МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
УТВЕРЖДАЮ Декан ФВТ _______________ Л. Р. Фионова «_____» ___________________ 2016 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Б1.В. ДВ.2 Модели управления процессами и ресурсами
Направление подготовки
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»
Профили подготовки
«Системы автоматизированного проектирования»
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Квалификация выпускника бакалавр
Форма обучения очная
Пенза, 2016
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами» являются ознакомление студентов с основными уровнями моделирования объектов различной физической природы и методами управления проектируемыми техническими устройствами. Формирование общего понимания принципов оценки эффективности моделей технических систем и возможностями корректировки параметров моделируемого устройства. Изучение основных способов оценки адекватности моделей. Получение студентами навыков проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных.
2. Место дисциплины в структуре ОПОП
Дисциплина «Модели управления процессами и ресурсами» относится к обязательным дисциплинам вариативной части образовательной программы. Изучение дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами» в значительной степени опирается на знания и навыки, полученные бакалаврами при изучении дисциплин «Физика», «Математика», «Программирование».
Компетенции, приобретенные в ходе изучения дисциплины, готовят бакалавра к изучению других дисциплин информационного профиля и к подготовке выпускной квалификационной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами»
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВО по данному направлению:
Коды компетенции | Наименование компетенции (части компетенций) | Требования к результатам освоения дисциплины |
1 | 2 | 3 |
ПК-3 | способность обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности | Знать: уровни моделирования технических объектов, методы построения моделей технических систем различной физической природы. Владеть: практическими навыками проведения многофакторных экспериментов при построении моделей объектов и анализе их корректности и эффективности |
4. Структура и содержание дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами»
4.1. Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы, 180 часа.
№ п/п | Наименование разделов и тем дисциплины (модуля) | Семестр | Недели семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) | |||
Аудиторная работа | Самостоятельная Работа | |||||||
Всего | Лекция | Лабораторные занятия | Всего | Подготовка к лабораторным работам | Подготовка к экзамену | Защита лабораторной работы | ||
1 | Раздел 1. Модели технических систем на микро макро и мета уровнях. | 7 | 1-2 | 28 | 14 | 14 | 15 | 15 |
1.1 | Тема 1.1. Уровни моделирования технических объектов. | 7 | 1 | 12 | 4 | 8 | ||
1.2 | Тема 1.2. Метод конечных элементов. | 7 | 1 | 10 | 4 | 6 | ||
1.3 | Тема 1.3. Метод конечных разностей. | 7 | 2 | 4 | 4 | |||
1.4 | Тема 1.4. Узловой метод. | 7 | 2 | 2 | 2 | 15 | 15 | |
2 | Раздел 2. Эквивалентные схемы в моделях подсистем различной физической природы. | 7 | 3-5 | 20 | 8 | 12 | 10 | 10 |
2.1 | Тема 2.1. Аналогии компонентных уравнений физических подсистем. | 7 | 3 | 12 | 4 | 8 | ||
2.2 | Тема 2.2. Схемы замещения в физических подсистемах | 7 | 4 | 2 | 2 | 4 | 10 | 10 |
2.3 | Тема 2.3. Связь физических подсистем различной физической природы. | 7 | 5 | 2 | 2 | |||
3 | Раздел 3. Полный факторный эксперимент | 7 | 6-9 | 12 | 6 | 6 | 30 | 30 |
3.1 | Тема 3.1. Параметры оптимизации в эксперименте. | 7 | 6 | 1 | 1 | |||
3.2 | Тема 3.2. Поведение эксперимента. | 7 | 7 | 1 | 1 | |||
3.3 | Тема 3.3. Обработка результатов эксперимента. | 7 | 7 | 1 | 1 | |||
3.4 | Тема 3.4. Принятие решений после построения модели. | 7 | 8 | 1 | 1 | |||
3.5 | Тема 3.5. Полный факторный эксперимент. | 7 | 9 | 8 | 2 | 6 | 30 | 30 |
4 | Раздел 4. Дробный факторный эксперимент | 7 | 10-14 | 8 | 4 | 4 | 30 | 30 |
4.1 | Тема 4.1. Минимизация числа опытов | 7 | 10 | 5 | 1 | 4 | ||
4.2 | Тема 4.2. Дробная полуреплика. | 7 | 11-12 | 1 | 1 | |||
4.3 | Тема 4.3. Выбор полуреплик. | 7 | 13 | 1 | 1 | |||
4.4 | Тема 4.4. Реплики большой дробности. | 7 | 14 | 1 | 1 | 30 | 30 | |
5 | Раздел 5. Программные системы для моделирования технических объектов и анализа результатов экспериментов. | 7 | 15-18 | 4 | 4 | 23 | 23 | |
5.1 | Тема 5.1. Программа Electronics Workbench | 7 | 15 | 1 | 1 | |||
5.2 | Тема 5.2. Программа моделирование и симуляция электронных и мехатронных систем Simulink. | 7 | 16-17 | 1 | 1 | 10 | 10 | |
5.3 | Тема 5.3. Полный факторный эксперимент в среде MATLAB. | 7 | 18 | 2 | 2 | 13 | 13 | |
Подготовка к зачету | 7 | 108 | 108 | |||||
Подготовка к экзамену | 7 | |||||||
Общая трудоемкость, в часах | 72 | 36 | 36 | 108 | Промежут. аттестац. | |||
Форма | Семестр | |||||||
Зачет | 7 | |||||||
Экзамен | 7 |
4.2. Содержание дисциплины
4.2.1.Содержание лекционного курса
Раздел 1. Модели технических систем на микро макро и мета уровнях.
Уровни моделирования объектов технических систем на микро, макро и мета уровнях. Абстрактные математические модели. Физическое макетирование. Сеточные модели. Метод конечных элементов, основные этапы и алгоритмы. Аппроксимирующие конечные симплекс элементы. Метод конечных разностей. Сравнение сеточных методов, достоинства и недостатки методов конечных элементов.
Раздел 2. Эквивалентные схемы в моделях подсистем различной физической природы
Компонентные и топологические уравнения в подсистемах различной физической природы. Эквивалентные схемы замещения элементов физических подсистем. Аналогии компонентных и топологических уравнений в механических, вращательных, гидравлических и тепловых подсистемах. Гираторная, трансформаторная связи подсистем. Связи через зависимые источники. Топологические модели на графах. Модели на графах. М – матрица. Модели на основе матричного представления объектов.
Раздел 3. Полный факторный эксперимент
Параметры оптимизации модели. Проведение эксперимента. Ошибки параллельных опытов. Дисперсия параметров оптимизации. Проверка однородности дисперсии. Рандомизация. Обработка результатов эксперимента. Регрессионный анализ. Проверка адекватности модели. Проверка значимости коэффициентов модели. Принятие решений после построения модели. Требования к факторам при планировании эксперимента. Полиномиальные модели. Полный факторный эксперимент как математическая модель.
Раздел 4. Дробный факторный эксперимент
Минимизация числа опытов в ПФЭ. Дробная полуреплика. Выбор полуреплик. Выбор ј реплик. Реплики большей дробности. Принятие решения после построения модели процесса. Построение интерполяционной формулы.
Раздел 5. Программные системы для моделирования технических объектов и анализа результатов экспериментов
Обзор программных систем для моделирования процессов. Система Matlab. Программа моделирование и симуляция электронных и мехатронных систем Simulink. Моделирование эквивалентных схем в среде Electronics Workbench.
4.2.2. Перечень и содержание лабораторных занятий.
№ п/п | № раздела | Наименование лабораторных работ | Кол. часов |
1 | 1 | Аппроксимация данных в сеточных методах построения моделей. | 8 |
2 | 1 | Модели на основе метода конечных элементов. | 6 |
3 | 2 | Модели на основе эквивалентных схем. | 8 |
4 | 2 | Модели на графах. | 4 |
5 | 3 | Полный факторный эксперимент. | 6 |
6 | 4 | Дробный факторный эксперимент | 4 |
5. Образовательные технологии
- Чтение всех лекций по дисциплине проводится с использованием мультимедийного компьютерного проектора с раздачей демонстрируемых слайдов комментарий. При изучении материалов лабораторного практикума использовать электронные образовательные ресурсы кафедры САПР. При самостоятельной работе используются материалы сайта «Интернет-Университет Информационных Технологий (www. intuit. ru).
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы бакалавров
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
6.1. План самостоятельной работы бакалавров
№ нед. | Тема | Вид самостоятель-ной работы | Задание | Рекомендуемая литература | Коли-чество |
Тема 1.4. Узловой метод. | Подготовка к аудиторным занятиям | Изучить шаги алгоритма узлового метода. Преимущества и недостатки метода. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 15 | |
Тема 2.2. Схемы замещения в физических подсистемах | Подготовка к аудиторным занятиям | Изучить схемы замещения элементов в физических подсистемах различной природы. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 10 | |
Тема 3.5. Полный факторный эксперимент. | Подготовка к аудиторным занятиям | Изучить процесс построения плана эксперимента в ПФЭ. Проанализировать результаты параллельных опытов и методы их оценки. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 30 | |
Тема 4.4. Реплики большой дробности. | Подготовка к аудиторным занятиям | Изучить способы сокращения размеров эксперимента при построении модели. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 30 | |
Тема 5.2. Программа моделирование и симуляция электронных и мехатронных систем Simulink. | Подготовка к лабораторным занятиям | Изучить интерфейс и основные функции Матлаб Симулинк для построения и анализа схем замещения. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 10 | |
Тема 5.3. Полный факторный эксперимент в среде MATLAB. | Подготовка к лабораторным занятиям | Практически реализовать процедуру построения многофакторного эксперимента в среде Матлаб. Самостоятельная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям. | Учебно-методические материалы и электронные учебные пособия с раздела файл-сервера кафедры САПР (диски М и Т сервер cad-filer (IP 172.16.72.254), Основная и дополнительная литература. | 13 |
6.2. Методические указания по организации самостоятельной работы бакалавров
Планируются следующие виды самостоятельной работы (внеаудиторной) относятся:
- подготовка к лабораторным работам занятиям, оформление отчётов по лабораторным работам, работа с конспектом лекций и изучение рекомендованной литературы при подготовке к зачету.
6.3. Материалы для проведения текущего и промежуточного контроля знаний бакалавров
Контроль освоения компетенций
№ п\п | Вид контроля | Контролируемые разделы | Компетенции, компоненты которых контролируются |
1 | Текущий: опрос во время лекционных занятий Промежуточный: зачет | Раздел 1. Модели технических систем на микро макро и мета уровнях. | ПК-3 |
2 | Текущий: собеседование при защите лаб. заданий Промежуточный: зачет | Раздел 2. Эквивалентные схемы в моделях подсистем различной физической природы. | ПК-3 |
3 | Текущий: собеседование при защите лаб. заданий Промежуточный: зачет | Раздел 3. Полный факторный эксперимент | ПК-3 |
4 | Текущий: собеседование при защите лаб. заданий Промежуточный: зачет | Раздел 4. Дробный факторный эксперимент | ПК-3 |
5 | Текущий: собеседование при защите лаб. заданий Промежуточный: зачет | Раздел 5. Программные системы для моделирования технических объектов и анализа результатов экспериментов. | ПК-3 |
6 | Промежуточный: зачет | 1-5 | ПК-3 |
Контроль освоения компетенции ПК-3 выполняется путем оценки коллективной работы при выполнении лабораторных работ с использованием проектного подхода.
Примерный перечень вопросов к экзамену
Вопросы к экзамену
Уровни моделирования объектов технических систем. Модели на микроуровне. Модели на макроуровне. Модели на метауровне. Абстрактные математические модели. Физические модели. Метод конечных элементов отличия от других методов, достоинства и недостатки. Процедура разбиения области определения на конечные элементы. Алгоритмы нумерации конечных элементов в МКЭ. Одномерный симплекс элемент. Двумерный симплекс элемент. Объединение симплекс элементов в ансамбль. Метод конечных разностей отличия от других методов, достоинства и недостатки. Разбиение области на конечные элементы в МКР. Замена дифференциального оператора разностным. Специфика применения метода конечных разностей. Аналогии компонентных и топологических уравнений в технических подсистемах.. Аналогии компонентных и топологических уравнений в электрических подсистемах. Аналогии компонентных и топологических уравнений в механических подсистемах. Аналогии компонентных и топологических уравнений в тепловых подсистемах; Аналогии компонентных и топологических уравнений в вращательных подсистемах; Аналогии компонентных и топологических уравнений в гидравлических подсистемах; Связь между отдельными элементами электрической подсистемы; Связь объектов подсистем через независимые источники; Трансформаторная связь объектов в моделях. Гираторная связь объектов в моделях. Получение эквивалентных схем технических объектов. Получение эквивалентной схемы электрической подсистемы. Получение эквивалентной схемы механической подсистемы. Получение эквивалентной схемы вращательной подсистемы. Получение эквивалентной схемы тепловой подсистемы. Получение эквивалентной схемы гидравлической, пневматической подсистемы. Ограничения при составлении эквивалентных схем. Модели на графах. M - матрица. Планы экспериментов. Выбор модели при планировании эксперимента. Требования, предъявляемые к факторам при планировании эксперимента. Полный факторный эксперимент. Дробный факторный эксперимент. Ошибки параллельных опытов. Дисперсия параметра оптимизации. Проверка адекватности модели.7. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами»
а) основная литература:
Хемометрика. Лабораторный практикум : учебно-методическое пособие / . - Москва : Русайнс, 2016. - 143 с. - ISBN 978-5-4365-0694-4. https://www. book. ru/book/919589. , Сыпченко моделирование -:М Национальный открытый Университет «ИНТУИТ», 2016. 526 с. https://www. book. ru/book/917737. Вычислительные и экспериментальные методы научного эксперимента : учебное пособие / . — Москва : КноРус, 2010. — 330 с. — ISBN 978-5-406-00176-9. https://www. book. ru/book/900398.б) дополнительная литература:
Основы САПР : курс лекций / . — Москва : Интуит НОУ, 2016. — 271 с. — ISBN 978-5-94774-847-5. https://www. book. ru/book/917943 Электротехника и электроника 1 том. Учебник для вузов: В 2 томах : учебник / . — Москва : Горная книга, 2007. — 599 с. — ISBN 978-5-91003-015-6. https://www. book. ru/book/9058768. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционные занятия проводятся в аудитории, оснащенной компьютерным проектором, проекционным экраном, шторами, сетью электропитания 220 В.
Лабораторные занятия проводятся в классе, оснащенным ПЭВМ с операционной системой Windows XP или старше.
Рабочая программа дисциплины «Модели управления процессами и ресурсами» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций ПрООП по направлению подготовки 09.01.03 «Информатика и вычислительная техника»
Программу составил:
,
к. т.н., доцент кафедры «САПР» ___
Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.
Программа одобрена на заседании кафедры «САПР»
Протокол № от «____» _ _____ 2016 года
Зав. кафедрой САПР _________________________________ .
Программа одобрена методической комиссией факультета вычислительной техники
Протокол № ___ от «____» _ _____ 2016 года
Председатель методической комиссии ФВТ
Сведения о переутверждении программы на очередной учебный год и регистрации изменений
Учебный год | Решение кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой) | Внесенные изменения | Номера листов (страниц) |
заменен- ных | новых | аннулиро-ванных | |
