УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора института кибернетики

по учебной работе

___________

«___»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП

230700 Прикладная информатика

ПРОФИЛЬ

Прикладная информатика (в экономике)

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)

бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА

2011 г.

КУРС

3

СЕМЕСТР

6

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ

4

ПРЕРЕКВИЗИТЫ

Б2.В5, Б2.В6

КОРЕКВИЗИТЫ

Б2.Б5, Б3.В9

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции

27

час.

Лабораторная работа

45

час.

Практические занятия

час.

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

72

час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

90

час.

ИТОГО

162

час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ

очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ

дифзачет, экзамен

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ

кафедра ОСУ

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

Код

цели

Формулировка цели

Ц1

Подготовка выпускников к междисциплинарным научным исследованиям для решения задач, связанных процессами анализа, прогнозирования, моделирования и создания информационных процессов, технологий в рамках профессионально-ориентированных информационных систем (в экономике).

Ц3

Подготовка выпускников к информационному обеспечению прикладных процессов; внедрению, адаптации, настройке и интеграции проектных решений по созданию ИС, сопровождению и эксплуатации современных ИС.

Ц5

Подготовка выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию

2. Место дисциплины в структуре ООП

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Дисциплина «Имитационное моделирование» относится к вариативной составляющей профессионального цикла учебных дисциплин учебного плана и входит в модуль ООП Б.3.1. Инженерного проектирования.

Для изучения дисциплины «Имитационное моделирование» студент должен:

Знать:

-  основы теории вероятностей и математической статистики, дискретной математики;

-  использование информационных технологий обработки информации.

Уметь:

-  применять математические методы, физические законы и вычислительную технику для решения практических задач;

-  проводить анализ данных, полученных в результате моделирования.

Владеть:

-  основами алгоритмизации;

-  навыками работы с прикладными статистическими/математическими пакетами.

Пререквизиты:

Б2.В5 (теория вероятностей и математическая статистика), Б2.В6 (дискретная матемтика)

Кореквизиты:

Б2.Б5 (теория систем и системный анализ), Б3.В9 (УИРС)

3. Результаты освоения дисциплины

Код

результатов

Результат обучения

(выпускник должен быть готов)

Р2

Применять базовые и специальные знания в области современных информационных технологий для решения инженерных и экономических задач.

Р5

Проводить теоретические и экспериментальные исследования, включающие поиск и изучение необходимой научно-технической информации, математическое моделирование, проведение эксперимента, анализ и интерпретация полученных данных, в области прикладной информатики. Проводить исследования, связанные с оценкой информационной безопасности проектов.

Результат обучения

Код

Знания

Код

Умения

Код

Владения

Р2

З.2.5

Теорию информационных систем в предметной области; информационные технологии в информационных системах в предметной области

У.2.5

Информационные технологии и знания общей информационной ситуации, информационных ресурсов в предметной области

В.2.5

Применение математических моделей и методов для анализа, расчетов, оптимизации детерминированных и случайных информаци­онных процессов в предметной области

Р5

З.5.1

Методики постановки, организации и выполнения научных исследований; методов планирования и организации научных экспериментов; методов и технологий обработки экспериментальных данных.

У.5.1

Планировать и организовывать научные эксперименты, обрабатывать экспериментальные данные.

В.5.1

Методами обработки экспериментальных данных.

З.5.2

Математических и имитационных методов моделирования, методов планирования имитационных экспериментов с моделями, методов построения моделирующих алгоритмов; методов моделирования случайных величин, событий и потоков; методов оценки точности результатов; верификации.

У.5.2

Разрабатывать имитационную модель, экспериментировать, оценивать точность и достоверность результатов моделирования, анализировать схемные решения, использовать современные инструментальные средства и языки моделирования.

В.5.2

Методами планирования и создания имитационной модели; методами оценки точности результатов; инструментальными средствами и языками моделирования.

Основные знания, приобретаемые студентами в результате изучения дисциплины:

основы теории массового обслуживания; принципы статистического моделирования систем массового обслуживания; основы компьютерного моделирования организационно-экономических систем; возможности системы имитационного моделирования GPSS.

Основные умения, приобретаемые студентами в результате изучения дисциплины: содержательная и математическая постановка задач моделирования систем организационно-экономического управления как процессов массового обслуживания; навыки практического использования компьютерной системы имитационного моделирования GPSS для исследования и проектирования объектов.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные) ОК-7, 8,13, 14,

2. Профессиональные ПК-2, 3, 7, 8, 9, 12-15, 18, 21, 22

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Содержание разделов дисциплины:

Тема № 1.

Введение в имитационное моделирование. Типы имитационных моделей. Статистический метод Монте-Карло

Тема № 2.

Марковские процессы и цепи Маркова. Марковская задача принятии решений. Построение моделей динамического программирования.

Тема № 3.

Системы массового обслуживания. Основные компоненты СМО. Экспоненциальное распределение в СМО.

Тема № 4.

Системы массового обслуживания. Модели рождения и гибели.

Тема № 5.

Обобщенная модель СМО. Обозначения Кендалла. Основные функциональные характеристики СМО.

Тема № 6.

СМО. Модели с одним и несколькими приборами обслуживания.

Тема № 7.

СМО. Модель самообслуживания.

Тема № 8.

СМО. Модели принятия решений в СМО.

4.2. Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Таблица 1.

Название раздела/темы

Аудиторная работа (час)

СРС

(час)

Колл,

Контр. Р.

Итого

Лекции

Практ./сем.

занятия

Лаб. зан.

Тема № 1.

2

6

5

13

Тема № 2.

6

8

13

2

27

Тема № 3.

2

6

10

18

Тема № 4.

2

5

7

Тема № 5.

3

5

8

Тема № 6.

6

8

10

24

Тема № 7.

2

5

7

Тема № 8.

4

8

8

2

20

Курсовое проектирование

9

29

38

Итого

27

45

90

4

162

4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины

Таблица 2.

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения

№

Формируемые

компетенции

Разделы дисциплины

1

2

3

4

5

6

7

8

1.   

З.2.5

+

+

+

+

2.   

З.5.1

+

+

+

+

+

+

+

+

3.   

З.5.2

+

+

+

+

+

+

+

+

4.   

У.2.5

+

+

5.   

У.5.1

+

+

+

+

+

+

+

+

6.   

У.5.2

+

+

+

+

+

+

7.   

В.2.5

+

+

+

+

+

8.   

В.5.1

+

+

+

+

+

9.   

В.5.2

+

+

+

+

+

+

5. Образовательные технологии

Таблица 3.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО

Методы

Лекц.

Лаб. раб.

СРС

К. пр.

IT-методы

Ö

Ö

Ö

Ö

Работа в команде

Ö

Ö

Игра

Обучение

на основе опыта

Ö

Ö

Опережающая самостоятельная работа

Ö

Проектный метод

Ö

Поисковый метод

Ö

Исследовательский метод

Ö

Ö

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1 Текущая СРС

-  работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,

-  выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ,

-  опережающая самостоятельная работа,

-  перевод текстов с иностранных языков,

-  изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

-  подготовка к лабораторным работам;

-  подготовка к контрольной работе, к зачету, экзамену.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

(ТСР).

-  поиск, анализ, структурирование и презентация информации,

-  выполнение задания по курсовому проектированию;

-  исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;

-  анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.

6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

1.  Перечень научных проблем и направлений научных исследований

-  Теоретические основы имитационного моделирования

-  Метод монте-карло и проверка статистических гипотез

-  Использование законов распределения случайных величин при имитации экономических процессов

-  Моделирование работы с материальными ресурсами

-  Имитация информационных ресурсов

-  Управление модельным временем

-  Способы реализации непрерывных моделей

-  Основные правила моделирования.

-  Моделирующие функции

-  Общие функции управления узлами, транзактами и событиями в модели

-  Очередь с пространственно-зависимыми приоритетами.

-  Управление материальными и денежными ресурсами

-  Приемы программирования и отладки моделей использование параметров транзактов и узлов

-  Планирование имитационного компьютерного эксперимента

-  Проблемно-ориентированные имитационные модели

2.  Курсовое проектирование (примеры)

Построение имитационной модели на языке GPSS

Корабли двух типов прибывают в порт, где происходит их разгрузка. В порту имеются два буксира, обеспечивающих ввод и вывод кораблей из порта. Первый тип кораблей включает корабли малой тоннажности и требует при входе и выходе одного буксира. Второй тип кораблей имеет больший размер, и для их ввода и вывода из порта требуются два буксира. Из-за различия размеров кораблей необходимы причалы различного размера, кроме того корабли имеют разное время погрузки - разгрузки. Данные приведены в таблице.

1 тип корабля

2 тип корабля

Интервал прибытия, мин

130 + 30

390 + 60

Время входа в порт, мин

30 + 7

45 +12

Число доступных причалов

6

3

Время погрузки-разгрузки, ч

12 + 2

18 + 4

Интервалы выхода из порта, мин

20 + 5

35 + 10

Постройте модель системы, в которой можно оценить время ожидания кораблями каждого типа входа в порт. Среднее время ожидания включает время ожидания освобождения причалов и/или буксира. Корабль, ожидающий освобождения причала, не обслуживается буксиром до тех пор, пока не будет предоставлен нужный причал. Более того, корабли второго типа не будут занимать буксир до тех пор, пока не будут доступны оба буксира. Если ожидание кораблями типов 1 и 2 стоит 7000 руб. и 10000 руб. в час соответственно, а стоимость эксплуатации буксира равна 5000 руб. в день, следует ли воспользоваться третьим добавочным буксиром в порту?

3.  Темы индивидуальных заданий (пример)

Решение задач по темам «Марковские процессы принятия решений», «Системы массового обслуживания»

4.  Темы, выносимые на самостоятельную проработку.

1. Моделирование марковских цепей. Марковские процессы принятия решений.

2. Моделирование систем с одним прибором и очередью. Исследование с помощью имитационной модели процесса расширения системы обслуживания с одним прибором и очередью.

3. Исследование на имитационной модели процесса изменения дисциплины обслуживания в системе с одним прибором и очередью. Моделирование систем обслуживания с прибором, очередью и обратной связью.

4. Имитационное моделирование систем массового обслуживания в среде GPSS.

5. Исследование работы системы массового обслуживания средствами имитационного моделирования.

6. Сравнение альтернативных систем обслуживания.

6.3. Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.

6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

1.  Таха. Введение в исследование операций. 7-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2007. – 912 с.

2.  Михалёв моделирование на Micro-GPSS: Учебно-методическое пособие для лабораторных занятий: адаптированный перевод с английского, 2-е компьютерное издание). – Томск: ТПУ, каф. ОСУ, 2000. – 48 с.

3.  , Яковлев систем: Учеб. для вузов. – 2-е изд. М.: Высшая школа, 1998. – 319 с.

4.  Дж. Моделирование на GPSS: Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1980. – 592 с.

Учебно-методические материалы, находящие в локальной сети кафедры ОСУ.

7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

7.1. Входной контроль (пример вопросов)

1.  На отрезок наудачу, независимо друг от друга, брошены две точки. Пусть и координаты этих точек. Найти .

2.  Из колоды 36 карт выбирают шесть карт. Какова вероятность того, что среди них окажутся хотя бы два туза?

3.  Три шарика случайным образом разбрасываются по пяти лункам. Каждый шарик с равной вероятностью и независимо от других попадает в любую лунку. Определить вероятность того, что в первых трех лунках будет по одному шарику.

4.  В первой урне 5 белых и 3 черных шара, во второй - 3 белых и 4 черных. Наудачу выбирается урна, и из нее 3 шара с возвращением. Найти вероятность того, что была выбрана первая урна, если все три шара оказались белыми

5.  Проведено 20 независимых испытаний, в каждом подбрасывается три монеты. Определить вероятность того, что хотя бы в одном испытании появятся три герба.

1. Случайная величина имеет непрерывное распределение с плотностью . Найти постоянную и вычислить .

2. Случайная величина имеет нормальное распределение . Какова вероятность, что из двух наблюдаемых значений этой величины одно меньше 2, а другое больше 4?

3. Число ошибок в каждой контрольной по теории вероятностей распределено по закону Пуассона со средним равным 7. Сколько в среднем надо проверить контрольных, чтобы обнаружить работу, содержащую не более 2 ошибок?

4. Случайная величина имеет показательное распределение с параметром . Найти закон распределения случайной величины .

5. Случайная величина принимает значение 0 с вероятностью 1/3, а остальные значения с равными вероятностями. Нарисовать график функции распределения случайной величины .

7.2. Текущий контроль (пример задач)

Тема «Марковские процессы»

Магазин электротоваров с целью немедленного удовлетворения спроса может ежедневно делать заказ на поставку холодильников. Каждый заказ приводит к затратам в 100 руб. Хранение одного холодильника в течение суток обходится в 5 руб. Потери магазина при неудовлетворенном спросе оцениваются в 150 руб. за каждый холодильник. Вероятности спроса равного 0, 1 и 2 холодильникам равны 0.2, 0.5 и 0.3 .Внутренние площади магазина не позволяют разместить более двух холодильников. Найдите затраты на поставку и хранение при различных политиках заказа и политику, обеспечивающую минимум затрат.

Тема «Теория массового обслуживания»

1. Бакалейный магазин работает с тремя кассами. Все три кассы постоянно работают. Покупатели подходят к кассам в соответствии с распределением Пуассона с математическим ожиданием 10 человек. Время расчета одного покупателя в кассе распределено по экспоненциальному закону со средним 12 минут. Определите вероятность того, что покупатели будут у всех трех касс.

2. Банк имеет один пункт, где клиенты могут воспользоваться банкоматом, не выходя из автомобиля. Автомобили прибывают в соответствии с распределением Пуассона с интенсивностью 12 автомобилей в час. Время, необходимое для обслуживания клиента банкоматом, распределено по экспоненциальному закону со средним, равным 6 мин. Максимальная вместимость полосы обслуживания банкоматом составляет 10 автомобилей. При заполненной полосе прибывающие клиенты должны обратиться к другому банку. Определите вероятность того, что прибывающий клиент не сможет воспользоваться услугами банкомата из-за того, что полоса обслуживания будет заполнена.

7.3. Рубежный контроль (пример билета на зачет)

 

Утверждаю

Зам. директора института кибернетики по учебной работе

_____________

___________2010 г.

Зачетная работа, билет № 1

По дисциплине

«Имитационное моделирование экономических процессов»

Курс 3

Вопрос №1.

Что представляет собой имитационное моделирование. В каких случаях используется? В каких областях применяется имитационное моделирование? Приведите примеры (2-3).

Вопрос №2. Решить задачу и построить программу на GPSS

На железнодорожной станции находятся три кассы для продажи билетов на поезда дальнего следования. Когда все кассы заняты, пассажиры встают в очередь. Длина очереди не может превышать 50 человек. Среднее время обслуживания в одной кассе составляет 5 минут. Пассажиры прибывают на станцию для покупки билетов в среднем по два человека в минуту. Найти вероятность отказа и общее количество человек (требований), находящихся в системе.

Составил: доц. каф. ОСУ ______________

Зав. каф. ОСУ ______________

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

Дисциплина

Имитационное моделирование

Число недель

18

Институт

Кибернетики

Кол-во кредитов

4

Кафедра

ОСУ

Лекции, час

27

Семестр

6

Практич. занятия, час

Группы

3 курс

Лаб. работы, час.

Курсовое проектирование

9

Преподаватель

, доцент

Всего аудит. работы, час

72

Самост. работа, час

90

ВСЕГО, час

162

Рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра

Недели

Текущий контроль

Теоретический материал

Практическая деятельность

Итого

Название модуля

Темы лекций

Контро-лир. матер.

Бал-лы

Название лабораторных работ

Баллы

Темы практических занятий

Бал-лы

Рубежные контрольные работы

Бал-лы

Проблемно-ориентированные задания

Бал-лы

1

Введение. Основные понятия Имитационного моделирования

1. Введение в имитационное моделирование. Типы имитационных моделей. Статистический метод Монте-Карло.

2

1. Применение метода Монте-Карло при построении имитационных моделей.

5

3

2. Марковские процессы и цепи Маркова. Марковская задача принятии решений. Построение моделей динамического программирования

2. Моделирование марковских цепей. Марковские процессы принятия решений.

5

4

5

Моделирование простых СМО

4. Системы массового обслуживания. Модели рождения и гибели.

3.1. Моделирование систем с одним прибором и очередью.

5

6

7

5. Обобщенная модель СМО.

Обозначения Кендалла. Основные функциональные характеристики СМО. Решение задач.

8

Тест 1

4

КР 1

6

КП, часть № 1

15

Всего по контрольной точке (аттестации) № 1

40

9

Моделирование сложных СМО

6. СМО. Модели с одним прибором обслуживания

3.2. Исследование с помощью имитационной модели процесса расширения системы обслуживания с одним прибором и очередью.

3

10

11

7. СМО. Модели с параллельными приборами обслуживания

4. Моделирование многоканальных СМО. Исследование с помощью имитационной модели таких систем.

5

12

КП, часть № 2

5

13

Проектирование СМО

8. Модель самообслуживания

5. Модели принятия решений в СМО. Формула Поллачека-Хинчина

10

14

9. Модели принятия решений в СМО

15

10. Обзор систем и языков имитационного моделирования

16

Тест 2

2

Рубежная КР

5

Защита КП

10

Всего по контрольной точке (аттестации) № 2

40

Итоговая текущая аттестация

80

Зачет

20

Итого баллов по дисциплине

100

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная:

1.  Таха. Введение в исследование операций. 7-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2007. – 912 с.

2.  Вентцель операций: задачи, принципы, методология. – М.: Наука, 1980. – 208 с.

3.  Михалёв моделирование на Micro-GPSS: Учебно-методическое пособие для лабораторных занятий: адаптированный перевод с английского, 2-е компьютерное издание). – Томск: ТПУ, каф. ОСУ, 2000. – 48 с.

4.  , Яковлев систем: Учеб. для вузов. – 2-е изд. М.: Высшая школа, 1998. – 319 с.

Дополнительная:

1.  Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. – М: Советское радио, 1971. – 520 с.

2.  Дж. Моделирование на GPSS: Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1980. – 592 с.

3.  , Яковлев систем: Лабораторный практикум. - М.: Высшая школа, 1998. – 80 с.

Программное обеспечение и Internet-ресурсы:

·  Учебно-методические материалы, находящие в локальной сети кафедры ОСУ.

10. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)

Компьютерный класс. 10 компьютеров Pentium IV(MB S-478 Bayfild D865GBFL i865G 800 MHz, Celeron 2.4GHz, 2 Dimm 256 Mb, HDD 40 Gb)