Программа дисциплины сд. Ф. 03. Моделирование систем для студентов специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по учебной работе С.Б. Бурухин
	«______»____________ 200__ г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СД.Ф.03. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

для студентов специальности
230102 – Автоматизированные системы обработки информации и управления
направления 230100 – Информатика и вычислительная техника

ОПД.Ф.09. Моделирование систем

для студентов специальности
230201 – Информационные системы и технологии
направления 230200 – Информационные системы

Форма обучения: очная, очно-заочная, заочная

Объем дисциплины и виды учебной работы в соответствии с учебными планами

Вид учебной работы	Всего часов 230100, 230102 (очное)	Семестр	Всего часов 230201 (очное)	Семестр	Всего часов 230201 (очно-заочн.)	Семестр	Всего часов 230201 (заочн.)	Курс	Всего часов 230102 (заочн.)	Курс
Вид учебной работы	Всего часов 230100, 230102 (очное)	6	Всего часов 230201 (очное)	6	Всего часов 230201 (очно-заочн.)	8	Всего часов 230201 (заочн.)	4		4
Общая трудоемкость дисциплины	130	130	119	119	119	119	119	119	130	130
Аудиторные занятия	68	68	68	68	68	68	18	18	14	14
Лекции	34	34	34	34	34	34	10	10	6	6
Практические занятия и семинары	–	–	–	–	–	–	4	4	4	4
Лабораторные работы	17	17	17	17	17	17	4	4	4	4
Курсовая работа	17	17	17	17	17	17	–	–	–	–
Самостоятельная работа	62	62	51	51	51	51	101	101	116	116
Расчетно-графические работы	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.	Зач. с оц., экз.

Обнинск 2008

Программа составлена с соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки

дипломированного специалиста 654600 Информатика и вычислительная техника (№ 224 тех/дс от 27.03.2000),
дипломированного специалиста 654700 Информационные системы (№ 276 тех/дс от 27.03.2000),
бакалавров 552800 Информатика и вычислительная техника (№ 35 тех/бак от 13.03.2000).

Программу составили:

___________________ О.М. Гулина, доцент кафедры АСУ, к.т.н., доцент

___________________ В.В. Гоголев, ассистент кафедры АСУ

Программа рассмотрена на заседании кафедры АСУ (протокол № 6-у от 25.01.2008 г.)

Заведующий кафедрой АСУ

___________________ А.Н. Анохин

«____»_____________ 200__ г.

СОГЛАСОВАНО

Начальник учебно–методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова	Декан факультета кибернетики ___________________ А.В. Антонов «____»_____________ 200__ г.
	Декан факультета заочного отделения ___________________ А.А. Росляков «____»_____________ 200__ г.
	Декан вечернего факультета ___________________ О.М. Гулина «____»_____________ 200__ г.

1 Цели и задачи дисциплины

Целями преподавания данной дисциплины являются: ознакомление с принципами моделирования сложных систем, реализующими новые информационные технологии; изучение инструментальных (программных и технических) средств моделирования процессов функционирования таких систем; реализация моделирующих алгоритмов для исследования характеристик и поведения сложных объектов; изучение аналитических моделей сложных систем – систем массового обслуживания.

2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать основные классы моделей систем предметной области, технологию их моделирования, принципы построения моделей процессов функционирования систем, методы формализации и алгоритмизации, возможности реализации моделей с использованием программно-технических средств современных ЭВМ;

уметь использовать метод машинного моделирования при исследовании, проектировании и эксплуатации АСОИУ, разрабатывать схемы моделирующих алгоритмов систем и реализовывать их; иметь представление о тенденциях развития имитационного моделирования, об автоматизации проектирования АСОИУ на базе аналитико-имитационного подхода с использованием перспективных инструментальных средств; описывать и анализировать СМО с помощью аппарата марковских цепей.

3 Содержание дисциплины

Дидактические единицы (темы) для направления 230100 «Информатика и вычислительная техника»	Раздел программы
Основные понятия теории моделирования сложных систем	3.1, тема 1-2
Классификация видов моделирования	3.1, тема 2
Имитационные модели систем	3.1, тема 7
Математические схемы моделирования систем	3.1, тема 5
Планирование имитационных экспериментов с моделями систем	3.1, тема 6
Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем	3.1, тема 6-8
Концептуальные модели систем	3.1, тема 8,11
Принципы построения моделирующих алгоритмов	3.1, тема 8
Статистическое моделирование систем на ЭВМ	3.1, тема 3-4
Оценка точности и достоверности результатов моделирования	3.1, тема 10
Инструментальные средства реализации моделей	3.1, тема 9
Языки и системы моделирования	3.1, тема 9
Анализ и интерпретация результатов моделирования систем на ЭВМ	3.1, тема 10
Моделирование при исследовании и проектировании автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ)	3.1, тема 1,10
Перспективы развития машинного моделирования сложных систем	3.1, тема 12

Дидактические единицы (темы) для направления 230200 «Информационные системы»	Раздел программы
Основные понятия теории моделирования	3.1, тема 1-2
Классификация видов моделирования	3.1, тема 2
Имитационные модели информационных процессов	3.1, тема 7
Математические методы моделирования информационных процессов и систем	3.1, тема 11,12
Планирование имитационных экспериментов с моделями	3.1, тема 6
Формализация и алгоритмизация информационных процессов	3.1, тема 6-8
Концептуальные модели информационных систем	3.1, тема 8,11
Логическая структура моделей	3.1, тема 5
Построение моделирующих алгоритмов	3.1, тема 8
Статистическое моделирование на ЭВМ	3.1, тема 3-4
Оценка точности и достоверности результатов моделирования	3.1, тема 10
Инструментальные средства	3.1, тема 9
Языки моделирования	3.1, тема 9
Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ	3.1, тема 10
Имитационное моделирование информационных систем и сетей	3.1, тема 5,7

3.1 Лекции

Номер темы	Тема	Число часов (очное, очно-заочн.)	Число часов (заочн.) 230102/ 230201
1	Введение	2	-
2	Основные понятия теории моделирования систем	2	2/2
3	Статистическое моделирование систем на ЭВМ	6	4/2
4	Вычисление интегралов методом Монте-Карло	2	2/2
5	Математические схемы моделирования систем	4	-
6	Планирование имитационных экспериментов с моделями систем	2	2/-
7	Имитационное моделирование информационных систем и сетей	4	2/2
8	Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем	2	2/2
9	Инструментальные средства моделирования систем	2	-
10	Анализ и интерпретация результатов моделирования систем на ЭВМ	2	2/2
11	Аналитические модели систем массового обслуживания	4	2/2
12	Заключение	2	-

1 Введение (Основные понятия теории моделирования)

Предмет курса, его цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими дисциплинами. Философские аспекты теории подобия и моделирования. Место метода имитационного моделирования в современной науке и практике. Задачи разработки систем на базе современных математических методов, реализуемых с использованием ресурсов инструментальных средств. Использование моделирования при исследовании и проектировании АСОИУ и их элементов. Перспективы развития методов и средств моделирования. Структура курса [осн. 1,2,5]

2 Виды моделирования систем

Понятие сложной системы S. Подсистемы и элементы. Структура, функции, переменные, параметры, состояния и характеристики большой системы. Модели и их роль в изучении процессов функционирования сложных систем. Классификация видов моделирования систем. Математическое моделирование систем. Аналитические и имитационные модели. Комбинированные (аналитико-имитационные) модели. Методы машинной реализации моделей [осн. 1,2, доп.1,3].

3 Статистическое моделирование систем на ЭВМ

Стохастические системы и возможности их компьютерного моделирования. Общая характеристика метода статистического моделирования на ЭВМ. Генерация и преобразование псевдослучайных чисел на ЭВМ. Имитация случайных событий при имитационных экспериментах со стохастическими системами. Получение последовательностей случайных чисел с заданным законом распределения. Преобразования случайных величин. Формирование реализаций случайных векторов и процессов при статистическом моделировании [осн. 1, доп.2,4 ]

4 Вычисление интегралов методом Монте-Карло

Численный метод Монте-Карло. Простейший метод оценки интеграла методом Монте-Карло. Способы уменьшения дисперсии. Метод существенной выборки.

Оценка точности и достоверности результатов моделирования [осн. , доп. 4,5]

5 Математические схемы моделирования систем

Основные подходы к описанию процессов функционирования сложных систем. Дискретно-детерминированные модели (D–схемы). Непрерывно-детерминированные модели (F–схемы). Дискретно-стохастические модели (P–схемы). Непрерывно-стохастические модели (Q–схемы). Обобщенные (комбинированные) модели (A–схемы). Сравнительный анализ возможностей машинного моделирования систем с использованием типовых математических схем [доп.1].

6 Планирование имитационных экспериментов с моделями систем

Планирование машинных экспериментов с моделями систем S. Цели и задачи планирования имитационных экспериментов. Планирование имитационных экспериментов с целью синтеза оптимальных вариантов системы S. Проблема большого числа факторов при моделировании систем на ЭВМ. Проблема стохастической сходимости результатов моделирования. Проблема уменьшения дисперсии оценок характеристик моделируемых систем S. Правила автоматической остановки имитационного эксперимента [доп.5].

7 Имитационное моделирование информационных систем и сетей

Блочные иерархические модели процессов функционирования систем. Формализация процессов функционирования систем с использованием Q–схем. Особенности построения моделирующих алгоритмов систем и сетей массового обслуживания. Принципы реализации моделирующих алгоритмов систем и сетей на основе Q–схем.

Гносеологические и информационные модели. Моделирование и новая информационная технология. Эволюционное моделирование. Прогнозирование на основе аналитико-имитационных моделей. Адаптивные системы организационного управления с эталонной моделью. Адаптивные системы управления с имитационным идентификатором. Стратегическая и оперативная компьютерная идентификация. Особенности имитационного моделирования в информационно-управляющих системах в реальном масштабе времени. Ускоренное моделирование.

Основные направления использования компьютерного моделирования при исследовании, проектировании и эксплуатации систем. Моделирование организационных систем и производственных процессов на базе информационной технологии. Общие принципы построения и правила реализации компьютерных моделей систем. Моделирование при разработке распределенных автоматизированных систем и информационных сетей. Автоматизация исследования и проектирования систем информатики на базе компьютерных моделей [осн. 3,4, доп.1].

8 Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем

Последовательность разработки и компьютерной реализации моделей систем. Построение концептуальной модели системы S. Проверка адекватности модели и объекта моделирования. Возможности формализации процессов функционирования систем. Принципы алгоритмизации процессов функционирования систем. Формы представления логической структуры моделей. Методы построения моделирующих алгоритмов. Примеры построения схем моделирующих алгоритмов [доп.1]

9 Инструментальные средства моделирования систем

Программное обеспечение моделирования систем. Основные понятия языков и систем моделирования. Функции языков моделирования. Основы систематизации языков моделирования. Средства языков моделирования. Примеры наиболее распространенных языков моделирования. Критерии выбора языков моделирования при решении конкретных прикладных задач. Рынок программных продуктов компьютерной имитации. Автоматизация разработки имитационных моделей. Пакеты прикладных программ моделирования. Базы и банки данных и знаний моделирования. Моделирование на аналоговых вычислительных машинах и гибридных моделирующих комплексах. Особенности моделирования на PC [осн. 3,4, доп.1].

10 Анализ и интерпретация результатов моделирования систем на ЭВМ

Особенности фиксации результатов машинного моделирования. Статистическая обработка результатов в процессе моделирования систем на ЭВМ. Критерии сравнительной оценки вариантов систем S по результатам моделирования. Особенности статистической обработки результатов компьютерного моделирования. Интерпретация результатов, полученных на имитационной модели [осн. 1, доп. 5].

11 Аналитические модели систем массового обслуживания

Основные понятия ТМО. Терминология СМО. Простейший поток и его свойства. Уравнения Колмогорова. Стационарный режим в СМО. Схема гибели и размножения. Задача Эрланга. Формула Литтла. Марковские системы массового обслуживания (с отказами и с бесконечной очередью). СМО с ограниченной очередью. Замкнутые СМО. Немарковские СМО [осн. 1, доп. 5].

12 Заключение

Основные направления развития и совершенствования метода имитационного моделирования на базе перспективных программно-технических средств. Пути и методы повышения эффективности моделирования систем на ЭВМ на этапах разработки и внедрения систем.

3.2 Практические и семинарские занятия – не предусмотрены

3.3 Лабораторный практикум

Раздел(ы)	Тема лабораторной работы	Число часов (очное, очно-заочное)	Число часов (заочн.)
3	Генератор псевдослучайных чисел. Критерий Пирсона (алгоритм, программа, оценка качества последовательности)	4	-
3	Получение случайных величин с произвольным законом распределения, проверка на соответствие принятому закону распределения (алгоритм, программа, оценка качества последовательности)	6	2
4	Вычисление интеграла методом Монте-Карло (алгоритм, программа, исследование, точность)	7	2

3.4 Курсовая работа

Раздел(ы)	Этапы выполнения	Литература	Число часов
1-12	Построение концептуальной модели и ее формализация Алгоритмизация модели Компьютерная реализация Имитационный эксперимент Интерпретация результатов моделирования	1,4 1, доп. 4,5	4 6 2 2 2

Курсовая работа построена на использовании методики имитационного моделирования с типовыми этапами моделирования системы, образующими “цепочку”: “построение концептуальной модели и ее формализация” – “алгоритмизация модели и ее компьютерная реализация” – “имитационный эксперимент и интерпретация результатов моделирования” – разделы 7, 8, 10.

Приступать к выполнению курсовой работы можно, освоив раздел 3 “Статистическое моделирование систем” и выполнив первые две лабораторные работы.

1 этап

Нарисовать функциональную схему предлагаемой системы.
Выявить возможные места скопления очередей, предусмотреть для них накопители.
Определить характер параметров системы – детерминированный или случайный, в последнем случае определить алгоритм их получения.
Выбрать показатели эффективности системы.

2 этап

Выбрать схему моделирования системы.
Построить алгоритм получения показателя эффективности.
Написать код, отладить.

3 этап

Провести исследование системы:

анализ чувствительности модели к параметрам;
найти оптимальный режим функционирования системы,
составить отчет, содержащий задание, все стадии выполнения работы и анализ полученных результатов.

3.5 Формы текущего контроля

для очной и очно-заочной форм обучения

Раздел(ы)	Форма контроля	Неделя
3 4 КР	Контрольная работа «Статистическое моделирование» Контрольная работа «Вычисление интегралов методом Монте-Карло» Контрольная работа «Аналитические модели СМО»	6 10 14

для заочной формы обучения

Раздел(ы)	Форма контроля	Курс
3 4 КР	Контрольная работа «Статистическое моделирование» Контрольная работа «Вычисление интегралов методом Монте-Карло» Контрольная работа «Аналитические модели СМО»	4 4 4

3.6 Самостоятельная работа

Самостоятельно студент изучает материал и пишет реферат по одной из следующих тем:

Моделирование и новые информационные технологии

Эволюционное моделирование.

Прогнозирование на основе аналитико-имитационных моделей.

Адаптивные системы организационного управления с эталонной моделью.

Адаптивные системы управления с имитационным идентификатором.

Стратегическая и оперативная компьютерная идентификация.

Особенности имитационного моделирования в информационно-управляющих системах в реальном масштабе времени.

Основные направления использования компьютерного моделирования при исследовании, проектировании и эксплуатации систем.

Моделирование организационных систем и производственных процессов на базе информационной технологии.

Общие принципы построения и правила реализации компьютерных моделей систем.

Моделирование при разработке распределенных автоматизированных систем и информационных сетей.

Автоматизация исследования и проектирования систем информатики на базе компьютерных моделей.

Системная динамика.

Метод Лемера и сдвиг Бернулли. Детерминированный хаос.

Особенности моделирования организационно-экономических систем. Активные системы.

Студентами самостоятельно изучается работа в различных средах моделирования (Excel, Delphi, MathLab) для реализации алгоритмов курсовой работы. Контроль освоения материала осуществляется в ходе консультаций при выполнении курсовой работы, выполняемой с использованием изученных сред.

Содержание самостоятельной работы	Литература	Объем, час. 230102/230201 (очное, очно-заочное)	Объем, час. 230102/230201 (заочное)	Форма контроля
Математические схемы моделирования систем	доп. [1, 3] осн. [4]	10/4	14/8	Собеседование перед сдачей курсовой работы
Изучение приемов работы в выбранной среде моделирования	-	11/6	11/6
Разработка пользовательского интерфейса	-	5	5
Реферат по выбранной теме	осн. [1-4]	10	10	Допуск к экзамену
Инструментальные средства моделирования систем	осн. [4]	6	16	Контроль при сдаче экзамена
Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем	[доп.1]	4	14/10	Контроль при сдаче экзамена
Подготовка к контрольной работе «Статистическое моделирование»	[1,2]	6	16	Контрольная работа
Подготовка к контрольной работе «Вычисление интегралов методом Монте-Карло»	[1,2]	4	14
Подготовка к контрольной работе «Аналитические модели СМО»	[1, доп.5]	6	16

4.1 Рекомендуемая литература

4.1.1 Основная литература

Гулина О.М. Конспект лекций по курсу Моделирование информационных систем. Обнинск: ИАТЭ,2000.- 84с.- 50 экз.
Комплект учебно-методических материалов по курсу Моделирование информационных систем (CD).
Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (учебник). М.: Высшая школа, 1986. 59 экз.
Гоголев В.В., Гулина О.М. Инструментальные средства моделирования. Обнинск: ИАТЭ, 2008.-30 с. 50 экз.

4.1.2 Дополнительная литература

Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.,1968.
Гулина О.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу МС. - Обнинск: ИАТЭ,1999.- 22с.- 50 экз (+электронный вид).
Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (курсовое проектирование). М.: Высшая школа.1988.-135 с.
Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973.-312 с.
Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972.-552 с.

4.2 Средства обеспечения освоения дисциплины

Электронный учебник по курсу,

Презентация курса в Power Point,

Обучающая программа по выполнению лабораторного практикума и курсовой работы.

Задачи по алгоритмизации систем массового обслуживания.

Контрольные вопросы.

5 Материально-техническое обеспечение дисциплины

Дисплейный класс для выполнения лабораторного практикума

Blog

Программа дисциплины сд. Ф. 03. Моделирование систем для студентов специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления

Содержание