asyan.org
добавить свой файл
1

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

"ЗАТВЕРДЖУЮ"

Заступник ректора
проф. І.П. Гладкий
2012 р.

Робоча Навчальна програма
(за вимогами кредитно – модульної системи)

з дисципліни «Імітаційне моделювання»









Харків 2012

Робоча програма складена з дисципліни ««Імітаційне моделювання» у відповідності з вимогами державної навчально-професійної програми підготовки фахівців в галузі знань 0502 «Автоматика та управління» для спеціальності 8.05020201 “Автоматизоване управління технологічними процесами”з освітньо-кваліфікаційним рівнем «Магістр».
Робоча навчальна програма складена доц. Ільге Ігорем Генріховичем.

Рецензент доцент кафедри АКІТ Шевченко М. В.

Робоча навчальна програма розглянута на засіданні кафедри автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій (протокол № 1 від „ 29 ” серпня 2011 р.)

Зав. кафедрою, професор Нефьодов Леонід Іванович
Схвалено радою (методичною комісією) механічного факультету

(протокол № від „ ” 20 р.)

Голова ради (комісії), професор Кириченко І.Г.

Погоджено

Зав. випускаючою кафедрою, професор Нефьодов Л. І.

^ 1. Опис навчальної дисципліни
“ Імітаційне моделювання

(система змістових модулів)


Характеристика

обсягів підготовки

Характеристика

лекційного потоку

Характеристика

навчального процесу

Загальний обсяг – 1 кредит
Усього змістових моду-лів – 5
Усього блоків змістових модулів −2
Усього залікових модулів – 2
Усього кількість годин: 36 год.
Усього аудиторних годин на тиждень - 2

Галузь знань «Автоматика та управління», напрямок підготовки 6.050202 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології», спеціальність 8.05020201 «Автоматизоване управління технологічними процесами»
Освітньо – кваліфіка-ційний рівень – магістр.
Кількість навчальних груп у потоці – 1
Укладач – доцент, к.т.н. Ільге Ігор Генріхович


Навчальна дисципліна –

вибіркова
Рік підготовки – 5
Семестр навчання – 10
Кількість годин:

лекції: 24 год.
самостійна робота: 12 год.

.

Види контролю:
модульний контроль – тес-тування
Підсумковий контроль за дисципліну – інтегрований залік (тестування)

^ 2. Мета та завдання дисципліни
Предметом навчальної дисципліни є педагогічно адаптована система понять про загальні науково-технічні принципи імітаційного моделювання технологічних процесів на основі глибокого вивчення типів та структури імітаційних моделей.

^ Метою викладання дисципліни є підготовка фахівців в галузі автоматики та управління на рівні професійних вимог з питань побудови, типів і структури імітаційних моделей технологічних процесів та автоматичних систем управління, їх реалізації для проведення статистичного експерименту та застосування в області професійної діяльності.

^ Завдання навчальної дисципліни полягають у формуванні у студентів системи знань, вмінь та уявлень про основні принципи побудови і структури імітаційних моделей, організацію статистичного експерименту і аналіз його результатів.
В результаті вивчення дисципліни студент повинен

ЗНАТИ:

  • основні принципи побудови, типи, структуру і класифікацію імітаційних моделей;

  • основні принципи розробки імітаційних алгоритмів і управління часом моделювання;

  • основні методи моделювання випадкових факторів;

  • методи моделювання паралельних процесів;

  • методи стратегічного і тактичного планування імітаційних експериментів.

ВМІТИ:

  • розробляти імітаційні алгоритми;

  • моделювати випадкові фактори в імітаційній моделі;

  • обґрунтовано планувати імітаійний експеримент;

  • обробляти і аналізувати результати моделювання;

  • ефективно застосовувати ПЕОМ для моделювання технологічних процесів.

^ МАТИ УЯВЛЕННЯ: перспективні шляхи застосування імітаційних моделей в виробничих системах.
3. Зміст навчальної дисціпліни
Вступ

Місце дисципліни “ Імітаційне моделювання ” в системі підготовки фахівця даного напряму. Структура навчальної дисципліни. Організаційно-методичні рекомендації щодо самостійної роботи студентів. Контроль знань і умінь за дисципліну. Література.
^ Блок змістових модулів №1

Основи імітаційного моделювання
Змістовий модуль (тема) 1

Загальна структура і класифікація імітаційних моделей
Моделі системи. Класифікація моделей за різними критеріями. Алгоритмічна модель. Принципи завдання динаміки системи.

Особливості імітаційного моделювання. Переваги і недоліки імітаційних моделей. Склад імітаційної моделі. Загальна структура імітаційної моделі.

Моделюючий алгоритм. Принципи управління часом моделювання: принцип Δt, принцип особливих станів, принцип послідовного проведення замовлень. Поняття фізичного, модельного та машинного часу.

Структура імітаційного моделювання. Етапи імітаційного моделювання, їх взаємозв’язок. Циклічно-послідовний характер імітаційного моделювання.

Основні поняття імітаційного моделювання. Події, роботи, процеси, транзакти. Класифікація імітаційних моделей за різними критеріями.

^

Змістовий модуль (тема) 2

Основні завдання за змістовим модулем 1 для СРС


  1. Дати визначення системи с формальної точки зору.

  2. Як називається модель, стан якої не змінюється для будь-якого інтервалу часу.

  3. Які моделі відносять до динамічних моделей?

  4. Дати визначення непереривної моделі.

  5. У яких схемах завдання динаміки визначається маршрут руху інформаційних об’єктів, в вузлах якого виконується їх обробка?

  6. Для чого застосовуються моделі багаторазового використання?

  7. В яких випадках доцільно застосування імітаційного моделювання?

  8. Яку інформацію про систему містить імітаційного модель?

  9. З яких блоків складається загальна структура імітаційної моделі?

  10. Які оператори моделюючого алгоритму реалізують співвідношення математичної моделі?

  11. Якщо декілька подій співпадають у модельному часі, то як вони розташовані у машинному часі?

  12. Який принцип використовують для імітаційного моделювання непереривних динамічних систем ?

  13. Які принципи використовують для імітаційного моделювання систем масового обслуговування?

  14. Якою є структура імітаційного моделювання?

  15. Чим характеризується подія в імітаційній моделі?

  16. Які є статичні характеристики процесу при імітаційному моделюванні ?

  17. Які є динамічні характеристики процесу при імітаційному моделюванні ?

  18. Якими можливостями володіє дослідник у діалогових моделях?

  19. Які дії виконують на стадії розробки концептуальної моделі?

  20. В яких випадках доцільно використовувати моделювання із постійним кроком ?

  21. В яких випадках доцільно використовувати моделювання по особливим станам ?

  22. Який тип моделювання більш економно використовує машинний час -моделювання по особливим станам чи моделювання із постійним кроком?

  23. Дати визначення поняття «подія».

  24. Дати визначення поняття «транзакт».

  25. Дати визначення поняття «робота».

  26. Дати визначення поняття «процес».



Модульний контроль знань за змістовими модулями №1,2 (заліковий модуль №1) здійснюється у формі тестування.

Блок змістових модулів №2

^ Побудова імітаційної моделі і проведення експерименту
Змістовий модуль (тема) 3

Побудова імітаційної моделі
Опис поведінки системи в імітаційній моделі. Концептуальна модель як основа опису динаміки системи. Моделювання випадкових факторів. Методи генерації випадкових чисел. Моделювання випадкових подій. Моделювання випадкових дискретних і непереривних величин.

Управління модельним часом. Вибір шага моделювання. Зміна часу з постійним шагом. Зміна часу за особливими станами. Управління завершенням сеансу моделювання.

Моделювання паралельних процесів. Види паралельних процесів. Організація взаємодії паралельних процесів в комп’ютері. Методи опису паралельних процесів. Переліки подій.
^ Змістовий модуль (тема) 4

Планування і аналіз результатів імітаційного експерименту
Планування модельних експериментів. Факторний простір. Центр плану. Рівні плану. Стратегічне планування імітаційних експериментів. Рандомізований план. Латинський план. Змінювання факторів по одному. Дробовий план.

Тактичне планування імітаційних експериментів. Формування простої випадкової вибірки. Методи зниження дисперсії. Активні методи. Метод циклів. Метод повторення. Метод підінтервалів. Пасивні методи. Метод стратифікованої виборки.

Планування експерименту в системі MATLAB. Планування повного і часткового факторного експерименту.

Обробка і аналіз результатів моделювання. Оцінка якості імітаційної моделі. Оцінка адекватності. Статистичні критерії. Оцінка стійкості моделі. Оцінка чутливості. Калібровка моделі. Загальна схема калібровки імітаційної моделі.

Обробка і аналіз результатів моделювання засобами MATLAB. Оцінка параметрів розподілу величини, що спостерігається. Перевірка статистичних гипотез. Створення сценаріїв анализу даних.
Змістовий модуль (тема) 5
^

Основні завдання за змістовими модулями 3,4 для СРС





  1. Якими методами можна моделювати дискретні випадкові величини?

  2. Якими методами можна моделювати дискретні непереривні випадкові величини ?

  3. Нехай імовірність відказу обчислювальної системи дорівнює Рс=0,3. Чи відбувся відказ на черговому кроці моделювання, якщо сгенеровано за допомогою датчика випадкове число r=0,25 ?.

  4. Для моделювання яких випадкових величин використовують табличний метод ?

  5. Дати визначення синхронних паралельних процесів.

  6. Дати визначення асинхронних паралельних процесів.

  7. До яких процесів можна віднести паралельне виконання обчислень процесором і вивід інформації на друк?

  8. Дати визначення дочірнього паралельного процесу.

  9. Які цілі переслідує планування експерименту?

  10. За якими характеристиками необхідно тестувати генератори випадкових чисел, що застосовуються для імітаційного моделювання ?

  11. За допомогою якої діаграми виконується тестування генераторів випадкових чисел на рівномірність?

  12. За допомогою якого коефіцієнту виконується тестування генераторів випадкових чисел на незалежність?

  13. Який метод є найпростішим для отримання випадкових непереривних величин?

  14. Дати визначення центру плану модельного експерименту.

  15. Яку ціль переслідує стратегічне планування експерименту?

  16. Які плани модельного експерименту можна застосовувати лише при відсутності взаємодії між факторами ?

  17. Для чого використовують методи зниження дісперсії?

  18. Яка група методів планування експерименту передбачає формування виборки спеціальним чином?

  19. Які методи дозволяють знизити похибку, обумовлену наявністю перехідного періоду ?

  20. Яка функція застосовується в програмі MATLAB для розробки дробового факторного експерименту?

  21. Яка функція застосовується в програмі MATLAB для розробки повнофакторного експерименту?

  22. Які основні цільові властивості характеризують можливість застосування імітаційної моделі?

  23. Які фактори, притаманні саме імітаційній моделі, впливають на вірогідність результатів?

  24. Якими засобами проводиться процедура оцінки адекватності, що заснована на порівнянні вимірів на реальній моделі і результатів експериментів на імітаційній моделі ?

  25. Який критерій використовується для перевірки близькості середніх значень відгуків імітаційної моделі і системи в статистичному сенсі ?

  26. Який критерій використовується при оцінюванні стійкості результатів моделювання ?

  27. Для чого використовується f - критерій (Фішера) в аналізі результатів імітаційного моделювання ?

  28. Для чого використовується r - коефіцієнт кореляції Пірсона в аналізі результатів імітаційного моделювання ?

  29. Які етапи містить процес калібрування моделі ?

  30. На якому етапі вирішується завдання оцінки стійкості і чутливості моделі ?

  31. Для чого виконується балансування імітаційної моделі ?

  32. Яка команда використовується при обробці і аналізу результатів моделювання засобами MATLAB для підбору одного із стандартних розподілів, найбільш близьких до побудованої гістограми?

  33. Яка функція використовується в системі MATLAB для перевірки гіпотези, що змінна розподілена по нормальному закону?

  34. З якими умовами можна пов’язати закінчення сеансу імітаційного моделювання ?


Модульний контроль знань за змістовими модулями №3,4,5 (заліковий модуль №2) здійснюється у формі тестування.


^

4. Розподіл змістових модулів (за годинами та кредитами)


Таблиця 1



Назва змістового

модулю

Всього годин на змістовий модуль,

(годин/кредитів)

В тому числі

(год)

Лекції

Лаб.

роботи

СРС

1

Загальна структура і класифікація імітаційних моделей

11/0,30

8

-

3

2

Основні завдання за змістовим модулем 1 для СРС

1/0,03

-

-

1

3

Побудова імітаційної моделі

12/0,33

8

-

4

4

Планування і аналіз результатів імітаційного експерименту

11/0,30

8

-

3

5

Основні завдання за змістовими модулями 3,4 СРС

1/0,03

-

-

1




Інтегрований залік













Всього по дисціплині

36/1

24

0

12



^

5. Структура залікових модулів та оцінка

працевитрат на засвоєння дисципліни


Таблиця 3



Зміст навчального матеріалу

Кількість годин

Обсяг навчального матеріалу (кредитів)

Форма контролю

1

Заліковий модуль №1 (за змістовими модулями 1,2)

12

0,33

Модульний контроль-тестування

2

Заліковий модуль №2 (за змістовими модулями 3,4,5)

24

0,66

Модульний контроль-тестування







36

1,0

Підсумковий контроль –інтегрований залік (екзамен)


*Примітка: підсумкова оцінка працевитрат студента на засвоєння навчальної дисципліни визначається як арифметична сума кредитів за опрацьованими модулями.
^

6. Система оцінювання знань студентів і шкала оцінок


Шкала оцінювання знань за окремим заликовим модулем:

Таблиця 4

За шкалою ECTS

За національною шкалою

За шкалою навчального закладу (як приклад)

A

Відмінно

90-100

BC

Добре

75-89

DE

Задовільно

60-74

FX

Незадовільно з можливістю повторного

складання

35-59

F

Незадовільно з обовя’зковим повторним курсом

1-34

FX означає: „незадовільно” — необхідно виконати певну додаткову роботу для успішного складання;

F означає: „незадовільно” — необхідно значна подальша робота.
*Примітка: згідно з наказом МОН України від 30.12.05 р. №774 підсумкова оцінка знань з навчальної дисципліни визначається як середньозважена результатів засвоєння окремих залікових модулів в інтервалі 1…100 балів.

^ 7. Методичне забезпечення
1. Наочні матеріали з використанням системи Light Pro.

2. Матеріали кафедри на порталі університету.

3. Методичні вказівки до лабораторних робіт.

^

8. Рекомендована література



1. Лоу А. М. Имитационное моделирование / А.Лоу, В.Кельтон - СПб: "Питер", 2004. – 848 с.

2. Томашевский В. Имитационное моделирование в среде GPSS./ В. Томашевский , Е.Жданова – М. : Бестселлер, 2003. – 416 с.

3. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS. – М. : Машиностроение / Шрайбер Т. Дж. – 1980. – 592с.

4. Советов Б.Я., Яковлев С.Я. Моделирование систем (практикум) / Б.Я.Советов, С.Я.Яковлев - М.: Высшая школа, 1998. - 223 с.

5. Боев В. Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS WORLD. Учеб. пособие. — СПб. : БХВ-Петербург / Боев В. Д. - 2004. — 368 с.

6. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука: Пер. с англ. М.: Мир / Шеннон Р. - 1978. – 126 с.




Укладач доц. каф. АКІТ І.Г. Ільге