Thesis (M.S. in Joint Campaign Planning and Strategy)--Joint Forces Staff College, Joint Advanced Warfighting School, 2006. / "31 May 2006." Electronic version of original print document. Includes bibliographical references.

Thesis (M.S. in Joint Campaign Planning and Strategy)--Joint Forces Staff College, Joint Advanced Warfighting School, 2005. / "13 May 05." Electronic version of original print document. Includes bibliographical references (p. 72-74).

The goal of this thesis is to describe the current state of artificial intelligence, and how it can be applied to the industry. Artificial intelligence is considered as one of the major enablers of a movement towards the fourth industrial revolution. It has the potential to increase growth across our global economy, for instance, by automating work and enhancing the performance of humans. It can also be implemented to optimize decision making, and create interconnected supply chains, where the availability of real-time information from multiple facets enables a complete optimization and transparency, which would not be attainable using only currently established methods. While we are yet far from a point where AI could completely replace human workers on a larger scale, it can still be useful for automating certain work activities, which can be identified through an appropriate categorization. In addition to determining current technologies’ potential in automation of work, it is explained, how AI can be used to create a loop between the physical and digital worlds. In practice, this means creating optimized systems, in which continuous information flow and algorithmic decision making enable completely new levels of operational efficiency. When these optimized activity points have been created across a supply chain, they can be connected to create a digital supply network, collapsing the linear flow of a traditional supply chain to an interconnected entity, where real-time flow of information can be leveraged to optimize the entire system, while automating a great deal of decision making between the connection points. This literature review is divided into two major chapters. In the first one, the current stage of technological evolution is covered by going through some of the most essential AI-based solutions and comparing them to a selection of human capabilities. In the latter part, it is discussed how AI can be combined with human workforce to automate various types of work activities. This chapter also includes the part where AI’s potential is covered in terms of optimization and supply chain improvement. After these two major chapters, there’s a discussion about some of the challenges we are going to face while creating these solutions and investing in them. Finally, everything is wrapped up by concluding how these things are seen from the author’s perspective based on insight gained during the writing of this thesis. / Työn tarkoitus on kuvailla tekoälyn nykytilannetta ja sitä, kuinka tekoälyä voidaan lähteä soveltamaan teollisuuteen. Tekoälyä pidetään yhtenä keskeisistä neljänteen teolliseen vallankumoukseen johtavan liikkeen mahdollistavista tekijöistä. Sillä on potentiaalia luoda talouskasvua muun muassa työn automatisoinnin ja ihmisten suorituskyvyn tehostamisen kautta. Sen käyttöönotolla voidaan myös optimoida päätöksentekoa ja luoda tilaus-toimitusketjuja, joissa useiden tahojen välinen ajantasainen tiedon kulku mahdollistaa järjestelmien täyden läpinäkyvyyden ja optimoinnin, jota ei kyettäisi saavuttamaan pelkästään tämänhetkisiä vakiintuneita menetelmiä käyttämällä. Vaikka olemme vielä kaukana pisteestä, jossa tekoäly voisi korvata ihmiset kokonaan laajassa mittakaavassa, sitä voidaan kuitenkin hyödyntää tiettyjen työtehtävien automatisoimiseen — nämä voidaan tunnistaa oikeanlaisen kategorisoinnin kautta. Työn automatisointipotentiaalin määrittämisen lisäksi käydään läpi, miten tekoälyä voidaan soveltaa fyysisen ja digitaalisen maailman välisen silmukan luomiseen. Käytännössä tällä tarkoitetaan sellaisten optimoitujen järjestelmien luomista, missä jatkuva tiedon kulku ja algoritminen päätöksenteko mahdollistavat täysin uudentasoisen operatiivisen tehokkuuden saavuttamisen. Sen jälkeen, kun näitä optimoituja yksiköitä on luotu ympäri tilaus-toimitusketjua, ne voidaan yhdistää yhdeksi digitaaliseksi verkoksi, jossa perinteinen lineaarisesti etenevä tilaus-toimitusketju hajotetaan siten, että sen kaikki pisteet ovat yhteydessä toisiinsa. Reaaliaikainen tiedon kulku yhteyspisteiden välillä mahdollistaa koko järjestelmän optimoimisen samalla, kun suuri osa päätöksenteosta automatisoidaan tekoälyn avulla. Tämä kirjallisuuskatsaus on jaettu kahteen pääkappaleeseen, joista ensimmäisessä käsitellään tekoälyn teknisen kehityksen nykytilannetta käymällä läpi olennaisia tekoälyyn pohjautuvia ratkaisuja ja vertaamalla niitä valikoituihin inhimillisiin kyvykkyyksiin. Toisessa osassa kerrotaan, kuinka tekoäly voidaan yhdistää työtä tekevien ihmisten kanssa monenlaisten tehtävien automatisoimiseen. Tässä kappaleessa käsitellään myös tekoälyn potentiaalia järjestelmien optimoinnin ja tilaus-toimitusketjun kehittämisen työkaluna. Näiden kahden pääkappaleen jälkeen käydään läpi haasteita, joita tulemme kohtaamaan tekoälyyn pohjautuvien ratkaisujen luomisen ja niihin investoimisen aikana. Työ päättyy yhteenvetoon, johon on tuotu mukaan kirjoittajan omaa näkemystä kirjoittamisen aikana aihepiiristä muodostuneen ymmärryksen pohjalta.

Abstract The development of embedded systems is becoming increasingly challenging; it is intellectually demanding knowledge work that requires collaboration among a wide range of skills. Software development is a largely cognitive activity, based on the worker’s internal mental processes rather than on physical labour. Developers face several individual and team cognition-related challenges in their work, including complex decision-making and problem-solving processes. Therefore, it is suggested that the software development process should be modelled as a set of problem-solving activities. This thesis proposes that supporting the cognitive work of collaborative development requires addressing the entire system’s life cycle with practical solutions. In this work, the above-mentioned challenges are addressed in terms of communication and collaboration practices, knowledge management and coordination, and transparent tools and processes. Moreover, these solutions are integrated into a workflow that structures and supports the development process. Finally, a development process is outlined that addresses the decision-oriented nature of software development in such a manner that the necessary data is provided for decision points that guide and coordinate the development efforts. A qualitative research approach has been chosen, and the work is based on interviewing industrial experts. Several cases were set up to define the state of the practice in industrial organisations developing embedded systems for different domains. Current challenges were identified and solutions were developed and validated in case companies. The main result of the dissertation is a set of solutions integrated into the organisational workflow to support collaborative development. The main principles are that the necessary information must be provided and work and its objectives must be justified and put into the correct context. The industrial cases indicate that utilising the suggested solutions can improve collaboration among organisations and teams by helping disseminate and use the required information. Mitigating the cognitive burden speeds up the development work and reduces the effort required from developers and decision makers. In this manner, organisations may achieve better results, primarily because the produced data and results will fulfil their purposes better and provide less waste. / Tiivistelmä Ohjelmistotuotanto nykymaailmassa muuttuu koko ajan haastavammaksi, kehitysprojektit ovat monimutkaisia ja hajautettuja sekä vaativat monialaista osaamista. Tiukat aikataulupaineet puolestaan tuovat mukaan oman problematiikkansa. Ohjelmistokehitys on suurelta osin kognitiivista työtä, jossa tarvitaan erilaisia taitoja ja eri alojen asiantuntijoita. Kognitiivinen työ tarkoittaa abstraktin tiedon käsittelyä ennemmin kuin fyysistä työtä. Ohjelmistojen kehittäjät törmäävät useisiin henkilökohtaiseen sekä ryhmätyöhön liittyviin haasteisiin, näistä esimerkkeinä monitahoinen tiedon käsittely, päätöksenteko ja ongelmanratkaisu. Onkin ehdotettu, että ohjelmistonkehitysprosessit ymmärrettäisiin ongelmanratkaisu- ja päätöspainotteisina prosesseina. Tässä työssä ehdotetaan, että tukeakseen ohjelmistonkehitysprosessia koko tuotteen tekemisen elinkaari on otettava huomioon ja työntekijöiden roolit ja vastuut on linkitettävä kehitysprosesseihin sekä kehitysprosessin eri vaiheisiin. Havaittuihin kognitiivisiin ongelmiin ja tarpeisiin vastataan yhteistyö- ja kommunikaatiokäytännöin, tiedonhallinnan, läpinäkyvyyden, työnkulun, ja päätöspainotteisten prosessien kautta. Tulokset kerättiin käyttäen menetelmänä laadullista tapaustutkimusta, ja työ perustuu useiden teollisten asiantuntijoiden haastatteluihin. Tutkimus toteutettiin useassa eri teollisuuden organisaatiossa. Aluksi määritettiin lähtötilanne organisaatioissa sekä kirjallisuuden perusteella, kartoitettiin ongelmat, jonka jälkeen kehitettiin tärkeimmiksi havaittuihin ongelmiin ratkaisuja. Työn tuloksena esitetään joukko ratkaisuja, jotka yhdistetään organisaation työnkulkuun. Lisäksi esitellään päätöksentekoon painottuva kehitysprosessi, jonka lähtökohtana on havainto, että vaadittavien tehtävien sekä työn tulosten on vastattava oikeaan tarpeeseen – työlle ja halutuille työn tuloksille on annettava riittävät tiedot, perustelut, päämäärä sekä oikea konteksti. Tapaustutkimukset osoittavat, että työn tulokset parantavat organisaatioiden välistä yhteistyötä helpottamalla oikean tiedon keräämistä, saamista ja käyttöä. Lisäksi ylimääräisen kognitiivisen taakan vähentäminen nopeuttaa kehitystyötä ja keventää kehittäjien ja päätöksentekijöiden työkuormaa. Täten organisaatiot voivat saavuttaa parempia työn tuloksia lähinnä siksi, että tuotettu tieto ja tulokset vastaavat paremmin tarpeisiin.

Abstract Optimizing the use of resources plays an important role in today’s modern manufacturing and service organizations. Scheduling, involving setup times and costs, leads to better allocation of resources over time to perform a collection of required tasks. This compilation dissertation examines how the learning effect of workers and a combination of setup activities can be used to optimize resource utilization in manufacturing systems and maintenance services. The learning effect is a technique that can model improvement in worker’s ability as a result of repeating similar tasks. By considering the learning effect, setup times will be reduced, and a schedule can be determined to place jobs that share similar tools and fixtures next to each other. The purpose is to schedule a set of jobs in a hybrid flow shop environment while minimizing two criteria that represent the manufacturers’ and consumers’ concerns: namely maximum completion time (makespan) and total tardiness. Combining setup activities can also reduce setup times and costs. In the maintenance of systems consisting of multiple components, costs can be saved when several components are jointly maintained. By using this technique, a schedule can be determined to minimize the total cost of maintenance and renewal projects for various components and their relevant setup activities. Mathematical programming models that incorporate these aspects of the problem are developed in this research and the performance of the proposed models are tested on a set of problem instances. The results of this work show that the proposed techniques perform well in reducing setup times and costs and eliminate the need for setups through scheduling. This work proposes several exact, heuristic, and meta-heuristic methods to solve the developed models and compare their efficiency. This study contributes to the theoretical discussion of multi-criteria production and maintenance scheduling. For practitioners, this dissertation work provides optimization techniques and tools through scheduling that can help keep costs down and allow companies to operate according to time and budget constraints. / Tiivistelmä Resurssien käytön optimoinnilla on tärkeä rooli nykypäivän tuotanto- ja palveluympäristöissä. Joukko tehtäviä voidaan toteuttaa resurssitehokkaammin niille varatussa ajassa huomioimalla aikataulutuksessa asetusajat ja –kustannukset. Tämä kokoomaväitöskirja tarkastelee, kuinka työntekijöiden oppimisefektin mallinnus ja asetustoimien yhdistäminen tukevat resurssien optimointia tuotantojärjestelmissä ja kunnossapitopalveluissa. Oppimisefekti on tekniikka, jolla voidaan mallintaa työntekijän osaamisen kehittymistä samankaltaisia työtehtäviä toistettaessa. Huomioimalla oppimisefekti asetusaikoja voidaan pienentää, ja töille luoda aikataulu jossa samankaltaiset työkalut ja laitteet ovat lähellä toisiaan. Osana väitöskirjaa esitetään työerän aikataulutus tietyssä yksittäistuotantoympäristössä minimoiden kahta kriteeriä: valmistajan tavoite kokonaisläpimenoaika ja asiakkaan tavoite yksittäisten töiden aikataulussa valmistuminen. Toinen väitöskirjassa esitetty tekniikka asetusaikojen ja –kustannusten pienentämiseen on asetustöiden yhdistely. Useista komponenteista koostuvassa systeemissä kustannussäästöjä voidaan saavuttaa huoltamalla useita komponentteja yhtä aikaa. Tämän yhdistelyn avulla voidaan luoda aikataulu, joka minimoi useiden komponenttien ylläpidon, uusimisen, ja asetuskustannusten kokonaiskustannuksen. Työssä mallinnetaan näitä tekniikoita matemaattisen ohjelmoinnin keinoin, ja luotuja malleja testataan joukolla esimerkkiongelmia. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että ehdotetuilla tekniikoilla voidaan vähentää asetusaikoja ja –kustannuksia, tai poistaa asetustöistä aiheutuvia kustannuksia kokonaan. Siinä esitetään useita eksakteja, heuristisia ja metaheuristisia menetelmiä kehitettyjen mallien ratkaisuun ja niiden suorituskyvyn vertailuun. Työn tulokset edistävät tieteellistä keskustelua monikriteeriskeduloinnin alalla, erityisesti liittyen tuotanto- ja kunnossapitosysteemeihin. Käytännön toimijoille väitöskirja tarjoaa optimointitekniikoita- ja työkaluja aikataulutukseen ja sen kautta taloudellisissa ja ajallisissa rajoitteissa toiminnan mahdollistamiseen.

Abstract The past two decades have witnessed an unprecedented proliferation of mobile devices equipped with extremely innovative wireless technologies. Short range networks, such as wireless personal area networks (WPANs), wireless sensor networks (WSNs) and wireless body area networks (WBANs) have been defined and researched to deliver high speed home connectivity, environment and health monitoring. This thesis tackles design, analysis and simulation of medium access control (MAC) protocols tailored for short range networks. These have in common the use of battery operated devices but also certain design challenges connected with MAC protocols are common upon selecting the physical layer technology. Ultra wideband (UWB) technology and 60 GHz technology (which is referred to also as millimeter wave communications) are two valid examples of the wireless revolution of the past decade. Several existing standards, such as IEEE 802.15.3, ECMA-368, IEEE 802.15.4 and its amendment IEEE 802.15.4a, are considered in this thesis for MAC analysis in conjunction with UWB technology. With regard to millimeter wave communications the characteristics of the IEEE 802.15.3c standard are taken into account. Apart for the IEEE 802.15.3c all the MAC protocols have been modeled in the network simulator Opnet. One contribution of this thesis is to produce an innovative and in-depth analysis of the management aspects (e.g. ECMA-368 distributed beaconing) stemming from the above mentioned standards by means of analytical and simulation models. This study approach allows selecting the MAC features suitable for the applications and the technologies of interest. The key performance metric used to analyze all the protocols is energy efficiency, but also throughput is investigated. Another contribution brought by this thesis consists in the innovative way of studying slotted-based MAC protocols as an integrated concept connected with the type of network, the type of application and the selected physical technologies. This thesis also shows MAC performance in conjunction with UWB when false alarm, miss-detection and receiver capture (capture is modeled by means of an existing interference model) are taken into consideration. Most of the unrealistic, though common, assumptions in MAC analysis are removed and the performance of selected medical applications is evaluated through Opnet simulations. The well known binary exponential backoff is analyzed with an innovative though simplified one-dimensional Markov chain approach in the context of directional MAC for 60 GHz communications. As shown in the remainder of this thesis, the simplification introduced does not hinder the accuracy of the results, but rather allows accounting even for a finite number of retransmissions with a simple chain extension. / Tiivistelmä Kahden viime vuosikymmenen aikana innovatiivisella langattomalla tekniikalla varustettujen viestintälaiteiden määrä on kasvanut räjähdysmäisesti. Lyhyen kantaman verkkoja kuten langattomia henkilökohtaisen alueen verkkoja (WPAN), langattomia anturiverkkoja (WSN) ja langattomia vartaloalueen verkkoja (WBAN) on määritelty ja tutkittu, jotta voitaisiin tuottaa korkeanopeuksisia kotiyhteyksiä sekä välineitä ympäristön ja terveydentilan seurantaan. Tämä väitöskirja käsittelee lyhyen kantaman viestintään suunniteltujen linkinohjauskerroksen MAC-protokollien suunnittelua, analysointia ja simulointia. Näissä kaikissa käytetään akkukäyttöisiä laitteita, mutta myös tietyt MAC-protokollien suunnittelun haasteet ovat tavallisia fyysisen kerroksen teknologiaa valittaessa. Ultra-laajakaistainen (UWB) teknologia ja 60 GHz teknologia (eli millimetriaallonpituusalueen tietoliikenne) ovat hyviä esimerkkejä kuluneen vuosikymmenen langattomasta vallankumouksesta. Tässä väitöskirjassa huomioidaan UWB teknologiaan liittyvää MAC-kerroksen analyysiä tehtäessä useat olemassa olevat standardit, kuten IEEE 802.15.3, ECMA-368, IEEE 802.15.4 ja sen lisäys IEEE 802.15.4a. Millimetriaallonpituusalueen tietoliikenteessä huomioidaan myös IEEE 802.15.3c standardin erityispiirteet. IEEE 802.15.3c:tä lukuun ottamatta kaikki MAC-protokollat on mallinnettu Opnet verkkosimulaattorilla. Tämä tutkimus tarjoaa innovatiivisen ja syväluotaavan tutkimuksen näiden standardien pohjalta ja analyyttisten ja simuloitujen mallien avulla kehitetyistä hallinnallisista lähestymistavoista (esim. ECMA-368 hajautettu majakkasignaali). Näiden avulla voidaan valita kohteena oleviin sovelluksiin ja teknologioihin parhaiten soveltuvia MAC-ominaisuuksia. Kaikkien protokollien analysointiin käytetty ensisijainen suorituskykymittari on energiatehokkuus, mutta myös datanopeuksia on tarkasteltu. Tässä tutkimuksessa esitellään myös innovatiivinen tapa tutkia MAC protokollia integroituina konsepteina suhteessa verkon ja sovellusten tyyppiin sekä fyysisen kerroksen teknologiaan. Lisäksi tämä väitöskirja esittelee MAC suorituskykyä UWB verkossa silloin, kun siinä otetaan huomioon väärät hälytykset, väärä havainnointi ja vastaanottimen signaalinkaappaus (vastaanoton mallintamiseksi käytetään olemassa olevaa interferenssimallia). MAC analyysistä poistetaan useimmat epärealistiset, vaikkakin tavalliset, olettamukset, ja verkkojen suorituskykyä tarkastellaan valittujen kriittisten parametrien monitoroinnissa Opnet-simulaatioiden avulla. Tunnettua binäärijakoinen eksponentiaalinen perääntyminen -algoritmia analysoidaan innovatiivisella, yksinkertaistetulla yksiulotteisella Markov-ketju -mallilla 60 GHz:n suunta-antenni MAC:n yhteydessä. Kuten tässä tutkimuksessa tullaan osoittamaan, esitelty yksinkertaistus ei rajoita tulosten tarkkuutta, vaan mukaan voidaan lukea jopa rajallinen määrä uudelleenlähetyksiä yksinkertaisen Markovin ketjun laajennuksen avulla.

Abstract Coronary heart disease (CHD), a manifestation of atherosclerosis, is the leading single cause of death in Finland. CHD is affected by numerous genetic and environmental factors, their combined effects and interactions between them. Low HDL-cholesterol (HDL-C) is an independent risk factor for atherosclerosis and the most common dyslipidemia associated with early onset CHD, but the mechanisms regulating HDL-C levels and protecting from atherosclerosis are still not completely understood. Adiponectin is a hormone that is secreted by adipose tissue and has several anti-atherosclerotic effects. There is multiple evidence suggesting that adiponectin could protect against CHD via positive effects on HDL metabolism. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent angiogenic growth factor that has a potentially conflicting role in atherosclerosis; it may have protecting or predisposing effects. The objective of this thesis was to study the genetic background of HDL-C regulation and atherosclerosis. Three studies were executed using extended families with CHD or case-control setting, with samples collected from Northern Finland. In the first study, seven chromosomal regions showing suggestive evidence of linkage were identified for HDL-C regulation, using genome-wide linkage approach. In the second study, we found a strong correlation between HDL-C and adiponectin, but failed to show evidence of a shared genetic background. However, a genetic correlation between adiponectin and low-density lipoprotein-cholesterol was revealed. We also studied the genetic regulation of adiponectin, and for the first time its most active form, high-molecular weight adiponectin, and found suggestive evidence of linkage to three chromosomal regions. In the third study, it was discovered that the studied VEGF gene polymorphisms did not have a major effect on atherosclerosis quantified as carotid intima-media thickness or the risk of acute myocardial infarction (AMI). This thesis presents potential regions for the genetic regulation of HDL-C and adiponectin and gives new information about their relationship and the effect of VEGF polymorphisms in atherosclerosis. The strong correlation between adiponectin and HDL-C was further strengthened, but we failed to show a shared genetic background between them. / Tiivistelmä Sepelvaltimotauti, eräs valtimonkovettumataudin ilmentymä, on yleisin yksittäinen kuolinsyy maassamme. Taudin syntyyn vaikuttavat lukuisat geneettiset ja ympäristötekijät sekä niiden väliset yhteis- ja vuorovaikutukset. Pieni HDL-kolesterolipitoisuus on valtimonkovettumataudin itsenäinen riskitekijä ja yleisin kolesterolipoikkeavuus, joka liittyy varhain ilmenevään sepelvaltimotautiin. HDL-kolesterolin vaihtelun syitä ja tämän "hyvän kolesterolin" sepelvaltimotaudilta suojaavia vaikutusmekanismeja ei kuitenkaan pystytä täysin selittämään. Adiponektiini on rasvakudoksen tuottama hormoni, jonka sepelvaltimotaudilta suojaavan ominaisuuden on ehdotettu johtuvan siitä, että se vaikuttaisi HDL-kolesterolin aineenvaihduntaan. VEGF (vascular endothelial growth factor) on verisuonten sisäseinämissä vaikuttava kasvutekijä, jolla saattaa olla joko sepelvaltimotaudilta suojaavia tai sille altistavia vaikutuksia. Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia HDL-kolesterolin ja valtimonkovettumataudin geneettistä taustaa. Kolmessa osatyössä tutkittiin suuria pohjoissuomalaisia sepelvaltimotautisukuja; lisäksi käytettiin väestö- ja potilasaineistoja. Ensimmäisessä tutkimuksessa löydettiin koko genomin kytkentäkartoitusmenetelmällä seitsemän kromosomialuetta, jotka saattavat vaikuttaa HDL-kolesterolin säätelyyn. Toisessa tutkimuksessa selvitettiin adiponektiinin, ja ensimmäistä kertaa myös sen aktiivisimman muodon, HMW-adiponektiinin geneettistä taustaa. Kytkentäanalyysissä saatiin viitteitä kolmesta adiponektiineja mahdollisesti säätelevästä kromosomialueesta. Havaittiin myös, että HDL-kolesterolin ja adiponektiinin pitoisuudet korreloivat vahvasti keskenään, mutta yhteistä geneettistä säätelytekijää ei pystytty osoittamaan. LDL-kolesterolin ja adiponektiinin välillä kuitenkin havaittiin geneettinen korrelaatio. Kolmannessa tutkimuksessa todettiin, ettei tutkituilla VEGF-geenin nukleotidimuutoksilla todennäköisesti ole merkittävää syy-yhteyttä valtimonkovettumatautiin kaulavaltimoiden sisäseinämän paksuudella tai sydäninfarktiriskillä mitattuna. Tämä tutkimus tuo uutta tietoa HDL-kolesterolin ja adiponektiinin geneettisestä säätelystä ja niiden suhteesta sekä VEGF-geenin nukleotidimuutosten osuudesta valtimonkovettumataudissa. Tutkimus vahvistaa edelleen HDL-kolesterolin ja adiponektiinin yhteyden, muttei pysty osoittamaan niille yhteistä geneettistä tekijää.

No description available.

No description available.

No description available.