ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

УТВЕРЖДАЮ:

Декан факультета

автоматизации технологических процессов

проф._______________

«____»____________2005 г.

Рабочая программа

дисциплины

“Моделирование систем”

для специальности 071900 “Информационные системы и технологии”

направление 654700 “Информационные системы”

Программа рассмотрена:

на заседании кафедры, протокол № ____ от “____” ___________________ 2005 г.

Зав. кафедрой ММИиТС ____________________________ проф.

на заседании методической комиссии по образованию

в области управления и информации,

протокол № ______ от “_____” ________________________ 2005 г.

Председатель методической комиссии ______________ проф.

Программа согласованна с выпускающей

кафедрой ИиУС _______________ проф.

Воронеж

2005 г.

 1. Цели и задачи дисциплины

Освоение методологии и технологии моделирования (в первую очередь компьютерного) при исследовании, проектировании и эксплуатации систем обработки информации и управления (АСОИУ). Модели и методы рассматриваются с использованием примеров и задач. При изучении данной дисциплины необходимо параллельно осваивать основы высшей математики, основы работы на ПЭВМ, информатику.

2. Требования к уровню освоения содержания

дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:

-  осуществлять грамотную постановку задач моделирования систем;

-  знать принципы моделирования, классификацию способов представления моделей систем;

-  знать приемы, методы, способы формализации объектов, процессов, явлений и реализации их на компьютере;

-  определять достоинства и недостатки различных способов представления моделей систем;

-  владеть технологией моделирования, уметь составить модель по словесному описанию;

-  уметь настроить модель и представить ее в алгоритмическом и математическом виде (объекты и процессы);

-  уметь оценить качество модели и показать теоретические основания модели.

3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы

Всего

часов

5 семестр

Общая трудоёмкость дисциплины

130

130

Аудиторная работа

68

68

Лекции

34

34

Практические занятия (ПЗ)

17

17

Лабораторные работы (ЛР)

17

17

Самостоятельная работа:

62

62

Проработка конспекта лекций

13,6

13,6 = 34ч × 0,4

Проработка материалов по учебнику

10,5

10,5 = 168п. л./16

Коллоквиум

10/1шт

10 = 10ч × 1

Подготовка к практическим занятиям

4

4 = 4ч × 1

Оформление отчетов по ЛР

2,4

2,4 = 12сА4ч × 0,2

Расчетно-практические работы (РПР)

10,7/2шт

21,4

- разработка математических моделей

3,6

3,6 = 3с. А4 × 1,2

- создание программ без графических оболочек

4

4 = 2 с. А4 × 2

- расчет в среде математических пакетов ЭВМ

2

2 = 2с. А1 × 1,0

- оформление текста отчетов по РПР

1,1

1,1 = 5,5с. А1 × 0,2

Вид итогового контроля

Экзамен

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№

п/п
Раздел дисциплины
Лекции

ПЗ (или С)
ЛР

1

Методология моделирования. Системный подход

4

2

2

2

Непрерывные детерминированные системы

8

2

4

3

Непрерывные стохастические системы

14

8

6

4

Дискретные системы с параллельными процессами

8

5

5

4.2. Содержание разделов дисциплины

4.2.1. Содержание разделов дисциплины (лекции)

1. Введение. Основные понятия теории моделирования. Классификация видов моделирования. Система и системный подход. Классификация математических моделей. Уровни упрощающих допущений при теоретическом моделировании. Математические методы моделирования информационных процессов и систем. Использование моделирования при исследовании, проектировании и эксплуатации систем обработки информации и управления.

2. Критерии качества моделей. Этапы моделирования. Концептуальные модели информационных систем, логическая структура моделей. Виды формализованных подходов к моделированию систем, моделирующие схемы.

3. Непрерывные детерминированные системы, D-схемы. Стационарные и нестационарные системы. Системы с распределенными и с сосредоточенными параметрами. Классы соответствующих моделей. Дедуктивный метод построения теоретических моделей.

4. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с распределенными параметрами.

5. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с сосредоточенными параметрами. Модели непрерывных стационарных систем.

6. Примеры моделей конкретных непрерывных детерминированных объектов. Методология машинных экспериментов в рамках D-схемы.

7. Непрерывные стохастические системы, как системы массового обслуживания (СМО), Q-схемы. Основные понятия теории массового обслуживания. Структура обслуживающего элемента. Потоки событий. Свойства ординарных потоков.

8. Построение модели простейшего потока.

9. Теоретическая модель нестационарного процесса обслуживания с ожиданием. Варианты модели.

10. Модель стационарного процесса обслуживания с ожиданием. Формализация и алгоритмизация информационных процессов.

11. Недостатки теоретического моделирования СМО. Имитационное статистическое моделирование СМО. Построение моделирующих алгоритмов. Статистическое моделирование на ЭВМ, оценка точности и достоверности результатов моделирования. Планирование имитационных экспериментов с моделями.

12. Имитационные модели информационных процессов.

13. Инструментальные средства, языки моделирования. Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ.

14. Дискретные системы с параллельными процессами, анализ причинно-след - ственных связей, N-схемы. Основные понятия теории сетей Петри.

15. Свойства сетей Петри. Синхронизация сетей.

16. Построение имитирующих алгоритмов. Методология машинных экспериментов в рамках N-схем.

17. Имитационное моделирование информационных систем и сетей.

4.2.2. Содержание разделов дисциплины (практические занятия)

1.  Классы моделей, критерии качества моделей, этапы моделирования.

2. Основные сведения о системе автоматизации математических расчетов MathCad. Моделирование на основе систем дифференциальных уравнений в среде MathCad.

3. Теоретическое моделирование СМО с очередью и поломками.

4. Имитационное статистическое моделирование систем. Возможности метода статистического моделирования и его точность. Моделирование случайных событий. Общие и специальные методы моделирования случайных величин. Моделирование случайных векторов.

5. Алгоритмы генерации случайных перестановок и случайных сочетаний. Статистические функции системы MathCad.

6. Моделирующие алгоритмы СМО. Расчет статистических характеристик систем.

7. Структура сетей Петри. Маркировка, правила выполнения сетей.

8. Свойства сетей Петри: безопасность, сохранение, активность. Методы анализа

сетей. Программная реализация имитации на основе сетей Петри.

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№ п/п

№ раздела

дисциплины
Наименование лабораторных работ

1

1

Этапы моделирования на примере решения задачи проектирования

2

2

Моделирование нестационарных объектов с сосредоточенными параметрами

3

3

Теоретическое моделирование стационарных режимов СМО

4

3

Имитационное моделирование информационных процессов

5

4

Методы анализа сетей Петри

6

4

Имитация информационных сетей

6. ФОРМЫ И СОДЕРЖАНИЕ ТЕКУЩЕГО, ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ

6.1. Текущий контроль

Состоит в проверке знаний студента по итогам практических и лабораторных занятий.

Рейтинговая оценка знаний студента

6.2. Промежуточный контроль

Коллоквиум

Тема коллоквиума: методология моделирования систем, детерминированные непрерывные системы.

Вопросы к коллоквиуму.

1. Система и системный подход.

2. Классификация математических моделей.

3. Критерии качества моделей.

4. Этапы моделирования, их взаимодействие.

5. Виды формализованных подходов к моделированию систем, моделирующие схемы.

6. Непрерывные детерминированные системы, D-схемы. Типы непрерывных детерминированных систем.

7. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с распределенными параметрами.

8. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с сосредоточенными параметрами.

9. Модели непрерывных стационарных систем.

10. Примеры моделей конкретных непрерывных детерминированных объектов.

11. Методология машинных экспериментов в рамках D-схемы.

7. Непрерывные стохастические системы, как системы массового обслуживания (СМО), Q-схемы. Основные понятия теории массового обслуживания. Структура обслуживающего элемента. Потоки событий. Свойства ординарных потоков.

8. Построение модели простейшего потока.

9. Теоретическая модель нестационарного процесса обслуживания с ожиданием. Варианты модели.

10. Модель стационарного процесса обслуживания с ожиданием. Формализация и алгоритмизация информационных процессов.

11. Недостатки теоретического моделирования СМО. Имитационное статистическое моделирование СМО. Построение моделирующих алгоритмов. Статистическое моделирование на ЭВМ, оценка точности и достоверности результатов моделирования. Планирование имитационных экспериментов с моделями.

12. Имитационные модели информационных процессов.

13. Инструментальные средства, языки моделирования. Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ.

14. Дискретные системы с параллельными процессами, анализ причинно-след - ственных связей, N-схемы. Основные понятия теории сетей Петри.

15. Свойства сетей Петри. Синхронизация сетей.

16. Построение имитирующих алгоритмов. Методология машинных экспериментов в рамках N-схем.

Расчетно-практические работы

Темы РПР

1. Разработка имитационной модели информационного процесса в рамках Q-схемы.

2. Разработка имитационной модели информационной системы или сети в рамках N-схемы.

6.3. Итоговый контроль – экзамен

Экзамен проводится в устной форме. Экзаменуемый студент должен ответить на два вопроса экзаменационного билета по темам дисциплины и ответить на дополнительные вопросы преподавателя.

Вопросы к экзамену

1. Система, свойства системы, системный подход.

2. Классификация математических моделей.

3. Критерии качества моделей.

4. Этапы моделирования, их взаимодействие.

5. Виды формализованных подходов к моделированию систем, моделирующие схемы.

6. Непрерывные детерминированные системы, D-схемы. Типы непрерывных детерминированных систем.

7. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с распределенными параметрами.

8. Методика синтеза моделей непрерывных нестационарных систем с сосредоточенными параметрами.

9. Модели непрерывных стационарных систем.

10. Примеры моделей конкретных непрерывных детерминированных объектов.

11. Методология машинных экспериментов в рамках D-схемы.

12. Основные понятия теории массового обслуживания. Структура обслуживающего элемента.

13. Потоки событий. Свойства ординарных потоков.

14. Построение модели простейшего потока.

15. Теоретическая модель нестационарного процесса обслуживания с ожиданием.

16. Модель стационарного процесса обслуживания с ожиданием.

17. Построение имитационных моделирующих алгоритмов для СМО.

18. Оценка точности и достоверности результатов моделирования. Планирование имитационных экспериментов с моделями.

19. Имитационные модели информационных процессов.

20. Инструментальные средства, языки моделирования.

21. Основные понятия теории сетей Петри.

22. Свойства сетей Петри. Синхронизация сетей.

23. Построение имитирующих алгоритмов. Методология машинных экспериментов в рамках N-схем.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

7.1. Основная литература:

1. Советов, систем: Учебник для ВУЗов. [Текст] / , М.: Высшая школа, 2005 г.

2. Советов, систем: Лабораторный практикум. [Текст] / , . М.: Высшая школа, 1999 г.

3. Дьяконов, Mathcad 2001i и Mathcad 11. [Текст] / . М.: СОЛОН-Пресс. 2004.

4. Сысоев, моделирование информационных и технологических систем. Учеб.. пособие для студ. ВУЗов. [Текст] / , , . Воронеж: ВГТА. 2003.

5. Бугаев, информационных процессов обработки данных. Методические указания к практическим занятиям. [Текст] / , . Воронеж: ВГТА. 2001.

6. Сысоев, Петри для моделирования дискретных систем. Методические указания к практическим и расчетно-графическим работам. [Компьют] / , . Воронеж: ВГТА. 2001.

7. Лебедев, MathCad. Методические указания к практическим занятиям. [Текст] / , . Воронеж, ВГТА. 2003.

8. Гмурман, вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для студ. ВУЗов. [Текст] / . М.: Высш. школа. 2004.

9. Кирьянов, по MathCad. [Компьют] / http: // w. w.w. *****

10. Бугаев, и оптимизация технологических процессов. Методические указания к практическим работам. [Текст] / , , . Воронеж: ВГТА. 2003.

7.2. Дополнительная литература:

1. Математическое моделирование детерминированных технологических и технических систем. Учебное пособие. [Текст] / , , и др. Воронеж: ВТИ. 1994.

2. Сысоев, моделирование. Учебное пособие. [Текст] / . Воронеж: ВТИ. 1991.

3. Питерсон, Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. [Текст] / Дж. Питерсон. М.: Мир. 1984.

4. Гнеденко, в теорию массового обслуживания. [Текст] / , . М.: Наука. 1987.

5. Ермаков эксперимент с моделями сложных стохастических систем. [Текст] / , . СПб.: Изд. ГУ. 1993.

7.3. Методические материалы преподавателю

При освоении всех разделов дисциплины необходимо сочетание следующих форм учебной деятельности: изучение лекционного материала, выполнение заданий на практических занятиях, самостоятельная работа с рекомендуемой литературой и консультации преподавателей при выполнении контрольной работы.

7.4. Обучающие, контролирующие, расчетные компьютерные программы и другие средства освоения дисциплины

Система автоматизации математических расчетов MathCad.

Программы для реализации изучаемых алгоритмов составляются студентами в процессе проведения практических занятий.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности подготовки дипломированного специалиста.

Программу составили

____________________ доц.

____________________ доц.