Моделирование систем: Рабочая программа дисциплины

Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет –УПИ»

Утверждаю Проректор по учебной работе ______________ А.Б. Соболев “_____” ________ 2004 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ Рекомендована Методическим советом УГТУ – УПИ для направления 654600 - Информатика и вычислительная техника специальности 220200 - “Автоматизированные системы обработки информации и управления”, для направления 654700 - Информационные системы специальности 071900 - Информационные системы и технологии

Екатеринбург 2004

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего и среднего образования и учебными планами по направлению 654600 - Информатика и вычислительная техника специальности 220200 - “Автоматизированные системы обработки информации и управления”, по направлению 654700 - Информационные системы специальности 071900 Информационные системы и технологии“, утвержденному приказом Минобразования РФ №686 от 02.03.2000 г. Программу составила: Дружинина Ольга Геннадиевна, доц., канд. техн. наук, каф. АУТС. Программа одобрена на заседании кафедры “Автоматика и управление в технических системах” (АУТС) _____________ 2004 г., протокол №___. Заведующий кафедрой АУТС проф., докт. техн. наук В. Г. Лисиенко Программа одобрена на заседании кафедры “Автоматизированные системы управления” (АСУ) _____________ 2004 г., протокол №____. Заведующий кафедрой проф., докт. техн. наук

В. Г. Доросинский

Программа одобрена Методической комиссией радиотехнического факультета ____________ 2004 г., протокол №___. Председатель методкомиссии РТФ доц., канд. техн. наук О.Г. Дружинина АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Дисциплина посвящена изучению теории и методов математического моделирования, управления машинным экспериментом с моделью, обработки результатов исследований, приобретению опыта работы с инструментальными средствами имитационного моделирования.

Редактор

1. Цели и задачи дисциплины Целью дисциплины является формирование у студентов знаний по основам составления моделей систем различных классов, исследования этих моделей и обработки результатов таких исследований, используя инструментальные средства имитационного моделирования. Задачами дисциплины являются освоение теории и методов математического моделирования с учетом требований системности, позволяющих не только строить модели объектов, анализировать их динамику и возможность управления машинным экспериментом с моделью, но и судить об адекватности моделей исследуемым системам и правильно организовать моделирование систем на современных средствах вычислительной техники. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины «Моделирование систем» студент должен знать: - методологические основы моделирования; - принципы математического и имитационного моделирования систем; - методы и этапы исследования моделей систем; - основы планирования экспериментов с такими моделями; - статистические методы обработки результатов экспериментов; - уметь на практике применять инструментальные средства имитационного моделирования. 3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа Подготовка к лекциям Подготовка к лабораторным работам Выполнение курсового проекта Подготовка к контрольной работе Итоговый контроль

Всего часов 130 68 34 34 62 14 10 34 4 -

Семестр 8 96 68 34 34 28 14 10 4 Экзамен

9 34 34 34 -

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел дисциплины Лекции п/п час. 1 Введение. Современное состояние проблемы 2 моделирования. 2 Основные понятия теории моделирования систем 2 3 Математические схемы моделирования систем 4 4 Формализация и алгоритмизация процессов 4 функционирования систем 5 Статистическое моделирование систем на ЭВМ 4 6 Инструментальные средства моделирования систем 4 7 Планирование машинных экспериментов с моделями 4 систем 8 Обработка и анализ результатов моделирования 4 систем 9 Моделирования систем с использованием 2 математических схем 10 Моделирование для принятия решений при 2 управлении 11 Использование метода моделирования при 2 разработке АСОИУ

ЛР час. ----------8 6 6 6 2 6

4.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение. Современное состояние проблемы. Понятие моделирование. Сущность теории моделирования. Методы и средства моделирования систем. Аналитические и имитационные методы. Раздел 2. Основные понятия теории моделирования систем. Принципы системного подхода в моделировании систем. Характеристики моделей систем. Адаптивность модели. Цели моделирования. Классификация видов моделирования систем. Средства моделирования систем. Обеспечение и эффективность имитационного моделирования. Раздел 3. Математические схемы моделирования систем. Формальная модель объекта. Типовые математические схемы. Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы). Дискретнодетерминированные модели (F-схемы). Дискретно-стохастические модели (Pсхемы). Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы). Сетевые модели (Nсхемы). Комбинированные модели (А-схемы). Раздел 4. Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем. Этапы моделирования систем. Построение концептуальных моделей систем и их формализация. Алгоритмизация моделей систем и их машинная реализация. Получение и интерпретация результатов моделирования систем. Раздел 5. Статистическое моделирование систем на ЭВМ.

Основные предельные теоремы теории вероятности. Псевдослучайные последовательности и процедуры их машинной генерации. Проверка и улучшение качества последовательностей псевдослучайных чисел. Моделирование случайных воздействий на системы и случайных процессов. Раздел 6. Инструментальные средства моделирования систем. Языки имитационного моделирования. Задание времени в машинной модели. Классификация языков моделирования. Пакеты прикладных программ моделирования систем (ППМ). Структура ППМ. Автоматизированные системы моделирования (АСМ). Структура банка данных АСМ. Аналогоориентированные, цифро-ориентированные и универсальные моделирующие комплексы. Раздел 7. Планирование машинных экспериментов с моделями систем. Преимущества и недостатки машинных экспериментов. Модели в виде алгебраических полиномов. Полный факторный эксперимент (ПФЭ). Стратегическое планирование машинных экспериментов с моделями систем. Тактическое планирование машинных экспериментов с моделями систем. Раздел 8. Обработка и анализ результатов моделирования систем. Особенности фиксации и статистической обработки результатов моделирования систем на ЭВМ. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования. Корреляционный, регрессионный и дисперсионный анализы результатов моделирования. Раздел 9. Моделирование систем с использованием математических схем. Иерархические модели процессов функционирования систем. Моделирование процессов функционирования систем на базе Q-, N- и A-схем. Раздел 10. Моделирование для принятия решений при управлении. Гносеологические и информационные модели при управлении. Модели в адаптивных системах управления. Моделирование в системах управления в реальном масштабе времени. Ситуационное и бихевиоральное моделирование. Раздел 11. Использование метода моделирования при разработке автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ). Общие правила построения и способы реализации моделей АСОИУ. Моделирование при разработке распределенных автоматизированных систем и информационных сетей. Моделирование при разработке организационных и производственных систем. 5. Лабораторный практикум № № раздела Наименование лабораторных работ п/п дисциплины 1 6, 7, 8, 9, 10, Моделирование простых дискретных систем с 11 помощью языка GPSS. 2 6, 7, 8, 9 Моделирование сложных дискретных систем с помощью языка GPSS. 3 6, 7, 8, 9 Моделирование систем массового обслуживания с помощью языка GPSS.

4 5 6 7 8

6, 7, 8, 9, 10, Детерминированное моделирование системы 11 автоматического регулирования. 6, 7, 8, 9, 10, Детерминированное моделирование системы 11 автоматического регулирования при стохастических вариациях параметров. 6, 7, 8, 9, 10, Корреляционный и регрессионный анализ системы 11 автоматического регулирования. 6, 7, 8, 9, 10, Моделирование простых непрерывных систем с 11, помощью пакета VisSim. 6, 7, 8, 9, 10, Моделирование системы автоматического 11 регулирования с помощью пакета VisSim.

6. Самостоятельная работа Самостоятельная работа предназначена для закрепления теоретических знаний и практических навыков, полученных студентами на лекциях и лабораторных занятиях, на подготовку к контрольным работам, для выполнения курсового проекта, а также для подготовки к экзамену. 6.1. Контрольная работа Перечень вопросов для контрольной работы №1 Для однофакторного, полного факторного, дробного экспериментов: 1. Составить матрицу спектра плана. 2. Составить матрицу базисных функций. 3. Составить информационную матрицу Фишера. 4. Написать алгебраический полином плана. 5. Геометрически представить области планирования.

факторного

Перечень вопросов для контрольной работы №2 1. Спланировать машинный эксперимент при заданном количестве факторов, уровней, повторений, затрат машинного времени на один прогон. Построить номограмму стратегического планирования. 2. Определить математическое ожидание числа наблюдений при заданной нулевой и альтернативной гипотезе случайной величины. 3. Определить оценку корреляционного момента для двух случайных величин с учетом ограниченности машинных ресурсов на хранение промежуточных результатов. 4. Провести корреляционный анализ результатов моделирования. Определить коэффициент корреляции, оценить точность обработки результатов моделирования. 5. Провести регрессионный анализ результатов моделирования. Определить функцию ошибки, среднеквадратичное отклонение, меру ошибки регрессионной модели. Построить линейную регрессионную модель.

6.3. Курсовое проектирование Цель курсовой работы – закрепить основные навыки в работе с языком имитационного моделирования GPSS и на процедурном уровне исследовать работу сложной системы массового обслуживания с разветвлениями и определенными условиями работы согласно варианту задания, полученного у преподавателя. 7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 7.1. Рекомендуемая литература 7.1.1. Основная литература 1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 343 с.: ил. 2. Советов Б.Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учебник для вузов. 2-е издание. М.: Высшая школа, 1998. 319 с.: ил. 3. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. М.: Наука, 1997. 600 с. 4. Введение в математическое моделирование: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. П.В.Тарасова. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 200 с. 5. Дружинина О.Г. Моделирование систем: Курс лекций. ч.1. Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2002. 90 с. 6. Дружинина О.Г. Моделирование систем: Курс лекций. ч.2 Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2003. 103 с. 7.1.2. Дополнительная литература 7. Альянах И.Н. Моделирование вычислительных систем. Л.: Машиностроение, 1988. 233 с. 8. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Математическая статистика: Учебное пособие для втузов. М.: Высш. шк., 1984. 248 с.: ил. 9. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988. 480 с. 10. Ликеш И., Ляга Й. Основные таблицы математической статистики/ Пер. с чешск., Предисл. Ю.Н. Тюрина, Д.С Шмерлинга. М.: Финансы и статистика, 1985. 356 с.: ил. 7.1.3. Методические указания 11. Имитационное моделирование Q-схем с помощью GPSS: Методические указания к лабораторным работам по курсу "Моделирование систем" / О.Г.Дружинина. Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2002. 37 с. 12. Имитационное моделирование D-схем с помощью пакета программ VISSIM: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Моделирование систем» / О.Г. Дружинина. Екатеринбург: Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2002. 20 С. 13. Имитационное моделирование непрерывно-детерминированных систем с помощью пакета программ VISSIM: Методические указания к

лабораторным работам по курсу "Моделирование систем" / О.Г. Дружинина. Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2002. 28 с. 14. Имитационное моделирование непрерывно-стохастических систем с помощью GPSS: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Моделирование систем " / О.Г. Дружинина. Екатеринбург: ООО "Издательство УМЦ УПИ", 2002. 39 с. 7.2. Средства обеспечения освоения дисциплины 7.2.1. Пакет программ для моделирования на GPSS. 7.2.3. Пакет программ для моделирования на VisSim. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины 8.2.1. Лаборатория вычислительной техники. 8.2.2. Локальная сеть персональных компьютеров, принтеры.

Подписано в печать Бумага писчая Уч.-изд. л.

Плоская печать Тираж

Заказ

Формат 60x84 1/16 Усл. печ.л. Цена «С»

Редакционно-издательстельский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19