Рабочая программа учебной дисциплины «Сетевое моделирование комплекса работ»

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано _____________________________ Руководитель ООП по направлению 220100 профессор

Утверждаю ___________________________ Зав. кафедрой Системного анализа и управления профессор А

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Сетевое моделирование комплекса работ»

Направление подготовки: 220100 Системный анализ и управление

Магистерская программа:

«Системный анализ организационно-управленческой деятельности в больших системах»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Составитель: доц.

Санкт-Петербург

2012

1.  Цели и задачи дисциплины: целью изучения дисциплины «Сетевое моделирование комплекса работ» является освоение студентами методологии и информационных технологий сетевого моделирования при планировании и управлении сложными процессами и системами. После изучения дисциплины у студента должны быть сформированы представления о принципах и методах сетевого моделирования комплекса работ, приобретены навыки постановки, решения задач исследования операций различными методами с применением современных пакетов прикладных программ и интерпретации полученных результатов.

В дисциплине рассматриваются математические методы сетевого моделирования комплекса работ для осуществления планирования и управления сложными системами.

Задачи изучения дисциплины:

- научить студентов результативно применять научно-методический аппарат сетевого моделирования для эффективного управления процессами и системами различной природы;

- привить у студентов навыки в формализации и построении сетевых моделей для решения задач ресурсосбережения в процессе выполнения комплекса работ при создании и функционировании сложных систем;

- научить студентов использовать современные компьютерные технологии реализации методов сетевого моделирования и методов оптимизации в процессе системных исследований.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина относится к вариативной части общенаучного цикла основной образовательной программы подготовки магистров по направлению «Системный анализ и управление» и изучается магистрами программы «Системный анализ организационно-управленческой деятельности в больших системах» в течение 2-х семестров на 6 курсе.

Дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении курсов

«Основы системного анализа», «Системный анализ, оптимизация и принятие решений», «Системное моделирование», «Информационные технологии обработки данных и процесс принятия решения», «Современные проблемы системного анализа и управления».

Знания, полученные при изучении данной дисциплины, используются в научно-исследовательской работе и при написании магистерской диссертации.

Изучение дисциплины осуществляется в ходе лекционных занятий с решением конкретных задач в различных информационных ситуациях на практических занятиях, в течение 2-х семестров (6 курс), в первом семестре производится промежуточная аттестация в виде зачета и во втором семестре процесс изучения завершается сдачей экзамена.

Теоретический материал состоит из 10 разделов и основным назначением курса является углубление знаний и формирование навыков в постановке и решении практических задач сетевого моделирования комплекса работ в процессе проведения системных исследований и управления сложными системами.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование нижеперечисленных компетенций.

Обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

в области общекультурных компетенций:

- способность проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности (ОК-5);

в области профессиональных компетенций:

- способность вскрыть математическую, естественнонаучную и техническую сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, провести их качественно-количественный анализ (ПК-1);

- способность анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ПК-3);

- способность разработать практические рекомендации по использованию результатов научных исследований (ПК-5);

в научно-исследовательской деятельности:

- способность применять перспективные методы системного анализа и принятия решений для исследования функциональных задач на основе мировых тенденций развития системного анализа, управления и информационных технологий (ПК-7);

в области проектно-технологических компетенций:

- способность применять современные технологии создания сложных комплексов с использованием САSЕ-средств, контролировать качество разрабатываемых систем (ПК-11).

В результате изучения дисциплины студент должен:

Иметь представление:

– о состоянии и основных направлениях развития методологии сетевого моделирования;

– о состоянии и перспективах развития программного обеспечения для моделирования и системных исследований сложных систем.

Знать:

– теоретические основы сетевого моделирования комплекса работ в процессе создания и функционирования сложных систем;

– типовые алгоритмы решения задач сетевого планирования и управления комплекса работ;

– области и особенности применения сетевых моделей в задачах управления сложными системами.

Уметь:

– строить сетевую модель процесса и формализовать задачу оптимизации при качественном и количественном исследовании сложных систем;

- проводить обоснование, выбор и результативное использование методов решения оптимизационных задач в различных информационных ситуациях;

– интерпретировать результаты, полученные в процессе моделирования и решения конкретных задач исследования сложных систем и процессов управления ими.

Владеть:

– информационными технологиями решения задач сетевого моделирования комплекса работ.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
11	12
Аудиторные занятия (всего)	60	40	20
В том числе:
Лекции	13	8	5
Практические занятия (ПЗ)	47	32	15
Семинары (С)	0	0	0
Лабораторные работы (ЛР)	0	0	0
Самостоятельная работа (всего)	48	28	20
В том числе:
Курсовой проект (работа)	0	0	0
Расчетно-графические работы	0	0	0
Реферат	0	0	0
Другие виды самостоятельной работы:
Работа с литературой	48	28	20
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)		зачет	экзамен
Общая трудоемкость (час.) зач. ед.	108	68	40
3

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Основные понятия математического моделирования.	Понятие о моделях и моделировании. Роль моделей в науке и технике. Классификация моделей и виды моделирования. Объекты моделирования и их иерархия. Этапы математического моделирования. Принципы построения и основные требования к математическим моделям систем Общая схема разработки математических моделей. Формы представления математических моделей. Примеры моделей систем.
2	Основные положения теории графов.	Элементы теории графов. Сетевая модель. Основные элементы, построение и упорядочение сетевого графика. Виды и способы задания графов. Подграфы и части графа. Операции над графами. Маршруты. Достижимость. Связность. Расстояние в графах. Нахождение кратчайших маршрутов. Степени вершин. Обходы графов. Обходы графов по глубине и ширине. Остовы графов. Понятие и предназначение моделей сетевого планирования и управления. Сетевые модели планирования и управления. Сеть как особый вид графов.
3	Матричный метод решения задачи.	Матричный метод реализации алгоритма вычислений минимального и максимального времени наступления события: описание матричного метода вычисления минимального и максимального времени наступления события; нахождение критического времени выполнения проекта и критического пути матричным методом; применение данного алгоритма к случаю непронумерованной сети, а также к случаю табличного задания условий задачи; иллюстрация работы данного алгоритма на примере пронумерованного сетевого графика. Вычисление минимального и максимального времени наступления события на графе в случае небольшого количества событий: вычисление минимального и максимального времени наступления события на графе для пронумерованной сети, а также для непронумерованной с помощью вычисления рангов вершин, метода вычеркивания дуг и применение алгоритма вычисления минимального и максимального времени наступления события на графе для пронумерованной сети; иллюстрация данного алгоритма на примере пронумерованного сетевого графика. Вычисление минимального и максимального времени наступления события по таблице в случае представления проекта списком работ: построение по списку работ расширенной таблицы; алгоритм пошагового заполнения дополнительных столбцов расширенной таблицы; получение ответа на последнем шаге заполнения дополнительных столбцов расширенной таблицы; иллюстрация описанного алгоритма на примере табличного задания комплекса работ.
4	Укрупненные сетевые графики.	Понятия: подграфика, входа и выхода подграфика, внутренних и внешних вершин подграфика, укрупненного сетевого графика данного сетевого графика по подграфику; пример укрупненного сетевого графика некоторого сетевого графика по некоторому подграфику; утверждение о граничных вершинах, соединенных в подграфике некоторым путем; алгоритм определения новых дуг укрупненного сетевого графика; обоснование данного алгоритма; иллюстрация приведенного алгоритма на конкретном сетевом графике; утверждение о равенстве минимальных и максимальных времен наступления события, принадлежащего одновременно исходному графику и его укрупненному по некоторому подграфику графику.
5	Циклы.	Выявление циклов: описание алгоритма, который при наличии циклов в сетевом графике, выявляет все события, входящие в цикл, а при отсутствии их вычисляют для каждого события минимальное время наступления этого события; иллюстрация данного алгоритма на конкретном сетевом графике; применение данного алгоритма к вычислению максимального времени наступления каждого события и критического пути; модификации данного алгоритма.
6	Задачи при постоянных интенсивностях.	Задачи, заключающиеся в оптимальном распределении ресурсов по работам, т. е. в таком размещении работ, которое при заданных ограниченных ресурсах обеспечило бы выполнение проекта в минимальное время; понятие объема работ. Алгоритм приближенного решения рассматриваемой задачи для случая, когда работы проекта не допускают перерыва в их выполнении и когда работы допускают перерыв в своем выполнении; применение данного алгоритма к случаю, когда учитываются несколько видов ресурсов. Пример, иллюстрирующий применение алгоритма на примере сетевого графика с заданными интенсивностями выполнения соответствующих работ как для случая, когда работы проекта не допускают перерыва в их выполнении, так и для случая, когда работы допускают перерыв в своем выполнении.
7	Уплотнение ресурса.	Алгоритм уплотнения ресурсов для случая, когда работы проекта не допускают перерыва в их выполнении и когда работы допускают перерыв в своем выполнении; иллюстрация данного алгоритма на примере проекта, изображенного на линейной диаграмме с заданными ин-тенсивностями выполнения работ как для случая, когда работы проекта не допускают перерыва в их выполнении, так и для случая, когда работы допускают перерыв в своем выполнении.
8	Задачи при переменных интенсивностях.	Решение задачи, если для каждой работы известен ее объем в ресурсо-единицах, кроме того, известно, что интенсивность выполнения этой работы ограничена сверху и задана функция наличия данного ресурса в каждый момент времени; требуется так распределить по работам имеющийся ресурс, чтобы проект был выполнен в минимальное время; понятия фронта работ, максимального фронта работ, резерва времени работы данного фронта в данный момент. Алгоритм решения данной задачи; иллюстрация данного алгоритма, примененного к задаче распределения ресурса на каждой работе, с учетом сетевого графика и ограниченности ее интенсивности, чтобы проект можно было выполнить в минимальное время, для некоторого сетевого графика с известными максимальными интенсивностями выполнения работ, объемами работ и величиной ежедневного наличия ресурса.
9	Минимизация задержки выполнения проекта.	Понятия функции поставок, интегральных графиков потребности, ресурсно-допустимого времени окончания проекта; алгоритм отыскания минимального ресурсно-допустимого времени окончания проекта при заданных поставках ресурсов, т. е. отыскания минимальной задержки окончания выполнения проекта по сравнению с критическим временем; иллюстрация применения алгоритма для сетевого графика в предположении, что проект выполняется одним ресурсом, поставки заданы.
10	Различные постановки задачи оптимального распределения ресурсов при заданном времени.	Минимизация среднеквадратичного отклонения ресурса. Минимизация максимального потребления ресурса.

5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1.	Научно-исследовательская работа	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
2.	Написание магистерской диссертации	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекции	Прак. зан.	Лаб. зан.	Семин.	СРС	Всего час.
1	Основные понятия математического моделирования.	2	0	0	0	2	4
2	Основные положения теории графов.	1	8	0	0	6	15
3	Матричный метод решения задачи.	1	8	0	0	6	15
4	Укрупненные сетевые графики.	2	8	0	0	7	17
5	Циклы.	2	8	0	0	7	17
6	Задачи при постоянных интенсивностях.	1	4	0	0	6	11
7	Уплотнение ресурса.	1	2	0	0	4	7
8	Задачи при переменных интенсивностях.	1	2	0	0	3	10
9	Минимизация задержки выполнения проекта.	1	2	0	0	3	6
10	Различные постановки задачи оптимального распределения ресурсов при заданном времени.	1	5	0	0	4	9
	Всего:	13	47	0	0	48	108

6. Лабораторный практикум: не предусмотрен.

7. Практические занятия (семинары):

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тематика практических занятий	Трудоемкость (час.)
1	2	Операции над графами. Маршруты. Достижимость. Связность. Расстояние в графах. Нахождение кратчайших маршрутов. Степени вершин. Обходы графов. Обходы графов по глубине и ширине. Остовы графов.	4
2	2	Понятие и предназначение моделей сетевого планирования и управления. Сетевые модели планирования и управления. Сеть как особый вид графов.	4
3	3	Матричный метод решения задачи.	8
4	4	Алгоритмы укрупнения сетевых графиков.	8
5	5	Применение алгоритма к вычислению максимального времени наступления каждого события и критического пути; модификации данного алгоритма.	8
6	6	Задачи при постоянных интенсивностях.	4
7	7	Алгоритм уплотнения ресурсов.	2
8	8	Задачи при переменных интенсивностях.	2
9	9	Алгоритм отыскания минимального ресурсно-допустимого времени окончания проекта при заданных поставках ресурсов.	2
10	8	Минимизация среднеквадратичного отклонения ресурса. Минимизация максимального потребления ресурса.	5
	Всего	47

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.  , Радчик методы сетевого

планирования. – М.: Наука, 2005.

2.  , , Проскуряков графики в планировании: учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 2005.

3.  , , Поляков методы

планирования и управления. – М., 2005.

4.  Новицкий планирование и управление производством. учеб.-практическое пособие. – М.: Новое знание, 2004.

5.  , , Федоров методов оптимизации. – М.: Физматлит, 2005. – 368 с.

6.  , Летова оптимизации в примерах и задачах. – М.: Высшая школа, 2007. – 544 с.

7.  Сторонгин операций. Модели экономического поведения. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. – 208 с.

8.  Ширяев операций и численные методы оптимизации. – М.: Комкнига, 2007. – 216 с.

9.  Введение в исследование операций. – М.: Вильямс, 200с.

10.  Основы исследования операций. М.:Мир,1971.-534 с.

11.  Основы исследования операций. Т.1.- М.:Мир,1972; Т.2,3, 1973.

12.  Вентцель операций.-М.: Наука, 1980.

13.  Зайченко операций.- Киев:Вища школа, 1975.

14.  и др. Справочник по исследованию операций. М.:Воениздат, 1979.-368 с.

15.  , Адаптивные технологии информационно-вероятностного анализа транспортных систем.- СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009. – 305с.

б) дополнительная литература

1.  , Маргулис в сетевом планировании. – М.: Знание, 2004.

2.  , , Лавров планирования и управления по сетевым графикам и их использование в капитальном строительстве. – Л.: Высшее военное инженерно-техническое

краснознаменное училище, 2001.

3.  Сетевые методы планирования. Применение

системы ПЕРТ и ее разновидностей при управлении производственны-ми и научно-исследовательскими проектами / пер. с франц. – М., 2002. Абрамов программирование. Л., Изд-во Ленингр. ун-та,19с.

4.  Гермейер в теорию исследования операций.-М.: Наука, 1971.

5.  Давыдов операций.- М.:Высш. шк., 1990.

6.  Исследование операций: В 2-х томах. Под. ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби.-М.:Мир,1981.Тс.

7.  Исследование операций: В 2-х томах. Под. ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби.-М.:Мир,1981.Тс.

8.  Калихман задач по математическому программированию.-М.: Высш. школа, 1975.

9.  Карманов программирование.- М.:Наука, 1975.

10.  , Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. Под. ред. .-М.: Радио и связь,1981.-560 с.

11.  , , Федоров операций в задачах и упражнениях: Учебное пособие для студентов вузов, обуч. по спец. «Прикладная математика».-М.:Высш. шк.,198с.

12.  Оптимизация в технике: В 2-х кн.-М.:Мир, 1986.

в) программное обеспечение

портал «Гуманитарное образование» http://www. humanities. *****/; федеральный портал «Российское образование» http://www. *****/; федеральное хранилище «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов» http://school-collection. *****/;

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

·  электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы, предусмотренных вузовской рабочей программой, находящиеся в свободном доступе для студентов, обучающихся в вузе, на внутрисетевом сервере http://www. *****/;

научная Электронная Библиотека http://www. *****;. информационная система «Единое окно доступа к образовательным ресурсам» (http://window. *****/); рекомендуемые поисковые системы http://www. *****/, http://www. *****/, http://www. google. сom/ и др. Интернет-библиотека: http://www. Интернет-библиотека: http://www. *****

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Лаборатория теории и методов прогнозирования: ауд. 3502, площадь помещения – 67 кв м., количество рабочих мест – 10; лаборатория оснащена компьютерами и мультимедийным оборудованием для проведения лекционных и практических занятий и компьютерный класс 3501, площадь помещения – 84 кв м., количество рабочих мест – 15.

11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Методические рекомендации для преподавателей

Последовательность изложения вопросов и их глубина может быть различной в зависимости от состава аудитории и уровня подготовки студентов. Кроме того, преподаватель имеет право выбора способа изложения того или иного вопроса наиболее адекватного составу слушателей. Лекционный курс рекомендуется излагать с использованием мультимедийных средств.

Основные приемы изучения дисциплины и используемый соответствующий методический материал рассмотрены в учебниках и учебных пособиях (приведены в списках основной и дополнительной литературы):

1. Образовательные технологии: программно – целевой метод обучения (последовательное и ясное изложение материала, разумное сочетание абстрактного и конкретного, обучение по примерам; на практических занятиях для развития самостоятельного мышления и умения рассуждать рекомендуется применение исследовательского и эвристического методов); самостоятельное чтение студентами учебной, учебно-методической и справочной литературы и последующее обсуждение в виде выступлений по освоенному ими материалу на семинарских занятиях; использование иллюстративных анимационных и видеоматериалов (видеофильмы, фотографии, аудиозаписи, компьютерные презентации), демонстрируемых на современном оборудовании.

2. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации: конкретные формы и процедуры текущего, промежуточного и итогового контроля знаний доводятся до сведения обучающихся в течение первого месяца обучения. Для организации изучения дисциплины рекомендуются разработанные автором и утверждённые вузом фонды оценочных средств, включающие домашние задания, контрольные работы, тесты и методы контроля (защита, коллоквиум, зачёт, и др.), позволяющие оценить знания, умения и уровень компетентности студентов.

Контроль приобретенных навыков практической работы в лабораториях кафедры осуществляется в два этапа: при выполнении лабораторных работ и при защите теоретической части работы, результатов моделирования и оценки их достоверности.

Ежемесячно проводится оценка текущей успеваемости в форме аттестации студента и сведения передаются в деканат.

3 Итоговый контроль осуществляется защитой контрольной работы, приемом зачета и экзамена в виде тестирования. Экзаменационные тесты, разработанные автором и утверждённые вузом, должны строго соответствовать содержанию курса читаемых разделов дисциплины в данном семестре. Студенты допускаются к сдаче экзамена при наличии положительных результатов по: контрольным работам; выполненным и защищенным заданиям на семинарских занятиях, домашних заданий и зачетов.

Методические рекомендации для студентов

В семестре во время изучения дисциплины студент очной формы обучения должен выполнить 4 практических работы в соответствии с методическими указаниями к каждой работе, согласно календарному учебному плану и индивидуальному графику. Индивидуальный график работ является общим для всех студентов Национального минерально-сырьевого университета «Горный», в нем темы работ очередного занятия распределены на каждого студента согласно его порядковому номеру в журнале группы (журнал находится у старосты группы).

По выполненным работам студент составляет отчеты. Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой. Обязательная защита отчетов происходит публично на аудиторном занятии преподавателю, ведущему занятия, либо комиссии.

В соответствии с рабочей программой необходимо выполнить две контрольные работы в семестре, одна из которых домашняя, вторая – аудиторная. Контрольные работы выполняются по заданиям, аналогичным тем, что приведены в указанных выше методических пособиях, разработанных на кафедре СПГГУ и других вузов. В контрольных работах даются задачи, аналогичные типовым задачам, разобранным в учебных пособиях, приведенных в основной и дополнительной литературе.

Вся информация по организации учебного процесса продублирована на кафедральных информационных стендах.

Разработчик:

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»	доцент кафедры САиУ
(место работы)	(занимаемая должность)	(инициалы, фамилия)
Эксперты: ФБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций»	заведующий кафедрой СДВС, профессор, д-р техн. наук
(место работы)	(занимаемая должность)	(инициалы, фамилия)
радиостроения «ВЕГА»» филиал в СПб.	зам. директора по производству и НИОКР, профессор, д-р техн. наук
(место работы)	(занимаемая должность)	(инициалы, фамилия)