The thesis deals with the modeling of the Component Based Software (CBS) systems in the UML language and with extension of the UML language with using of meta-modeling techniques and with using of the UML Prodile technology. Thesis also deals with Component Based Development (CBD). The main part of this study deals with specifying of methodology for creating of UML Prodiles and with demonstration of this methodology on selected Component System meta-model by creating the profile including the OCL constraints and description of problems with creating of the prodile. Thesis also describes support of the UML Profile technology in existing UML CASE tools. For demonstration purposes thesis contains the case study with example which uses in this work created UML Profile. Profile is created in accordance with specification of UML version 2.3 and OCL in version 2.2. Demonstration is performed and profile itself is created using IBM Rational Software Architect version 8.0.2.

Die komponentenbasierten Softwareentwicklung verspricht die vereinfachte Entwicklung von komplexen Anwendungen. Um die Wiederverwendbarkeit zu verbessern und die Flexibilität zu erhöhen, müssen Komponenten dazu möglichst an verschiedene Umgebungsbedingungen angepasst werden können, sowohl innerhalb einer als auch in unterschiedlichen Anwendungen. Diese Prozesse werden als Komponentenadaption bezeichnet. In dieser Arbeit wird ein neues Adaptionskonzept für Komponenten entwickelt. Die sogenannten Adaptierbare Komponenten verwenden ein hierarchisches Komponentenmodell und werden aus einer Menge von Subkomponenten zusammengesetzt. Die Kernidee zur Umsetzung der Adaptivität besteht darin, bestimmte Parameterwerte einer Adaptierbaren Komponente auf unterschiedliche interne Konfigurationen der Subkomponenten abzubilden. Zur Beschreibung der möglichen internen Konfigurationen von Adaptierbaren Komponenten werden vier verschiedene graphische Modellierungstechniken entwickelt, die alle auf der graphischen Notation von UML-Komponentendiagrammen basieren und diese erweitern. Eine sogenannte Parameterabbildung definiert die Zuordnung von Parameterwerten auf bestimmte Konfigurationen. Die Konzepte Adaptierbarer Komponenten setzen keine neue Komponentenplattform voraus, sondern werden durch eine Kombination von Modelltransformation und spezieller Laufzeitunterstützung auf existierende Komponentenplattformen abgebildet. Ein dazu entwickeltes generisches Verfahren definiert die Schritte zur Unterstützung einer neuen Komponentenplattform. Mit Hilfe von zwei Fallstudien wird gezeigt, dass sich die Modellierungskonzepte von Adaptierbaren Komponenten für komplexe Beispiele anwenden lassen. Mit EJB, JavaBeans und Microsoft COM wird die Modelltransformation und Laufzeitunterstützung anhand des generischen Verfahrens exemplarisch für populäre Komponentenplattformen demonstriert.

Tesis por compendio / [EN] Currently, there is a trend towards sustainability, especially in developed countries, where the concerns of society about environmental degradation and social problems have increased. Following this trend, the construction sector is one of the most influential sectors due to its high economic, environmental, and social impacts. At the same time, there is an increase in the demand for transport, which drives a need to develop and maintain the necessary infrastructure for this purpose. Taking all these factors into account, bridges become a key structure and therefore assessment of sustainability throughout their whole life-cycle is essential. The main objective of this thesis is to propose a methodology that allows assessment of the sustainability of a bridge under uncertain initial conditions (subjectivity of the decision-maker or variability of initial parameters) and optimization of the design to obtain a robust optimal bridge. To this end, an extensive bibliographic review of all the works that perform assessments of the sustainability of bridges through the valuation of criteria related to their main pillars (economic, environmental, or social) has been carried out. In this review, it has been observed that the most comprehensive way to evaluate the environmental and social pillars is through the use of life-cycle impact assessment methods. These methods allow sustainability assessment to be performed for the whole life-cycle of the bridge. This process provides valuable information to decision-makers for the assessment and selection of the most sustainable bridge. However, the decision-makers' subjective assessments of the relative importance of the criteria influence the final assessment of sustainability. For this reason, it is necessary to create a methodology that reduces the associated uncertainty and seeks robust solutions according to the opinion of decision-makers. In addition, for bridges, the design and decision-making are conditioned by the initially defined parameters. This leads to solutions that may be sensitive to small changes in these initial conditions. A robust optimal design makes it possible to obtain optimal solutions and structurally stable designs under variations of the initial conditions as well as sustainable designs that are not influenced by the preferences of the stakeholders who are part of the decision-making process. Thus, obtaining a robust optimal design becomes a probabilistic optimization process that has a high computational cost. For this reason, the use of metamodels has been integrated into the proposed methodology. Specifically, Latin hypercube sampling is used for the definition of the initial sample and a kriging model is used for the definition of the mathematical approximation. In this way, kriging-based heuristic optimization reduces the computational cost by more than 90% with respect to conventional heuristic optimization while obtaining very similar results. This thesis provides, first of all, an extensive bibliographic review of both the criteria used for the assessment of sustainability of bridges and the different methods of life-cycle impact assessment to obtain a complete profile of the environmental and social pillars. Subsequently, a methodology is defined for the full assessment of sustainability, using life-cycle impact assessment methods. Likewise, an approach is proposed that makes it possible to obtain structures with little influence from the structural parameters, as well as from the preferences of the different decision-makers regarding the sustainability criteria. The methodology provided in this thesis is applicable to any other type of structure. / [ES] Actualmente existe una tendencia hacia la sostenibilidad, especialmente en los países desarrollados donde la preocupación de la sociedad por el deterioro ambiental y los problemas sociales ha aumentado. Siguiendo esta tendencia, el sector de la construcción es uno de los sectores que mayor influencia tiene debido a su alto impacto económico, ambiental y social. Al mismo tiempo, existe un incremento en la demanda de transporte que provoca la necesidad de desarrollo y mantenimiento de las infraestructuras necesarias para tal fin. Con todo esto, los puentes se convierten en una estructura clave, y por tanto, la valoración de la sostenibilidad a lo largo de toda su vida es esencial. El objetivo principal de esta tesis es proponer una metodología que permita valorar la sostenibilidad de un puente bajo condiciones iniciales inciertas (subjetividad del decisor o variabilidad de parámetros iniciales) y optimizar el diseño para obtener puentes óptimos robustos. Para ello, se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de todos los trabajos en los que se realiza un análisis de la sostenibilidad mediante la valoración de criterios relacionados con sus pilares principales (económico, medio ambiental o social). En esta revisión, se ha observado que la forma más completa de valorar los pilares medioambientales y sociales es mediante el uso de métodos de análisis de ciclo de vida. Estos métodos permiten llevar a cabo la valoración de la sostenibilidad durante todas las etapas de la vida de los puentes. Todo este procedimiento proporciona información muy valiosa a los decisores para la valoración y selección del puente más sostenible. No obstante, las valoraciones subjetivas de los decisores sobre la importancia de los criterios influyen en la evaluación final de la sostenibilidad. Por esta razón, es necesario crear una metodología que reduzca la incertidumbre asociada y busque soluciones robustas frente a las opiniones de los agentes implicados en la toma de decisiones. Además, el diseño y toma de decisiones en puentes está condicionado por los parámetros inicialmente definidos. Esto conduce a soluciones que pueden ser sensibles frente a pequeños cambios en dichas condiciones iniciales. El diseño óptimo robusto permite obtener diseños óptimos y estructuralmente estables frente a variaciones de las condiciones iniciales, y también diseños sostenibles y poco influenciables por las preferencias de los decisores que forman parte del proceso de toma de decisión. Así pues, el diseño óptimo robusto se convierte en un proceso de optimización probabilística que requiere un gran coste computacional. Por este motivo, el uso de metamodelos se ha integrado en la metodología propuesta. En concreto, se ha utilizado hipercubo latino para la definición de la muestra inicial y los modelos kriging para la definción de la aproximación matemática. De esta forma, la optimización heurística basada en kriging ha permitido reducir más de un 90% el coste computacional respecto a la optimización heurística conveniconal obteniendo resultados muy similares. Esta tesis proporciona en primer lugar, una amplia revisión bibliográfica, tanto de los criterios utilizados para la valoración de la sostenibilidad en puentes como de los diferentes métodos de análisis de ciclo de vida para obtener un perfil completo de los pilares ambientales y sociales. Posteriormente, se define una metodología para la valoración completa de la sostenibilidad, usando métodos de análisis de ciclo de vida. Asimismo, se propone un enfoque que permite obtener estructuras poco influenciables por los parámetros estructurales, así como por las preferencias de los diferentes decisores frente a los criterios sostenibles. La metodología proporcionada en esta tesis es aplicable a cualquier otro tipo de estructura. / [CA] Actualment existeix una tendència cap a la sostenibilitat, especialment en els països desenrotllats on la preocupació de la societat pel deteriori ambiental i els problemes socials ha augmentat. Seguint aquesta tendència, el sector de la construcció és un dels sectors que major influència té a causa del seu alt impacte econòmic, ambiental i social. Al mateix temps, existeix un increment en la demanda de transport que provoca la necessitat de desenrotll i manteniment de les infraestructures necessàries per a tal fi. En tot açò, els ponts es converteixen en una estructura clau, i per tant, la valoració de la sostenibilitat al llarg de tota la seua vida és essencial. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és proposar una metodologia que permeta valorar la sostenibilitat d'un pont baix condicions inicials incertes (subjectivitat del decisor o variabilitat dels paràmetres inicials) i optimitzar el disseny per a obtenir ponts òptims robusts. Per a això, s'ha realitzat una extensa revisió bibliogràfica de tots els treballs en els quals es realitza un anàlisis de la sostenibilitat mitjançant la valoració de criteris relacionats amb els seus pilars principals (econòmic, ambiental o social). En aquesta revisió s'ha observat que la forma més completa de valorar els pilars ambientals i socials és mitjançant l'ús de mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Aquests mètodes permeten realitzar la valoració de la sostenibilitat al llarg de totes les etapes de la vida dels ponts. Tot aquest procediment proporciona informació molt valuosa als decisors per a la valoració i selecció del pont més sostenible. No obstant això, les valoracions subjectives dels decisors sobre la importància dels criteris influeixen en l'avaluació final de la sostenibilitat. Per aquesta raó, és necessari crear una metodologia que reduïsca la incertesa associada i busque solucions robustes enfront de les opinions dels agents implicats en la presa de decisions. A més, el disseny i la presa de decisions en ponts està condicionat pels paràmetres inicialment definits. Açò condueix a solucions que poden ser sensibles front a menuts canvis en les dites condicions inicials. El disseny òptim robust permet obtenir dissenys òptims i estructuralment estables front a variacions de les condicions inicials, i també dissenys sostenibles i poc influenciables per les preferències dels decisors que formen part del procés de presa de decisió. D'aquesta manera, el disseny òptim robust es converteix en un procés d'optimització probabilística que requereix un gran cost computacional. Per aquest motiu, l'ús de metamodels s'ha integrat en la metodologia proposta. En concret, s'ha utilitzat l'hipercub llatí per a la definició de la mostra inicial i els models kriging per a la definició de l'aproximació matemàtica. D'aquesta forma, l'optimització heurística basada en kriging ha permés reduir més d'un 90% el cost computacional respecte a l'optimització heurística convencional obtenint resultats molt similars. Aquesta tesi doctoral proporciona en primer lloc, una ampla revisió bibliogràfica, tant dels criteris utilitzats per a la valoració de la sostenibilitat en ponts com dels diferents mètodes d'anàlisis de cicle de vida per a obtenir un perfil complet dels pilars ambientals i socials. Posteriorment, es defineix una metodologia per a la valoració completa de la sostenibilitat, utilitzant mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Així mateix, es proposa un enfocament que permet obtenir estructures poc influenciables pels paràmetres estructurals, així com per les preferències dels diferents decisors enfront dels criteris sostenibles. La metodologia proporcionada en aquesta tesi doctoral és aplicable a qualsevol altre tipus d'estructura. Nº de páginas: / I would like to acknowledge the economic support of the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, formerly called Spanish Ministry of Science and Innovation. This thesis has been possible thanks to the FPI fellowship and the financially support of BRIDLIFE (Research Project BIA2014-56574-R) and DIMALIFE (Project BIA2017-85098-R). / Penadés Plà, V. (2020). Life-cycle sustainability design of post-tensioned box-girder bridge obtained by metamodel-assisted optimization and decision-making under uncertainty [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147480 / TESIS / Compendio

Linked to climate change, drivers such as increased temperatures and decreased water availability affect forest health in complex ways by simultaneously weakening tree vitality and promoting insect pest activity. One major beneficiary of climate-induced changes is the European spruce bark beetle (Ips typographus). To improve the mechanistic understanding of climate change impacts on long-term beetle infestation risks, individual-based simulation models (IBM) such as the bark beetle dispersion model IPS-SPREADS have been proven as effective tools. However, the computational costs of IBMs limit their spatial scale of application. While these tools are best suitable to simulate bark beetle dynamics on the plot level, upscaling the process to larger areas is challenging. The larger spatial scale is, nevertheless, often required to support the selection of adequate management intervention. Here, we introduce a novel two-step approach to address this challenge: (1) we use the IPS-SPREADS model to simulate the bark beetle dispersal at a local scale by dividing the research area into 250 × 250 m grid cells; and (2) we then apply a metamodel framework to upscale the results to the landscape level. The metamodel is based on Markov chains derived from the infestation probabilities of IPS-SPREADS results and extended by considering neighbor interaction and spruce dieback of each focal cell. We validated the metamodel by comparing its predictions with infestations observed in 2017 and 2018 in the Saxon Switzerland national park, Germany, and tested sanitation felling as a measure to prevent potential further outbreaks in the region. Validation showed an improvement in predictions by introducing the model extension of beetle spreading from one cell to another. The metamodel forecasts indicated an increase in the risk of infestation for adjacent forest areas. In case of a beetle mass outbreak, sanitation felling intensities of 80 percent and above seem to mitigate further outbreak progression.

Hadron Therapy (HT) exploits properties of ion radiation to gain therapeutic advantages over existing photon-based forms of external radiation therapy. However, its relative superiority and cost-effectiveness have not been proven for all clinical situations. Establishing a robust evidence base for the development of best treatment practices is one of the major challenges for the field. This thesis investigates two research infrastructures for building this essential evidence. First, the thesis develops main components of a metadata-driven software architecture for the collection of clinical information and its analysis. This architecture acknowledges the diversity in the domain and supports data interoperability by sharing information models. Their compliance to common metamodels guarantees that primary data and analysis results can be interpreted outside of the immediate production context. This is a fundamental necessity for all aspects of the evidence creation process. A metamodel of data capture forms is developed with unique properties to support data collection and documentation in this architecture. The architecture's potential to support complex analysis processes is demonstrated with the help of a novel metamodel for Markov model based simulations, as used for the synthesis of evidence in health-economic assessments. The application of both metamodels is illustrated on the example of HT. Since the biological effect of particle radiation is a major source of uncertainty in HT, in its second part, this thesis undertakes first investigations towards a new research facility for bio-medical experiments with ion beams. It examines the feasibility of upgrading LEIR, an existing accelerator at the European Organisation for Nuclear Research (CERN), with a new slow extraction and investigates transport of the extracted beam to future experiments. Possible configurations for the slow-resonant extraction process are identified, and designs for horizontal and vertical beam transport lines developed. The results of these studies indicate future research directions towards a new ion beam facility for biomedical research.

La modélisation du vivant, en particulier la modélisation de l'activité cardiaque, est devenue un défi scientifique majeur. Le but de cette thématique est de mieux comprendre les phénomènes physiologiques et donc d'apporter des solutions à des problèmes cliniques. Nous nous intéressons dans cette thèse à la modélisation et à l'étude numérique de l'activité électrique du cœur, en particulier l'étude des électrocardiogrammes (ECGs). L'onde électrique dans le cœur est gouvernée par un système d'équations de réaction-diffusion appelé modèle bidomaine ce système est couplé à une EDO représentant l'activité cellulaire. Afin simuler des ECGs, nous tenons en compte la propagation de l'onde électrique dans le thorax qui est décrite par une équation de diffusion. Nous commençons par une démonstrer l'existence d'une solution faible du système couplé cœur-thorax pour une classe de modèles ioniques phénoménologiques. Nous prouvons ensuite l'unicité de cette solution sous certaines conditions. Le plus grand apport de cette thèse est l'étude et la simulation numérique du couplage électrique cœur-thorax. Les résultats de simulations sont représentés à l'aide des ECGs. Dans une première partie, nous produisons des simulations pour un cas normal et pour des cas pathologiques (blocs de branche gauche et droit et des arhythmies). Nous étudions également l'impact de certaines hypothèses de modélisation sur les ECGs (couplage faible, utilisation du modèle monodomaine, isotropie, homogénéité cellulaire, comportement résistance-condensateur du péricarde,. . . ). Nous étudions à la fin de cette partie la sensibilité des ECGs par apport aux paramètres du modèle. En deuxième partie, nous effectuons l'analyse numérique de schémas du premier ordre en temps découplant les calculs du potentiel d'action et du potentiel extérieur. Puis, nous combinons ces schémas en temps avec un traîtement explicite du type Robin-Robin des conditions de couplage entre le cœur et le thorax. Nous proposons une analyse de stabilité de ces schémas et nous illustrons les résultats avec des simulations numériques d'ECGs. La dernière partie est consacrée à trois applications. Nous commençons par l'estimation de certains paramètres du modèle (conductivité du thorax et paramètres ioniques). Dans la deuxième application, qui est d'originie industrielle, nous utilisons des méthodes d'apprentissage statistique pour reconstruire des ECGs à partir de mesures ('électrogrammes). Enfin, nous présentons des simulations électro-mécaniques du coeur sur une géométrie réelle dans diverses situations physiologiques et pathologiques. Les indicateurs cliniques, électriques et mécaniques, calculés à partir de ces simulations sont très similaires à ceux observés en réalité.