Программа учебной дисциплины "системный анализ и моделирование в техносфере" для специальности 280200 «Защита окружающей среды»

Вид материала

Программа

Содержание Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ТОГО ЧС 1. Цель и задачи дисциплины 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Умения и навыки 3. Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость Аудиторные занятия Самостоятельная работа 5. Практические занятия 9. Рекомендуемый перечень тем практических занятий (по разделам) 10. Рекомендуемый перечень тем семинарских и других занятий (по разделам) Номер и краткое название темы (лекции) 4. Качественные методы описания систем. Морфологические методы. 5. Методы формализованного представления систем.

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины «экологический мониторинг» По направлению подготовки, 182.06kb.
• Рабочая программа (очное обучение) По В. 01. 01 (В. 01. 02.) Основы подготовки питьевой, 188.69kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд ф. 05 «Техника защиты окружающей среды» для студентов, 202.99kb.
• Программа учебной дисциплины «Химия окружающей среды» для специальности 150109 «Металлургия, 177.15kb.
• Чурикова Екатерина Валериевна рабочая программа, 364.97kb.
• Рабочая программа Для студентов Vкурса по специальности 280202 инженерная защита, 141.2kb.
• Государственный образовательный стандарт Высшего профессионального образования Направление, 9.91kb.
• Г. В. Плеханова (технический университет) М. А. Пашкевич, В. Ф. Шуйский экологический, 1176.09kb.
• Утверждаю, 701.15kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экологическое право» Для специальностей, 611.84kb.

ГОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет»


«Утверждаю»

Декан ЕГФ

доцент Пасмурнов С.М.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


"СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В ТЕХНОСФЕРЕ"


для специальности 280200 «Защита окружающей среды»

форма обучения дневное

срок обучения нормативный


Воронеж 2010

Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом направления 656500 – Безопасность жизнедеятельности, инженера. Специальности 280200 «Защита окружающей среды».

На основании примерной программы дисциплины «Системный анализ и принятие решений», утвержденной 1 марта 2003 г.


Составители программы ст. преподаватель О.П. Перегудова

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ТОГО ЧС

Протокол № 14 от 14.04.2010 г.

Рабочая программа рассмотрена и одобрена методической комиссией ЕГФ




Содержание рабочей программы преподавания дисциплины


Выписка из Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования требований к минимуму содержания и уровню подготовки инженера

направления 280000 Безопасность жизнедеятельности, природообустройство и защита окружающей среды

по специальности 280200 «Защита окружающей среды»:


Понятие техносферной системы, характеристика и классификация систем, базовые категории систем: элементы, связи, состав, структура, окружение, границы системы; переменные, векторы, траектории и пространства состояний системы. Принципы организации и динамики систем; свойства эмерджентности, энтропии и гомеостазиса систем; ситуационное и адаптивное поведение систем; структура системного исследования, модели структуры, процессов, целей и свойств систем. Диаграммы причинно-следственных связей, как модели процессов в системах; классификация методов исследования, достоинства и недостатки, принципы моделирования человеко-машинных и других динамических систем; элементы математической теории организаций и программно-целевого управления процессом совершенствования систем; управляющий объект, объект управления, цель, показатели и критерии оценки качества управления; виды и принципы управления; структура и циклы управления; принципы обоснования, обеспечения, контроля и поддержания оптимальных по выбранному критерию показателей качества систем.

Модель; этапы процесса моделирования; концептуальная модель; исходные данные и ограничения; адекватность модели; математическая модель; обработка и интерпретация результатов моделирования; оптимизация эксперимента на математической модели; регрессионный анализ; линейное программирование; детерминированные и стохастические модели; имитационное моделирование; основные модели гидромеханики; численные методы в гидромеханике; явные и неявные схемы решения; эйлеровы и лангранжевы переменные; практическая компьютерная реализация систем моделирования.

Системный анализ и прогнозирование социально-эколого-экономических систем. Анализ и решение многокомпонентных задач. Моделирование техносферы с помощью взвешенных орграфов. Прогноз развития социо-эколого-экономической системы на базе орграфов.


1. Цель и задачи дисциплины


Системный анализ - наука о применении математических методов и компьютерного моделирования к задачам принятия решений в условиях реально доступной информации. Эта наука создавалась для решения новых классов прикладных проблем - например, задач экологии, демографии, технологии, экономической динамики и анализа финансовых процессов, а также междисциплинарных задач (эколого-демографических, экономико-экологических, энергетических, биоматематических и т.д.). Обучение по данной специальности охватывает все этапы, связанные с решением задач. Это включает выбор модели, ее идентификацию и подтверждение, анализ соответствующих математических задач, алгоритмизацию конструктивных методов их решения, вычислительный эксперимент с визуализацией, построение компьютерной системы поддержки решений.

Целью дисциплины является освоение методологии системного мышления и комплексного рассмотрения сложных проблем.

Любое современное явление как биосферной, так и техносферной природы может быть воспроизведено посредством моделирования. Приобретение знаний и навыков многоаспектного моделирования также является целью данной дисциплины.

Задача дисциплины – дать обучаемому арсенал типовых приемов для моделирования различных процессов и явлений, при этом акцент делается на математическое и имитационное моделирование.


2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


Для успешного усвоения рассматриваемого курса обучаемый должен прослушать и быть аттестованным по следующим дисциплинам:

• высшая математика;
  
• физика;
  
• информатика;
  
• теория системного анализа и принятия решений;
  
• физико-химические процессы в техносфере.
  

ЗНАНИЯ основных принципов и подходов системного анализа для построения оп­тимизационных моделей ситуаций принятия решений, исследования моделей и определения оптимального плана решений в условиях ЧС;

УМЕНИЯ И НАВЫКИ:

• построения операционных моделей систем массового обслуживания (СМО) на базе теорий случайных потоков, марковских процессов, сетей и имитационного модели­рования;
  
• составления оптимизационных моделей, их исследования в среде пакета MATLAB, включая применение при поиске оптимальных решений для различных моделей набора оптимизаторов из Оптимизационного инструментария MATLAB;
  
• применения аппарата случайных процессов и теории массового обслуживания при построении операционных моделей СМО и расчета их характеристик.
  

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Форма обучения дневная очная

Срок обучения нормативный

Курс III

Вид занятий	Всего часов	Семестры и количество часов
		6
Общая трудоемкость	170	170
Аудиторные занятия	85	85
Лекции	51	51
Практические занятия	34	34
Лабораторные работы	-	-
Семинары	-	-
Другие виды аудит, занятий	-	-
Самостоятельная работа	85	85
Курсовой проект	-	-
Курсовая работа	-	-
Расчетно-графическая работа	-	-
Реферат	-	-
Работа над темами для самостоятельного изучения	19	19
Подготовка к практическим, семинарским и лабораторным занятиям	15	15
Выполнение домашних заданий	-	-
Подготовка к контрольным мероприятиям	10	10
Другие виды самостоятельной работы	-	-
Рубежи контроля знаний (экзамен, зачет)		зачет

4. Содержание дисциплины


4.1. Разделы дисциплины и виды занятий (тематический план).

№ п/п	Разделы дисциплины	Лекции (час)	Практич. занятия (час)	Семинарские занятия (час)	Лаборат. занятия (час)	Другие виды аудит. занятий (перечислить)
1	Раздел 1	4	8	-	-	-
2	Раздел 2	8	6	-	-	-
3	Раздел 3	14	20	-	-	-
4	Раздел 4	26	-	-	-	-

4.2. Содержание разделов дисциплины.

Раздел 1. Система. Системный подход и системный анализ. (4 часа)

Лекция 1. Основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем. Сложная и большая система. Классификация систем по их основным свойствам. (2 часа)

Лекция 2. Закономерности систем. Системный подход и системный анализ. (2 часа)


РАЗДЕЛ 2. Методы описания систем. (8 часов)

Лекция 3. Количественные методы описания систем. Уровни описания систем. Высшие уровни описания систем. Низшие уровни описания систем. Кибернетический подход к описанию систем. (2 часа)

Лекция 4. Качественные методы системного анализа. Морфологические методы. Метод экспертных оценок. Разработка сценариев. Оценка систем с помощью метода «Дельфи». Метод типа «дерева целей». (2 часа)

Лекция 5. Методы формализованного представления систем. (2 часа)

Лекция 6. Методы оценки безопасности объектов техносферы. Основные положения методики «Токси». (2 часа)


Раздел 3. Моделирование систем. (14 часов)

Лекция 7. Классификация видов моделирования систем. (2 часа)

Лекция 8. Основные положения теории планирования эксперимента. Этапы планирования. Дробный факторный эксперимент. (2 часа)

Лекция 9. Обработка и анализ результатов моделирования систем. Виды регрессионных кривых. Метод наименьших квадратов. (2 часа)

Лекция 10. Имитационное моделирование. Сущность имитационного моделирования. Композиция дискретных систем. Пример построения имитационной модели анализа надежности сложной системы. (2 часа)

Лекция 11. Когнитивное моделирование. Этапы когнитивной технологии. (2 часа)

Лекция 12 Модели многосвязных технических систем. Типы элементов: элемент типа С, элемент типа L, элемент типа R. (2 часа)

Лекция 13 Конечно-элементные модели. Сети одномерных конечных элементов. Виды конечных элементов. Выделение конечных элементов. (2 часа)


Раздел 4 Теория управления. (26 часов)

Лекция 14 Системы управления (САУ, АСУ). Этапы управления. (2 часа)

Лекция 15 Модели принятия решений при управлении сложными системами. (6 часа)

Лекция 16 Общий алгоритм решения задачи оптимизации численным методом. Постановка задачи принятия решения по векторным критериям. (4 часов)

Лекция 17 Процедуры экспертного оценивания (8 часов)

Лекция 18Основные положения по управлению в организационно-технических системах. (6 часов)


5. Практические занятия

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование занятия	Кол-во часов
1	1	Практическая работа «Система»	2
2	1	Практическая работа "Сложность и связность систем"	2
3	1	Практическая работа «Описания систем»	2
4	1	Практическая работа «Сложность и связность систем»	2
5	2	Практическая работа «Управление в системе и системой»	2
6	2	Практическая работа «Управление в системе»	2
7	2	Практическая работа «Математическая модель»	2
8	2	Практическая работа «Компьютерная модель».	2
9	3	Практическая работа «Интерполяция функции методом наименьших квадратов»	4
10	3	Практическая работа «Исследование алгоритма нечеткой кластеризации»	4
11	3	Практическая работа «Построение регрессионной модели методом полного факторного эксперимента»	4
12	3	Практическая работа «Изучение методов когнитивного моделирования систем»	4
13	3	Практическая работа «Изучение метода анализа иерархий».	4

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.


6.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература

1. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. – М.: Высш. шк., 2004 – 606 с.

2. Рыков А.С. Модели и методы системного анализа: принятие решений и оптимизация: Учеб. пособие для вузов – М.: МИСИС, 2005 – 352 с.

б) дополнительная литература

3. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере – М.: Академия, 2003 – 506 с.

4. Антонов А.С. Системный анализ – М.: Высшая школа, 2005, 350 с.

в) методическая литература

5. Усов Ю.И., Федянин В.И. Системный анализ и моделирование в техносфере, Курс лекций на магнитном носителе  Воронеж, ВГТУ, 2003.


6.2 Средства обеспечения освоения дисциплины

• Прикладные пакеты программ: Matlab, Excel;
  

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины


– Компьютерные лаборатории (407, 409 2-й корпус);

– Мультимедиапроектор.


8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины для преподавателя и для студента соответствующей формы и срока обучения.


Рекомендуются следующие формы контроля текущей успеваемости студентов:

• периодическая проверка конспектов лекций;
  
• контрольный опрос студентов на лекциях и практических занятиях;
  
• проверка полноты и качества выполнения заданий на самостоятельное изучение отдельных вопросов и тем по рекомендованной литературе;
  
• проведение итогового экзамена в письменном виде с последующим собеседованием по отдельным вопросам программы.
  
• подготовка отчетов по лабораторным и практическим занятиям
  
• компьютерное тестирование
  

8.2. Cтуденту, при самостоятельном изучении дисциплины следует обратить особое внимание на следующий материал: 1) Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. – М.: Высш. шк., 2004 (библиотека университета), 2) Теория систем. Острейковский В.А. – М.: Высшая школа 1997 (библиотека им. Никитина).


9. Рекомендуемый перечень тем практических занятий (по разделам)


Система, описание систем, сложность и связность систем (раздел 1)

Математическая модель. Компьютерная модель (раздел 3)

Управление в системе и системой (раздел 4)


10. Рекомендуемый перечень тем семинарских и других занятий (по разделам)

Не предусмотрены

Приложение 1

Календарный план чтения лекций.

Номер и краткое название темы (лекции)	№ недели	Примечания
1. Основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем. Сложная и большая система. Классификация систем по их основным свойствам.	23	2
2. Закономерности систем. Системный подход и системный анализ.	23	2
3. Количественные методы описания систем. Уровни описания систем: высшие и низшие уровни описания систем. Кибернетический подход к описанию систем.	24	2
4. Качественные методы описания систем. Морфологические методы. Метод экспертных оценок. Методы типа сценариев. Метод типа Дельфи. Метод типа дерева целей.	25	2
5. Методы формализованного представления систем.	25	2
6. Методы оценки безопасности объектов техносферы. Основные положения методики «Токси».	26	2
7. Классификация видов моделирования систем.	27	2
8. Основные положения теории планирования эксперимента. Этапы планирования. Дробный факторный эксперимент	27	2
9. Обработка и анализ результатов моделирования систем. Виды регрессивных кривых. Метод наименьших квадратов.	28	2
10. Имитационное моделирование. Сущность имитационного моделирования. Композиция дискретных систем. Пример построения имитационной модели анализа надежности сложной системы.	29	2
11. Когнитивное моделирование. Этапы когнитивной технологии.	29	2
12. Модели многосвязных технических систем. Типы элементов: Элемент типа С, элемент типа L, элемент типа R.	30	2
13. Конечно-элементные модели. Сети одномерных конечных элементов. Выделение конечных элементов. Виды конечных элементов.	31	2
14. Системы управления (САУ, АСУ). Этапы управления.	31	2
15. Модели принятия решений при управлении сложными системами.	32	6
16. Общий алгоритм решения задачи оптимизации численным методом. Постановка задачи принятия решения по векторным критериям.	34	4
17. Процедуры экспертного оценивания. Понятие об экспертизе. Основные положения. Виды экспертных оценок. Оценивание объектов при экспертизе. Оценивание компетентности экспертов. Анализ экспертных оценок. Экспертно-статистический метод построения показателя эффективности. Экспертные методы при подготовке решений. Организация экспертизы.	35	8
18. Основные положения по управлению в организационно-технических системах. Аксиомы управления. Модели основных функций управления.	38	6

Приложение 2

План-график самостоятельной работы

№ недели	Вид работы	Норматив час/задание	Объем (кол-во заданий)	Трудоем-кость (час)	Всего за неделю (час)
1	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 1	0,5	3	1,5	1,5
4	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 2	2	1	1	2
7	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 3	0,5	3	1,5	1,5
8	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 4	2	1	1	2
11	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 5	0,5	3	1,5	1,5
12	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 6	2	1	1	2
15	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 7	0,5	3	1,5	1,5
16	Самостоятельное изучение дополнительного материала к лекции 8	2	1	1	2
24	Подготовка к практическому занятию 1	0,5	3	1,5	1,5
26	Оформление отчета к практическому занятию 1	2	1	1	2
28	Подготовка к практическому занятию 2	0,5	3	1,5	1,5
30	Оформление отчета к практическому занятию 2	2	1	1	2
32	Подготовка к практическому занятию 3	0,5	3	1,5	7,5
	Подготовка курсовой работы	2	2	4
34	Оформление отчета к практическому занятию 3	2	1	1	6
	Подготовка курсовой работы	2	2	4
36	Подготовка к практическому занятию 4	0,5	3	1,5	7,5
	Подготовка курсовой работы	2	2	4
38	Оформление отчета к практическому занятию 4	2	1	1	8
	Подготовка к сдаче курсовой работы	1	2	2
	Подготовка к сдаче экзамена	1	4	2

(Нормы разрабатываются кафедрой методами хронометража, опроса и экспертной оценки, согласовываются с методической комиссией факультета, обучающего студентов)


Приложение 3

Карта обеспеченности студентов учебной и учебно-

методической литературой

Рекомендуемая литература	Кол-во экз. в библиотеке на момент утверждения программы	Год издания	Ожидаемое число обучающихся	Обеспеченность на одного обучающегося
Основная
1. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова.	50	2004	30	1,6
2. Рыков А.С. Модели и методы системного анализа: принятие решений и оптимизация	20	2005		0,6
Дополнительная
3. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере	30	2003	30	1
4. Антонов А.С. Системный анализ	1	2005		0,03
Методическая
5. Усов Ю.И., Федянин В.И. Системный анализ и моделирование в техносфере, Курс лекций на магнитном носителе	1	2003	30	1

Зав. кафедрой ТОГОЧС д.т.н., проф. ___________ В.И. Федянин


Директор библиотеки __________ Т.И. Буковшина

Приложение 4

Перечень вопросов к зачету


вопросы к зачету

1. Основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.
   
2. Понятие системы. Сложная и большая система. Классификация систем по их основным свойствам.
   
3. Строение и функционирование систем. Закономерности систем.
   
4. Системный подход и системный анализ.
   
5. Качественные методы описания систем.
   
6. Количественные методы описания систем.
   
7. Уровни описания систем.
   
8. Кибернетический подход к описанию систем
   
9. Системы управления (САУ, АСУ). Этапы управления.
   
10. Классификация видов моделирования систем.
    
11. Основные положения теории планирования эксперимента.
    
12. Дробный факторный эксперимент.
    
13. Обработка и анализ результатов моделирования систем.
    
14. Виды регрессионных кривых. Метод наименьших квадратов.
    
15. Модели многосвязных технических систем
    
16. Конечно-элементный модели. Метод конечных элементов
    
17. Модели принятия решений при управлении сложными системами
    
18. Общий алгоритм решения задачи оптимизации численным методом
    
19. Основные положения по управлению в организационно-технических системах.
    
20. Аксиомы теории управления.
    
21. Модели основных функций организационно-технического управления.
    
22. Описание функций управления.
    
23. Модели принятия решений при управлении сложными системами.
    
24. Основные понятия теории принятия решений и схема процесса принятия решений.
    
25. Модель общей задачи принятия решений.
    
26. Модель функции контроля.
    
27. Методы прогнозирования.
    
28. Модель функции планирования.
    
29. Модель функции оперативного управления.
    
30. Решение задач оптимизации численными методами.
    
31. Общий алгоритм решения задачи оптимизации численным методом.
    
32. Постановка задачи принятия решений по векторному критерию.
    
33. Аксиома Парето. Нахождении оптимальной области по Парето.
    
34. Критерии оптимальности: критерий Лапласа, критерий Вальда, критерий Севиджа, критерий Гурвица, критерий Бянеса.
    
35. Имитационное моделирование систем.
    
36. Методы формализованного описания систем
    
37. Моделирование систем
    
38. Процедуры системного анализа: цели, критерии, альтернативы
    
39. Этапы проведения экспертизы, процедуры экспертного оценивания.
    
40. Понятие об экспертизе.
    
41. Основные положения. Виды экспертных оценок. Оценивание объектов при экспертизе. Порядок проведения экспертизы.
    
42. Оценка компетентности экспертов. Анализ экспертных оценок.
    
43. Экспертно-статистический метод построения показателя эффективности.
    
44. Процедуры экспертного оценивания.
    
45. Экспертные методы при подготовке решений.
    
46. Организация экспертизы. Пример организации экспертизы.
    
47. Основные положения методики «Токси». Модель «тяжелого газа».
    
48. Распространение потоков энергии в веществе
    
49. Когнитивное моделирование систем. Этапы когнитивной технологии.
    
50. Системный анализ и модели теории массового обслуживания
    

РЕЦЕНЗИЯ

на учебную программу по дисциплине

«Системный анализ и моделирование в техносфере

специальности 280200 «Защита окружающей среды»


Изучение курса «Системный анализ и моделирование в техносфере» студентами высшего учебного заведения специальности 280200 «Защита окружающей среды» представляется актуальным на современном этапе развития теории и практики характеризующемся повышением уровня системности.

Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Рецензируемая программа включает в себя общую часть, в которой определены цель и задачи предмета, перечень вопросов, которыми должен владеть студент после изучения предмета. В основной части закрепляется перечень тем и вопросов, которые должен освоить студент, а также дается список рекомендуемой к использованию литературы.

Программа курса «Системный анализ и моделирование в техносфере» полностью соответствует предъявляемым требованиям высшей школы, и может быть реализована в качестве методического обеспечения учебного процесса в подготовке студентов специальности 280200 «Защита окружающей среды».


Научный сотрудник

ОАО Концерн «Созвездие»

НТК-36 Ильин М.Ю.


РЕЦЕНЗИЯ

на учебную программу по дисциплине

«Системный анализ и моделирование в техносфере

специальности 280200 «Защита окружающей среды»


Изучение курса «Системный анализ и моделирование в техносфере» студентами высшего учебного заведения специальности 280200 «Защита окружающей среды» представляется актуальным на современном этапе развития теории и практики характеризующемся повышением уровня системности.

Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Рецензируемая программа включает в себя общую часть, в которой определены цель и задачи предмета, перечень вопросов, которыми должен владеть студент после изучения предмета. В основной части закрепляется перечень тем и вопросов, которые должен освоить студент, а также дается список рекомендуемой к использованию литературы.

Программа курса «Системный анализ и моделирование в техносфере» полностью соответствует предъявляемым требованиям высшей школы, и может быть реализована в качестве методического обеспечения учебного процесса в подготовке студентов специальности 280200 «Защита окружающей среды».


Ассистент каф.ТОГОЧС Яковлева А.И.