Рабочая программа дисциплины математическое моделирование Специальности
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины ен. Р. 02 Математическое моделирование процессов, 353.5kb.
- Рабочая программа дисциплины «Математическое моделирование» од. А. 08; цикл од., 124.08kb.
- Правительстве Российской Федерации» (Финансовый университет) Кафедра «Математическое, 246.23kb.
- Программа дисциплины имитационное моделирование в экономике для направления 080100., 228.47kb.
- Рабочая программа По дисциплине «Экономико-математическое моделирование производственных, 373.58kb.
- Рабочая программа дисциплины математическое моделирование (Математические методы оптимизации), 521.88kb.
- Рабочая программа дисциплины (модуля) «Численные методы» послевузовского профессионального, 307.27kb.
- Рабочая программа дисциплины «статистические методы и математическое моделирование, 56.13kb.
- Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «численные методы и математическое, 428.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 85.92kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Факультет математический
Кафедра систем автоматизированного проектирования
| УТВЕРЖДЕНО Председатель учебно- методической комиссии ИМЭ ____________________________ | УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора ИМЭ по учебной работе ___________________________ |
| «___»______________2009 г. | «___»______________2009 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Математическое моделирование
| Специальности: | 110301 Механизация сельского хозяйства, 110303 Механизация переработки сельскохозяйственной продукции, 110304 Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе |
| Индекс цикла по ГОС | ФТД 00 |
Рабочая программа составлена на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальностей: 110301 Механизация сельского хозяйства, 110303 Механизация переработки сельскохозяйственной продукции, 110304 Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе утвержденного 5.04.2000 г. (регистрационный номер 312).
-
Дневное отделение
Заочное отделение
Курс - 3
Семестр - 5
Лекции - 17 час.
Лабораторные работы - 17 час.
Зачёт - 5 семестр
СРС - 46 час.
Курс - 3
Семестр - 6
Лекции - 10 час.
Лабораторные работы - 14 час.
Контрольные работы - 1
Зачёт - 6 семестр
СРС - 54 час.
| С Рабочая программа утверждена на заседании кафедры 2009 г.
оставитель рабочей | программы профессор кафедры САПР д.п.н., Шабанов Г.И. |
График учебного процесса:
| № недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 5 семестр | ||||||||||||||||||
| Лекции (час) | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 1 | |
| Лаб.раб. (час) | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 2 | | 1 |
| Межсес.уч. усп. | | | | | | | | | | * | | | | | | | | |
| Зачёт | | | | | | | | | | | | | | | | | | * |
Студенты заочной формы изучают дисциплину на 3 курсе: лекции - 10 час.,лаб. работы - 14 час.). Контр. работа и зачёт - 6 семестр. | ||||||||||||||||||
1. Цель и задачи дисциплины :
Цель изучения дисциплины – Приобретение навыков моделирования и анализа технических устройств на персональных ЭВМ для последующего использования полученных знаний в различных дисциплинах специальности.
Задачами изучения дисциплины являются :
- формирование представлений об общих методах и средствах математического моделирования технических устройств;
- приобретение практических навыков моделирования на персональных ЭВМ
технических устройств различной физической природы;
2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
В результате освоения всех тем рабочей программы студент должен иметь четкое представление о методах и средствах математического моделирования технических устройств и уметь моделировать технические устройства различной физической природы с последующим анализом полученных результатов. Для освоения дисциплины необходимы знания по математике, физике, информатике, инженерной графике, деталям машин, электротехнике полученные на начальных курсах.
3. Объём дисциплины и виды учебной работы
| Виды учебной нагрузки | д/о | з/о | ||
| Всего час. | Семестр - 5 | Всего час. | Семестр - 6 | |
| Общ. трудоёмк. дисципл. (час) | 34 | 34 | 24 | 24 |
| Лекции (час) | 17 | 17 | 10 | 10 |
| Лаб. работы (час) | 17 | 17 | 14 | 14 |
| СРС (час) | 46 | 46 | 54 | 54 |
| Контр. работы | - | - | - | 1 |
| Вид итогового контроля | - | зачёт | - | зачёт |
4.Содержание дисциплины
4.1. Содержание лекционных разделов дисциплины
| Т е м а | Количество часов | |
| д/о | з/о | |
| 1.Методологические основы моделирования Основные понятия математической модели (ММ). Синтез, анализ, оптимизация. Классификация видов моделирования. Основы детерминированного, стохастического, математического, статистического, динамического, дискретного, непрерывного и физического моделирования. 2. Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем. Сущность компьютерного моделирования сложной системы. Основные требования, предъявляемые к модели: полнота, гибкость, точность. Основные этапы моделирования технических систем: построение описательной модели системы и её формализация; Алгоритмизация модели и её компьютерная реализация; получение и интерпретация результатов моделирования. Три основных класса ошибок моделирования: ошибки формализации, ошибки решения, ошибки задания параметров системы. Схема взаимосвязи технологических этапов моделирования. 3. Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности. Информационно-аналитическая подготовка: постановки задачи, поиск, накопление и предварительная обработки информации для принятия решения, выявление и оценка текущей ситуации с учетом возникшей проблемы; выдвижение гипотез (вариантов, альтернатив, сценариев). Обзор математических теорий для формализации неопределенной информации в моделях: многозначная логика; теория вероятности; теория ошибок; теория средних интервалов; теория субъективных вероятностей; теория нечетких множеств; теория нечетких мер и интегралов. 4. Основные понятия моделирования методом планирования экспериментаПостановка вычислительного эксперимента с моделью. Понятие исследуемого объекта в виде «чёрный ящик». Количественные и качественные факторы. Факторное пространство. Построение матрицы планирования. Модель в виде полинома для четырех факторов на двух уровнях. 5. Архитектурное построение моделирующих комплексов динамических систем. Графический интерфейс, система управления базами данных , математическое ядро, подсистема визуализации. Обзор калькуляторных программ для статических вычислений и специализированных решателей для моделирования динамических процессов (MathCad, Eureka, Derive, MATLAB, RedUce, Mathematica). Явный (интегрированный), неявный (итерационный), оптими-зирующий решатель моделирующей программы. 6. Моделирование и анализ динамических процессов в технических устройствах методом эквивалентных схем. Аналогии компонентных уравнений. Компонентные и топологические уравнения систем различной физической природы. Формирование эквивалентных схем технических устройств с однородной и гибридной структурой. 7. Функциональное моделирование технических систем . Основные положения функционального моделирования техничес-ких систем. Линеаризация математических моделей инерционных элементов.Понятие передаточной функции входной и выходной фазовой переменной. Типовые нелинейные элементы. | 4 4 5 4 | 2 2 4 2 |
4.2 Лабораторный практикум
| Тема | Количество часов | |
| д/о | з/о | |
| 1. Функциональное моделирование технических объектов в программном комплексе MATLAB: 2. Моделирование технических объектов методом эквивалентных схем в системе PA-9 | 10 7 | 8 6 |
5. Организация самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа проводится в дисплейном классе в соответствии с расписанием разработанным преподавателем. Студентам предлагаются индивидуальные задания для работы в системах MATLAB и PA-9.
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для изучения дисциплины в вузе имеются:
- лекционные аудитории с необходимым количеством посадочных мест;
- дисплейные классы, оборудованные персональными компьютерами со специальным программным обеспечением (для занятий с подгруппой из 15 студентов).
7. Междисциплинарные связи
Математическое моделирование закладывает базовые конструкторские знания, которые используются в других предметах при решении специальных прикладных задач. Основными элементами знаний по моделированию являются алгоритм, программа, объект моделирования, которые в специальных учебных курсах наполняются предметным содержанием и реализуются в программно-методических комплексах. Во многих специальных инженерных дисциплинах реальный эксперимент трудно осуществим, тогда математическая модель технического объекта служит практически единственным инструментом изучения.
Таким образом, математическое моделирование с его широкими междисциплинарными информационными связями является важнейшей компонентой образования студентов технических специальностей.
8. Технологическая карта дисциплины
Дисциплина: математическое моделирование
| № | Тематика (Д-дневного, З-заочного отделения) | Теку-щий конт-роль | Мето-дическое обеспечение | ||||||
| | Раздел | Лекции | Час Д ---- З | Практические | Час | СРС | Час Д ---- З | ||
| 1. | Методологические основы моделирования | Основные понятия моделирования. | 2 ---- 2 | - | - | Синтез, анализ, оптимизация | - | Устный опрос | Литература 4-9 |
| Классифи-кация видов моделирования. | 2 ---- 2 | - | - | Дискрет-ное и неп-рерывное моделирование. | - | Устный опрос | Литература 4-9 | ||
| 2. | Формализация и алгоритмизация процесса моделирования сложных систем. | Основные этапы моделирования технических систем и её компьютерная реализация. | 1 ---- 1 | - | - | Основные требования, предъявляемые к модели: полнота, гибкость, точность. | 8 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 |
| Три основ- ных кла-сса ошибок моделирования (формализации, решения, параметризации) | 4 2 | - | - | Схема взаимосвязи технологических этапов моделирования. | 8 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 | ||
| 3. | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | Информационно-аналитическая подготовка к процессу моделирования. | 3 1 | - | - | Процесс выдвижения гипотез (вариантов, альтернатив, ценарииев) | 8 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 |
| Процесс формализации задач с неопределённой информацией. | 2 2 | - | - | Обзор теорий ошибок и средних интервалов | 8 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 | ||
| 4. | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | Постановка вычислительного эксперимента с моделью. Понятие исследуемого объекта в виде «чёрный ящик». | 3 1 | - | - | Количественные и качественные факторы при планировании эксперимента. | 8 ---- 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 |
| Факторное пространство. Построение матрицы планирования. Модель в виде полинома для четырех факторов на двух уровнях. | 2 ---- 1 | - | - | Организация матрицы ПФЭ 2n=4 | 6 9 | Конт-роль-ная рабо-та | Литература 4-9 | ||
| 5. | Архитектурное построение моделирующих комплексов динамических систем. | Графичес-кий интер-фейс, СУБД, математическое ядро,подсис-тема визу-ализации. | | - | - | Обзор калькуляторных программ для статических вычислений. | | | Литература 4-9 |
| Явный (интегрированный), неявный (итерационный), оптимизиру-ющий решатель моделирующей программы. | | - | - | Обзор специализированных решателей для моделирования динамических процессов. | | | Литература 4-9 | ||
| 6. | Моделирование и анализ динамических процессов в технических устройствах методом эквивалентных схем. | Аналогии компонентных и топологических уравнений для моделирования систем различной физической природы. | | Лаборатор-ные работы № 2,[Л.1]; № 1,2,[Л.6]. | | Моделирование электромеханических устройств | | | Литература 1-7 |
| Формирование эквивалентных схем технических устройств с однородной и гибридной структурой. | | Лаборатор-ные работы № 3,4,[Л.1]; № 3[Л.6]. | | Моделирование гидромеханических устройств | | | Литература 1-7 | ||
| 7. | Функциональное моделирование технических систем . | Основные положения функционального моделирования технических систем. Линеаризация математических моделей инерционных элементов. | | Лаборатор-ные работы № 1,[Л.1]; № 1,2,3[Л.2]. | | Лаборатор-ные работы № 3,[Л.1]; | | | Литература 1-7 |
| Понятие передаточной функции входной и выходной фазовой переменной. Типовые нелинейные элементы. | | Лаборатор-ные работы № 2,[Л.1]; № 4,5,6[Л.2]. | | Лаборатор-ные работы № 4,[Л.1]; | | | Литература 1-7 |
| 9. Перечень тем для выполнения заданий к/р (з/о отделение):
|
10.Организация промежуточного контроля знаний
Организация промежуточного контроля знаний осуществляется выполнением студентами 2-х заданий с индивидуальными исходными данными, которые выдаются преподавателем перед занятием.
Задание 1: в ПМК MATLAB сформировать и реализовать ММ поворотной платформы
2.Задание 2. в ПМК PA-9 сформировать и реализовать ММ зубчатого редуктора
Студент получает зачёт по данной дисциплине, в случае выполнения всего перечня лабораторных и самостоятельных работ с представлением письменного отчёта.
11.Учебно-методическое обеспечение дисциплины
11.1. Средства обеспечения освоения дисциплины
При проведении лекционных и лабораторных занятий применяется литература [п.6.2] и компьютерные примеры формирования и реализации математических моделей в ПМК: MATLAB и PA-9 .
11.2. Рекомендуемая литература:
1. Шабанов Г.И., Логинов Д.В.Моделирование механических систем. Учеб.пособие с грифом УМО. Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2007 г. -128 с.
2. Белов В.Ф., Логинов Д.В., Мадонов А.Н.Функциональное моделирование в системе компьютерной математики MATLAB. Учеб. пособие с грифом УМО. Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2006 г. -168 с..
3.Шабанов Г.И. и др. Проектирование и конструирование деталей и сборочных единиц в машиностроении и строительстве. Учебное пособие с грифом УМО.- Саранск 2005.-232 с.
4. Белов, В.Ф. Шабанов Г.И., Карпушкина С.А.и др. - Математическое моделирова-ние, Саранск,изд-во Мордов.ун-та,2001.- 340 с.
5. Норенков И.П.. Основы автоматизированного проектирования: Учеб.для вузов. - М.: Изд.-во МГТУ им. Н.Э.Баумана,2000. - 360 с.
6. Белов В.Ф., Шабанов Г.И.Лабораторный практикум по курсу "Математические модели в расчётах на ЭВМ" Саранск,изд-во,Мордов.ун-та,1993.- 136 с.
7. Белов В.Ф., Шабанов Г.И.Методические разработки по курсу "Математические модели в расчётах на ЭВМ" Саранск,изд-во,Мордов.ун-та,1993.- 136 с.
8.Шабанов Г.И. Методическая система обучения студентов инженерных специальностей общетехническим дисциплинам на основе комплексной информационно-образовательной базы: Изд-во мордов. гос.ун-та, 2005.- 232 с.
9.Горинштейн А.М. Практика решения инженерных задач на ЭВМ.-М. 2004-232 с.