Feature Nets: behavioural modelling of software product lines

Software product lines (SPL) are diverse systems that are developed using a dual engineering process: (a)family engineering defines the commonality and variability among all members of the SPL, and (b) application engineering derives specific products based on the common foundation combined with a variable selection of features. The number of derivable products in an SPL can thus be exponential in the number of features. This inherent complexity poses two main challenges when it comes to modelling: Firstly, the formalism used for modelling SPLs needs to be modular and scalable. Secondly, it should ensure that all products behave correctly by providing the ability to analyse and verify complex models efficiently. In this paper we propose to integrate an established modelling formalism (Petri nets) with the domain of software product line engineering. To this end we extend Petri nets to Feature Nets. While Petri nets provide a framework for formally modelling and verifying single software systems, Feature Nets offer the same sort of benefits for software product lines. We show how SPLs can be modelled in an incremental, modular fashion using Feature Nets, provide a Feature Nets variant that supports modelling dynamic SPLs, and propose an analysis method for SPL modelled as Feature Nets. By facilitating the construction of a single model that includes the various behaviours exhibited by the products in an SPL, we make a significant step towards efficient and practical quality assurance methods for software product lines.

From software extensions to product lines of dataflow programs

Abstract Dataflow programs are widely used. Each program is a directed graph where nodes are computations and edges indicate the flow of data. In prior work, we reverse-engineered legacy dataflow programs by deriving their optimized implementations from a simple specification graph using graph transformations called refinements and optimizations. In MDE-speak, our derivations were PIM-to-PSM mappings. In this paper, we show how extensions complement refinements, optimizations, and PIM-to-PSM derivations to make the process of reverse engineering complex legacy dataflow programs tractable. We explain how optional functionality in transformations can be encoded, thereby enabling us to encode product lines of transformations as well as product lines of dataflow programs. We describe the implementation of extensions in the ReFlO tool and present two non-trivial case studies as evidence of our work’s generality

Product-line specification and verification with feature-oriented contracts

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2015

Standardizing Customized Features of a Configurable Product

Työn päätavoitteena on arvioida hissien automaattiovien usein toistuvien asiakaskohtaisesti räätälöityjen tuoteominaisuuksien vakioimisen kannattavuutta KONEen Hyvinkään tehtaalla. Työssä arvioidaan myös massaräätälöinnin periaatteiden soveltuvuutta erikoisovien toimitusprosessiin sekä toimintoperusteisen kustannustiedon tarpeellisuutta tuoteominaisuuksia koskevien päätösten teossa. Asiakaskohtaisesti räätälöity ovituotanto jaettiin kategorioihin, joiden volyymeja ja tuotemuutosten tekoon käytettyjä suunnittelutuntimääriä analysoimalla selvitettiin, muodostaako jokin räätälöitävä tuoteominaisuus riittävän suuren kappalemääräisen kysynnän tai suunnittelutuntien kulutuskohteen, jotta ominaisuuden vakiointi olisi kannattavaa. Ovien kustannusrakenne-esimerkkien avulla selvitettiin myös suunnittelun osuus kokonaiskustannuksista. Analyysien perusteella todettiin asiakaskohtaisten muutosten olevan hajanaisia ja vain muutaman ominaisuuden osalta muodostuvan tarpeeksi suuri ja yhtenäinen kokonaisuus, joka olisi taloudellisesti kannattavaavakioida. Monimutkaisen tuoterakenteen vuoksi massaräätälöinnin opit eivät ole suoraan kopioitavissa hissien erikoisovien toimitusprosessiin, mutta sisältävät hyödyllisiä toimintamalleja prosessin kehittämiseen.

Using software metrics to increase efficiency in product creation

Opinnäytetyö etsii korrelaatiota ohjelmistomittauksella saavutettujen tulosten ja ohjelmasta löytyneiden virheiden väliltä. Työssä käytetään koeryhmänä jo olemassaolevia ohjelmistoja. Työ tutkii olisiko ohjelmistomittareita käyttämällä ollut mahdollista paikallistaa ohjelmistojen ongelmakohdat ja näin saada arvokasta tietoa ohjelmistokehitykseen. Mittausta voitaisiin käyttää resurssien parempaan kohdentamiseen koodikatselmuksissa, koodi-integraatiossa, systeemitestauksessa ja aikataulutuksessa. Mittaamisen avulla nämä tehtävät saisivat enemmän tietoa resurssien kohdistamiseen. Koeryhmänä käytetään erilaisia ohjelmistotuotteita. Yhteistä näille kaikille tuotteille on niiden peräkkäiset julkaisut. Uutta julkaisua tehtäessä, edellistä julkaisua käytetään pohjana, jonka päällekehitetään uutta lähdekoodia. Tämän takia ohjelmistomittauksessa pitää pystyä erottelemaan edellisen julkaisun lähdekoodi uudesta lähdekoodista. Työssä käytettävät ohjelmistomittarit ovat yleisiä ja ohjelmistotekniikassalaajasti käytettyjä mittaamaan erilaisia lähdekoodin ominaisuuksia, joiden arvellaan vaikuttavan virhealttiuteen. Tämän työn tarkoitus on tutkia näiden ohjelmistomittareiden käytettävyyttä koeryhmänä toimivissa ohjelmistoympäristöissä. Käytännön osuus työstä onnistui löytämään korrelaation joidenkinohjelmistomittareiden ja virheiden väliltä, samalla kuin toiset ohjelmistomittarit eivät antaneet vakuuttavia tuloksia. Ohjelmistomittareita käyttämällä näyttää olevan mahdollista tunnistaa virhealttiit kohdat ohjelmasta ja siten parantaa ohjelmistokehityksen tehokkuutta. Ohjelmistomittareiden käyttö tuotekehityksessäon perusteltavaa ja niiden avulla mahdollisesti pystyttäisiin vaikuttamaan ohjelmiston laatuun tulevissa julkaisuissa.

Finding the Fit Between Engineering Design and Cost Information

This paper analyzes the possibilities of integrating cost information and engineering design. Special emphasis is put on finding the potential of using the activity-based costing (ABC) method. Today, the problem of cost estimation in engineering design is that there are two separate extremes of knowledge. On the one extreme, the engineers model the technical parametres behindcosts in great detail but do not get appropriate cost information to their elegant models. On the other extreme, the accounting professionals are stuck with traditional cost accounting methods driven by the procedures and cycles of financial accounting. Therefore, in many cases, the cost information needs of various decision making groups, for example design engineers, are not served satisfactorily. This paper studies if the activity-based costing (ABC) method could offer a compromise between the two extremes. Recognizing activities and activity chains as well as activity and cost drivers could be specially beneficial for design engineers. Also, recognizing the accurate and reliable product costs of existing products helps when doing variant design. However, ABC is not at its best if the cost system becomes too complicated. This is why a comprehensive ABC-cost information system with detailed cost information for the use of design engineers should be examined critically. ABC is at its best when considering such issues as which activities drive costs, the cost of product complexity, allocating indirect costs on the products, the relationships between processes and costs, and the cost of excess capacity.

Aspects on Process Engineering in the Finnish Pulp and Paper Industry : Thesis for the Degree of Licentiate in Science of Technology

Process development will be largely driven by the main equipment suppliers. The reason for this development is their ambition to supply complete plants or process systems instead of single pieces of equipment. The pulp and paper companies' interest lies in product development, as their main goal is to create winning brands and effective brand management. Design engineering companies will find their niche in detail engineering based on approved process solutions. Their development work will focus on increasing the efficiency of engineering work. Process design is a content-producing profession, which requires certain special characteristics: creativity, carefulness, the ability to work as a member of a design team according to time schedules and fluency in oral as well as written presentation. In the future, process engineers will increasingly need knowledge of chemistry as well as information and automation technology. Process engineering tools are developing rapidly. At the moment, these tools are good enough for static sizing and balancing, but dynamic simulation tools are not yet good enough for the complicated chemical reactions of pulp and paper chemistry. Dynamic simulation and virtual mill models are used as tools for training the operators. Computational fluid dynamics will certainlygain ground in process design.

Ramp-up Predictability - Designing and Prototyping Ramp-up Predictability concept for new product creation

Diplomityön tavoitteena on tutkia ja kehittää menetelmä tuotekehitysprojektin ajalliselle ennustamiselle tuotteen siirtyessä tuotekehityksestä massatuotantoon. Ajallisen ennustamisen merkitys korostuu mitä lähemmäksi uuden tuotteen massatuotannon aloittaminen (ramp-up) tulee, koska strategiset päätökset koskien mm. uusia tuotantolinjoja, materiaalien- ja komponenttien tilaamisia sekä vahvistus asiakastoimitusten aloittamista täytyy tehdä jo paljon aikaisemmin.Työ aloitetaan tutkimalla rinnakkaista insinöörityötä (concurrent engineering) sekä suoritusten mittaamista (performance measurement), joiden sisältämistä ajattelumalleista, työkaluista ja tekniikoista hahmottuivat ajallisen ennustettavuuden onnistumisen edellytykset. Näitä olivat suunnitellun tuotteen ja tuotekehitysprosessin laatu sekä resurssien ja tiimien kompetenssit. Toisaalta ajalliseen ennustettavuuteen vaikuttavat myös projektien riippuvuudet ulkoisista toimittajista ja heidän aikatauluistaan.Teoreettisena viitekehyksenä käytetään Bradford L. Goldense:n luomaa mallia tuotekehityksen proaktiiviseksi mittaamiseksi sekä sovelletaan W. Edward Deming:in jatkuvan parantamisen silmukkaa. Työssä kehitetään Ramp-up Predictability konsepti, joka koostuu keskipitkän ja pitkän aikavälin ennustamisesta. Työhön ei kuulunut mallin käyttöönotto ja seuranta.Toimenpide ehdotuksena esitetään lisätutkimusta mittareiden keskinäisestä korrelaatioista ja niiden luotettavuudesta sekä mallien tarjoamista mahdollisuuksista muille tulosyksiköille.

Order-flow Standardization with Product Data Management Ideology

Tämän diplomityön päämääränä oli kuvata tilaus-toimitusprosessin eri toimintojen työnkulku, kun tuotetiedonhallintajärjestelmä on osa työympäristöä. Työn teoreettisessa osassa tarkasteltiin liiketoimintaprosessien uudistamista ja prosessien määrittämistä sekä esiteltiin tuotetiedonhallinnan (PDM) keskeiset osa-alueet. Kohdeyrityksen tausta ja strategiat esiteltiin, minkä jälkeen muutoksia arvioitiin suhteessa teoriaosuuden tuloksiin. Nykyisten toimintatapojen määrittämistä varten haastateltiin henkilöitä jokaisesta tilaus-toimitusprosessin vaiheesta tuotantoyksikön sisällä. Lopuksi kuvattiin yrityksen tuotetiedonhallintaperiaatteet ja määritettiin työnkulku prosessin eri vaiheissa. Samalla kuin uusi tuotetiedonhallintajärjestelmä otetaan käyttöön, on yrityksessä omaksuttava tuotetiedonhallinnan ajatusmalli. Tuoterakenteen hallinta jakautuu nyt eri toimintojen kesken, jolloin suunnittelun rakenne, tuotannon rakenne ja huoltorakenne ovat eri ihmisten vastuulla. Näiden eri rakenteiden konfigurointi tilaus-toimitus prosessin aikana määrää missä järjestyksessä toiminnot on suoritettava eri järjestelmien välillä. Monikansallinen suunnitteluorganisaatio on myös otettava huomioon tilauksenkulun aikana. Tuotetiedonhallintajärjestelmää käytetään yhdessä tuttujen suunnitteluohjelmien sekä toiminnanohjausjärjestelmän (ERP) kanssa. Työnkulkukaaviossa määritellään koko yritystä koskeva malli siitä, miten ja missä järjestyksessä tehtävät on suoritettava eri järjestelmissä tilaus-toimitus prosessin aikana. Tässä työssä tutkittiin tuotteen määrittelyn ja suunnittelutiedon hallinnan kannalta oleellisimmat tilaus-toimitusprosessiin kuuluvat toiminnot; myynti, myynnin tuki, tuotannon ohjaus, sovellussuunnittelu ja dokumentointi. Tulevaisuudessa on suositeltavaa pohtia tuotetiedonhallintajärjestelmän käyttöönottoa myös tuotannossa ja ostoissa. Tilaus-toimitusprosessiin liittyvät kehitysmahdollisuudet kannattaisi seuraavaksi kohdistaa tilauksen määrittelyvaiheeseen myyjä-asiakas rajapinnassa, jossa tehdyt virheet kertautuvat jokaisessa prosessin vaiheessa.

Product management in global sales operations

Työn tavoitteena oli määrittää myyntikonfiguraattorissa käytettävän tuotemallin yleinen rakenne. Ensin selvitettiin tuotemallin luomista ja konseptin suunnittelua kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen avulla. Asiantuntijoiden haastattelut toteutettiin vapaamuotoisesti kysymyslistaa apuna käyttäen. Tämän lisäksi työssä pohditaan sähköisen liiketoiminnan roolia sekä myyntikonfiguraattorin tulevaisuuden näkymiä. Diplomityössä käsitellään tuotemallia yleisellä tasolla. Toinen näkökulma käsittelee tuotemallia tietoteknisissä sovelluksissa käytettyjen menetelmien pohjalta. Tuotemallin muodostaminen aloitettiin asiakkaalle näkyvästä osasta eli myyntikonfiguraattorin ulkoasusta. Seuraava ongelma oli standardoida tuotetta ja tarjousta kuvaavat dokumentit globaalisti. Tähän ratkaisuun päädyttiin haastattelujen sekä asiantuntijoiden kokoontumisien pohjalta. Loppuosa diplomityöstä käsittelee myyntikonfiguraattorin asemaa kohdeyrityksen sähköisessä liiketoiminnassa sekä esittelee erään näkemyksen myyntikonfiguraattorin yhteenliittymästä asiakashallinta- ja tuotetiedonhallinta järjestelmiin. Diplomityössä saavutettiin asetetut tavoiteet: Myyntikonfigurattori yhtenäistää kohdeyrityksen hinnoittelua globaalisti, nopeuttaa tarjouksentekoprosessia, helpottaa uuden tuotteen lanseerausta ja standardoi tuotemallin globaalisti. Myyntikonfiguraattorin integrointi muihin tietojärjestelmiin tehostaa myynnin toimintoja. Haasteeksi jää loppukäyttäjien kannustaminen tehokkaaseen käyttöön sekä ylläpidon toteuttaminen. Ilman käyttäjiä ja heidän innostustaan voi projekti menettää johdon luottamuksen.

Product Definition Process for Mobile Radio System Product

Työn tarkoituksena oli tutkia tuotteen määrittelyyn liittyvää kirjallisuutta ja perehtyä tuotteen määrittelytyön nykytilaan kohdeyrityksessä. Näihin molempiin perustuen muodostetaan prosessimalli tuotteen määrittelytyölle kohdeyrityksessä. Työssä käsitellään prosessijohtamisen pääperiaatteet sekä tuotteen määrittelyä koskevaa kirjallisuutta ja tutkimuksia. Koska kysessä oleva tuote on suurelta osalta ohjelmistotuote, ohjelmistojen suunnittelua, erityisesti ohjelmistovaatimusten hallintaa ja ohjelmistojen määrittelyä, on myös tarkasteltu työssä. Tuotteen määrittelyn haasteita on käsitelty yksityiskohtaisemmin, esimerkiksi dokumentointia, prosessin kulkua, vaatimusten epävakaisuutta sekä muutoksia. Kohdeyritys ja sen ongelmakohdat esitellään ja luodaan prosessimalli. Tämä malli esittelee seuraavat prosessit: raakavaatimusten hallinta -prosessin, roadmapping -prosessin, esisuunnittelu- ja spesifikaatioprosessin ja julkaisun suunnittelu -prosessin. Kaikki nämä ovat vaiheita ennen varsinaisen tuotekehitysprojektin aloittamista. Työssä esitellään myös kolmetasoinen dokumentaatiomalli.

Competitive flexibility in systems supplier companies in mechanical engineering industry

Systems suppliers are focal actors in mechanical engineering supply chains, in between general contractors and component suppliers. This research concentrates on the systems suppliers’ competitive flexibility, as a competitive advantage that the systems supplier gains from independence from the competitive forces of the market. The aim is to study the roles that power, dependence relations, social capital, and interorganizational learning have on the competitive flexibility. Research on this particular theme is scarce thus far. The research method applied here is the inductive multiple case study. Interviews from four case companies were used as main source of the qualitative data. The literature review presents previous literature on subcontracting, supply chain flexibility, supply chain relationships, social capital and interorganizational learning. The result of this study are seven propositions and consequently a model on the effects that the dominance of sales of few customers, power of competitors, significance of the manufactured system in the end product, professionalism in procurement and the significance of brand products in the business have on the competitive flexibility. These relationships are moderated by either social capital or interorganizational learning. The main results obtained from this study revolve around social capital and interorganizational learning, which have beneficial effects on systems suppliers’ competitive flexibility, by moderating the effects of other constructs of the model. Further research on this topic should include quantitative research to provide the extent to which the results can be reliably generalized. Also each construct of the model gives possible focus for more thorough research.

Engineering of Business Critical Web Applications

Research focus of this thesis is to explore options for building systems for business critical web applications. Business criticality here includes requirements for data protection and system availability. The focus is on open source software. Goals are to identify robust technologies and engineering practices to implement such systems. Research methods include experiments made with sample systems built around chosen software packages that represent certain technologies. The main research focused on finding a good method for database data replication, a key functionality for high-availability, database-driven web applications. Research included also finding engineering best practices from books written by administrators of high traffic web applications. Experiment with database replication showed, that block level synchronous replication offered by DRBD replication software offered considerably more robust data protection and high-availability functionality compared to leading open source database product MySQL, and its built-in asynchronous replication. For master-master database setups, block level replication is more recommended way to build high-availability into the system. Based on thesis research, building high-availability web applications is possible using a combination of open source software and engineering best practices for data protection, availability planning and scaling.

Making Sense of Software Product Requirements

One of the most crucial tasks for a company offering a software product is to decide what new features should be implemented in the product’s forthcoming versions. Yet, existing studies show that this is also a task with which many companies are struggling. This problem has been claimed to be ambiguous and changing. There are better or worse solutions to the problem, but no optimal one. Furthermore, the criteria determining the success of the solution keeps changing due to continuously changing competition, technologies and market needs. This thesis seeks to gain a deeper understanding of the challenges that companies have reportedly faced in determining the requirements for their forthcoming product versions. To this end, product management related activities are explored in seven companies. Following grounded theory approach, the thesis conducts four iterations of data analysis, where each of the iterations goes beyond the previous one. The thesis results in a theory proposal intended to 1) describe the essential characteristics of organizations’ product management challenges, 2) explain the origins of the perceived challenges and 3) suggest strategies to alleviate the perceived challenges. The thesis concludes that current product management approaches are becoming inadequate to deal with challenges that have multiple and conflicting interpretations, different value orientations, unclear goals, contradictions and paradoxes. This inadequacy continues to increase until current beliefs and assumptions about the product management challenges are questioned and a new paradigm for dealing with the challenges is adopted.

Improving the competitiveness of electrolytic Zinc process by chemical reaction engineering approach

This doctoral thesis describes the development work performed on the leachand purification sections in the electrolytic zinc plant in Kokkola to increase the efficiency in these two stages, and thus the competitiveness of the plant. Since metallic zinc is a typical bulk product, the improvement of the competitiveness of a plant was mostly an issue of decreasing unit costs. The problems in the leaching were low recovery of valuable metals from raw materials, and that the available technology offered complicated and expensive processes to overcome this problem. In the purification, the main problem was consumption of zinc powder - up to four to six times the stoichiometric demand. This reduced the capacity of the plant as this zinc is re-circulated through the electrolysis, which is the absolute bottleneck in a zinc plant. Low selectivity gave low-grade and low-value precipitates for further processing to metallic copper, cadmium, cobalt and nickel. Knowledge of the underlying chemistry was poor and process interruptions causing losses of zinc production were frequent. Studies on leaching comprised the kinetics of ferrite leaching and jarosite precipitation, as well as the stability of jarosite in acidic plant solutions. A breakthrough came with the finding that jarosite could precipitate under conditions where ferrite would leach satisfactorily. Based on this discovery, a one-step process for the treatment of ferrite was developed. In the plant, the new process almost doubled the recovery of zinc from ferrite in the same equipment as the two-step jarosite process was operated in at that time. In a later expansion of the plant, investment savings were substantial compared to other technologies available. In the solution purification, the key finding was that Co, Ni, and Cu formed specific arsenides in the “hot arsenic zinc dust” step. This was utilized for the development of a three-step purification stage based on fluidized bed technology in all three steps, i.e. removal of Cu, Co and Cd. Both precipitation rates and selectivity increased, which strongly decreased the zinc powder consumption through a substantially suppressed hydrogen gas evolution. Better selectivity improved the value of the precipitates: cadmium, which caused environmental problems in the copper smelter, was reduced from 1-3% reported normally down to 0.05 %, and a cobalt cake with 15 % Co was easily produced in laboratory experiments in the cobalt removal. The zinc powder consumption in the plant for a solution containing Cu, Co, Ni and Cd (1000, 25, 30 and 350 mg/l, respectively), was around 1.8 g/l; i.e. only 1.4 times the stoichiometric demand – or, about 60% saving in powder consumption. Two processes for direct leaching of the concentrate under atmospheric conditions were developed, one of which was implemented in the Kokkola zinc plant. Compared to the existing pressure leach technology, savings were obtained mostly in investment. The scientific basis for the most important processes and process improvements is given in the doctoral thesis. This includes mathematical modeling and thermodynamic evaluation of experimental results and hypotheses developed. Five of the processes developed in this research and development program were implemented in the plant and are still operated. Even though these processes were developed with the focus on the plant in Kokkola, they can also be implemented at low cost in most of the zinc plants globally, and have thus a great significance in the development of the electrolytic zinc process in general.