Geum.ru

Рабочая программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах"

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Распределение учебного времени
2. Цели и задачи учебной дисциплины
Задачи изложения и изучения учебной дисциплины
3. Содержание дисциплины
Программа самостоятельной познавательной деятельности
Текущий и итоговый контроль
Пример задания на выполнение курсовой работы
Учебно-методические материалы по дисциплине
Подобный материал:

Министерство образования Российской Федерации


ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ


Декан А В Т Ф


____________Ю.С.Мельников

"___"_________2000 г.


МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

для специальности 210100

"Управление и информатика в технических системах"


Факультет Автоматики и Вычислительной Техники


Обеспечивающая кафедра Автоматики и Компьютерных Систем


Курс 5

Семестр осенний

Учебный план набора 1999 года

Распределение учебного времени



Лекции 36 часов (ауд.)

Лабораторные занятия 18 часов (ауд.)

Практические занятий 9 часов (ауд.)

Всего аудиторных занятий 63 часа


Курсовая работа в 9 семестре

Самостоятельная работа 63 часа

Общая трудоемкость 126 часов

Экзамен в 9 семестре

Дифзачет в 9 семестре


ТОМСК 2000


1.Рабочая программа составлена на основе ГОС по специальности "Управление и информатика в технических системах"


РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры АиКС____________ протокол №___________


2. Разработчик

доцент каф. АиКС __________________ Е.А.Дмитриева


3. Зав. Кафедрой ___________________Г.П.Цапко


1.АННОТАЦИЯ


Рабочая программа разработана для студентов специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах".

Моделирование – наиболее эффективный метод исследования сложных систем и процессов, позволяющий анализировать организационные и технические системы различного назначения как на этапе их проектирования, так и их эксплуатации.

При изучении данной дисциплины должны быть раскрыты следующие вопросы: сущность моделирования, методы моделирования, технология разработки моделей, последовательность этапов моделирования, применяемые программные средства моделирования.


Working program is designed for students of profession 210100 "Control and informatics in technical systems".

Modeling is the most efficient method of study complex systems and processes. This method allows to analyse organizing and technical different appointment systems as in step of their designing, so and their usages.

Students must study the following questions: an essence of modeling, methods of modeling, a model development technology, a sequence of stages of modeling, aplicable software programs.


Разработчик: Дмитриева Елена Анатольевна,

кафедра Автоматики и Компьютерных Систем,

факультет Автоматики и Вычислительной Техники.

Е-mail: dea@acs.cctpu.edu.ru


2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


2.1. Цели преподавания дисциплины


В результате изучения дисциплины студенты должны:
  • знать основные понятия, принципы и методы моделирования сложных технических систем;
  • иметь представление об основных проблемах, возникающих при моделировании систем;
  • уметь применять методы моделирования при решении задач анализа и проектирования систем различной природы;
  • приобрести навыки по использованию технологии машинного моделирования при практической реализации моделей процессов функционирования систем с использованием программной среды Е- сетевого моделирования.


2.2 . Задачи изложения и изучения учебной дисциплины


Для успешной реализации поставленных выше целей предполагается рассмотрение в лекционном курсе широкого спектра методов и методологий моделирования сложных технических систем, их практическое освоение при выполнении лабораторных работ и курсовой работы с использованием программного пакета Е – сетевого имитационного моделирования.


3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


3.1. Содержание лекций ( 36 часов )


3.1.1.Введение. Общие вопросы моделирования.(4 часа)

Основные понятия. Классификация моделей по характеру и способам использования. Основные этапы моделирования. Принцип системного подхода в моделировании систем. Определение цели моделирования. Понятие адекватности модели.


3.1.2. Сложные системы как объект моделирования.(2 часа)

Понятие сложной системы. Основные отличительные признаки. Факторы, действующие на процесс функционирования сложной системы. Показатели, характеризующие свойства сложных систем. Задачи исследования сложных систем.


3.1.3. Имитационное моделирование (ИМ) (2 часа)

Общие вопросы ИМ. Сущность ИМ. Понятие о модельном времени. Технология моделирования сложных систем. Формальные модели сложных систем.


3.1.4. Сетевое моделирование (16 часов)

Сети Петри и моделирование систем. Основные определения. Маркировка. Выполнение сети Петри. Анализ сетей Петри. Решение задачи достижимости. Достоинства и недостатки.

Е- сети как аппарат формализованного описания и моделирования сложных систем. Базисный набор элементарных сетей. Особенности построения и решения Е- сетевых моделей. Е- сетевой метод для анализа последовательных и параллельных процессов. Методика представления компонентов сложных систем в терминах Е- сетей. Программные средства Е- сетевого моделирования. Алгоритм Е- сетевой машины. Алгоритм выполнения элементарной сети. Язык описания Е- сетевых моделей. Е- сетевые модели распределенных информационно-управляющих систем. Представление, интерпретация и анализ результатов моделирования.


3.1.5. Теория массового обслуживания (8 часов)

Задачи теории МО. Общие сведения о моделях массового обслуживания (МО). Классификация моделей МО. Каналы обслуживания. Модели потоков заявок. Классификация потоков. Марковские системы МО. Системы массового обслуживания (стохастические сети). Классификация СМО. Имитационное моделирование стохастических систем методом статистических испытаний (метод Монте-Карло). Генераторы случайных чисел.


3.1.6. CASE (Computer-Aided Software Engineering) технологии и

CASE-средства (4 часа)

Методология структурного анализа и проектирования SADT. Методология моделирования IDEF: функциональное, информационное и динамическое моделирование. Программный пакет Design/IDEF для проектирования, моделирования и анализа сложных систем.


3.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (10 часов)

  • Сети Петри. Разработка сетевой структуры простейшей технической системы в соответствии с выданным вариантом (2 часа).
  • Решение задачи достижимости в сетях Петри методом построения графа достижимости; методом решения матричного уравнения на основе составления матриц инцидентности сети Петри вариантом (2 часа).
  • Разработка Е- сетевых моделей источников и поглотителей запросов (2 часа).
  • Разработка Е- сетевых моделей дисциплин обслуживания запросов (2 часа).
  • Разработка Е- сетевых моделей задач координации процессов (2 часа).


3.3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ (18 часов)

  • Программные средства Е- сетевого моделирования. Графическая среда создания сетевого изображения Е- сетевых моделей. Работа в текстовом редакторе. Создание программы модельного эксперимента на языке описания Е- сетевых моделей. ( 2 часа )
  • Исследование Е- сетевой модели немаскируемого прерываемого устройства. ( 2 часа )
  • Исследование Е- сетевой модели маскируемого прерываемого устройства. ( 2 часа )
  • Исследование Е- сетевых моделей использования ресурсов: неразделяемого и разделяемого ресурса. ( 2 часа )
  • Исследование Е - сетевой модели пакетного источника запросов. ( 2 часа )
  • Исследование Е - сетевой модели обслуживания запросов с абсолютными приоритетами. ( 4 часа )
  • Исследование Е - сетевой модели мультипроцессорной системы. ( 4 часа )


4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ


Теоретический раздел:
  • планирование имитационных экспериментов;
  • оценка точности и достоверности результатов моделирования;
  • инструментальные средства.

Практический раздел:

Выполнение курсовой работы.


5. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ

Вопросы по курсу:
  1. Модель, определение. Для чего необходима модель? Разработка модели. Трудности при моделировании сложных систем.
  2. Моделирование, определение. Процесс построения модели. Понятие адекватности модели.
  3. Принцип системного подхода в моделировании систем.
  4. Классификация моделей. Разновидности физических и идеальных моделей.
  5. Математическое моделирование (определение, виды). Основные этапы моделирования.
  6. Сети Петри. Определение. Поведение сетей Петри (маркировка).
  7. Сети Петри. Структура. Понятие события и условия в сетях Петри. Примеры: автомат-продавец и простая вычислительная система.
  8. Достоинства и недостатки сетей Петри.
  9. Одновременность и конфликт в сетях Петри.
  10. Параллелизм и синхронизация в сетях Петри. Задача о взаимном исключении. Задача о производителе/ потребителе.
  11. Задачи исследования в сетях Петри (ограниченности, сохранения и активности).
  12. Задача достижимости в сетях Петри.
  13. Е-сети. Формальное определение. Ограничения на структуру сети по сравнению с сетями Петри.
  14. Процедуры управления, временной задержки и преобразования в Е-сетях.
  15. Три состояния перехода Е-сети: пассивное, взведенное и активное.
  16. Типы элементарных схем в Е-сетях.
  17. Е-сети для представления конструкций структурного программирования.
  18. Е-сети для представления параллельных процессов.
  19. Язык описания Е-сети (разделы, пользовательские и системные переменные, функции-датчики случайных чисел).
  20. Функции статистики раздела S языка описания Е-сети.
  21. Методика Е-сетевого описания сложных систем.
  22. Структура процесса создания Е-сетевой модели.
  23. Алгоритм выполнения элементарной сети.
  24. Описательная и анализирующая мощность Е-сетей (достоинства Е-сетей).
  25. Понятие о модельном времени (три представления времени). Механизм регламентации изменения модельного времени.
  26. Модельное время. Способ фиксированного шага и способ шагов до следующего события.
  27. Способы генерирования случайных чисел.
  28. Сложные системы. Понятие. Примеры. Факторы, действующие на процесс функционирования сложных систем.
  29. Основные отличительные признаки сложных систем.
  30. Задачи исследования сложных систем (анализ и синтез).
  31. Показатели, характеризующие свойства сложных систем.
  32. Имитационное моделирование, в каких случаях его целесообразно использовать.
  33. Имитационное моделирование, достоинства и недостатки.
  34. Определение длительности переходного режима при имитационном моделировании.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ:


Курсовая работа выполняется каждым студентов в соответствии со своим индивидуальным заданием.

Пример задания на выполнение курсовой работы



Магистраль передачи данных состоит из двух каналов (основного и резервного) и общего накопителя. При нормальной работе сообщения передаются по основному каналу за (7 ± 3) с. В основном канале происходят сбои через интервалы времени (200 ± 35) с. Если сбой происходит во время передачи, то за 2 с запускается запасной канал, который передает прерванное сообщение с самого начала. Восстановление основного канала занимает (23 ± 7)с. После восстановления резервный канал выключается и основной канал продолжает работу с очередного сообщения. Сообщения поступают через (9 ± 4)с и остаются в накопителе (буфере) до окончания передачи. В случае сбоя передаваемое сообщение передается повторно по запасному каналу.

Исследования разработанной модели проводить в следующих направлениях:

1) Смоделировать работу магистрали передачи данных в течение 10 часов. Определить при имеющихся в задании исходных данных: загрузку основного канала, загрузку резервного канала, частоту отказов основного канала, число прерванных сообщений, среднее время передачи сообщений.

2) Провести сбор статистики для параметров: загрузка основного канала, загрузка резервного канала, среднее время передачи сообщений, максимальная длина очереди сообщений в буфере при различных значениях времени поступления сообщений для передачи по магистрали и различных значений интервалов времени, в течение которого происходит сбой основного канала.

3) Самостоятельно провести исследования каких-либо других характеристик функционирования данной модели и их зависимостей между собой.

Данные должны быть представлены в абсолютных единицах и в процентном отношении.


В качестве заданий на выполнение курсовой работы по разработке и исследованию Е- сетевых имитационных моделей рассматриваются также:

1. Специализированная вычислительная система, состоящая из трех процессоров и общей оперативной памяти.

2. Система передачи цифровой информации.

3. Микропроцессорная система, состоящая из трех процессоров, имеющих общее поле памяти программ.

4. Мультипрограммная организация вычислительного процесса с приоритетной дисциплиной обслуживания программ.

5. Сетевой канал обмена, предназначенный для объединения ЭВМ в локальную вычислительную сеть.

и т.д.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ


Литература
  1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум: Учебн.пособие для вузов по спец. «Автоматизация системы обработки информ. и упр.». –М.:Высш.шк., 1999. – 224с.
  2. Моделирование вычислительных систем/ И.А.Альянах. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 223 с.
  3. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для вузов по спец. "АСУ". - М.: Высш.шк., 1985. - 271 с.
  4. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь. 1988. - 232 с.
  5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978. - 399 с.
  6. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 264 с.
  7. Горстко А.Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. - М.: Знание, 1991. - 160 с.


Методические указания
  1. Е- сети и моделирование систем. Дмитриева Е.А..- Томск. ТПУ, 1995.
  2. Система Е- сетевого имитационного моделирования EVA. Дмитриева Е.А..- Томск. ТПУ, 1995.
  3. Сети Петри. Дмитриева Е.А..- Томск. ТПУ, 1998.
  4. Исследование моделей информационно- вычислительных систем. Дмитриева Е.А., Даниленко И.Н.- Томск. ТПУ, 1999.
  5. Моделирование систем управления. Рабочая программа, методические указания для студентов спец. 210100 ЦДО. Дмитриева Е.А..- Томск. ТПУ, 2000.