or switching to another style of behavior, and the latter is typically termed a regime shift or regime switch. Our task in this thesis is to develop an electricity price time series model that captures fat tailed distributions which can explain this behavior and analyze it for better understanding. For NordPool data used, the obtained Markov Regime-Switching model operates on two regimes: regular and non-regular. Three criteria have been considered price difference criterion, capacity/flow difference criterion and spikes in Finland criterion. The suitability of GARCH modeling to simulate multi-regime modeling is also studied.

Timing of Capacity Change: Models for Capital Intensive Industry

The suitable timing of capacity investments is a remarkable issue especially in capital intensive industries. Despite its importance, fairly few studies have been published on the topic. In the present study models for the timing of capacity change in capital intensive industry are developed. The study considers mainly the optimal timing of single capacity changes. The review of earlier research describes connections between cost, capacity and timing literature, and empirical examples are used to describe the starting point of the study and to test the developed models. The study includes four models, which describe the timing question from different perspectives. The first model, which minimizes unit costs, has been built for capacity expansion and replacement situations. It is shown that the optimal timing of an investment can be presented with the capacity and cost advantage ratios. After the unit cost minimization model the view is extended to the direction of profit maximization. The second model states that early investments are preferable if the change of fixed costs is small compared to the change of the contribution margin. The third model is a numerical discounted cash flow model, which emphasizes the roles of start-up time, capacity utilization rate and value of waiting as drivers of the profitable timing of a project. The last model expands the view from project level to company level and connects the flexibility of assets and cost structures to the timing problem. The main results of the research are the solutions of the models and analysis or simulations done with the models. The relevance and applicability of the results are verified by evaluating the logic of the models and by numerical cases.

Massaräätälöintija modulointi parkettiliiketoiminnassa

Tässä diplomityössä tarkastellaan massaräätälöintiä ja modulointia parkettiliiketoiminnassa yhden case-yrityksen näkökulmasta. Työn tavoitteena on kuvata nykyinen toiminta ja luoda massaräätälöintiin ja modulointiin perustuva toimintamalli sekä selvittää uudistetun toimintamallin taloudelliset ja toiminnalliset vaikutukset. Kirjallisuustutkimuksessa tarkastellaan massaräätälöinnin ja moduloinnin käsitettä sekä näihin käsitteisiin liittyviä ohjauksellisia menetelmiä. Tutkimuksessa kuvataan edellä mainittujen käsitteiden perusmallit ja siirtyminen näiden mallien käyttämiseen. Diplomityön empiirisessä osassa tutkitaan massaräätälöinnin ja moduloinnin taloudellisia vaikutuksia case-yrityksessä. Taloudellisia vaikutuksia tutkittiin kolmella eri tavalla. Ensimmäisenä selvitettiin toimintamallin muutoksen vaikutus tuotantoon ja valmisvarastoon sitoutuneenvaihto-omaisuuden määrään. Tämän jälkeen tutkittiin vaikutukset tuotannon läpimenoaikoihin sekä tehtiin laskelmat toimintamallin muuttamisen vaatimista investoinneista ja niistä saavutettavista hyödyistä. Empiiriset tulokset osoittavat, että case-yrityksen nykyisessä toiminnassa on puutteita. Tuotantoon sitoutuu liikaa pääomaa ja tuotannon läpäisyajat ovat liian pitkiä asiakasvaatimuksiin nähden. Tulosten mukaan massaräätälöinnin ja moduloinnin keinoilla voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotannon läpimenoon, pääoman sitoutumiseen ja saadaan aikaan mittavia rahallisia säästöjä. Tulosten perusteella suositellaan, että yritys ottaa käyttöön massaräätälöinnin ja moduloinnin menetelmät kuvatun toimintamallin mukaisesti.

Automated formulation of optimisation models for steel beam structures

Over 70% of the total costs of an end product are consequences of decisions that are made during the design process. A search for optimal cross-sections will often have only a marginal effect on the amount of material used if the geometry of a structure is fixed and if the cross-sectional characteristics of its elements are property designed by conventional methods. In recent years, optimalgeometry has become a central area of research in the automated design of structures. It is generally accepted that no single optimisation algorithm is suitable for all engineering design problems. An appropriate algorithm, therefore, mustbe selected individually for each optimisation situation. Modelling is the mosttime consuming phase in the optimisation of steel and metal structures. In thisresearch, the goal was to develop a method and computer program, which reduces the modelling and optimisation time for structural design. The program needed anoptimisation algorithm that is suitable for various engineering design problems. Because Finite Element modelling is commonly used in the design of steel and metal structures, the interaction between a finite element tool and optimisation tool needed a practical solution. The developed method and computer programs were tested with standard optimisation tests and practical design optimisation cases. Three generations of computer programs are developed. The programs combine anoptimisation problem modelling tool and FE-modelling program using three alternate methdos. The modelling and optimisation was demonstrated in the design of a new boom construction and steel structures of flat and ridge roofs. This thesis demonstrates that the most time consuming modelling time is significantly reduced. Modelling errors are reduced and the results are more reliable. A new selection rule for the evolution algorithm, which eliminates the need for constraint weight factors is tested with optimisation cases of the steel structures that include hundreds of constraints. It is seen that the tested algorithm can be used nearly as a black box without parameter settings and penalty factors of the constraints.

Activity-Based Costing Model for a Vendor Managed Inventory Service

Uusien paperikoneiden kysyntä on vähentynyt ja jälkimarkkinointipalveluiden, kuten huoltojen ja varaosamyyntien, merkittävyys paperikoneliiketoiminnassa on kasvanut entisestään viime aikoina. Uudentyyppisiä palveluja kilpailuedun lisäämiseksi kehitellään jatkuvasti. Esimerkki tällaisesta palvelusta on sopimusperusteinen varastointipalvelu, jossa osat ovat myyjän varastossa kunnes asiakas ottaa ne käyttöön. Diplomityön tavoite on rakentaa malli varastoinnin kustannuslaskentaan ja laskea sen avulla varastointipalvelun kustannukset. Perinteinen toimitusketju monine varastoineen ei nykykäsityksen mukaan ole enää kustannustehokas. Yhä useammat yritykset kaupan ja teollisuuden aloilla ovat ryhtyneet soveltamaan VMI (Vendor Managed Inventory) teoriaa toimitusketjuissaan. Varastot ovat tällöin keskitettyjä, tiedonkulku toimitusketjun portaiden välillä on nopeaa ja kysyntään pystytään vastaamaan lyhyemmällä viiveellä sen ennakoitavuuden paranemisen takia. Työn tuloksena on toimintolaskentaan pohjautuva kustannuslaskentamalli, jota voidaan hyödyntää myös hinnoittelupäätöksiä tehtäessä. Työssä esitellään mallin soveltaminen eri tapauksiin ja ehdotetaan jatkotoimenpiteitä.