Scaling up stepwise feature introduction to construction of large software systems

Developing software is a difficult and error-prone activity. Furthermore, the complexity of modern computer applications is significant. Hence,an organised approach to software construction is crucial. Stepwise Feature Introduction – created by R.-J. Back – is a development paradigm, in which software is constructed by adding functionality in small increments. The resulting code has an organised, layered structure and can be easily reused. Moreover, the interaction with the users of the software and the correctness concerns are essential elements of the development process, contributing to high quality and functionality of the final product. The paradigm of Stepwise Feature Introduction has been successfully applied in an academic environment, to a number of small-scale developments. The thesis examines the paradigm and its suitability to construction of large and complex software systems by focusing on the development of two software systems of significant complexity. Throughout the thesis we propose a number of improvements and modifications that should be applied to the paradigm when developing or reengineering large and complex software systems. The discussion in the thesis covers various aspects of software development that relate to Stepwise Feature Introduction. More specifically, we evaluate the paradigm based on the common practices of object-oriented programming and design and agile development methodologies. We also outline the strategy to testing systems built with the paradigm of Stepwise Feature Introduction.

Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

FeedChip-järjestelmän toimivuus m-teräksen testauksessa ja lastuamisnopeuden vaikutus m-teräksen lastuttavuuteen

Lappeenrannan teknillisen yliopiston LUT-metallin Konepaja- ja levytyötekniikan laboratoriossa kehitettiin adaptiivinen rouhintasorvaus-järjestelmä, joka on nimetty FeedChip:ksi. Työssä käsitellään FeedChip-järjestelmän toimivuutta Ovakon erikoisteräksen testauksessa sekä lastuamisnopeuden vaikutusta lastuttavuuteen.

Readout Electronics for Gas Electron Multiplier Detectors

The European Organization for Nuclear Research (CERN) operates the largest particle collider in the world. This particle collider is called the Large Hadron Collider (LHC) and it will undergo a maintenance break sometime in 2017 or 2018. During the break, the particle detectors, which operate around the particle collider, will be serviced and upgraded. Following the improvement in performance of the particle collider, the requirements for the detector electronics will be more demanding. In particular, the high amount of radiation during the operation of the particle collider sets requirements for the electronics that are uncommon in commercial electronics. Electronics that are built to function in the challenging environment of the collider have been designed at CERN. In order to meet the future challenges of data transmission, a GigaBit Transceiver data transmission module and an E-Link data bus have been developed. The next generation of readout electronics is designed to benefit from these technologies. However, the current readout electronics chips are not compatible with these technologies. As a result, in addition to new Gas Electron Multiplier (GEM) detectors and other technology, a new compatible chip is developed to function within the GEMs for the Compact Muon Solenoid (CMS) project. In this thesis, the objective was to study a data transmission interface that will be located on the readout chip between the E-Link bus and the control logic of the chip. The function of the module is to handle data transmission between the chip and the E-Link. In the study, a model of the interface was implemented with the Verilog hardware description language. This process was simulated by using chip design software by Cadence. State machines and operating principles with alternative possibilities for implementation are introduced in the E-Link interface design procedure. The functionality of the designed logic is demonstrated in simulation results, in which the implemented model is proven to be suitable for its task. Finally, suggestions that should be considered for improving the design have been presented.

A cyber security architecture for military networks using a cognitive network approach

Cyber security is one of the main topics that are discussed around the world today. The threat is real, and it is unlikely to diminish. People, business, governments, and even armed forces are networked in a way or another. Thus, the cyber threat is also facing military networking. On the other hand, the concept of Network Centric Warfare sets high requirements for military tactical data communications and security. A challenging networking environment and cyber threats force us to consider new approaches to build security on the military communication systems. The purpose of this thesis is to develop a cyber security architecture for military networks, and to evaluate the designed architecture. The architecture is described as a technical functionality. As a new approach, the thesis introduces Cognitive Networks (CN) which are a theoretical concept to build more intelligent, dynamic and even secure communication networks. The cognitive networks are capable of observe the networking environment, make decisions for optimal performance and adapt its system parameter according to the decisions. As a result, the thesis presents a five-layer cyber security architecture that consists of security elements controlled by a cognitive process. The proposed architecture includes the infrastructure, services and application layers that are managed and controlled by the cognitive and management layers. The architecture defines the tasks of the security elements at a functional level without introducing any new protocols or algorithms. For evaluating two separated method were used. The first method is based on the SABSA framework that uses a layered approach to analyze overall security of an organization. The second method was a scenario based method in which a risk severity level is calculated. The evaluation results show that the proposed architecture fulfills the security requirements at least at a high level. However, the evaluation of the proposed architecture proved to be very challenging. Thus, the evaluation results must be considered very critically. The thesis proves the cognitive networks are a promising approach, and they provide lots of benefits when designing a cyber security architecture for the tactical military networks. However, many implementation problems exist, and several details must be considered and studied during the future work.

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.

Ristikkorakenteisen hihnakuljetinsillan mitoitustyökalun kehittäminen

Hihnakuljettimia käytetään muun muassa voimalaitos- ja sellutehdasympäristöissä kuljettamaan kiinteää polttoainetta tai haketta pitkiä matkoja. Pitkät hihnakuljettimet asennetaan yleensä teräsristikoista rakennettujen kuljetinsiltojen sisään. Kuljetinsilta toimii siis hihnakuljettimen ja hoitokäytävän runkona sekä suojaa kuljetinta ja kuljetettavaa materiaalia säältä. Tässä diplomityössä on laadittu mitoitustyökalu, jolla voidaan nopeasti mitoittaa ristikkorakenteisen hihnakuljetinsillan sauvat sekä määrittää rakenteen massa. Laskentaohjelma on toteutettu Microsoft Excel -taulukkolaskentana. Sillan poikkileikkaus voi olla suljettu symmetrinen umpirakenne tai avorakenne, jossa on ulokkeellinen hoitotaso. Ristikon sauvat ovat RHS-putkia. Rakenteeseen voi vaikuttaa jatkuvia kuormia, pistekuormia sekä näistä johdetut, ekvivalenttiin staattiseen voimaan perustuvat maanjäristyskuormat. Diplomityössä on perehdytty mitoitustyökalussa sovellettuihin teorioihin. Voimasuureiden laskenta perustuu 2-tukisina palkkeina käsiteltävien siltalohkojen ratkaisuun ja palkkianalogiaan, jossa ristikon sauvavoimat ratkaistaan käsittelemällä ristikkoa palkkina. Sauvojen kestävyyden laskenta perustuu SFS-EN 1993-1-1 -normiin, joka on osa Eurocode -rakennesuunnittelunormistoa. Lisäksi työssä on käsitelty ristikkoliitosten mitoitusta SFS-EN 1993-1-8 mukaan. Mitoitusohjelman toimivuutta on testattu tarkastelemalla esimerkkisiltaa laaditulla mitoituspohjalla ja Autodesk Robot Professional 2013 -FE-analyysiohjelmisuolla. Tulosten perusteella mitoitustyökalua voidaan käyttää ainakin tarjousvaiheen nopeisiin tarkasteluihin ja omamassan määritykseen, mutta myös lopulliseen mitoitukseen, mikäli hyväksytään konservatiivinen mitoitus.

RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät

RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä. RFID on jo pitkään ollut tunnettu tekniikka, mutta vasta viime vuosikymmeninä sitä on alettu hyödyntämään kaupallisesti eri sovellusaloilla. Kandidaatintyön tarkoituksena on tehdä yleiskatsaus RFID:n historiaan, järjestelmien osiin ja niiden toimintaan sekä kartoittaa RFID-markkinoiden nykytilaa ja lähitulevaisuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi työssä tarkastellaan RFID-perusteisten kulunvalvontajärjestelmien perusominaisuuksia ja niiden toimintaa.

Palkitseminen asiantuntijaorganisaatiossa

Palkitseminen on yksi keskeisimmistä työorganisaatioon liittyvistä välineistä, jonka avulla on mahdollista vaikuttaa työntekijän sitoutumiseen organisaatiossa. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin asiantuntijaorganisaation käyttämiä aineellisia ja aineettomia palkitsemistapoja sekä niiden toimivuutta ja vaikutusta henkilöstön sitoutumiseen. Tutkimus toteutettiin tapaustutkimuksena. Tutkimuksen kohdeorganisaatioksi valittiin yhdyskuntasuunnittelualan organisaatio. Tutkimusaineisto kerättiin tutkimuskohteesta teemahaastattelujen avulla joulukuussa 2010. Tutkimukseen valittiin viisi potentiaalisista yrityksen tulevaa avainhenkilöä. Tutkimuksen tarkastelunäkökulma oli työntekijäläh-töinen. Tutkimuksessa ei käsitelty johdon palkitsemista eikä palkitsemisen kustannuksia. Tutkimus vahvisti, että kohdeorganisaatiossa käytetään laajasti erilaisia aineellisia ja aineettomia palkitsemistapoja. Palkitseminen toimi kohdeorganisaatiossa kohtuullisesti. Sitoutumisen kanalta keskeisimmät tekijät olivat työntekijän osaamisen tasoa vastaava palkka, työilmapiiri ja haasteelliset työtehtävät. Tutkimus osoitti, että aineettomat palkitsemistavat ovat sitoutumisen näkökulmasta merkityksellisempiä kuin aineelliset palkitsemistavat.

A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

Laajeneva ohjelmointiesimerkkikokoelma Ohjelmoinnin perusteet -kurssille

Lappeenrannan teknillisen yliopiston Ohjelmoinnin perusteet -kurssin osallistujilla on ollut vaikeuksia aloittelevan ohjelmoijan kannalta laajojen ohjelmien tuottamisessa ja tällaisten ohjelmien jäsentelemisessä aliohjelmiksi. Kurssin harjoitustyö on kuitenkin vaatinut tällaisen laajan ja jäsennellyn ohjelman tuottamista ja osallistujien ongelmat edellä mainittujen asioiden suhteen ovat ilmenneet palautetuista harjoitustöistä. Tässä työssä pyritään tuottamaan ratkaisu edellä kuvattuun ongelmaan konstruktiivisen tutkimuksen keinoin. Työssä tuotettava konstruktio on ohjelmointiesimerkkikokoelma ja sen avulla kurssin osallistujille voidaan esitellä kuinka laajoja ohjelmia voidaan tuottaa vaiheittain ja kuinka tällaisia ohjelmia voidaan jäsennellä aliohjelmiksi.

Mitigating uncertainty in logistics outsourcing with ERP systems

Outsourcing is a common strategy for companies looking for cost savings and improvements in performance. This has been especially prevalent in logistics, where warehousing and transporting are typical targets for outsourcing. However, while the benefits from logistics outsourcing are clear on paper, there are several cases companies fail to reach these benefits. The most commonly cited reasons for this are poor information flow between the company and the third party logistics partner, and a lack of integration between the two partners. Uncertainty stems from lack of information, and it can cripple the whole outsourcing operation. This is where enterprise resource planning (ERP) systems step in, as they can have a significant role in improving the flow of information, and integration, which consequently mitigates uncertainty. The purpose of the study is to examine if ERP systems have an effect on a company's decision to outsource logistics operations. Along the rapid advancements in technology during the past decades, ERP systems have also evolved. Therefore, empirical research on the subject needs constant revision as it can quickly become outdated due to ERP systems having more advanced capabilities every year. The research was conducted using a qualitative single-case study of a Finnish manufacturing firm that had outsourced warehousing and transportation operations in the Swedish market. The empirical data was gathered with use of semi-structured interviews with three employees from the case company that were closely related to the outsourcing operation. The theoretical framework that was used to analyze the empirical data was based on Transaction Cost Economics theory. The results of the study were align with the theoretical framework, in that the ERP system of the case company was seen as an enabler for their logistics outsourcing operation. However, the full theoretical benefits from ERP systems concerning extended enterprise functionality and flexibility were not attained due to the case company having an older version of their ERP system. This emphasizes the importance of having up-to-date technology if you want to overcome the shortcomings of ERP systems in outsourcing situations.

Design and implementation of a production synchronization extension for Microsoft Dynamics AX

In a just-in-time, assemble-to-order production environments the scheduling of material requirements and production tasks - even though difficult - is of paramount importance. Different enterprise resource planning solutions with master scheduling functionality have been created to ease this problem and work as expected unless there is a problem in the material flow. This case-based candidate’s thesis introduces a tool for Microsoft Dynamics AX multisite environment, that can be used by site managers and production coordinators to get an overview of the current open sales order base and prioritize production in the event of material shortouts to avoid part-deliveries.

Kartongin käyristymiseen vaikuttavat tekijät ja niiden hallinta valmistusprosessissa

Työssä selvitettiin uuden kostutuslaitteen toimivuutta kartongin käyristymisen hallinnassa. Työn tavoitteena oli löytää kostutuslaitteelle energiatehokas ja käyttäjäystävällinen ajotapa. Lisäksi pyrittiin etsimään tärkeimmät kartongin käyristymiseen vaikuttavat prosessimuuttujat ja selvittämään voidaanko niitä hyödyntää käyryyden hallinnassa. Työssä tutkittiin myös kostutuslaitteen käytön vaikutuksia kartongin muihin tärkeisiin ominaisuuksiin, jotta saataisiin selville miten uusi tuote eroaisi referenssituotteesta. Kirjallisuusosassa selvitetään, mitkä tekijät vaikuttavat kartongin käyristymiseen ja miten käyristymistä pystytään hallitsemaan. Kirjallisuusosassa käsitellään myös, miten kartongin käyristymiseen tarvittavat epäsymmetriset mittamuutokset kartongin rakenteessa syntyvät lähtien kosteuden vaikutuksista aina yksittäisten kuitujen tasolta koko kartongin rakenteeseen asti. Kokeellisessa osassa selvitetään Inkeroisten Kartonkitehtaan kartonkikoneella ajettujen koeajojen avulla toimivaa ajotapaa kostutuslaitteelle ja eri prosessimuuttujien vaikutusta käyristymiseen. Koeajoissa tutkittiin epäsymmetrisen kostutuksen, kuivatuksen, sitoutuneisuuden, sekä kuituorientaation vaikutuksia kartongin käyristymiseen. Koeajojen perusteella merkittävimmiksi tekijöiksi kartongin käyristymiseen osoittautuivat epäsymmetrinen kostutus sekä kuivatus. Muiden tekijöiden vaikutus kartongin käyristymiseen jäi vähäiseksi tai liian epäselväksi, jotta olisi voitu osoittaa, että muutos kartongin käyryydessä johtuisi nimenomaan kyseisen tekijän muutoksesta. Verrattaessa uutta tuotetta referenssituotteeseen kartongin pinta- tai lujuusominaisuuksissa ei havaittu tapahtuvan merkittävää muutosta, kun selkäkerroksen pintaliimaus korvattiin sumukostutuksella.

Characterization of Leaf-Type Ferredoxin-NADP+ Oxidoreductase (FNR) Isoforms in Arabidopsis thaliana

Life on earth is based on sunlight, which is captured in chemical form by photosynthetic reactions. In the chloroplasts of plants, light reactions of photosynthesis take place at thylakoid membranes, whereas carbon assimilation reactions occur in the soluble stroma. The products of linear electron transfer (LET), highly-energetic ATP molecules, and reducing power in the form of NADPH molecules, are further used in the fixation of inorganic CO2 molecules into organic sugars. Ferredoxin-NADP+ oxidoreductase (FNR) catalyzes the last of the light reactions by transferring electrons from ferredoxin (FD) to NADP+. In addition to LET, FNR has been suggested to play a role in cyclic electron transfer (CET), which produces ATP without the accumulation of reducing equivalents. CET is proposed to occur via two putative routes, the PGR5- route and the NDH-route. In this thesis, the leaf-type FNR (LFNR) isoforms LFNR1 and LFNR2 of a model organism, Arabidopsis thaliana, were characterized. The physiological roles of LFNRs were investigated using single and double mutant plants. The viability of the single mutants indicates functionality of both isoforms, with neither appearing to play a specific role in CET. The more severe phenotype of low-temperature adapted fnr2 plants compared to both wild-type (WT) and fnr1 plants suggests a specific role for LFNR2 under unfavorable growth conditions. The more severe phenotype of the fnr1 x fnr2 (F1 generation) plants compared to single mutants reflects down-regulated photosynthetic capacity, whereas slightly higher excitation pressure indicates mild over-excitation of electron transfer chain (ETC). However, induction of CET and various photoprotective mechanisms enable adaptation of fnr1 x fnr2 plants to scarcity of LFNR. The fnr1 fnr2 plants (F2 generation), without detectable levels of LFNR, were viable only under heterotrophic conditions. Moreover, drought stress induced acceleration of the rate of P700 + re-reduction in darkness was accompanied by a concomitant up-regulation of the PGR5-route specific components, PGR5 and PGRL1, demonstrating the induction of CET via the PGR5-route. The up-regulation of relative transcriptional expression of the FD1 gene indicates that the FD1 isoform may have a specific function in CET, while no such role could be defined for either of the LFNR isoforms. Both the membrane-bound and soluble LFNR1 and LFNR2 each appear as two distinct spots after 2D-PAGE with different isoelectric points (pIs), indicating the existence of post-translational modifications (PTMs) which do not determine the membrane attachment of LFNR. The possibility of phosphorylation and glycosylation PTMs were excluded, but all four LFNR forms were shown to contain acetylated lysine residues as well as alternative N-termini. N-terminal acetylation was shown to shift the pI of both LFNRs to be more acidic. In addition, all four LFNR forms were demonstrated to interact both with FD1 and FD2 in vitro