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 Choreography modelling, as a service-oriented architecture specific technique, is increasingly present in embedded systems development domain. This technique specifies a flow of interactions between participants' services from the global or neutral point of view while the specified models represent an integral part of the overall software architecture. Choreography modelling languages that are currently used in embedded systems domain, however, are not expressive enough to capture the choreography-relevant information in this domain. For this reason, choreography specifications are often lacking information or include ambiguous information. This allows misinterpretation of the specified choreography models and leads to difficulties in communication among stakeholders that use those models. The objective of this research is to advance the design of choreography modelling languages by identifying the information content that is relevant in embedded systems domain and by designing a choreography modelling language that supports that information content. To achieve this objective, this research adopted the design science research framework and five individual studies were conducted within this framework. These studies used methods such as the interviews with practitioners, company specific documents and open standards to understand the challenges in industry, systematic literature review to collect the existing scientific knowledge about the utilization of choreography in embedded systems and the focus groups to evaluate the designed language. Based on these study results, the information content that is relevant for choreography modelling in embedded systems domain was identified and then supported with the design of choreography modelling language. The design of the choreography modelling language is evaluated in academic and industry context. The evaluation in academic context is realized by language implementation while the evaluation in industry is realized with industry experts. Language evaluation showed increased expressiveness of the designed language and indicated on possible benefits from its use in testing and protocol development area. These benefits include the reduction of development time and errors in the testing phase while the reduction of maintenance burden and performance improvement can be expected in the protocol development area. / Tiivistelmä Koreografinen mallintaminen on enenevässä määrin käytetty tekniikka sulautettujen järjestelmien palvelukeskeisten arkkitehtuurien määrittelyssä. Tämän mallintamisen avulla pystytään määrittämään palveluiden ja osallistujien välisten vuorovaikutusten virtaa globaalilla tasolla kun taas määritellyt mallit kuvaavat ohjelmistoarkkitehtuurin keskeisiä osakokonaisuuksia. Tällä hetkellä sulautettujen järjestelmien koreografiseen mallintamiseen käytetyt kielet eivät ole tarpeeksi ilmaisuvoimaisia kattaakseen alalla tarvittavien mallien oleelliset tietosisällöt. Tästä syystä koreografiamalleista puuttuu usein oleellisia tietoja tai tietosisällöt eivät ole yksiselitteisiä. Tämä johtaa koreografiamallien tietosisältöjen virheelliseen tulkintaan, joka taas aiheuttaa haasteita malleja hyödyntävien sidosryhmien välisessä vuorovaikutuksessa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on edistää koreografiamallinnuksessa käytettävien kielten suunnittelua tunnistamalla ne tietosisällöt, jotka ovat oleellisia sulautetuille järjestelmille sekä suunnitella kieli, joka tukee oleellisia tietosisältöjä. Tavoitteen saavuttamiseksi sovellettiin "design science" (suunnittelun tutkimus) tutkimusmenetelmää, jolla toteutettiin viisi tapaustutkimusta. Näissä tutkimuksissa hyödynnettiin teollisuuden asiantuntijoiden haastatteluita, yrityskohtaisia dokumentteja ja avoimia standardeja, joiden avulla pystyttiin ymmärtämään teollisuuden kohtaamia haasteita tutkimusalueella. Systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla kerättiin yhteen olemassa oleva tieteellinen tietämys koreografian käytöstä sulautetuissa järjestelmissä. Kehitetyn kielen sopivuutta teolliseen tuotekehitykseen arvioitiin asiantuntiaryhmille järjestetyissä työpajoissa. Saatujen tutkimustulosten valossa koreografiamallinnuksessa tarvittavat oleelliset tietosisällöt sulautettujen järjestelmien alueella pystyttiin määrittämään sekä kehittämään tietosisältöä tukeva koreografian mallinnuskieli. Kehitetty mallinnuskieli on arvioitu akateemisessa kontekstissa toteuttamalla koreografian mallinnuskieli. Teollisessa ympäristössä arvioinnin ovat suorittaneet teollisuuden asiantuntijat. Arviointien tuloksena voidaan todeta, että kehitetyllä mallinnuskielellä on parempi ilmaisuvoima kuin aiemmin käytössä olleilla kielillä. Lisäksi saatiin viitteitä kielen soveltuvuudesta testauksessa ja protokollien kehityksessä. Kieltä soveltamalla saavutettiin lyhempi kehitysaika ja vähennettiin virheitä testausvaiheessa. Lisäksi protokollan kehityksen osuudessa oletetaan ylläpidon kuormittavuuden vähenevän ja suorituskyvyn paranevan.