Combining System Dynamics and Multidimensional Modelling - A Metamodel Based Approach

Online analytical processing (OLAP) as a modern business intelligence (BI) concept provides support for representing vast amounts of data for supporting management‟s decisions. Though, there is no inherent support for the representation of causal structures which could provide a foundation for advanced analysis like what-if or scenario techniques. System Dynamics (SD) is an approach with a long tradition used for modelling and simulation of complex systems, which could provide a causal complement for OLAP. This paper aims at integrating OLAP and SD on a linguistic level. Therefore linguistic metamodels of the corresponding conceptual modelling languages are derived and related towards each other, creating a translational relationship between the languages

Configuration management for models : generic methods for model comparison and model co-evolution

It is an undeniable fact that software plays an important role in our lives. We use the software to play our music, to check our e-mail, or even to help us drive our car. Thus, the quality of software directly influences the quality of our lives. However, the traditional Software Engineering paradigm is not able to cope with the increasing demands in quantity and quality of produced software. Thus, a new paradigm of Model Driven Software Engineering (MDSE) is quickly gaining ground. MDSE promises to solve some of the problems of traditional Software Engineering (SE) by raising the level of abstraction. Thus, MDSE proposes the use of models and model transformations, instead of textual program files used in traditional SE, as means of producing software. The models are usually graph-based, and are built by using graphical notations – i.e. the models are represented diagrammatically. The advantages of using graphical models over text files are numerous, for example it is usually easier to deduce the relations between different model elements in their diagrammatic form, thus reducing the possibility of defects during the production of the software. Furthermore, formal model transformations can be used to produce different kinds of artifacts from models in all stages of software production. For example, artifacts that can be used as input for model checkers or simulation tools can be produced. This enables the checking or simulation of software products in the early phases of development, which further reduces the probability of defects in the final software product. However, methods and techniques to support MDSE are still not mature enough. In particular methods and techniques for model configuration management (MCM) are still in development, and no generic MCM system exists. In this thesis, I describe my research which was focused on developing methods and techniques to support generic model configuration management. In particular, during my research, I focused on developing methods and techniques for supporting model evolution and model co-evolution. Described methods and techniques are generic and are suitable for a state-based approach to model configuration management. In order to support the model evolution, I developed methods for the representation, calculation, and visualization of state-based model differences. Unlike in previously published research, where these three aspects of model differences are dealt with in separation, in my research all these three aspects are integrated. Thus, the result of model differences calculation algorithm is in the format which is described by my research on model differences representation. The same representation format of model differences is used as a basis of my approach to differences visualization. It is important to notice that the developed representation format for model differences is metamodel independent, and thus is generic, i.e., it can be used to represent differences between all graph-based models. Model co-evolution is a term that describes the problem of adapting models when their metamodels evolve. My solution to this problem has three steps. In the first step a special metamodel MMfMM is introduced. Unlike in traditional approaches, where metamodels are represented as instances of a metametamodel, in my approach the metamodels are represented by models which are instances of an MMfMM. In the second step, since metamodels are represented by models, previously defined methods and techniques for model evolution are reused to represent and calculate the metamodel differences. In the final step I define an algorithm that uses the calculated metamodel differences to adapt models conforming to the evolved metamodel. In order to validate my approaches to model evolution and model co-evolution, I have developed a tool for comparing models and visualizing resulting differences, and a tool for model co-evolution. Moreover, I have developed a method to compare tools for model comparison, and using this method I have conducted a series of experiments in which I compared the tool I developed to an industrial tool called EMFCompare. The results of these experiments are also presented in the thesis. Furthermore, in order to validate my tool and approach to model co-evolution, I have also specified and conducted several experiments. The results of these experiments are also presented in the thesis

Multivariat analyse som verktøy til forståelse og reduksjon av kompleksitet av matematiske modeller i systembiologi

In the area of systems biology, technologies develop very fast, which allows us to collect massive amounts of various data. The main interest of scientists is to receive an insight into the obtained data sets and discover their inherent properties. Since the data often are rather complex and intimidating equations may be required for modelling, data analysis can be quite challenging for the majority of bio-scientists who do not master advanced mathematics. In this thesis it is proposed to use multivariate statistical methods as a tool for understanding the properties of complex models used for describing biological systems. The methods of multivariate analysis employed in this thesis search for latent variables that form a basis of all processes in a system. This often reduces dimensions of the system and makes it easier to get the whole picture of what is going on. Thus, in this work, methods of multivariate analysis were used with a descriptive purpose in Papers I and IV to discover effects of input variables on a response. Often it is necessary to know a functional form that could have generated the collected data in order to study the behaviour of the system when one or another parameter is tuned. For this purpose, we propose the Direct Look-Up (DLU) approach that is claimed here to be a worthy alternative to the already existing fitting methods due to its high computational speed and ability to avoid many problems such as subjectivity, choice of initial values, local optima and so on (Papers II and III). Another aspect covered in this thesis is an interpretation of function parameters by the custom human language with the use of multivariate analysis. This would enable mathematicians and bio-scientists to understand each other when describing the same object. It was accomplished here by using the concept of a metamodel and sensory analysis in Paper IV. In Paper I, a similar approach was used even though the main focus of the paper was slightly different. The original aim of the article was to show the advantages of the multi-way GEMANOVA analysis over the traditional ANOVA analysis for certain types of data. However, in addition, the relationship between human profiling of data samples and function parameters was discovered. In situations when funds for conducting experiments are limited and it is unrealizable to study all possible parameter combinations, it is necessary to have a smart way of choosing a few but most representative conditions for a particular system. In Paper V Multi-level Binary Replacement design (MBR) was developed as such, which can also be used for searching for a relevant parameter range. This new design method was applied here in Papers II and IV for selection of samples for further analyses.Teknologiutviklingen innenfor systembiologien er nå så rask at det gir mulighet til å samle svært store datamengder på kort tid og til relativ lav pris. Hovedinteressen til forskerne er typisk å få innsikt i dataene og deres iboende egenskaper. Siden data kan være ganske komplekse og ofte beskrives ved kompliserte, gjerne ikke-lineære, funksjoner, kan dataanalyse være ganske utfordrende for mange bioforskere som ikke behersker avansert matematikk. I dette arbeidet er det foreslått å bruke multivariat statistisk analyse for å komme nærmere en forståelse av egenskapene av kompliserte modeller som blir brukt for å beskrive biologiske systemer. De multivariate metodene som er benyttet i denne avhandlingen søker etter latente variabler som utgjør en lineær basis og tilnærming til de komplekse prosessene i et system. Dermed kan man oppnå en forenkling av systemet som er lettere å tolke. I dette arbeidet ble multivariate analysemetoder brukt i denne beskrivende hensikten i Artikler (Papers) I og IV til å oppdage effekter av funksjonsparametre på egenskapene til komplekse matematiske modeller. Ofte er det nødvendig å finne en matematisk funksjon som kunne ha generert de innsamlede dataene for å studere oppførselen av systemet. Med den hensikt foreslår vi en metode for modelltilpasning ved DLU-metoden (the Direct Look-Up) som her påstås å være et verdifullt alternativ til de eksisterende estimeringsmetodene på grunn av høy fart og evne til å unngå typiske problemer som for eksempel subjektivitet, valg av initialverdier, lokale optima, m.m (Artikler II og III). Et annet aspekt dekket i denne avhandlingen er bruken av multivariat analyse til å gi tolking av matematiske funksjonsparametre ved hjelp av et dagligdags vokabular. Dette kan gjøre det enklere for matematikere og bioforskere å forstå hverandre når de beskriver det samme objektet. Det var utført her ved å benytte ideen om en metamodell og sensorisk analyse i Artikkel IV. I Artikkel I var en lignende metode også brukt for å få sensoriske beskrivelser av bilder generert fra differensiallikninger. Hovedfokuset i Artikkel I var imidlertid et annet, nemlig å vise fordelen ved multi-way GEMANOVA-analyse fremfor den tradisjonelle ANOVA-analysen for visse datatyper. I denne artikkelen ble GEMANOVA brukt til å avdekke sammenhengen mellom kompliserte kombinasjoner av funksjonsparametrene og bildedeskriptorer. I situasjoner der ressurser til å utføre eksperimenter er begrenset og det er umulig å prøve ut alle kombinasjoner av parametre, er det behov for metoder som kan bestemme et fåtall av parameterinnstillinger som er mest mulig representative for et bestemt system. I Artikkel V ble derfor Multi-level Binary Replacement (MBR) design utviklet som en sådan, og den kan også brukes for å søke etter et relevant parameterrom for datasimuleringer. Den nye designmetoden ble anvendt i Artikler II og IV for utvelgelse av parameterverdier for videre analyser

Creative Thinking and Modelling for the Decision Support in Water Management

This paper reviews the state of art in knowledge and preferences elicitation techniques. The purpose of the study was to evaluate various cognitive mapping techniques in order to conclude with the identification of the optimal technique for the NetSyMod methodology. Network Analysis – Creative System Modelling (NetSyMod) methodology has been designed for the improvement of decision support systems (DSS) with respect to the environmental problems. In the paper the difference is made between experts and stakeholders knowledge and preference elicitation methods. The suggested technique is very similar to the Nominal Group Techniques (NGT) with the external representation of the analysed problem by means of the Hodgson Hexagons. The evolving methodology is undergoing tests within several EU-funded projects such as: ITAES, IISIM, NostrumDSS.Creative modelling, Cognitive mapping, Preference elicitation techniques, Decision support

Ontological foundations for structural conceptual models

In this thesis, we aim at contributing to the theory of conceptual modeling and ontology representation. Our main objective here is to provide ontological foundations for the most fundamental concepts in conceptual modeling. These foundations comprise a number of ontological theories, which are built on established work on philosophical ontology, cognitive psychology, philosophy of language and linguistics. Together these theories amount to a system of categories and formal relations known as a foundational ontolog

Improving IT service management using an ontology-based and model-driven approach

Texto en inglés y resumen en inglés y españolLa adopción de marcos de trabajo de mejores prácticas que permiten la integración de las Tecnologías de la Información (TI) con el negocio, ayuda a las organizaciones a crear y compartir procesos de gestión de servicios de TI. Sin embargo, las guías y modelos publicados suelen especificarse en lenguaje natural o con representaciones gráficas que carecen de la semántica computacional necesaria para poder automatizar su validación, simulación e incluso su ejecución. En esta tesis se presenta Onto-ITIL, una propuesta basada en ontologías y en el enfoque de desarrollo de software dirigido por modelos que captura las mejores prácticas ofrecidas por ITIL® (del inglés Information Technology Infrastructure Library), y destinada a facilitar la prestación de servicios de TI. El objetivo de Onto-ITIL es ayudar a los expertos del dominio a modelar e implementar procesos de gestión de servicios de TI evitando ambigüedades semánticas y contradicciones. La formalización de los procesos de gestión de servicios de TI en términos de ITIL constituye un primer paso para cubrir la brecha que se da entre el negocio y las TI. Para definir las ontologías se ha utilizado OWL (del inglés Web Ontology Language). Adicionalmente, se ha definido un conjunto de reglas basadas en SWRL (del inglés Semantic Web Rule Language) que permiten enriquecer la ontología con una serie de restricciones semánticas y de reglas de inferencia de conocimiento. Por último, la definición de un conjunto de consultas basadas en SQWRL (del inglés Query-Enhanced Web Rule Language) permite recuperar conocimiento obtenido con OWL e inferido a través de las reglas SWRL. Además de formalizar los procesos de gestión de servicios de TI en base a las buenas prácticas consideradas por ITIL, Onto-ITIL también permite compartir, reutilizar e intercambiar las especificaciones de dichos procesos a través de mecanismos automatizados que proporcionan ciertos marcos de trabajo de comercio electrónico, como por ejemplo, ebXML. Mediante la adopción del enfoque MDE (del inglés Model-driven Engineering), se ha utilizado un DSL (del inglés Domain Specific Language) basado en la ontología Onto-ITIL que sirve para implementar sistemas de información basados en flujos de trabajo que dan soporte a los Sistemas de Gestión de Servicios de TI (SGSTI). Los modelos que se obtienen a partir de este lenguaje de modelado se pueden considerar modelos de alto nivel que han sido enriquecidos con conocimiento ontológico, y que están definidos exclusivamente en términos de lógica de negocio, es decir, que no presentan ningún aspecto arquitectónico o de plataforma de implementación. Con lo cual, de acuerdo con la arquitectura en cuatro capas propuesta por el OMG (del inglés Object Management Group), estos modelos se encontrarían a nivel CIM (del inglés Computation Independent Model). En resumen, la propuesta presentada en esta tesis permite: (i) formalizar el conocimiento asociado a los sistemas de gestión de servicios de TI en base a ontologías que recogen las buenas prácticas consideradas por ITIL; (ii) modelar la semántica de las actividades que definen los procesos de gestión de servicios de TI en forma de flujos de trabajo; (iii) generar de manera automática modelos de requisitos de alto nivel para implementar sistemas de información que se necesitan para dar soporte a dichos procesos; y (iv) a partir de los modelos anteriores, obtener modelos de más bajo nivel (llegando incluso al código de las aplicaciones) a través de transformaciones automáticas de modelos. La investigación llevada a cabo en esta tesis se ha validado mediante de la implementación de un caso de estudio real proporcionado por una compañía española que ofrece servicios de TI

Improving IT service management using an ontology-based and model-driven approach

Texto en inglés y resumen en inglés y españolLa adopción de marcos de trabajo de mejores prácticas que permiten la integración de las Tecnologías de la Información (TI) con el negocio, ayuda a las organizaciones a crear y compartir procesos de gestión de servicios de TI. Sin embargo, las guías y modelos publicados suelen especificarse en lenguaje natural o con representaciones gráficas que carecen de la semántica computacional necesaria para poder automatizar su validación, simulación e incluso su ejecución. En esta tesis se presenta Onto-ITIL, una propuesta basada en ontologías y en el enfoque de desarrollo de software dirigido por modelos que captura las mejores prácticas ofrecidas por ITIL® (del inglés Information Technology Infrastructure Library), y destinada a facilitar la prestación de servicios de TI. El objetivo de Onto-ITIL es ayudar a los expertos del dominio a modelar e implementar procesos de gestión de servicios de TI evitando ambigüedades semánticas y contradicciones. La formalización de los procesos de gestión de servicios de TI en términos de ITIL constituye un primer paso para cubrir la brecha que se da entre el negocio y las TI. Para definir las ontologías se ha utilizado OWL (del inglés Web Ontology Language). Adicionalmente, se ha definido un conjunto de reglas basadas en SWRL (del inglés Semantic Web Rule Language) que permiten enriquecer la ontología con una serie de restricciones semánticas y de reglas de inferencia de conocimiento. Por último, la definición de un conjunto de consultas basadas en SQWRL (del inglés Query-Enhanced Web Rule Language) permite recuperar conocimiento obtenido con OWL e inferido a través de las reglas SWRL. Además de formalizar los procesos de gestión de servicios de TI en base a las buenas prácticas consideradas por ITIL, Onto-ITIL también permite compartir, reutilizar e intercambiar las especificaciones de dichos procesos a través de mecanismos automatizados que proporcionan ciertos marcos de trabajo de comercio electrónico, como por ejemplo, ebXML. Mediante la adopción del enfoque MDE (del inglés Model-driven Engineering), se ha utilizado un DSL (del inglés Domain Specific Language) basado en la ontología Onto-ITIL que sirve para implementar sistemas de información basados en flujos de trabajo que dan soporte a los Sistemas de Gestión de Servicios de TI (SGSTI). Los modelos que se obtienen a partir de este lenguaje de modelado se pueden considerar modelos de alto nivel que han sido enriquecidos con conocimiento ontológico, y que están definidos exclusivamente en términos de lógica de negocio, es decir, que no presentan ningún aspecto arquitectónico o de plataforma de implementación. Con lo cual, de acuerdo con la arquitectura en cuatro capas propuesta por el OMG (del inglés Object Management Group), estos modelos se encontrarían a nivel CIM (del inglés Computation Independent Model). En resumen, la propuesta presentada en esta tesis permite: (i) formalizar el conocimiento asociado a los sistemas de gestión de servicios de TI en base a ontologías que recogen las buenas prácticas consideradas por ITIL; (ii) modelar la semántica de las actividades que definen los procesos de gestión de servicios de TI en forma de flujos de trabajo; (iii) generar de manera automática modelos de requisitos de alto nivel para implementar sistemas de información que se necesitan para dar soporte a dichos procesos; y (iv) a partir de los modelos anteriores, obtener modelos de más bajo nivel (llegando incluso al código de las aplicaciones) a través de transformaciones automáticas de modelos. La investigación llevada a cabo en esta tesis se ha validado mediante de la implementación de un caso de estudio real proporcionado por una compañía española que ofrece servicios de TI

An OMG model-based approach for aligning information systems requirements and architectures with business

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Tecnologias e Sistemas de Informação)The challenges involved in developing information systems (which are able to adapt to rapidly changing business and technological conditions) are directly related to the importance of their alignment with the business counterpart. These challenges comprise issues that cross management and information systems domains, relating and aligning them in order to attain superior performance for the organization, while identifying its strategy and tailoring its business processes. As this relation is increasingly intertwined its concepts are conducted to pragmatic methods, incorporating both management and information systems components, for how, when and where this alignment really matters. The related topics of the alignment between business and information systems comprise diverse paths of research, though with little common ground established inside the community, where problems arouse due to the fast moving business and technological environments. According to these circumstances, the process of developing information systems to support the alignment benefits from incorporating the use of structured and model-based approaches. So, as the development of evermore complex information systems presents a challenge for the currently available methods, the use of models to support the alignment with business stands as an increasingly important issue. Following those challenges, we set out to question how to develop solutions aligning information systems with business in a model-based approach. Accordingly, we support our research on the need to understand what are the perspectives involved in aligning information systems with business, and, moreover, to comprehend in what sense model adoption drives information systems development. So, the proposed goals for this thesis are: (1) set the basis for the elicitation of business requirements in order to support a well-grounded development of information systems; (2) provide for the generation of business models based on the business requirements, while assuring their alignment and traceability; and (3) arrange for the derivation of information system architectures from the business requirements, while attaining alignment and traceability for their mutual transformation and adaptation. Several issues surrounding these goals have already been described and approached in diverse ways by other researchers, where existing approaches and associated methods achieved good results. Nevertheless, these approaches are not without their shortfalls, sometimes failing to present a complete solution, others being unable to adapt to new challenges, or even incapable of reacting to recent trends. In order to tackle these issues we propose to build upon those approaches by adapting, evolving and innovating on solutions in each of the three proposed goals, respectively intertwining with perspectives from related standards and reference models. Answering the first goal, in what regards the main contributions of this thesis, we propose to broaden the elicitation of requirements by relating functional and nonfunctional requirements from business processes. So, we present a unified metamodel representation for those requirements, accompanied by a customizable method for their joint elicitation, based-on business-driven use-cases, goals and rules. This approach adopts the Rational Unified Process (RUP) development methodology and the Business Motivation Model (BMM) standard model language representation for business requirements. Moreover, the metamodel representation and method operationalization are accompanied by a prototype support tool that completes this first contribution. For the second goal, a more business-oriented one correlated to the higher-level requirements, we propose to generate business models directly from the inferred functional and nonfunctional requirements. So, we present a three-dimensional approach built on the relation of the referred requirements with the Balanced Scorecard (BSC) reference model, where an additional mapping to the Business Model Canvas (BMC) is also made available. This proposal provides an associated metamodel representation for the relation between the elements involved and a customizable method for their operationalization, all accompanied by a prototype support tool. On the third goal, focused on system architectures and connected to the lower-level requirements, we propose to derive service-oriented participants from the functional requirements, while aligning the nonfunctional requirements with the quality characteristics of the solution to-be. First, we present an evolution of an existing method for the derivation of a logical architecture, in order to adapt it to a service-oriented approach (SOA). Then, following on the existing relation between the nonfunctional and functional side of the low-level requirements, our approach is able to associate these last with its related services on the derived architecture, in another three-dimensional approach. Additionally, a mapping of the nonfunctional requirements with the system quality characteristics (CISQ) is made available. Once more, an associated metamodel, a customizable method and a prototype support tool are also provided. The development of these three approaches is supported through the execution of tasks which originate artifacts and lead to publications associated to their respective research and development efforts, all according to the Design Science Research (DSR) methodology. These are applied in ongoing projects involving experimental scenarios in industrial settings and associated to established research reference patterns, balancing the interests of both researchers and practitioners while focused both on technology and management audiences. The results obtained from their evaluation reflect the quality and depth of our findings, helping to validate the scientific contribution of this work.Os desafios implicados no desenvolvimento de sistemas de informação (que sejam capazes de se adaptar a condições tecnológicas e de negócios em rápida mutação) estão diretamente relacionados à importância do seu alinhamento com a contraparte do negócio. Esses desafios envolvem questões que cruzam os domínios da gestão e dos sistemas de informação, relacionando-os e alinhando-os com o intuito de alcançar um desempenho superior para a organização, ao mesmo tempo que identificam a sua estratégia e adequam os seus processos de negócio. Como esta relação está cada vez mais interligada, os seus conceitos são canalizados para métodos pragmáticos, incorporando ambos os componentes de sistemas de informação e de gestão, para saber como, quando e onde este alinhamento realmente interessa. Os tópicos relacionados com o alinhamento entre negócio e sistemas de informação abrangem diversos caminhos de pesquisa, embora com poucos alicerces em comum estabelecidos dentro da comunidade, onde os problemas surgem devido às rápidas mudanças nos negócios e nos ambientes tecnológicos. De acordo com estas circunstâncias, o processo de desenvolvimento de sistemas de informação para apoiar o alinhamento beneficia de incorporar o uso de abordagens estruturadas e baseadas em modelos. Assim, dado que o desenvolvimento de sistemas de informação cada vez mais complexos apresenta um desafio para os métodos atualmente disponíveis, o uso de modelos para apoiar o alinhamento com o negócio destaca-se como uma questão cada vez mais importante. Em linha com esses desafios, estabelecemos a questão de como desenvolver soluções para alinhar sistemas de informações com o negócio numa abordagem baseada em modelos. Neste sentido, apoiamos a nossa pesquisa na necessidade de compreender quais são as perspetivas envolvidas no alinhamento dos sistemas de informação com o negócio, e, além disso, de compreender em que sentido a adoção de modelos capacita o desenvolvimento desses sistemas. Assim, os objetivos propostos para esta tese são: (1) definir as bases para o levantamento de requisitos de negócio a fim de suportar um desenvolvimento bem fundamentado de sistemas de informação; (2) disponibilizar a geração de modelos de negócio baseados nos requisitos de negócio, garantindo o alinhamento e a rastreabilidade entre ambos; e (3) estruturar a derivação de arquiteturas de sistema de informação a partir dos requisitos de negócio, preservando o alinhamento e rastreabilidade para a sua mútua transformação e adaptação. Várias questões envolvendo estes objetivos foram já descritas e tratadas de diversas maneiras por outros investigadores, tendo as abordagens existentes e os métodos associados alcançado bons resultados. No entanto, essas abordagens têm as suas lacunas, umas vezes falham em apresentar uma solução completa, noutras são ineficientes ao se adaptarem a novos desafios, ou mesmo incapazes de reagir às novas tendências. Para lidar com estas questões, propomo-nos apoiar nessas abordagens, adaptando, evoluindo e inovando em soluções para cada um dos três objetivos propostos, intersetando-as, respetivamente, com perspetivas de modelos de referência e padrões relacionados. Relativamente ao primeiro objetivo, no que concerne aos principais contributos desta tese, propomos alargar o levantamento de requisitos, relacionando os requisitos funcionais e nãofuncionais dos processos de negócios. Assim, apresentamos um meta-modelo para a representação unificada desses requisitos, acompanhado por um método personalizável para o seu levantamento conjunto, baseada em casos-de-uso, metas e regras orientadas a negócio. Esta abordagem adota a metodologia de desenvolvimento do Rational Unified Process (RUP) e a representação padrão do modelo de linguagem do Business Motivation Model (BMM), para os requisitos de negócio. Além disso, a representação meta-modelo e a operacionalização do método são acompanhados por um protótipo de uma ferramenta de suporte que completa esta primeira contribuição. Quanto ao segundo objetivo, mais orientado ao negócio e correlacionado com os requisitos de nível superior, propomos gerar modelos de negócio a partir dos requisitos funcionais e não-funcionais inferidos. Assim, apresentamos uma abordagem tridimensional, construída sobre a relação dos referidos requisitos com o modelo de referência do Balanced Scorecard (BSC), em que um mapeamento adicional para o Business Model Canvas (BMC) é também disponibilizado. Esta proposta inclui um meta-modelo para representação da relação entre os elementos envolvidos e um método personalizável para a sua operacionalização, tudo acompanhado por um protótipo de uma ferramenta de suporte. No terceiro objetivo, focado em arquiteturas de sistema e ligado aos requisitos de nível inferior, propomos derivar participantes orientados-a-serviços desde os requisitos funcionais, alinhando os requisitos não-funcionais com as características de qualidade da solução a obter. Primeiro, apresentamos uma evolução de um método existente para a derivação de uma arquitetura lógica, adaptando-o a uma abordagem-orientada-a-serviços (SOA). Assim, prosseguindo a relação existente entre o lado não-funcional e funcional dos requisitos de baixo nível, a nossa abordagem associa estes últimos com os serviços relacionados na arquitetura derivada, numa outra abordagem tridimensional. Além disso, um mapeamento dos requisitos não-funcionais com as características de qualidade do sistema (CISQ) é disponibilizado. Mais uma vez, um meta-modelo associado, um método personalizável e um protótipo da ferramenta de suporte são disponibilizados. O desenvolvimento destas três abordagens é suportado pela execução de tarefas, as quais dão origem a artefatos e levam a publicações associadas aos seus esforços de pesquisa e desenvolvimento respetivamente, tudo de acordo com a metodologia DSR. Estas são aplicadas a projetos em andamento, os quais envolvem cenários experimentais em ambientes industriais e associados a padrões de investigação de referência, equilibrando os interesses de investigadores e profissionais assim como dos diferentes públicos de tecnologia e gestão. Os resultados obtidos na sua avaliação refletem a qualidade e a profundidade dos nossos resultados, ajudando a validar a contribuição científica deste trabalho

Application of Uncertainty Quantification techniques to CFD simulation of twin entry radial turbines

L'argomento principale della tesi \ue8 l'applicazione delle tecniche di quantificazione dell'incertezza (UQ) alla simulazione numerica (CFD) di turbine radiali twin entry impiegate nella turbosovralimentazione automobilistica. Lo studio approfondito di questo tipo di turbomacchine \ue8 affrontato nel capitolo 3, finalizzato alla comprensione dei principali parametri che caratterizzano e influenzano le prestazioni fluidodinamiche delle turbine twin scroll. Il capitolo 4 tratta di una piattaforma per l'analisi UQ sviluppata internamente tramite il set di strumenti open source \u2018Dakota\u2019. La piattaforma \ue8 stata testata dapprima su un caso di interesse industriale, ovvero un ugello de Laval supersonico (capitolo 5); l'analisi ha evidenziato l'utilizzo pratico delle tecniche di quantificazione dell'incertezza nella previsione delle prestazioni di un ugello affetto da condizioni di fuori progetto con complessit\ue0 fluidodinamica dovuta alla forte non linearit\ue0. L'esperienza maturata con l'approccio UQ ha agevolato l'identificazione di metodi idonei per applicare la propagazione dell\u2019incertezza alla simulazione CFD di turbine radiali twin scroll (capitolo 6). In tal caso sono state studiate e messe in pratica diverse tecniche di quantificazione dell'incertezza al fine di acquisire un'esperienza approfondita sull\u2019attuale stato dell'arte. Il confronto dei risultati ottenuti dai diversi approcci e la discussione dei pro e dei contro relativi a ciascuna tecnica hanno portato a conclusioni interessanti, che vengono proposte come linee guida per future applicazioni di quantificazione dell\u2019incertezza alla simulazione CFD delle turbine radiali. L'integrazione di modelli e metodologie UQ, oggi utilizzati solo da alcuni centri di ricerca accademica, con solutori CFD commerciali consolidati ha permesso di raggiungere l'obiettivo finale della tesi di dottorato: dimostrare all'industria l'elevato potenziale delle tecniche UQ nel migliorare, attraverso distribuzioni di probabilit\ue0, la previsione delle prestazioni relative ad un componente soggetto a diverse fonti di incertezza. Lo scopo dell\u2019attivit\ue0 di ricerca consiste pertanto nel fornire ai progettisti dati prestazionali associati a margini di incertezza che consentano di correlare meglio simulazione e applicazione reale. Per accordi di riservatezza, i parametri geometrici relativi alla turbina twin entry in oggetto sono forniti adimensionali, i dati sensibili sugli assi dei grafici sono stati omessi e nelle figure si \ue8 reso necessario eliminare le legende dei contours ed ogni eventuale riferimento dimensionale.The main topic of the thesis is the application of uncertainty quantification (UQ) techniques to the numerical simulation (CFD) of twin entry radial turbines used in automotive turbocharging. The detailed study of this type of turbomachinery is addressed in chapter 3, aimed at understanding the main parameters which characterize and influence the fluid dynamic performance of twin scroll turbines. Chapter 4 deals with the development of an in-house platform for UQ analysis through \u2018Dakota\u2019 open source toolset. The platform was first tested on a test case of industrial interest, i.e. a supersonic de Laval nozzle (chapter 5); the analysis highlighted the practical use of uncertainty quantification techniques in predicting the performance of a nozzle affected by off-design conditions with fluid dynamic complexity due to strong non-linearity. The experience gained with the UQ approach facilitated the identification of suitable methods for applying the uncertainty propagation to the CFD simulation of twin entry radial turbines (chapter 6). In this case different uncertainty quantification techniques have been investigated and put into practice in order to acquire in-depth experience on the current state of the art. The comparison of the results coming from the different approaches and the discussion of the pros and cons related to each technique led to interesting conclusions, which are proposed as guidelines for future uncertainty quantification applications to the CFD simulation of radial turbines. The integration of UQ models and methodologies, today used only by some academic research centers, with well established commercial CFD solvers allowed to achieve the final goal of the doctoral thesis: to demonstrate to industry the high potential of UQ techniques in improving, through probability distributions, the prediction of the performance relating to a component subject to different sources of uncertainty. The purpose of the research activity is therefore to provide designers with performance data associated with margins of uncertainty that allow to better correlate simulation and real application. Due to confidentiality agreements, geometrical parameters concerning the studied twin entry radial turbine are provided dimensionless, confidential data on axes of graphs are omitted and legends of the contours as well as any dimensional reference have been shadowed