Системный анализ

1. Цели освоения дисциплины

Целью учебной дисциплины является:

в области обучения  ‑ формированию специальных знаний, умений, навыков в области системного анализа, а также компетенций в сфере современных автоматический систем управления биомедицинского назначения

в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;

в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Системный анализ» относится к вариативному междисциплинарному профессиональному модулю (В. М1).

Дисциплине «Системный анализ» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):  пререквизитов нет.

Содержание разделов дисциплины «Медицинское материаловедение» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):  .

Б. М1 «Математическое моделирование биологических процессов  и систем», В. М2 «Современные проблемы биомедицинской и экологической инженерии», В. М3 «Биотехнические системы и технологии».

Дисциплина «Системный анализ» является основной в подготовке магистров, изучает основные понятия теории систем и алгоритмы принятия решений в биомедицине. Является пререквезитом для дисциплины «Биотехнические системы и технологии».

3. Результаты освоениядисциплины

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Системный анализ» направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения),  в т. ч. в соответствии с ФГОС:

Таблица 1

Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данного модуля

Результаты обучения (компетенции из ФГОС)	Составляющие результатов обучения
Код	Знания	Код	Умения	Код	Владение
Р.1 (ОПК-2)	З1.2	- принципы системного подхода, на которых базируется анализ и синтез биотехнических систем;	У1.2	- осуществлять формализацию и алгоритмизацию функционирования исследуемой системы;	В1.2	- методом поэтапного моделирования при синтезе биотехнических систем заданного класса
Р2 (ОПК-3)	З2.2	- особенности биологических систем как элементов измерительных и управляющих технических систем;	У2.1	- анализировать основные тенденции в развитии биомедицинской и экологической инженерии, выявлять ее перспективные направления и возможности практического применения;	В2.3	- статистическими методами анализа (в том числе многомерного) данных;
Р4 (ПК-1, ПК-2, ОПК-5)	З4.1	- основные принципы системного подхода, на которых базируется анализ и синтез биотехнических систем;	У4.3 У4.4	- применять принципы системного подхода для анализа и синтеза биотехнических систем и технологий; - разрабатывать структуру медицинских диагностических, исследовательских и информационных комплексов и оптимизировать состав их элементов;	В4.1	- методами расчета основных функциональных характеристик биотехнических систем;

Структура и содержание дисциплины

4.1 Содержание разделов дисциплины:

Введение

Основные понятия теории систем, классификация и описания систем. Особенности биотехнических систем и основные их характеристики. Человеко-машинные, эргатические системы.

Раздел 1. Анализ сложных систем

1.1. Формализованные и неформализованные методы описания систем: функциональное описание, информационное, структурное (морфологическое), генетико-прогностическое, описание на основе энтропийных показателей.

1.2. Функциональные характеристики сложных систем, свойства адаптации и самоорганизации, понятие гомеостазиса, дессинстивные системы.

1.3. Иерархия сложных систем, системы «городского» типа, применение энтропийных критериев в анализе сложных систем. Методы поиска скрытых закономерностей.

1.4. Человеко-машинные системы. Методы анализа эргатических систем. Основные критерии качества функционирования, устойчивость и управляемость этих систем.

Раздел 2. Биотехнические системы

2.1. Анализ и синтез биотехнических систем. Исследование биологического объекта с позиций теории систем.

2.2. Изучение биотехнических систем различного типа и уровня: оценки параметров, регистрации и оценки состояния, управления состоянием, сложные системы гомеостатического типа, системы, обеспечивающие (или заменяющие) функции компенсацию утраченных органов и функций.

Лабораторные работы:

Лабораторная работа №1. Исследование системы оценки вегетативных функций организма. Система сбора данных, их обработка и получение функциональных (адаптационных) характеристик.

Раздел 3. АСУ медико-биологического назначения

3.1. Принципы построения систем принятия управленческих решений в здравоохранении, примеры АСУ медико-биологического назначения.

3.2. Примеры систем телеметрии, диагностики и управления состоянием.

Лабораторные работы:

Лабораторная работа №2. Исследование виртуального экг-монитора и проектирование интерфейса пользователя.

Раздел 4. Методы принятия решения

4.1. Современные методы структуризации знаний. Формирование тестов, адаптивное тестирование.

4.2. Основные методы принятия решений по результатам медико-биологических исследований. Элементы доказательной медицины.

В результате освоения дисциплины «Системный анализ» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:

Таблица 2

Планируемые результаты освоения модуля

№ п/п	Результат
РД1	Знать основные понятия теории систем и алгоритмы принятия решений в биомедицине
РД2	Уметь проводить структурирование проблемы и создания проекта ее решения (реализации), проектировать автоматизированной системы АСУ лечебного учреждения
РД3	Владеть методами (приёмами) анализа и синтеза биотехнических систем

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1        Виды и формы самостоятельной работы

       Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).

       Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний

Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным работам по дисциплине во внеучебное время студентам предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры, возможностями компьютерного класса кафедры, где имеются программа, методические указания по лабораторным работам, методические пособия и контролирующие материалы по дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по вопросам дисциплины у ведущего лектора, зав. лабораторией.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР):

поиск, анализ, структурирование информации,  Студент самостоятельно прорабатывает лекции по данному курсу, выполняет домашнее задание.

6.3        Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. В частности, предусмотрена процедура защиты лабораторных работ, домашнего задания.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:

Контролирующие мероприятия	Результаты обучения по дисциплине
Контрольные работы	РД1, РД2
Выполнение и защита лабораторных работ	РД1, РД2, РД3
Зачет	РД1, РД2

Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):

вопросы входного контроля; контрольные вопросы, задаваемые при проведении практических занятий, вопросы для самоконтроля; вопросы тестирований; вопросы, выносимые на экзамен.

Вопросы входного, рубежного, текущего и итогового  контроля по дисциплине «Системный анализ»

1.        Математические методы проектирования. Определение целевой функции.

2.Экспериментальная оценка надежности. Погрешности определения надежности.

4. Системный подход в процессе проектирования.

6 Состав прибора с точки зрения системного объекта проектирования.

Эргономические требования, которые учитываются при разработке приборов.

7 Признаки системного подхода в проектировании.

Эстетические требования, которые учитываются при разработке приборов.

8 Основные положения, лежащие в основе системного подхода. Требования технологичности.

9 Элементы основ системного анализа. Условные обозначения технических процессов как система. Требования унификации.

10 Выходные характеристики и внутренние параметры системы. Конструктивно – параметрические семейства.

11 Входные воздействия и внешние факторы, действующие на систему.

Патентно–правовые требования.

12 Показатели параметрической чувствительности. Требования патентной чистоты.

13 Конструкция прибора как системы. Классы и группы приборов и систем различного назначения.

Пример экзаменационного билета №1

Выявить критерии оценки и прогнозирования состояния объекта Определить управляющее воздействие Основы теории информации и их использование для представления информационных потоков, циркулирующих в системе

Пример экзаменационного билета №2

1. Способы формирования критериев эффективности решений, направленных на достижение сформулированных целей. Проблема многокритериальной оптимизации биотехнических систем и способы её решения;

2. Формирование  математической модели для анализа сложных систем и оптимизация процедуры принятия решений

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется  в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», в действующей редакции.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:

текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных  в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)

9.1. Методическое обеспечение самостоятельной работы

Основная литература

Системный анализ медико-биологических исследований : учебное пособие для вузов / . — Старый Оскол: ТНТ, 2014. — 420 с. Теория систем и системный анализ : учебное пособие для вузов / В. А. Силич; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт дистанционного образования (ИДО). — Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — 276 с. Прикладной системный анализ : учебное пособие / . — Москва: КноРус, 2010. — 224 с.

Дополнительная

Системное познание мира.- М.:Политиздат,1985. скусство решения проблем: Пер. с англ. М.: Мир,1982 , Очерки о совместной работе математиков и врачей. -  М.:Наука,1989. , Нобелевские лауреаты и медицинская техника: Учебное пособие. - Тамбов: Изд-во , 2006. - 114 с. Надёжность экономических информационных систем // Учебное пособие.- Тамбов : ТГТУ, 2002.- 128 с. Автоматизация измерений, контроля и испытаний: Учебное пособие / Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007.- 111 с. Информационные основы принятия решений в медицине. Томск, 2003. , Анализ и обработка медико-биологической информации. Учебное пособие. Томск,2002. Общая теория функциональных систем организма// Прогресс биологической и медицинской кибернетики. М.:Медицина,1974.

Интернет-ресурсы:

http://www.uml.org/– сайт посвящённый унифицированому языку моделирования

http://www.hl7.org/- стандарт хранения и передачи медицинских данных

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

       

№ п/п	Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)	Корпус, ауд., количество установок
1	Учебная аудитория	Корпус 16в, 318 ауд.,
2	Компьютерный класс	Корпус 16в, 327 ауд.,

Программа составлена на основе СУОС ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению подготовки 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии», профили «Биомедицинская инженерия», «Медико-биологические аппараты, системы и комплексы».

Программа одобрена на заседании кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразрушающего контроля

(протокол № 10.16 от «26» августа 2016 г.)

Автор: к. т.н., доцент каф. ПМЭ

Рецензент: к. т.н., доцент каф. ПМЭ