Системный анализ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра прикладной математики и вычислительной техники

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Самара

2007

УДК 001+62+37+ 681.3.015+621.001.2+517.51

Системный анализ/: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Системный анализ» / составитель ; Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 20с.

Предназначено для студентов специальности 230201 Информационные системы и технологии» (3-й курс, 5-й семестр), а также аспирантов и специалистов, интересующихся системным анализом.

Коноплина

Технический редактор

Фоменкова

Подписано в печать ………. Формат 60х80 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Уч.-изд. л. Усл. уч. л. . Тираж 100 экз.

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

443001 Самара,

ISBN -2

(С) Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007

Оглавление

		стр.
I	Общие положения	4
		Техника безопасности при выполнении лабораторных работ	4
		Оформление отчетов по лабораторным работам	10
II	Тематика и содержание лабораторных работ	12
		ЛР 1. Сетевое планирование	12
		ЛР 2. Моделирование алгебраического «хаоса-порядка», построение зон устойчивости	16
		ЛР 3. Моделирование аттрактора Лоренца	19
		ЛР 4. Игра «Жизнь», анализ устойчивых конфигураций	21
		ЛР 5. Системный анализ объекта информатизации	22

I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

В основе данной инструкции лежит аналогичный материал, опубликованный на http://www. academ. *****/cit/user/ykazstud. html.

Общие положения

К выполнению работ на ПЭВМ во время лабораторных и практических занятий допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и производственной санитарии, инструктаж по мерам пожарной безопасности, и не имеющие медицинских про­тивопоказаний для выполнения данного вида работ, а также ознакомившиеся с настоящей инструкцией. К работе с ПЭВМ и оргтехникой не допускаются женщины со времени установления беременности и в период кормления ребенка грудью.

В целях обеспечения безопасных методов работы, предупреждения производственного травматизма, пожароопасных ситуаций и профзаболеваний должно производиться инструктирование и обучение студентов.

Инструктаж и обучение по охране труда и технике безопасности, мерам противопожарной безопасности и производственной санитарии производится путем:

а) вводного инструктажа при поступлении в институт;

б) первичного на рабочем (учебном) месте в начале первого семестра;

в) повседневного текущего инструктажа перед началом занятия;

г) повторного инструктажа в начале каждого учебного года;

д) внепланового инструктажа.

Студенты, допускающие нарушение инструкций техники безопасности (ТБ), противопожарной безопасности (ПБ), немедленно удаляются из компьютерных классов (лабораторий).

Обязанности преподавателей,

учебно-вспомогательного персонала и студентов

Руководитель занятия (преподаватель) обязан:

• провести инструктаж по охране труда и технике безопасности (ТБ), мерам пожарной безопасности на рабочем месте с регистрацией в журналах по ТБ, ПБ;

• находиться во время занятий в лаборатории (компьютерном классе), контролировать работу студентов, следить за соблюдением правил работы, не допускать порчи материального имущества и программного обеспечения ПЭВМ;

• до и после занятия зарегистрировать техническое состояние класса в соответствующем журнале.

Учебно-вспомогательный персонал обязан:

• поддерживать помещение КК в чистоте и порядке;

• поддерживать ПЭВМ и средства оргтехники в чистоте и исправном состоянии, при невозможности устранить неполадки самостоятельно - обратиться к программистам ;

• помогать студентам, занимающимся самостоятельной работой в соответствии с установленным для этого графиком;

• проводить техническое обслуживание ПЭВМ и средств оргтехники в соответствии с графиком и регламентом работ.

Студенты обязаны:

• выполнять требования техники безопасности, пожарной безопасности, инструкций настоящего руководства;

• беспрекословно выполнять требования руководителя занятия и персонала лаборатории;

• в случае обнаружения неисправности компьютера заявить об этом руководителю занятия или персоалу лаборатории

.

Порядок проведения работ и занятий

Студенты должны:

1) ознакомиться с планом и методикой проведения лабораторного (практического) занятия;

2) после получения разрешения от руководителя занятия включить ПЭВМ и приступить к работе;

3) после выполнения задания и получения разрешения от руководителя занятия закрыть активные приложения, корректно завершить работу ПЭВМ, отключить питание;

4) привести в порядок рабочее место, и после получения разрешения руководителя покинуть помещение.

Меры противопожарной безопасности (пб)

1. Компьютерные классы, ПЭВМ, средства оргтехники, приборы и инструменты должны содержаться в чистоте.

2. Необходимо следить за исправностью и безопасным расположением электрических шнуров, кабелей, приборов, электротехнических изделий, ПЭВМ и средств оргтехники.

3. О всех замеченных технических неисправностях необходимо сообщить руководителю занятия, персоналу лаборатории.

4. В компьютерных классах запрещается:

• курить и пользоваться огнем;

• загромождать проходы мебелью, другими предметами;

• хранить в КК любые пожароопасные и взрывоопасные предметы, материалы;

• пользоваться электронагревательными приборами (электрочайники, электроплиты, обогреватели, и т. д.);

• использовать кабели и провода с поврежденной изоляцией, неисправное электрооборудование;

• пользоваться поврежденными розетками, рубильниками и другими электроустановочными изделиями;

• использовать электроаппараты и приборы в условиях, не соответствующих рекомендациям (инструкциям) предприятий - изготовителей, или имеющие неисправности.

5. По окончании работ все электроустановки и электроприборы должны быть обесточены.

Охрана труда и техника безопасности

в компьютерных классах

Требования безопасности перед началом работы

Включение ПЭВМ и других электроприборов производится только с разрешения руководителя занятия (преподавателя) и специалиста по работе на ПК (оператора) компьютерного класса.

Руководителю занятия, специалисту по работе на ПК перед включением ПЭВМ необходимо:

• проверить правильность и исправность подключения ПЭВМ, средств оргтехники и другого оборудования к сети электропитания, заземления;

• проверить достаточность освещения рабочего места и убедиться в исправной работе естественной или искусственной вентиляции.

Студенту перед включением ПЭВМ необходимо:

• подготовить рабочее место, убрать ненужные для работы предметы;

• о всех замеченных технических неисправностях сообщить руководителю занятия, специалисту по работе на ПЭВМ.

Запрещается:

• включать устройства при неисправных заземлении, кабелях питания, пользоваться поврежденными розетками, рубильниками и другими электроустановочными изделиями;

Требования безопасности во время работы

Во время работы запрещается производить любые работы, связанные со сборкой, разборкой, включением и выключением ПЭВМ, без разрешения руководителя занятия или специалиста по работе на ПК.

Запрещается:

• работать на неисправных ПЭВМ и средствах оргтехники;

• перекоммутировать оборудование;

• работать без соответствующего освещения и вентиляции рабочего места;

• работать, если при прикосновении к корпусам оборудования ощущается действие электрического тока;

• вскрывать корпуса ПЭВМ и средств оргтехники, разбирать периферийные и другие устройства;

• без необходимости включать принтер и другие периферийные устройства;

• оставлять без присмотра включенные в электросеть ПЭВМ, средства оргтехники и другие электроприборы.

Требования безопасности по окончанию работы

Студентам необходимо:

• закрыть приложения, завершить сеанс работы, обесточить ПЭВМ, средства оргтехники и иное оборудование ;

• привести в порядок рабочее место, убрать вспомогательные материалы и инструменты;

Специалисту по работе на ПК (оператору) необходимо:

• осмотреть КК на предмет наличия признаков возгорания, посторонних предметов, сохранности материальных средств;

• обесточить ПЭВМ, светильники помещения, вентиляторы, кондиционеры и другие электроприборы;

• закрыть окна, решетку, дверь и опечатать помещение;

• при наличии сигнализации поставить КК на пульт охраны;

• сдать КК службе охраны с обязательной отметкой в соответствующем журнале.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

При возникновении сбоев в работе, появлении дыма, искрения, посторонних шумов и запахов, теплового излучения, при ощущении действия электрического тока от прикосновения к корпусам ПЭВМ, средств оргтехники, приборов и инструментов необходимо отключить их от электрической сети и сообщить об этом руководителю занятия (преподавателю), специалисту по работе на ПК (оператору).

При поражении электрическим током

Необходимо:

• устранить воздействие электрического тока на организм пострадавшего (отключить электропитание в КК, устранить контакт при помощи подручных не проводящих тока предметов);

• сообщить руководителю занятия, специалисту по работе на ПК;

• определить характер и тяжесть травмы, последовательность мероприятий по оказанию помощи пострадавшему;

• вызвать врача или скорую медицинскую помощь, сообщив им характер поражения и состояние пострадавшего;

• приступить к оказанию первой помощи на месте, поддерживать основные жизненные функции пострадавшего до прибытия медицинского работника;

• принять меры к сохранению обстановки на месте происшествия, если она не угрожает жизни и здоровью окружающих.

При появлении признаков возгорании любого устройства ПЭВМ, средств оргтехники или проводки

Необходимо:

• обесточить все электроприборы, позвонить по телефону 01 (назвать адрес, место возникновения пожара, свою фамилию), сообщить руководителю занятия, оператору, непосредственному начальнику;

• принять меры по эвакуации людей из помещения и сохранности материальных ценностей;

• приступить к тушению очага возгорания углекислым огнетушителем;

• нельзя применять для тушения воду и открывать окна;

• организовать встречу подразделений пожарной охраны.

• при ожоге огнем пользоваться раствором марганцовокислого калия, который находится в аптечке класса.

Требования к пользователям ПЭВМ компьютерных классов

Общие положения:

• пользователю не гарантируется конфиденциальность информационного обмена и сохранность информации;

• пользователь несет полную ответственность за действия, связанные с работой на ПЭВМ и средствах оргтехники, использования сетей, от его имени или с закрепленного за ним рабочего места.

Пользователь имеет право:

• работать на одном компьютере, с любыми приложениями, установленными на этом рабочем месте;

• создавать и хранить в отведенном для этого месте (локальный диск и личный сетевой диск S:) документы и файлы, созданные в процессе работы или полученные из сетевых ресурсов, а также сохранять их на дискету;

• пользоваться информацией из внутренних и глобальных сетевых ресурсов;

• получить и использовать адрес электронной почты установленного образца и характеристик на время работы или обучения в институте;

• принимать участие во внутриинститутских конференциях и использовать другие, не запрещенные сетевые коммуникации;

• распечатать информацию на печатающем устройстве; если печать производится на платной основе, необходимо предварительно оплатить стоимость печати в кассу института, а кассовый чек предъявить оператору КК.

Пользователь обязан:

• перед началом работы пройти инструктаж по ТБ и мерам ПБ, ознакомиться с настоящим руководством;

• знать и выполнять правила работы на ПЭВМ и средствах оргтехники;

• регистрироваться в системе только под своим именем, использование чужих имен и паролей не допускается;

• для самостоятельной работы с ПЭВМ пройти предварительное обучение и иметь соответствующий допуск (разрешение), предъявить специалисту по работе на ПК (оператору) КК документ, удостоверяющий личность (служебное удостоверение, студенческий билет или зачетная книжка ЗИП Сиб УПК);

• работая в сети, соблюдать общепринятые нормы этики и морали;

• при работе в информационной сети руководствоваться «Положением и правилами работы в информационной сети»;

• соблюдать санитарные нормы в КК;

• о всех нарушениях немедленно сообщить руководителю занятия, специалисту по работе на ПК (оператору).

Категорически запрещено:

• без разрешения преподавателя (оператора) входить и работать с ПЭВМ и средствами оргтехники;

• без разрешения преподавателя (оператора) работать с личными дискетами;

• работать с ПЭВМ в верхней одежде;

• работать, положив клавиатуру на колени;

• перегружать компьютер клавишей «POWER»;

• открывать корпус системного блока, монитора, периферийных устройств;

• перемещать, перекоммутировать устройства ПЭВМ, располагать на них посторонние предметы;

• самостоятельно устранять какие-либо неисправности;

• модернизировать или изменять параметры (настройки) операционной системы;

• прикасаться пальцами к экрану монитора и изменять его настройки и настройки периферийных устройств;

• устанавливать любые программы, а также запускать программы, не относящиеся к учебному процессу, способные получать информацию о сетевых настройках, ресурсах, мешающие нормальной работе других пользователей;

• вставлять в дисковод или привод CD-ROM дискеты, CD-диски со следами физических повреждений, плохо приклеенными этикетками, а также посторонние предметы;

• просматривать, использовать сетевые ресурсы других пользователей;

• передавать свои сетевые регистрационные имена и пароли другим лицам;

• применять методы, приемы работы, нарушающие нормальную работу других пользователей;

• создавать, использовать вредоносные программы, способные нарушить нормальную работу ПЭВМ или нормальную работу других пользователей;

• предпринимать попытки несанкционированного доступа к близлежащим или удаленным серверам;

• подписываться на любые списки рассылки (ftp-mail, mail-server, www-mail и т. д.), не соответствующие целям и основным видам деятельности, осуществляемым университетом;

• производить массовые рассылки электронных писем, рассылать сообщения, содержащие просьбу переслать данное сообщение другим пользователям, создавать и поддерживать сетевые ресурсы, противоречащие законодательству РФ;

• использовать ресурсы ПЭВМ и сетевые ресурсы в коммерческих целях;

• при работе с печатающим устройством (принтером):

- выключать питание, если в данный момент устройство производит подготовку к выводу или вывод изображения;

- в процессе печати вынимать или вставлять листы бумаги;

- самостоятельно пытаться вынуть застрявший лист бумаги;

- открывать крышки и самостоятельно пытаться заменить расходные материалы;

- использовать материал, не соответствующий характеристикам оборудования, например, картон, пленку, не предназначенную для печати на принтерах;

- если во время печати произошло аварийное отключение электропитания, сообщите об этом руководителю занятия;

• покидать рабочее место, не завершив работу с системой;

• выносить любые материальные ценности из компьютерного класса;

• курить в компьютерном классе;

• распивать любые напитки и есть;

• жевать жвачку

• осуществлять любые действия, запрещенные действующим законодательством Российской Федерации.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТОВ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Отчет по отдельной лабораторной работе не имеет титульной страницы. На его первой странице вверху пишется номер и название лабораторной работы, затем размещается вся необходимая информация в виде связного текста. Нумерация страниц, рисунков, таблиц, литературы ведется в каждом отчете независимо. Отчеты печатаются шрифтом Times New Roman, размером 14 через 1 интервал, поля: левое – 3 см, остальные по 2 см.

Ссылки на литературу указываются по тексту в квадратных скобках, где приводится ее номер в списке литературы. Список литературы размещается в конце отчета. Он должен быть оформлен в соответствии с определенными правилами (цитируются по сайту «Правила оформления курсовых работ, докладов, статей» URL: http://lawfac. *****/snoski_bibliogr. html (9 января 2004 г.).

При использовании журнальных материалов необходимо указать фамилию, инициалы автора статьи; ее название; наименование журнала; год издания; номер страницы.

Коряковцев, В. В. О расширении доказательственной базы в уголовном судопроизводстве Российской Федерации/ // Вестн. С.-Петербург. ун-таСер.6. - Вып.2. - С.107-114

При ссылке на книгу указываются фамилия и инициалы; название книги; город, где издана; год; страница. Для коллективных монографий и сборников статей указывается редактор (отв. редактор, редколл), а для сборников статей указывается также первые три автора.

Неволин, законоведения/ . –СПб., 19

Конституция, закон, подзаконный акт / под ред. .- М., 1994. - С.52

Название / редколл: , ; , , и др. - Л., 1987.

При оформлении ссылки на материалы из Интернета нужно по возможности максимально следовать таким же требованиям, как и при оформлении библиографии печатных работ, обязательно указывая полный адрес материала в Интернете, включая название сайта и дату рецепции материала.

Автор. Название материала (учебника, статьи и т. п.) // Название сайта: URL: http://www. /article. html (20февр.).

Поляков ли интегральная теория права? // Неофициальный сайт ЮрФака СПбГУ: URL: http://lawfac. *****/integr_teor. html (20февр.).

При ссылке на законодательный акт в сноске необходимо указать его полное официальное наименование и официальный источник.

Закон РФ "..." // Название источника. 1995. - №1. - - Ст.2 .

Отчет должен быть написан самим студентом, а не быть «содранным» из Интернета или являться просто набранным на компьютере текстом из реферируемого источника. Все дословные заимствования должны быть поставлены в кавычки. Нужно отметить, что стиль изложения, присущий «взрослым» публикациям, разительно отличается от стиля, которым владеют студенты младших курсов, поэтому для преподавателя не составляет труда распознать прямое заимствование. Кроме того, заимствование из Интернета легко проверить, набрав в любом поисковом сервере фразу из «подозрительного» текста. Имеется даже специальный сайт www. *****, осуществляющий такую проверку.

II ТЕМАТИКА И СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ЛР 1. Сетевое планирование

Краткие теоретические сведения

Для оперативного управления сложными операциями в середине 50-х г. прошлого века в США был разработан метод ПЕРТ, получивший широкое распространение под названием «сетевое планирование». Сетевое планирование направлено на оптимальную организацию выполнения комплекса взаимосвязанных работ с тем, чтобы обеспечить завершение всего комплекса работ в минимальный срок за счет маневрирования ресурсами (перераспределения по отдельным работам с целью их ускорения).

Дадим краткое описание идей сетевого планирования.

Сетевым графиком называется графическое изображение комплекса работ в виде ориентированного графа без контуров с дугами, имеющими одну или несколько числовых характеристик, отображающими технологическую взаимосвязь между работами.

Работа – это процесс, происходящий во времени, поэтому можно говорить об объеме работы, выполненному к моменту времени.

Термин «работа» может иметь следующие значения:

·  действительная работа – или просто работа, т. е. производственный или творческий процесс, требующий затрат труда, времени и материальных ресурсов;

·  зависимость (фиктивная работа)  – работа, не требующая затрат труда, времени и ресурсов.

Действительную работу и ожидание на сетевом графике принято обозначать сплошной стрелкой, а фиктивную – пунктирной.

Событие означает определенное состояние в процессе выполнения работ, т. е. событие – это определенный результат предшествующих работ, дающий возможность начать другие работы. Предшествующее событие – это событие, которое определяет начало работы. Последующее событие – это событие, которое определяет завершение работы. Исходным (или начальным) называется событие, которое не имеет непосредственно предшествующих ему работ. Конечным (или завершающим) называется событие, которое непосредственно не имеет непосредственно следующих за ним работ.

Для примера на рисунке 1 представлен сетевой график разработки некоторой имитационной системы. События показаны пронумерованными кружками, числа над стрелками показывают длительность соответствующих работ при некотором изначальном распределении между ними ресурсов (например, количества исполнителей). В таблице 1 приведен детализированный перечень работ и событий.

Рисунок 1 - Сетевой график работ по разработке и внедрению имитационной системы

Построение сетевого графика, как правило, является начальным моментом осуществления работ: главная задача – это последующая оптимизация графика с целью повышения общей экономической эффективности всего цикла «проектирование – реализация – внедрение».

Методика расчета продолжительности выполнения разработки по сетевым графикам основана на оценке так называемого критического пути. Любая последовательность работ в сетевом графике, в которой конечное событие каждой работы совпадает с начальным событием следующей за ней работы, называется путем. Путь сетевого графика, имеющий начало в исходном событии, а конец в завершающем, называется полным путем. Путь, обладающий максимальной длительностью из всех имеющихся полных путей, называется критическим. Критический путь показывает время, необходимое для выполнения всего комплекса работ.

Как видно из рисунка 1, имеется 5 полных путей с продолжительностями 48, 84, 106, 123 и 89 дней. Критический путь показан толстыми стрелками. Его продолжительность 123 дня, следовательно, весь проект может быть завершен в 123 дня. Однако срок выполнения может быть уменьшен, если использовать разные приемы – такие, как запараллеливание работ, привлечение дополнительных ресурсов на выполнение работ, лежащих на критическом пути, сопровождаемое снятием их с работ, не лежащих на критическом пути и располагающих ресурсными резервами.

В нашем примере оптимизация начинается с процедуры выравнивания сетевого графика – «снятия» ресурсов с работ, не лежащих на критическом пути, и «переброску» их на работы, лежащие на критическом пути, – и так до тех пор, пока все пути не  станут критическими. Видно, что можно снять ресурсы с работ  1–10, 3–4, 4–6, 4–7 и 5–7  и перебросить их на особо трудоемкие работы, лежащие на критическом пути.

Таблица 1 - Детализированный перечень работ и событий

Работа	Предшествующее событие	Последующее событие	tож
Код	Наименование	Код	Наименование	Код	Наименование	(дней)
0–1	Анализ проблемной области, ознакомление с прототипами, оценка целесообразности создания системы	0	Получено задание на создание системы	1	Постановка задачи	24
1–2	Формулирование проблемы, определение целей моделирования	1	Постановка задачи	2	Содержательное описание реальной системы	7
1–10	Экономическое обоснование разработки и внедрения системы	1	Постановка задачи	10	Проектная документация	14
2–3	Концептуальное описание системы, разработка концептуальной модели	2	Описание реальной системы	3	Концептуальная модель	8
3–4	Формализованное описание	3	Концептуальная модель	4	Формальная модель	15
3–5	Сбор и анализ исходных данных	3	Концептуальная модель	5	Исходные данные	17
4–6	Разработка (программирование) имитационной модели	4	Формальная модель	6	Имитационная модель	11
4–7	Определение критериев эффективности и управляющих параметров	4	Формальная модель	7	План направленного вычислительного эксперимента	4
5–6	Параметризация компонентов модели	5	Исходные данные	6	Имитационная модель	19
5–7	Планирование направленного вычислительного эксперимента	5	Исходные данные	7	План направленного вычислительного эксперимента	7
6–7	Оценка адекватности и верификация имитационной модели	6	Имитационная модель	7	План направленного вычислительного эксперимента	22
7–8	Проведение исследования на имитационной модели	7	План вычислительного эксперимента	8	Выходная статистика	11
8–9	Анализ и интерпретация результатов моделирования	8	Выходная статистика	9	Результаты исследования, выводы	9
9–10	Документирование проекта	9	Результаты исследования, выводы	10	Проектная документация	6
10–11	Внедрение системы	10	Проектная документация	11	Сдана в эксплуатацию	6

Будем считать, что снятие единицы ресурса с работы приводит к ее увеличению на единицу времени, а назначение ресурса - к ее сокращению на единицу времени. Предположим также, что нельзя сокращать или увеличивать работу более, чем вдвое, а переброска ресурсов с одной работы на другую ведет к увеличению стоимости работ пропорционально количеству переброшенных ресурсов. В этом случае можно перераспределить ресурсы так, как это показано в таблице 2, когда все полные пути становятся критическими и весь проект может быть выполнен в течение 83 дней.

Конечно, сетевое планирование гораздо богаче рассмотренного примера, оно является мощным средством планирования и оперативного управления многомиллиардными проектами, включающими тысячи взаимосвязанных работ.

Таблица 2 - Расчет критического пути сетевого графика после оптимизации

рассмотрим решение ранее описанной задачи сетевого планирования сведением к линейному программированию.

Таблица 2а – Характеристики работ

Работа	Номер работы	Длительность не менее, дней	Длительность не более, дней
0-1	1	12	48
1-2	2	3	14
2-3	3	4	16
3-4	4	7	30
3-5	5	8	34
5-6	6	9	38
5-7	7	3	14
4-6	8	5	22
6-7	9	11	44
4-7	10	2	8
1-10	11	7	28
7-8	12	5	22
8-9	13	4	18
9-10	14	3	12

Пусть - время совершения события с номером , - длительность выполнения работы с номером , указанным в таблице 9; в той же таблице указаны пределы допустимой длительности при переброске ресурсов (не менее чем в два раза и не более чем в два раза по сравнению с базовыми значениями, приведенными на рисунке 13):

.

Из сетевой модели, показанной на рисунке 13, следует

Критерием оптимальности является время совершения последнего события, которое должно быть минимально:

.

Переменными, за счет которых достигается минимизация, являются времена , причем, помимо перечисленных выше ограничений и требования неотрицательности, должно быть наложено еще и требование ограниченности общего ресурса. С учетом условий решаемой задачи оно записывается в виде

т. е. сумма времен выполнения всех работ должна совпадать с суммой первоначальных времен выполнения работ, указанной на рисунке 13. Поставленная задача линейного программирования легко решается стандартным алгоритмом линейного программирования, например, заложенным в Excel.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Готовясь к лабораторной работе, изучить приведенный теоретический материал, вспомнить, каким образом формируется модель линейного программирования и как решается задача линейного программирования с использованием оптимизатора Excell.

2.  В начале лабораторной работы получить у преподавателя задание.

3.  Составить модель линейного программирования для решаемой задачи, аккуратно записать ее на черновике и согласовать с преподавателем

4.  Ввести разработанную модель в Excell и получить оптимальное решение.

5.  Оформить в электронном виде отчет по работе, представив в нем:

- исходные данные в табличном и графическом виде (сетевой график);

- модель линейного программирования;

- результаты оптимизации в табличном и графическом виде;

- анализ результатов.

6.  Представить электронный отчет преподавателю и получить оценку.

7.  Сохранить отчет на индивидуальной дискете и хранить его до получения зачета в конце семестра.

Используемые технические средства

Компьютерный класс, Microsoft Office

Основной библиографический список

Пиявский, анализ: учебное пособие/ ; СГАСУ. – Самара, 2007.

ЛР 2. Моделирование алгебраического «хаоса-порядка»,

построение зон устойчивости

Краткие теоретические сведения

Одной из самых простых систем, демонстрирующих хаоти­ческое поведение, является система с дискретным временем, пере­ходящая из состояния xi в состояние xi+1 по закону

, (1)

например, при а=2, x1 = 0,1. При указанных числовых значениях последовательность чисел имеет вид, показанный на рисунке 2, т. е. хаотична.

Это похоже на датчик случайных чисел, хотя и плоховатый (смотри диаграмму распределения на рисунке 3).

У рассматриваемой системы состояние в момент времени i+1 непосредствен­но связано лишь с предыдущим состоянием (марковский процесс). Если же учитывать хотя бы короткую предысторию, то получим уравнение , которое удобно записать в виде системы

, . (2)

Рисунок 2 - Хаос из порядка – решения уравнения

Рисунок 3 - Гистограмма значений решения уравнения

Эти уравнения определяют двумерное взаимно-однозначное отображение плоскости (х, у) в себя. Численный анализ при b=0.3, a=1 показал существование в этой системе притягиваю­щей области, имеющей сложную структуру канторовского типа. Вообще системы рассмотренного типа довольно часто встречаются, например, в биологических и экологических зада­чах. Дискретность времени в таких задачах связана с сезонностью или сменой поколений.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Готовясь к лабораторной работе, изучить теоретический материал и вспомнить, каким образом в Excell моделируются марковские процессы, в которых текущее состояние зависит от предыдущего состояния.

2.  Придумать содержательные интерпретации процессов, описываемых соотношениями (1), (2).

3.  В начале лабораторной работы получить у преподавателя задание.

4.  Запрограммировать процесс (1) или (2) – в зависимости от содержания задания - и согласовать с преподавателем.

5.  Исследовать переходы «порядок – хаос», для чего провести множественные расчеты при различных значениях начального состояния и параметров a, b, «нащупав» зоны перехода между устойчивостью и хаосом.

6.  Оформить в электронном виде отчет по работе, представив в нем:

- результаты расчетов (зоны порядка – хаоса) в табличном и графическом виде;

- содержательное описание границ зон устойчивости и хаоса;

- собственные соображения о переходах между устойчивым и хаотическим состояниями в сложных системах.

7.  Представить электронный отчет преподавателю и получить оценку.

8.  Сохранить отчет на индивидуальной дискете и хранить его до получения зачета в конце семестра.

Используемые технические средства

Компьютерный класс, Microsoft Office

Основной библиографический список

Пиявский, анализ: учебное пособие/ ; СГАСУ. – Самара, 2007.

ЛР 3. Моделирование аттрактора Лоренца

Краткие теоретические сведения

Наиболее яркий пример динамического хаоса обнаружил в 1963 г. метеоpолог Эдвард Лоpенц, pешая задачу о тепловой конвекции жидкости. Слой жидкости конечной толщины подогpевается снизу так, что между веpхней — холодной и нижней — гоpячей повеpхностями поддеpживается постоянная pазность темпеpатуp. Hагpетая жидкость вблизи дна, pасшиpяясь, стpемится подняться ввеpх. Hаобоpот, холодная вблизи веpха — опуститься вниз. Максимально упpощая уpавнения, описывающие это явление, Лоpенц случайно наткнулся на то, что даже сpавнительно пpостая система из тpех связанных нелинейных диффеpенциальных уpавнений 1-го поpядка может иметь решением совеpшенно хаотические тpаектоpии.

Эта система уравнений, ставшая теперь классической, имеет вид:

 = –у X+у Y ,

 = rX – Y – XZ ,

 = XY – b Z ,

где точка обозначает диффеpенциpование по вpемени t. Пеpеменная X пpопоpциональна скоpости конвективного потока, Y — описывает pазность темпеpатуp для потоков ввеpх и вниз, а Z — хаpактеpизует отклонение пpофиля темпеpатуpы от линейного в пpодольном напpавлении, вдоль пpиложенного гpадиента темпеpатуpы. Величина последнего хаpактеpизуется упpавляющим паpаметpом r, а у и b — некотоpые безpазмеpные константы, хаpактеpизующие систему. Решение этих уpавнений — функции X(t), Y(t) и Z(t) — опpеделяют в паpаметpическом виде тpаектоpию системы в тpехмеpном "фазовом" пpостpанстве X,Y,Z. Ввиду однозначности функций, стоящих в пpавых частях этих уpавнений, тpаектоpия себя никогда не пеpесекает.

Лоpенц исследовал вид этих тpаектоpий пpи pазных начальных условиях пpи значениях паpаметpов r = 28, у = 10 и b = 8/3. Он обнаpужил, что пpи этом тpаектоpия хаотическим обpазом блуждает из полупpостpанства x>0 в полупpостpанство x<0, фоpмиpуя две почти плоских, пеpепутанных сложным обpазом спиpали. Эту систему можно проинтегрировать, например, при начальных данных X=0,01; Y=-0,5; Z=4 и увидеть то, что показано дальше на рисунке 4.

При X=Y=Z=1 тpаектоpия спеpва делает 1 обоpот спpава, затем 20 слева, затем опять 1 спpава, затем 4 — слева и так далее. Похожее поведение было найдено и пpи дpугих значениях паpаметpов. Хаотичность pешения означает, что если мы заpанее выбеpем каким угодно способом цепочку пеpеходов из одного полупpостpанства в дpугое, то у системы Лоpенца найдется pешение, котоpое в точности эту цепочку воспpоизведет.

Рисунок 4 - Тpаектоpия, отвечающая хаотическому pешению уpавнений Лоpенца

Математический образ детерминированных непериодических процессов, для которых невозможен долгосрочный прогноз, назвали странными аттракторами.

Подчеркнем, что в тех случаях, когда движение системы описывается дифференциальными управлениями, остается верной теорема Коши о существовании и единственности pешения пpи заданных начальных условиях, которая теоретически позволяет предсказать состояние системы в любой последующий момент времени. Однако из-за необычайной чувствительности pешения к этим начальным условиям близкие начальные условия со вpеменем пpиводят к совеpшенно pазличному конечному состоянию системы.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Готовясь к лабораторной работе, изучить теоретический материал и вспомнить, каким образом в Excell моделируются процессы, описываемые системой обыкновенных дифференциальных уравнений.

2.  В начале лабораторной работы получить у преподавателя задание, в котором указано, влияние каких параметров конвективного теплообмена на процесс необходимо исследовать.

3.  Запрограммировать в Excell модель Лоренца с отображением в виде диаграмм хода процесса, проверить правильность программирования, получив «бабочку Лоренца» при стандартных значениях параметров (п.2.3.1) и показать преподавателю.

4.  Исследовать особенности протекания процесса теплообмена, для чего провести множественные расчеты при различных значениях исследуемых параметров.

5.  Оформить в электронном виде отчет по работе, представив в нем:

- результаты расчетов в табличном и графическом виде;

- содержательные выводы по результатам моделирования.

6.  Представить электронный отчет преподавателю и получить оценку.

7.  Сохранить отчет на индивидуальной дискете и хранить его до получения зачета в конце семестра.

Используемые технические средства

Компьютерный класс, Microsoft Office

Основной библиографический список

Пиявский, анализ: учебное пособие/ ; СГАСУ. – Самара, 2007.

ЛР 4. Игра «Жизнь», анализ устойчивых конфигураций

Краткие теоретические сведения

Для моделирования процессов самоорганизации английский математик Джон Конвей в 1970 г. предложил игру "Жизнь". Название связано с тем, что она имитирует рост, распад и различные изменения в популяции живых организмов. Рассматривается бесконечная плоская решетка квадратных ячеек --- клеток. Время в этой игре дискретно (t=1,2...). Клетка может быть живой или мертвой. Изменение ее состояния в момент (t+1) определяется состоянием ее соседей в момент t (соседей у каждой клетки 8, из них 4 имеют с ней общие ребра, а 4 --- только вершины). Правила таковы. Если клетка мертва в момент времени t, она оживает в момент (t+1) тогда и только тогда, когда трое из ее восьми соседей были живы в момент t. Если клетка была жива в момент времени t, она погибает в момент (t+1) тогда и только тогда, когда меньше, чем две, или больше, чем три соседние клетки были живы в момент t.

Первоначально игровое поле засеивается случайно (хаотично) расположенными клетками. В процессе игры хаос либо сохраняется, либо в нем начинают «жить» некоторые постоянные структуры. Более того, они начинают «взаимодействовать» между собой. На рисунках 5, 6 показаны примеры такого взаимодействия.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Готовясь к лабораторной работе, изучить теоретический материал.

2.  В начале лабораторной работы получить у преподавателя задание, в котором указаны индивидуальные настройки игры, при которых необходимо исследовать процесс формирования стабильных образований в зависимости от начальных конфигураций.

3.  Исследовать возможность и особенности формирования «жизнеспособных» конфигураций путем многократного проигрывания процесса при различных начальных конфигурациях. По ходу моделирования запоминать удачные конфигурации.

4.  Оформить в электронном виде отчет по работе, представив в нем:

- описание настроек игры;

- описание хода исследования с перечислением «удачных» конфигураций;

- описание 4-5 удачных конфигураций с приложением картинок, иллюстрирующих ход процесса и комментариями;

- содержательные выводы по результатам моделирования.

5.  Представить электронный отчет преподавателю и получить оценку.

6.  Сохранить отчет на индивидуальной дискете и хранить его до получения зачета в конце семестра.

Используемые технические средства

Компьютерный класс, Microsoft Office

Основной библиографический список

Пиявский, анализ: учебное пособие/ ; СГАСУ. – Самара, 2007.

2.5  ЛР 5. Системный анализ объекта информатизации

2.5.1  Краткие теоретические сведения

Системный анализ используется, в основном, на ранних стадиях проектирования: при разработке требований к системе, ее концепции, технического задания и эскизного проекта. На этих стадиях, в соответствии с рекомендациями ГОСТ 34.601-90, проводят:

·  сбор данных об объекте автоматизации и осуществляемых видах деятельности;

·  оценку качества функционирования объекта в осуществляемых видах деятельности, выявление проблем, решение которых возможно средствами автоматизации;

Рисунок 5 - Столкновение планера со стационарной структурой в игре "Жизнь"

Рисунок 6 - Столкновение двух "планеров" в среде, имитирующей колебательные химические реакции

·  оценку (технико-экономической, социальной и т. д.) целесообразности создания АС;

·  формулировку и оформление требований пользователя к АС;

·  детальное изучение объекта автоматизации и необходимые научно-исследовательские работы (НИР), связанные с поиском путей и оценкой возможности реализации требований пользователя;

·  разработку альтернативных вариантов концепции создаваемой АС и планов их реализации; оценку необходимых ресурсов на их реализацию и обеспечение функционирования; оценку преимуществ и недостатков каждого варианта; определение порядка оценки качества и условий приёмки системы; оценку эффектов, получаемых от системы;

·  определение функций АС и ее подсистем, их целей и эффектов; состава комплексов задач и отдельных задач; концепции информационной базы, её укрупнённой структуры; функций системы управления базой данных; состава вычислительной системы; функций и параметров основных программных средств.

При выполнении всех этих работ необходим системный подход. Он должен исходить из положения, что эффективная информатизация является существенным фактором в эволюции объекта информатизации, приводящим к смене его парадигмы или, как минимум, к смене структуры, подготавливающей в последующем смену парадигмы.

Системный подход должен, прежде всего, обеспечить использование при проектировании ИС основных системных принципов. К ним можно отнести синергетические принципы и систему принципов проектирования, сформулированную .

Синергические принципы включают:

·  принцип эволюции системы, необратимости процессов её развития;

·  принцип возможного решающего воздействия (при определенном стечении обстоятельств) малых изменений поведения системы на её эволюцию;

·  принцип многовариантности путей развития системы и возможности выбора оптимальных из них;

·  принцип невмешательства в процессы самоуправляемого развития и непредсказуемости эволюционного поведения системы и, в то же время, - учёт возможности организовать управляющие воздействий на ресурсы и процессы в системе;

·  принцип учёта стохастичности и неопределённости процессов (поведения систем);

·  принцип взаимовоздействия усложнения организации, устойчивости и темпов развития систем;

·  принцип учёта факторов стабильности и нестабильности системы (возникновения устойчивости из неустойчивого поведения), порядка и хаоса в системе (возникновения порядка из хаоса), определенности и неопределенности;

·  принцип взаимовлияния устойчивости среды отдельной подсистемы или элемента (микросреды) и процессов во всей системе (макросреды)Ж

·  принцип существенного влияния человеческого фактора.

Следует также ориентироваться на принципы построения информационных (автоматизированных) систем, сформулированные еще в 60-х г. ХХ в. :

·  новых задач;

·  системности;

·  обратной связи;

·  первого руководителя;

·  типизации проектных решений;

·  одноразовости ввода данных;

·  согласованности пропускных способностей частей системы.

Принцип новых задач заключается в том, что в ходе аналитического и информационного анализа системы управления предприятием выявляются новые задачи, которые до внедрения ИС были осознаны или не могли решаться из-за их сложности. Например, последовательная поэлементная автоматизация элементов уже сложившегося бизнес-процесса, как правило, не дает существенного эффекта. А коренная перестройка бизнес-процесса, основанная на его информатизации, приносит существенный эффект. В частности, задачи, решаемые в оптимизационном режиме, дают высокий экономический эффект с одновременным сокращением затрат ручного труда управленческого персонала предприятия.

При поиске новых решений полезно иметь в виду две основные концепции подхода к исследованию возможностей информатизации объекта (третья концепция - их комбинации):

·  ориентацию на проблемы, которые необходимо решать с помощью этой информационной системы, т. е. проблемно-ориентированный (или индуктивный) подход;

·  ориентацию на технологию, которая доступна в данное время в данной системе, т. е. технологично-ориентированный (или дедуктивный) подход.

Выбор концепции зависит от стратегических (тактических) и\или долгосрочных (краткосрочных) критериев, проблем, ресурсов. Если вначале изучаются возможности имеющейся технологии, а после их выяснения определяются актуальные проблемы, которые можно решить с их помощью, то необходимо опираться на технология-ориентированный подход. Если же вначале определяются актуальные проблемы, а затем внедряется технология, достаточная для решения этих проблем, то необходимо опираться на проблемно-ориентированный подход. При этом обе концепции построения информационной системы зависят друг от друга: внедрение новых технологии изменяют решаемые проблемы, а изменение решаемых проблем - приводит к необходимости внедрения новых технологий; и то и другое влияет на принимаемые решения.

Принцип системности и комплексного подхода к проектированию ИС состоит в том, что все вопросы, связанные с проектированием, должны решаться на основе определенной цели и критериев функционирования системы, взаимной увязки организационно-технологических решений, программно-математического, информационного, правового и технического обеспечения ИС. С этим принципом тесно связан принцип субоптимизации, заключающийся в том, что несистемная оптимизация конкретной подсистемы нередко дает эффект, но не позволяет оптимизировать систему в целом. Успешное решение взаимоувязанных задач ИС возможно только при условии открытости и доступности электронных баз данных по всем управленческим вертикалям и горизонталям.

Функционирование системы Internet позволяет получить для решения задачи ИС любую требуемую информацию (исключая "защищенные" сведения) из баз данных, если они подключены к глобальной компьютерной сети. Системный подход неразрывно связан с эффективным использованием человеко-машинного диалога, с системой программ, обеспечивающих четкое управление диалогом. При реализации человеко-машинного диалога необходимо предусматривать тесное взаимодействие управленческого персонала с компьютерным комплексом ИС, передачу системе возрастающих объемов рутинных работ с тем, чтобы большую часть времени работники использовали для решения творческих задач управления.

Принцип обратной связи заключается в том, что процесс разработки и внедрения ИС следует рассматривать как непрерывный с использованием предшествующего опыта. В частности, после выполнения всех этапов работ в соответствии с таблицей 10, последний их них – «Сопровождение АС» - должен плавно перетекать в первый – «Формирование требований к АС». Это означает, что работа по созданию информационной системы начнется вновь, только на другом, более высоком уровне.

Принцип первого руководителя означает, что руководитель организации или подразделения, в интересах которых разрабатывается информационная система, должен ощущать единоличную ответственность за своевременность и качество разработки и ее эффективное функционирование. Первый руководитель отвечает за облик системы, четкое взаимодействие заказчика и разработчиков, рациональное распределение обязанностей между ними. Когда создание ИС передоверяется второстепенным лицам, эта система используется, как правило, для решения рутинных задач и, в конечном счете, оказывается малоэффективной.

Принцип типизации проектных решений предусматривает максимальное использование при проектировании ИС типовых проектных решений. Учитывая, что наибольший объем работ по созданию ИС связан с подготовкой программно-математического обеспечения, особенное внимание следует уделять типовым программным комплексам (например, задачи бухгалтерского учета и отдела кадров, подсистемы разработки расписаний и планирования планов поставок материально-технической продукции и др.). Единство ИС, расположенных по горизонтали, достигается использованием общих подходов к их построению, а по вертикали - использованием общих форм документов и современных стандартов электронных баз данных, общих принципов формирования комплексов технических и программных средств, систем коммуникации и связи.

Проектирование ИС на базе интегрированных программных систем значительно упрощает процессы связывания и встраивания электронных документов, их передачи как внутри предприятия, так и другим информационным системам. Прикладные программы, созданные на основе интегрированных программных средств, отличаются максимально возможной открытостью и достаточно просто могут улучшаться непосредственно инженерно-техническими работниками предприятия. Интегрированные программные системы максимально упрощают и эксплуатацию ИС, так как все задачи решаются с применением единообразного пользовательского интерфейса.

Принцип одноразовости ввода данных в орган управления означает, что информация, введенная один раз в компьютерную систему, используется затем для решения всех тех задач, в которых она необходима, без повторного ввода. Соблюдение этого принципа позволяет избежать дублирования информации, исключить несуразности и ошибки, уменьшить потоки вводимой и обрабатываемой информации. Сокращение потоков информации также достигается в результате исключения из вводимых данных сведений нормативно-справочного характера, имеющихся в машинных базах данных.

Принцип полной информационной совместимости между автоматизированными системами различных уровней управления предусматривает применение согласованных подходов к разработке машинных баз данных, входным и выходным документам, программным комплексам для ИС различных предприятий. Это упростит использование разделённых (общих) баз данных, снизит затраты на разработку и поддержку информационного обеспечения (в том числе систем управления базами данных), придаст корпоративным информационным технологиям большую гибкость и адаптируемость.

Принцип независимости структуры автоматизированных систем управления от используемой техники и базовых технологий заключается в применении таких технологий создания информационной среды ИС, которые были бы инвариантны по отношению к техническому обеспечению и легко трансформировались при создании новых программных инструментариев информатизации. На реализацию этого принципа, в частности, направлены объектные подходы к формированию информационной среды, основанные на CASE-технологиях.

Принцип согласованности пропускной способности частей системы заключается в том, что пропускная способность последующего устройства должна быть не ниже пропускной способности предыдущего. Например, компьютерные сети ИС должны иметь пропускную способность, соответствующую быстродействию ЭВМ.

Таким образом, используя системный анализ на стадиях разработки концепции и эскизного проекта ИС, необходимо:

1.  Провести исторический анализ на примере как самого объекта информатизации, так и его прототипов и аналогов, позволяющий выявить определяющие параметры эволюции объекта, их значения, приводящие к смене парадигмы, характер влияния информатизации на значения этих параметров.

2.  Сформулировать предыдущую, текущую и, предположительно, ближайшую следующую парадигмы объекта информатизации, оценить время перехода к следующей парадигме и увязать с ним время жизни разрабатываемой информационной системы.

3.  Проанализировать проявление и роль всех системных феноменов (взаимодействие с окружающей средой, системное время, хаос и порядок, простота и сложность, самоорганизация, странные аттракторы, бифуркации и катастрофы, фракталы, эффективность, ресурсы, цели и целеполагание, принятие решений, неопределенность, человеческий фактор) при эволюции объекта, оценить возможность их проявления в период функционирования разрабатываемой ИС, учесть эту возможность при формулировании требований к разрабатываемой ИС.

4.  Проанализировать текущую структуру объекта информатизации, кратко описать функции ее элементов, характер изменений, начиная от предыдущей парадигмы, тенденции изменения и увязать с ней планируемую структуру ИС.

5.  Оценить возможности и роль информатизации в повышении эффективности функционирования объекта и ускорении его закономерной эволюции.

6.  На основании проведенного системного анализа объекта информатизации сформулировать системное описание проектируемой ИС, включающее:

·  парадигму,

·  общие принципы,

·  цели,

·  критерии эффективности функционирования,

·  описание системных отношений и связей с окружающей средой, другими системами,

·  описание системных ресурсов - материальных, энергетических, информационных, организационных, людских, пространственных и временных,

·  структуру и краткое описание ее элементов,

·  системные требования к процессу разработки ИС.

Результаты перечисленных исследований должны быть отражены в виде отдельных параграфов в разделе «Системное исследование объекта информатизации», включаемого в Концепцию информационной системы или Эскизный проект.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Готовясь к лабораторной работе:

- изучить теоретический материал,

- на предшествующей лекции получить у преподавателя объект, подлежащий проведению системного анализа,

- самостоятельно, используя Интернет и литературные источники, подобрать необходимые сведения,

- написать тезисы работы, отразив в виде одного-двух абзацев все понятия, перечисленные жирным шрифтом в п. «Краткие теоретические сведения».

1.  В начале лабораторной работы в процессе опроса преподавателем изложить свое понимание тех понятий, которые он укажет, применительно к своему объекту анализа.

2.  По результатам общего обсуждения скорректировать и дополнить свои тезисы, превратив их в отчет о работе.

3.  Разместить этот отчет на своей личной веб-странице.

4.  На следующем занятии узнать у преподавателя оценку по работе, если нужно, внести в отчет коррективы.

5.  Сохранить отчет на индивидуальной дискете и хранить его до получения зачета в конце семестра.

Используемые технические средства

Компьютерный класс, Microsoft Office

Основной библиографический список

Пиявский, анализ: учебное пособие/ ; СГАСУ. – Самара, 2007.