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.

Improving Transportation and Warehousing Efficiency with Simulation-Based Decision Support Systems

Transportation and warehousing are large and growing sectors in the society, and their efficiency is of high importance. Transportation also has a large share of global carbondioxide emissions, which are one the leading causes of anthropogenic climate warming. Various countries have agreed to decrease their carbon emissions according to the Kyoto protocol. Transportation is the only sector where emissions have steadily increased since the 1990s, which highlights the importance of transportation efficiency. The efficiency of transportation and warehousing can be improved with the help of simulations, but models alone are not sufficient. This research concentrates on the use of simulations in decision support systems. Three main simulation approaches are used in logistics: discrete-event simulation, systems dynamics, and agent-based modeling. However, individual simulation approaches have weaknesses of their own. Hybridization (combining two or more approaches) can improve the quality of the models, as it allows using a different method to overcome the weakness of one method. It is important to choose the correct approach (or a combination of approaches) when modeling transportation and warehousing issues. If an inappropriate method is chosen (this can occur if the modeler is proficient in only one approach or the model specification is not conducted thoroughly), the simulation model will have an inaccurate structure, which in turn will lead to misleading results. This issue can further escalate, as the decision-maker may assume that the presented simulation model gives the most useful results available, even though the whole model can be based on a poorly chosen structure. In this research it is argued that simulation- based decision support systems need to take various issues into account to make a functioning decision support system. The actual simulation model can be constructed using any (or multiple) approach, it can be combined with different optimization modules, and there needs to be a proper interface between the model and the user. These issues are presented in a framework, which simulation modelers can use when creating decision support systems. In order for decision-makers to fully benefit from the simulations, the user interface needs to clearly separate the model and the user, but at the same time, the user needs to be able to run the appropriate runs in order to analyze the problems correctly. This study recommends that simulation modelers should start to transfer their tacit knowledge to explicit knowledge. This would greatly benefit the whole simulation community and improve the quality of simulation-based decision support systems as well. More studies should also be conducted by using hybrid models and integrating simulations with Graphical Information Systems.

Hankintalain mukaisen tarjouspyynnön laatiminen ja sen merkitys kunnallisissa rakennusurakkahankinnoissa

Suomalaiset kunnat ovat julkisissa hankinnoissaan suurien haasteiden edessä heikentyvän taloustilanteen, muuttoliikkeen ja osaamisen puutteen takia. Rakennusinvestoinnit muodostavat valtaosan kunnallisista investoinneista. Epäonnistuessaan rakennusurakan hankintamenettely voi aiheuttaa kunnalle merkittäviä viivästyksiä sekä tappioita, joten menettelyn onnistuminen on kunnalle erittäin tärkeää. Hankintaprosessin sujuvuus riippuu tarjouspyyntöasiakirjojen oikeaoppisesta laatimisesta ja niiden sisällön soveltamisesta. Tämän tutkimuksen tavoitteena on löytää yleisimmät hankintamenettelyyn liittyvät virheet sekä määritellä hankintayksikölle toimintatavat, joita noudattamalla hankintayksikkö voi virheet välttää. Tutkimusmenetelmä on lainopillinen ja tutkimus perustuu oikeuskäytäntöön, pääasiassa markkinaoikeustapauksiin nojaavaan empiiriseen analyysiin. Tutkielman perusteella hankintayksiköiden osaamista tarjouspyyntöasiakirjojen laadinnassa ja sisällön soveltamisessa on kehitettävä seuraavasti: Tarjoajien ja tarjousten vertailuvaiheet on eroteltava selkeästi toisistaan. Tarjoajiin kohdistuvia vaatimuksia sekä kokonaistaloudellisen edullisuuden laadullisia vertailuperusteita on yksityiskohtaistettava. Kullekin menettelyvaiheelle on varattava riittävästi aikaa ja hankintamenettely on valmisteltava niin, että täsmennys- ja täydennyspyynnöiltä voidaan välttyä. Julkisen talouden elvyttämiseksi suunniteltuun rakennusurakkahankintojen keskittymiseen on reagoitava jakamalla urakka mahdollisuuksien mukaan pienempiin osiin urakoitsijamarkkinoiden monipuolisuuden ylläpitämiseksi.

Tietojohtaminen vaatimusmäärittelyn tukena ICT-alan yrityksen toimintaympäristön muutoksessa

Työn lähtökohtana on ICT-alan yrityksen AinaCom Oy:n toimintaympäristön muutos, ja siihen toteutettava vaatimusmäärittely. Vaatimusmäärittelyn toteutukseen otetaan tueksi tietojohtaminen, jonka avulla saadaan syvyyttä perinteiseen vaatimusmäärittelyyn. Sekä vaatimusmäärittelyä että toimintaympäristön muutosta, tarkemmin ERP (Enteprise Resource Planning) toiminnanohjausjärjestelmä-projektia, tehostetaan tietojohtamisen keinoin. Työn tavoitteena on selvittää miten tietojohtaminen voidaan ottaa vaatimusmäärittelyn tueksi toimintaympäristön muutoksessa. Sekä kirjallisuuskatsauksen että AinaCom Oy:n vaatimusmäärittelyprojektin perusteella voidaan todeta, että tietojohtamisen ja tiedon spiraalin (SECI-malli) avulla voidaan edesauttaa tiedon hallitsemista mittavissa ohjelmistoprojekteissa, kuten ERP-projektissa, sekä vaatimusmäärittelyssä. Näin tietojohtamisen avulla voidaan saavuttaa hallittavampia aikatauluja, kohtuullisempia kustannuksia, sekä menestyksekkäämpiä projekteja.

Object-oriented Programming Applied to the Development of Structural Analysis and Optimization Software

This paper presents the development of a two-dimensional interactive software environment for structural analysis and optimization based on object-oriented programming using the C++ language. The main feature of the software is the effective integration of several computational tools into graphical user interfaces implemented in the Windows-98 and Windows-NT operating systems. The interfaces simplify data specification in the simulation and optimization of two-dimensional linear elastic problems. NURBS have been used in the software modules to represent geometric and graphical data. Extensions to the analysis of three-dimensional problems have been implemented and are also discussed in this paper.

A Design Methodology for the Compensation of Positioning Deviation in Gantry Manipulators

This work presents recent results concerning a design methodology used to estimate the positioning deviation for a gantry (Cartesian) manipulator, related mainly to structural elastic deformation of components during operational conditions. The case-study manipulator is classified as gantry type and its basic dimensions are 1,53m x 0,97m x 1,38m. The dimensions used for the calculation of effective workspace due to end-effector path displacement are: 1m x 0,5m x 0,5m. The manipulator is composed by four basic modules defined as module X, module Y, module Z and terminal arm, where is connected the end-effector. Each module controlled axis performs a linear-parabolic positioning movement. The planning path algorithm has the maximum velocity and the total distance as input parameters for a given task. The acceleration and deceleration times are the same. Denavit-Hartemberg parameterization method is used in the manipulator kinematics model. The gantry manipulator can be modeled as four rigid bodies with three degrees-of-freedom in translational movements, connected as an open kinematics chain. Dynamic analysis were performed considering inertial parameters specification such as component mass, inertia and center of gravity position of each module. These parameters are essential for a correct manipulator dynamic modelling, due to multiple possibilities of motion and manipulation of objects with different masses. The dynamic analysis consists of a mathematical modelling of the static and dynamic interactions among the modules. The computation of the structural deformations uses the finite element method (FEM).

Design and implementation of a peer-to-peer client for device management

The aim of this master’s thesis was to specify a system requiring minimal configuration and providing maximal connectivity in the vein of Skype but for device management purposes. As peer-to-peer applications are pervasive and especially as Skype is known to provide this functionality, the research was focused on these technologies. The resulting specification was a hybrid of a tiered hierarchical network structure and a Kademlia based DHT. A prototype was produced as a proof-of-concept for the hierarchical topology, demonstrating that the specification was feasible.

Puristussylinterien valmistuksen kehittäminen

Tässä diplomityössä kehitettiin yksitoimisten puristussylinterien valmistusta Rautessa. Sylinterien valmistuksessa haastavin vaihe on sylinteriputken ja pohjan välinen hitsaus. Hitsauksen avuksi suunniteltiin sylinterin sisäpuolinen juuritukilaite. Hitsauskokeita suoritettiin hitsin pohjan jauhekaarihitsaukselle ja MAG-hitsaukselle. Juuritukilaitteen toimivuutta testattiin koehitsauksilla. Puristussylinterien materiaali on S355J2-terästä, jonka ainevahvuus on 20 – 60 mm. Paksujen rakenneterästen hitsauksessa täytyy ottaa huomioon hitsausliitoksen mekaanisten ominaisuuksien muuttuminen sekä eri halkeamien synty. Hitsauksen laatuun ja laadunhallintaan voidaan vaikuttaa monien eri tekijöiden avulla. Hitsausohjeen avulla, ja muut laatutekijät huomioiden, voidaan hitseille asetetut laatukriteerit täyttää. Juurituen käyttö nopeuttaa puristussylinterien hitsausta vähintään 50 %. Jauhekaarihitsaus kuparista juuritukea vasten synnyttää vaikeasti poistettavan kuonan juuren puolelle. Perinteinen MAG-hitsaus kuparista juuritukea vasten sisältää liian monta muuttujaa, mikä tekee siitä epäluotettavan pohjapalon hitsaukseen. Työssä suunnitellun juuritukilaitteen käyttö tuotannossa vaatii lisää hitsauskokeita.

Tutkimusprojektinhallinnan tarkastelu ja valo-ohjauskonsolin määrittely

Teekkareiden musiikkikerho halusi päivittää valo-ohjauskalustoaan sekä selvittää, olisiko järkevää tehdä ohjauksessa käytettävä konsoli itse. Tässä työssä käsitellään valo-ohjauskonsolin suunnitteluprojektin projektinhallintaa suunnittelun, määrittelyn, tavoitteiden ja työryhmän toiminnan osalta. Työssä tehdään myös valo-ohjauskonsolille suuntaa-antava määrittely, joka tarkoituksena on ottaa huomioon tärkeimpiä sähkölaitteen suunnittelussa huomioon otettavia kriteereitä. Työssä selvitetään, mikä on toimiva työmalli pienelle tutkimusprojektille ja kannattaako pienen organisaation valmistaa valo-ohjauskonsoli itse.

Performance Determinants of Renewable Energy Companies

The purpose of this thesis is to identify the Performance Determinants (PD) of Renewable Energy (RE) companies. It analyzes the background of the RE industry while reflecting simultaneous developments in the fossil based industries. I divided the determinants into two groups: market level and firm level and established hypotheses based on the existing literature. Data from public companies was gathered to construct a Panel Data structure. This is then tested by using a Linear Regression with Fixed Effects model. The model specification was efficient at reflecting the analyzed phenomena. My results showed that both market level and firm level determinants are significant in the RE Industry but the firm level determinants had higher explanatory power (R2). The determinants' relationships were found to follow those from the manufacturing industry more than the utilities' industry. Out of the market level determinants Consumer Price Index (CPI), Interest Rates and Oil prices were significant. Out of the firm level determinants Debt to Assets, Net Investments, Cash flows from operations, Sales and Earnings Before Interests and Taxes (EBIT) were significant. I concluded that this information is valuable for key industry players as they can achieve their objectives faster by elaborating better strategies using these results.

Sähköisen taloushallinnon kehitys ja ilmiön näkyvyys alan ammattilehtikirjoittelussa

Pro gradu –tutkielman ensisijaisena tavoitteena on tutkia sähköisen ta-loushallinnon kehitystä ja miten se on näkynyt alan suomalaisessa ja kansainvälisessä ammattilehtikirjoittelussa vuosina 1997 – 2013. Tarkoi-tuksena on löytää kirjoittelun perusteella sähköisen taloushallinnon kehi-tyksen edistäviä ja hidastavia tekijöitä sekä minkälaisia tulevaisuuden näkymiä artikkelit luovat sähköiselle taloushallinnolle. Lisäksi tavoitteena on löytää yhtäläisyyksiä ja eroja kansallisen ja kansainvälisen kirjoittelun välillä. Tutkielma on laadullinen tutkimus ja tutkimusmenetelminä käytetään si-sällönanalyysia, sisällönerittelyä, teemoittelua ja vertailevaa tutkimusta. Tutkielman empiirinen aineisto koostuu Tilisanomien, Balanssi–lehden ja Accountancy–lehden sähköistä taloushallintoa koskevista artikkeleista aikavälillä 1997 – 2013. Tutkimustulosten perusteella sähköisen taloushallinnon kehityskulku näkyy myös ammattilehtikirjoittelussa. Tietojärjestelmät ja niiden käytön mahdollistava lainsäädäntö ovat sähköisen taloushallinnon perusedelly-tykset. Suurimpia kehityksen edistäjiä ovat julkinen valta, verkkolaskut ja standardointi. Kehityksen hidastajina nähdään yhtenäisten standardien puute ja asenteet. Sähköisen taloushallinnon tulevaisuuden näkymiä ovat standardoidut prosessit ja käsitteet koko taloushallinnon alueella sekä viranomaisraportointi XBRL-kielen avulla. Suurimmat erot kansalli-sessa ja kansainvälisessä kehityksessä on havaittavissa verkkolaskuissa ja XBRL-raportoinnissa. Johtopäätöksenä todetaan että kirjoittelun perusteella voidaan löytää sähköisen taloushallinnon kehitystä hidastavia ja edistäviä tekijöitä ja se luo viitteitä tulevaisuuden kehitykselle. Sähköinen taloushallinto kehittyy kunkin maan valtiovallan tahtotilan ja lainsäädännön mukaan. Jatkotut-kimuskohteena tutkielmaa voisi laajentaa kansainvälisemmäksi ottamalla mukaan tarkasteluun useampia kansainvälisiä lehtiä ja kansainvälistä lainsäädäntöä.

Kunnossapidon tietojärjestelmän määrittäminen ja hankinta prosessiyritykselle

Työn tavoitteena oli tutkia ja määrittää case-yrityksenä olleen prosessiyrityksen kunnossapitojärjestelmän vaatimusten määrittelyyn vaikuttavia tekijöitä sekä määrittää prosessiyrityksen toimintaympäristöön soveltuvan kunnossapitojärjestelmän rakenne. Teoreettisena taustana oli liikeyritysten strategian ja toiminnan suunnittelu kehitettäessä kunnossapidon palveluprosessia. Lisäksi teoriaosuudessa esiteltiin kunnossapidon keskeisimmät teoriat ja niiden soveltaminen kunnossapitotoiminnassa. Työn empiriaosuudessa esiteltiin case-yrityksen kunnossapitojärjestelmäprosessin hankinnan vaiheet, valinta ja kunnossapitojärjestelmän käytettävyyden varmistaminen workshopeissa sekä jatkotutkimusaiheet. Työn avulla case-yrityksenä olleelle prosessiyritykselle saatiin valittua toimiva kunnossapitojärjestelmä. Työtä on mahdollista hyödyntää vastaavissa projekteissa muissa yrityksissä.

Design and validation of stateful composite RESTful web services

A web service is a software system that provides a machine-processable interface to the other machines over the network using different Internet protocols. They are being increasingly used in the industry in order to automate different tasks and offer services to a wider audience. The REST architectural style aims at producing scalable and extensible web services using technologies that play well with the existing tools and infrastructure of the web. It provides a uniform set of operation that can be used to invoke a CRUD interface (create, retrieve, update and delete) of a web service. The stateless behavior of the service interface requires that every request to a resource is independent of the previous ones facilitating scalability. Automated systems, e.g., hotel reservation systems, provide advanced scenarios for stateful services that require a certain sequence of requests that must be followed in order to fulfill the service goals. Designing and developing such services for advanced scenarios with REST constraints require rigorous approaches that are capable of creating web services that can be trusted for their behavior. Systems that can be trusted for their behavior can be termed as dependable systems. This thesis presents an integrated design, analysis and validation approach that facilitates the service developer to create dependable and stateful REST web services. The main contribution of this thesis is that we provide a novel model-driven methodology to design behavioral REST web service interfaces and their compositions. The behavioral interfaces provide information on what methods can be invoked on a service and the pre- and post-conditions of these methods. The methodology uses Unified Modeling Language (UML), as the modeling language, which has a wide user base and has mature tools that are continuously evolving. We have used UML class diagram and UML state machine diagram with additional design constraints to provide resource and behavioral models, respectively, for designing REST web service interfaces. These service design models serve as a specification document and the information presented in them have manifold applications. The service design models also contain information about the time and domain requirements of the service that can help in requirement traceability which is an important part of our approach. Requirement traceability helps in capturing faults in the design models and other elements of software development environment by tracing back and forth the unfulfilled requirements of the service. The information about service actors is also included in the design models which is required for authenticating the service requests by authorized actors since not all types of users have access to all the resources. In addition, following our design approach, the service developer can ensure that the designed web service interfaces will be REST compliant. The second contribution of this thesis is consistency analysis of the behavioral REST interfaces. To overcome the inconsistency problem and design errors in our service models, we have used semantic technologies. The REST interfaces are represented in web ontology language, OWL2, that can be part of the semantic web. These interfaces are used with OWL 2 reasoners to check unsatisfiable concepts which result in implementations that fail. This work is fully automated thanks to the implemented translation tool and the existing OWL 2 reasoners. The third contribution of this thesis is the verification and validation of REST web services. We have used model checking techniques with UPPAAL model checker for this purpose. The timed automata of UML based service design models are generated with our transformation tool that are verified for their basic characteristics like deadlock freedom, liveness, reachability and safety. The implementation of a web service is tested using a black-box testing approach. Test cases are generated from the UPPAAL timed automata and using the online testing tool, UPPAAL TRON, the service implementation is validated at runtime against its specifications. Requirement traceability is also addressed in our validation approach with which we can see what service goals are met and trace back the unfulfilled service goals to detect the faults in the design models. A final contribution of the thesis is an implementation of behavioral REST interfaces and service monitors from the service design models. The partial code generation tool creates code skeletons of REST web services with method pre and post-conditions. The preconditions of methods constrain the user to invoke the stateful REST service under the right conditions and the post condition constraint the service developer to implement the right functionality. The details of the methods can be manually inserted by the developer as required. We do not target complete automation because we focus only on the interface aspects of the web service. The applicability of the approach is demonstrated with a pedagogical example of a hotel room booking service and a relatively complex worked example of holiday booking service taken from the industrial context. The former example presents a simple explanation of the approach and the later worked example shows how stateful and timed web services offering complex scenarios and involving other web services can be constructed using our approach.

Lujien painelaiteterästen hitsaus

Työn tavoitteena oli tutkia lujan nuorrutetun painelaiteteräksen P500QL2 hitsattavuutta ja koehitsausten avulla löytää optimaaliset hitsausparametrit ja lämmöntuonti teräksen hitsaukseen. Työn tavoitteena oli myös selvittää ja käsitellä kaikkien painelaiteterässtandardissa esitettyjen lujien painelaiteterästen hitsauksessa huomioon otettavia asioita. Työn teoriaosuudessa käsitellään lujien painelaiteterästen hitsauksessa huomioitavia erityispiirteitä, kuten lämmöntuontia, jäähtymisaikaa, esilämmitystä sekä hitsausaineiden valintaa. Lisäksi teoriaosuudessa käsitellään painelaitteiden valmistusta, painelaiteterässtandardiin kuuluvia lujia painelaiteteräksiä sekä keinoja lujien terästen hitsattavuuden arviointiin. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin aineenvahvuudeltaan 50 mm paksun P500QL2-teräksen päittäisliitoksen mekaanisia ominaisuuksia eri lämmöntuonneilla hitsattuna. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös myöstön poisjättämisen vaikutuksia liitoksen mekaanisiin ominaisuuksiin. Mekaanisia ominaisuuksia tutkittiin toteuttamalla koekappaleiden aineenkoetus menetelmäkoestandardin vaatimuksia soveltaen. Tutkimuksessa käytettyjä testausmenetelmiä olivat silmämääräinen tarkastus, magneettijauhetarkastus, ultraäänitarkastus, mikro- ja makrorakennetarkastelu, kovuuskokeet, vetokokeeet ja iskukokeet. Testauksessa saatujen tulosten avulla lujan painelaiteteräksen P500QL2 hitsaukseen laadittiin alustava hitsausohje. Hitsausliitosten testauksessa saatujen tulosten perusteella havaittiin hitsien lujuuden ja kovuuden laskevan lämmöntuonnin kasvaessa. Hitsausliitosten iskusitkeysominaisuudet olivat erinomaiset vielä suurellakin lämmöntuonnilla, mutta liitosten murtovenymäarvot laskivat lämmöntuonnin kasvaessa. Myöstön havaittiin parantavan hitsin mekaanisia ominaisuuksia huomattavasti. Tutkimuksen tulosten perusteella painelaiteteräs P500QL2 on hitsattavissa suurella lämmöntuonnilla ja suurella tuottavuudella liitoksen täyttäessä painelaitevalmistuksen edellyttämät vaatimukset.

Distributed Repositories of Medieval Calendars and Crowd-Sourcing of Transcription

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014