Knowledge-based systems and engineering software

The work described was carried out as part of a collaborative Alvey software engineering project (project number SE057). The project collaborators were the Inter-Disciplinary Higher Degrees Scheme of the University of Aston in Birmingham, BIS Applied Systems Ltd. (BIS) and the British Steel Corporation. The aim of the project was to investigate the potential application of knowledge-based systems (KBSs) to the design of commercial data processing (DP) systems. The work was primarily concerned with BIS's Structured Systems Design (SSD) methodology for DP systems development and how users of this methodology could be supported using KBS tools. The problems encountered by users of SSD are discussed and potential forms of computer-based support for inexpert designers are identified. The architecture for a support environment for SSD is proposed based on the integration of KBS and non-KBS tools for individual design tasks within SSD - The Intellipse system. The Intellipse system has two modes of operation - Advisor and Designer. The design, implementation and user-evaluation of Advisor are discussed. The results of a Designer feasibility study, the aim of which was to analyse major design tasks in SSD to assess their suitability for KBS support, are reported. The potential role of KBS tools in the domain of database design is discussed. The project involved extensive knowledge engineering sessions with expert DP systems designers. Some practical lessons in relation to KBS development are derived from this experience. The nature of the expertise possessed by expert designers is discussed. The need for operational KBSs to be built to the same standards as other commercial and industrial software is identified. A comparison between current KBS and conventional DP systems development is made. On the basis of this analysis, a structured development method for KBSs in proposed - the POLITE model. Some initial results of applying this method to KBS development are discussed. Several areas for further research and development are identified.

Behavioral Types for Embedded Software - A Survey

At present, there is a variety of formalisms for modeling and analyzing the communication behavior of components. Due to a tremendous increase in size and complexity of embedded systems accompanied by shorter time to market cycles and cost reduction, so called behavioral type systems become more and more important. This chapter presents an overview and a taxonomy of behavioral types. The intentions of this taxonomy are to provide a guidance for software engineers and to form the basis for future research.

The variety of variables in automated real-time refinement

The refinement calculus is a well-established theory for deriving program code from specifications. Recent research has extended the theory to handle timing requirements, as well as functional ones, and we have developed an interactive programming tool based on these extensions. Through a number of case studies completed using the tool, this paper explains how the tool helps the programmer by supporting the many forms of variables needed in the theory. These include simple state variables as in the untimed calculus, trace variables that model the evolution of properties over time, auxiliary variables that exist only to support formal reasoning, subroutine parameters, and variables shared between parallel processes.

The role of coordination analysis in software integration projects

What sort of component coordination strategies emerge in a software integration process? How can such strategies be discovered and further analysed? How close are they to the coordination component of the envisaged architectural model which was supposed to guide the integration process? This paper introduces a framework in which such questions can be discussed and illustrates its use by describing part of a real case-study. The approach is based on a methodology which enables semi-automatic discovery of coordination patterns from source code, combining generalized slicing techniques and graph manipulation

Software languages engineering: experimental evaluation

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Derivation and consistency checking of models in early software product line engineering

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática

Thermal conditions affecting heat transfer in FDM/FFE: a contribution towards the numerical modelling of the process

The performance of parts produced by Free Form Extrusion (FFE), an increasingly popular additive manufacturing technique, depends mainly on their dimensional accuracy, surface quality and mechanical performance. These attributes are strongly influenced by the evolution of the filament temperature and deformation during deposition and solidification. Consequently, the availability of adequate process modelling software would offer a powerful tool to support efficient process set-up and optimisation. This work examines the contribution to the overall heat transfer of various thermal phenomena developing during the manufacturing sequence, including convection and radiation with the environment, conduction with support and between adjacent filaments, radiation between adjacent filaments and convection with entrapped air. The magnitude of the mechanical deformation is also studied. Once this exercise is completed, it is possible to select the material properties, process variables and thermal phenomena that should be taken in for effective numerical modelling of FFE.

Gestió d'un magatzem de fruits secs

Estudi i disseny de la implantació d'un ERP (Enterprise Resource Planning) en una fàbrica de fruits secs.

Planificació, anàlisi i disseny d'un programari de gestió d'un magatzem d'olives i conserves

Disseny d'un programari de gestió de magatzems on quedin reflectides les seves entrades, sortides i altres operacions pròpies dels magatzems. El programari ha de ser escalable i perdurar en el temps a més a més de permetre operacions d¿actualització, esborrat, addicció de dades i les operacionsfonamentals de consulta.

SiMR: A simulator for learning computer architecture

This paper presents SiMR, a simulator of the Rudimentary Machine designed to be used in a first course of computer architecture of Software Engineering and Computer Engineering programmes. The Rudimentary Machine contains all the basic elements in a RISC computer, and SiMR allows editing, assembling and executing programmes for this processor. SiMR is used at the Universitat Oberta de Catalunya as one of the most important resources in the Virtual Computing Architecture and Organisation Laboratory, since students work at home with the simulator and reports containing their work are automatically generated to be evaluated by lecturers. The results obtained from a survey show that most of the students consider SiMR as a highly necessary or even an indispensable resource to learn the basic concepts about computer architecture.

Object-oriented development of client / server application: case study of service control software

Tässä työssä on esitetty sen ohjelmiston kehittämisen prosessi, joka on tarkoitettu annettavien palveluiden valvottavaksi käyttäen prototyyppimallia. Raportti sisältää vaatimusten, kohteisiin suunnatun analyysin ja suunnittelun, realisointiprosessien kuvauksen ja prototyypin testauksen. Ohjelmiston käyttöala – antavien palveluiden valvonta. Vaatimukset sovellukselle analysoitiin ohjelmistomarkkinoiden perusteella sekä ohjelmiston engineeringin periaatteiden mukaisesti. Ohjelmiston prototyyppi on realisoitu käyttäen asiakas-/palvelinhybridimallia sekä ralaatiokantaa. Kehitetty ohjelmisto on tarkoitettu venäläisille tietokonekerhoille, jotka erikoistuvat pelipalvelinten antamiseen.

Simulation of new p-type pixel strip detector with enhanced multiplication effect

This Master’s Thesis is dedicated to the simulation of new p-type pixel strip detector with enhanced multiplication effect. It is done for high-energy physics experiments upgrade such as Super Large Hadron Collider especially for Compact Muon Solenoid particle track silicon detectors. These detectors are used in very harsh radiation environment and should have good radiation hardness. The device engineering technology for developing more radiation hard particle detectors is used for minimizing the radiation degradation. New detector structure with enhanced multiplication effect is proposed in this work. There are studies of electric field and electric charge distribution of conventional and new p-type detector under reverse voltage bias and irradiation. Finally, the dependence of the anode current from the applied cathode reverse voltage bias under irradiation is obtained in this Thesis. For simulation Silvaco Technology Computer Aided Design software was used. Athena was used for creation of doping profiles and device structures and Atlas was used for getting electrical characteristics of the studied devices. The program codes for this software are represented in Appendixes.

Modelling software quality : a multidimensional approach

Les sociétés modernes dépendent de plus en plus sur les systèmes informatiques et ainsi, il y a de plus en plus de pression sur les équipes de développement pour produire des logiciels de bonne qualité. Plusieurs compagnies utilisent des modèles de qualité, des suites de programmes qui analysent et évaluent la qualité d'autres programmes, mais la construction de modèles de qualité est difficile parce qu'il existe plusieurs questions qui n'ont pas été répondues dans la littérature. Nous avons étudié les pratiques de modélisation de la qualité auprès d'une grande entreprise et avons identifié les trois dimensions où une recherche additionnelle est désirable : Le support de la subjectivité de la qualité, les techniques pour faire le suivi de la qualité lors de l'évolution des logiciels, et la composition de la qualité entre différents niveaux d'abstraction. Concernant la subjectivité, nous avons proposé l'utilisation de modèles bayésiens parce qu'ils sont capables de traiter des données ambiguës. Nous avons appliqué nos modèles au problème de la détection des défauts de conception. Dans une étude de deux logiciels libres, nous avons trouvé que notre approche est supérieure aux techniques décrites dans l'état de l'art, qui sont basées sur des règles. Pour supporter l'évolution des logiciels, nous avons considéré que les scores produits par un modèle de qualité sont des signaux qui peuvent être analysés en utilisant des techniques d'exploration de données pour identifier des patrons d'évolution de la qualité. Nous avons étudié comment les défauts de conception apparaissent et disparaissent des logiciels. Un logiciel est typiquement conçu comme une hiérarchie de composants, mais les modèles de qualité ne tiennent pas compte de cette organisation. Dans la dernière partie de la dissertation, nous présentons un modèle de qualité à deux niveaux. Ces modèles ont trois parties: un modèle au niveau du composant, un modèle qui évalue l'importance de chacun des composants, et un autre qui évalue la qualité d'un composé en combinant la qualité de ses composants. L'approche a été testée sur la prédiction de classes à fort changement à partir de la qualité des méthodes. Nous avons trouvé que nos modèles à deux niveaux permettent une meilleure identification des classes à fort changement. Pour terminer, nous avons appliqué nos modèles à deux niveaux pour l'évaluation de la navigabilité des sites web à partir de la qualité des pages. Nos modèles étaient capables de distinguer entre des sites de très bonne qualité et des sites choisis aléatoirement. Au cours de la dissertation, nous présentons non seulement des problèmes théoriques et leurs solutions, mais nous avons également mené des expériences pour démontrer les avantages et les limitations de nos solutions. Nos résultats indiquent qu'on peut espérer améliorer l'état de l'art dans les trois dimensions présentées. En particulier, notre travail sur la composition de la qualité et la modélisation de l'importance est le premier à cibler ce problème. Nous croyons que nos modèles à deux niveaux sont un point de départ intéressant pour des travaux de recherche plus approfondis.

Improving automation in model-driven engineering using examples

Cette thèse a pour but d’améliorer l’automatisation dans l’ingénierie dirigée par les modèles (MDE pour Model Driven Engineering). MDE est un paradigme qui promet de réduire la complexité du logiciel par l’utilisation intensive de modèles et des transformations automatiques entre modèles (TM). D’une façon simplifiée, dans la vision du MDE, les spécialistes utilisent plusieurs modèles pour représenter un logiciel, et ils produisent le code source en transformant automatiquement ces modèles. Conséquemment, l’automatisation est un facteur clé et un principe fondateur de MDE. En plus des TM, d’autres activités ont besoin d’automatisation, e.g. la définition des langages de modélisation et la migration de logiciels. Dans ce contexte, la contribution principale de cette thèse est de proposer une approche générale pour améliorer l’automatisation du MDE. Notre approche est basée sur la recherche méta-heuristique guidée par les exemples. Nous appliquons cette approche sur deux problèmes importants de MDE, (1) la transformation des modèles et (2) la définition précise de langages de modélisation. Pour le premier problème, nous distinguons entre la transformation dans le contexte de la migration et les transformations générales entre modèles. Dans le cas de la migration, nous proposons une méthode de regroupement logiciel (Software Clustering) basée sur une méta-heuristique guidée par des exemples de regroupement. De la même façon, pour les transformations générales, nous apprenons des transformations entre modèles en utilisant un algorithme de programmation génétique qui s’inspire des exemples des transformations passées. Pour la définition précise de langages de modélisation, nous proposons une méthode basée sur une recherche méta-heuristique, qui dérive des règles de bonne formation pour les méta-modèles, avec l’objectif de bien discriminer entre modèles valides et invalides. Les études empiriques que nous avons menées, montrent que les approches proposées obtiennent des bons résultats tant quantitatifs que qualitatifs. Ceux-ci nous permettent de conclure que l’amélioration de l’automatisation du MDE en utilisant des méthodes de recherche méta-heuristique et des exemples peut contribuer à l’adoption plus large de MDE dans l’industrie à là venir.

A Mono- and Multi-objective Approach for Recommending Software Refactoring

Les systèmes logiciels sont devenus de plus en plus répondus et importants dans notre société. Ainsi, il y a un besoin constant de logiciels de haute qualité. Pour améliorer la qualité de logiciels, l’une des techniques les plus utilisées est le refactoring qui sert à améliorer la structure d'un programme tout en préservant son comportement externe. Le refactoring promet, s'il est appliqué convenablement, à améliorer la compréhensibilité, la maintenabilité et l'extensibilité du logiciel tout en améliorant la productivité des programmeurs. En général, le refactoring pourra s’appliquer au niveau de spécification, conception ou code. Cette thèse porte sur l'automatisation de processus de recommandation de refactoring, au niveau code, s’appliquant en deux étapes principales: 1) la détection des fragments de code qui devraient être améliorés (e.g., les défauts de conception), et 2) l'identification des solutions de refactoring à appliquer. Pour la première étape, nous traduisons des régularités qui peuvent être trouvés dans des exemples de défauts de conception. Nous utilisons un algorithme génétique pour générer automatiquement des règles de détection à partir des exemples de défauts. Pour la deuxième étape, nous introduisons une approche se basant sur une recherche heuristique. Le processus consiste à trouver la séquence optimale d'opérations de refactoring permettant d'améliorer la qualité du logiciel en minimisant le nombre de défauts tout en priorisant les instances les plus critiques. De plus, nous explorons d'autres objectifs à optimiser: le nombre de changements requis pour appliquer la solution de refactoring, la préservation de la sémantique, et la consistance avec l’historique de changements. Ainsi, réduire le nombre de changements permets de garder autant que possible avec la conception initiale. La préservation de la sémantique assure que le programme restructuré est sémantiquement cohérent. De plus, nous utilisons l'historique de changement pour suggérer de nouveaux refactorings dans des contextes similaires. En outre, nous introduisons une approche multi-objective pour améliorer les attributs de qualité du logiciel (la flexibilité, la maintenabilité, etc.), fixer les « mauvaises » pratiques de conception (défauts de conception), tout en introduisant les « bonnes » pratiques de conception (patrons de conception).