Імітаційне моделювання управляючих систем - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Метою вивчення дисципліни "Імітаційне моделювання управляючих систем" є формування у студентів знань з основ складання моделей систем різних класів, дослідження цих моделей і обробки отриманих результатів досліджень з використанням інструментальних засобів імітаційного моделювання. Предмет навчальної дисципліни - основні поняття імітаційного моделювання, методи та способи побудови моделей об'єктів та систем управління а також інструментальні середовища моделювання систем (MathworksMatlab ). В результаті вивчення дисципліни студенти повинні: а) знати:

• методологічні основи моделювання,
• принципи математичного та імітаційного моделювання систем,
• проблеми та особливості, пов'язані з функціонуванням одночасних процесів,
• етапи дослідження моделей систем,
• імітаційні методи дослідження моделей систем;

б) вміти:

• формулювати мету дослідження системи у вигляді цільової функції,
• синтезувати моделі системи управління будь-якої складності,
• планувати і проводити експеримент з моделями,
• обробляти і аналізувати результатиекспериментів;

в) володіти:

• основними поняттями області моделювання систем управління,
• навичками роботи з інструментальними засобами імітаційного моделювання.

Вивчення даної навчальної дисципліни направлено на формування у студентів наступних компетенцій:

1. здатністю використовувати сучасні інструментальні та обчислювальні засоби для дослідження управляючих систем, що забезпечується знаннями про методи моделювання систем, вмінням розробляти імітаційні моделі системи для вирішення прикладних задач та володінням методами обробки та аналізу отриманих результатів;
2. здатність вирішувати стандартні задачі професійної діяльності на основі розроблених моделей.

2.Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Дана дисципліна відноситься до циклу дисциплін професійної підготовки і є дисципліною нормативного освітнього компоненту. Курс розрахований на студентів, які мають підготовку по попереднім курсам, що стосуються «Вища математика», «Теорія систем та системний аналіз», «Теорія ймовірностей і математична статистика», «Дискретна математика», «Операційні системи», «Теорія алгоритмів». Знання, отримані при вивченні дисципліни повинні бути використані в подальшому для вивчення дисципліни «Математична економіка та моделі прийняття рішень в інформаційно-управляючих системах» а також для дипломного проєктування та в подальшій професійній діяльності.

3.Зміст навчальної дисципліни

Загальний обсяг дисципліни становить 4 кредити (120 годин) їх розподіл за видами роботи наведено у таблиці. Навчальна дисципліна складається з одного семестрового модулю і вивчається в 2-му (весняному) семестрі.

|||||||| |:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:| | Форма навчання | Всього кредитів/годин | | Розподіл навчального часу за видами занять | || Семестрова атестація | ||| Лекції | Практ. зан. | Лаб. роб. | СРС | |заочна | 4/120 | 36 | - | 18 | 66 | екзамен | СРС - самостійна робота студента. Структура навчальної дисципліни представлена у таблиці. ||||||| |:---:|:---|:---:|:---:|:---:|:---:| | № з/п | Тема (розділ) дисципліни | Всього годин по всім видам занять | Лекції | Лаб. роб. | СРС | | 1 | Задачі, методи та процес моделювання. | 10 | 2 | 2 | 6 | | 2 | Методи збору інформації та даних про систему. | 12 | 2 | 2 | 8 | | 3 | Формалізація процесів функціонування дискретних систем. | 16 | 4 | 2 | 10 | | 4 | Імітаційне моделювання. | 24 | 8 | 2 | 12 | | 5 | Методи досліджень імітаційних моделей. | 18 | 6 | 4 | 10 | | 6 | Методи оптимізації імітаційних моделей. | 24 | 8 | 4 | 12 | | 7 | Програмне забезпечення імітаційного моделювання систем. | 16 | 6 | 2 | 8 | || РАЗОМ: | 120 | 36 | 18 | 66 |

4.Навчальні матеріали та ресурси

Основналітература:

1. Стеценко, І.В. Моделювання систем: навч. посіб. [Електронний ресурс, текст] / І.В. Стеценко ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2010. – 399 с. ISBN 978-966-402-073-9
2. В.М. Томашевський Моделювання систем / К.: Видавнича група BHV, 2005. – 352 с.
3. Дьяконов, В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576 с
4. Рыжиков, Ю.Б. Моделирование систем: практикум по компьютерному моделированию / Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 352 с.
5. Кознов, Д.В. Основы визуального моделирования: учебное пособие для студ.вузов / Д.В. Кознов. – М.: БИНОМ.ЛЗ, 2008. – 246 с.

Додаткова література:

1. Дьяконов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: специальный справочник / В. Дьяконов, В. Круглов. – Питер. 2001.
2. Кудрявцев, Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем / Е.М. Кудрявцев. – М.: DMK Press, 2003. – 320 с.
3. Бусленко, Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. – М.: Наука, 1978. – 400 с.
4. Марков, А.А. Моделирование информационно-вычислительных процессов / А.А. Марков. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 360 с.
5. Математическая теория планирования эксперимента / под ред. С.М. Ермакова. – М.: Наука, 1983. – 392 с.

Навчальний контент

5.Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Зміст розділів дисципліни. |||| |:---:|:---|:---:| | № | Назва розділу дисципліни | Зміст розділу | | 1 | Задачі, методи та процес моделювання. | Моделі і моделювання. Об'єкт моделювання; модель, її призначення і функції; приватні моделі. Цілі і проблеми моделювання систем. Натурний (фізичний) і обчислювальний експерименти. Класифікація моделей і види моделювання.| | 2 | Методи збору інформації та даних про систему. | Ідентифікація закону розподілу. Апроксимація функціональної залежності. Декомпозиція систем і простір станів. Формальні методи побудови моделей. Кібернетичний підхід. Системна динаміка. Теоретико-множиний підхід.| | 3 | Формалізація процесів функціонування дискретних систем. | Мережі масового обслуговування. Мережі масового обслуговування з блокуванням маршруту. Мережі Петрі з часовими затримками. Мережі Петрі з конфліктними переходами. Мережі Петрі з багатоканальними переходами. Мережі Петрі з інформаційними зв’язками.| | 4 | Імітаційне моделювання. | Генератори випадкових величин. Алгоритми імітаційних процесів функціонування дискретних систем. Імітаційне моделювання мережі масового обслуговування. Імітаційне моделювання мережі Петрі з часовими затримками. Імітаційне моделювання мережі Петрі з конфліктними переходами. Імітаційне моделювання мережі Петрі з багатоканальними переходами.| | 5 | Методи досліджень імітаційних моделей. | Планування та проведення факторних експериментів. Регресійний аналіз впливу факторів. Дисперсійний аналіз впливу факторів.| | 6 | Методи оптимізації імітаційних моделей. | Пошук оптимальних значень за допомогою серії факторинх експериментів. Методи групового урахування аргументів. Еволюційні методи пошуку оптимальних значень.| | 7 | Програмне забезпечення імітаційного моделювання систем. |Мова імітаційного моделювання GPSS. Система імітаційного моделювання PTRSIM. Пакет імітаційного моделювання Arena. Моделювання засобами MathworksMatlab.| Лекційні заняття. |||| |:---:|:---|:---:| | №, з/п | Назва | Кількість годин | | 1 | Задачі, методи та процеcи моделювання. | 2 | | 2 | Методи збору інформаці та даних про систему. | 2 | | 3 | Мережі масового обслуговування. | 2 | | 4 | Мережі Петрі. | 2 | | 5 | Методи проектування імітаційних моделей. Розроблення концептуальної моделі. | 2 | | 6 | Генератори випадкових величин. Алгоритми імітаційних процесів функціонування дискретних систем. | 2 | | 7 | Імітаційне моделювання мережі масового обслуговування. | 2 | | 8 | Імітаційне моделювання мережі Петрі | 2 | | 9 | Планування та проведення факторних експериментів. | 2 | | 10 | Планування та проведенн факторних експериментів. | 2 | | 11 | Дисперсійний аналіз впливу факторів. | 2 | | 12 | Пошук оптимальних значень за допомогою серії факторинх експериментів. | 2 | | 13 | Методи групового урахування аргументів. | 2 | | 14 | Еволюційні методи пошуку оптимальних значень. | 2 | | 15 | Принципи побудови мов моделювання. | 2 | | 16 | Стан процесів. | 2 | | 17 | Система планування в мовах моделювання. | 2 | | 18 | Системи імітаційного моделювання. | 2 | || Разом |36 |

Лабораторні заняття. ||||| |:---:|:---|:---:|:---:| | №, з/п | Назва | Зміст | Кількість годин: | | 1 | Призначення та структураMatLab Simulink . |Мета роботи отримати початкові навики роботи в середовищі Simulink, знайомство з інтерфейсом користувача, браузером бібліотек блочних компонентів Simulink Library Browser, редактором блок-схем, вікном S-моделі.| 2 | | 2 | Основні прийоми редагування S-моделі. | Мета роботи отримати навички роботи в графічному редакторі середовища Simulink, вивчення основних прийомів створення та редагування блок-схем S-моделей.| 2 | | 3 | Універсальна бібліотека Simulink. | Мета роботи ознайомитись з універсальною бібліотекою блочних компонентів Simulink, вивчення призначення блоків, вивчення основних прийомів налаштування параметрів блоків. | 2 | | 4 | Встановлення параметрів конфігурації моделі. | Мета роботи ознайомлення з параметрами конфігурації S-моделі та чисельними методами Simulink. | 2 | | 5 | Імпорт та експорт даних. | Мета роботи вивчення способів обміну даними між Matlab та Simulink, автоматичного та ручного виклику команд (групами команд, m-файлів) з вікна S-моделі, запуску виконання S-моделі з командної строки Matlab або з m-файлу. | 2 | | 6 | S-функція та анімація. |Мета роботи отримання навичок опису S-функції та їх використання для створення анімації в Simulink.| 2 | | 7 | Управління підсистемами. | Мета роботи отримати навички створення та використання Simulink-підсистемами. | 2 | | 8 | Модульна контрольна робота.|-| 2 | | 9 | Підготовка до складання іспиту|-| 2 | || Разом |-| 18 |

6.Самостійна робота студента

Самостійна робота студентів полягає в самостійному вивченні окремих тем, практичної реалізації типових завдань за цими темами. Контроль виконання самостійної роботи проводиться при поточних контрольних заходах і на проміжній атестації за підсумками освоєння. Перелік питань для самостійної роботи студентів по розділам: Перелік питань для самостійної роботи студентів по розділам:

1. Розділ 1. Основні методи аналітичного моделювання управляючих систем.
2. Розділ 2. Імовірнісне та статистичне моделювання.
3. Розділ 3. Типи моделей систем масового обслуговування. Одноканальні та багатоканальні системи масового обслуговування.
4. Розділ 4. Моделювання систем за допомогою мереж Петрі. Розширення простих мереж Петрі. Розширення можливостей вузлів під час моделювання.
5. Розділ 5. Вибір засобів реалізації імітаційного моделі. Програмна реалізація.
6. Розділ 6. Методи штучного інтелекту в імітаційному моделюванні.
7. Розділ 7. Система моделювання GPSS.

Політика та контроль

7.Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

З дисципліни передбачений поточний контроль у формі рейтинг-контролю і проміжна атестація за підсумками освоєння дисципліни – екзамен у другому (весняному) семестрі. Відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу. На період карантину лекційні та лабораторні заняття проводяться в дистанційному режимі. Лабораторні роботи захищаються у вигляді відповіді на контрольні питання та представлення результатів виконаної роботи. Бали за лабораторну роботу нараховуються лише за наявності звіту. Штрафні та заохочувальні бали за:

• несвоєчаснеподання практичної роботи - 1 бал;
• модернізація практичних робіт, виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни - надається від 5 до 10 заохочувальнихбалів.

8.Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

1. виконання 7 лабораторних робіт (ЛР);
2. виконання 1-ї модульної контрольної роботи (МКР);
3. відповіді на екзаменаційні питання (ВЕП).

||||||||||||| |:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:| ||||||Вид заняття / контрольний захід||||||| | Min/max рейтингова оцінка| ЛР №1 | ЛР №2 | ЛР №3 | Календарний контроль 1 | ЛР №4 | ЛР №5 | ЛР №6 | ЛР№ 7 | Календарний контроль 2 | МКР | Відповіді на екзаменаційні питання | | Min | 3 | 3 | 3 | 9 | 3 | 3 | 3 | 3 | 21 | 5 | 25 | | Max | 5 | 5 | 5 | 15 | 5 | 5 | 5 | 5 | 35 | 10 | 40 | Розрахунок шкали рейтингу R: Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає: R = 35(ЛР) + 10(МКР) + 40(ВЕП) = 100 балів.

Поточний контроль: опитування на лабораторних заняттях за темою заняття; Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу. Для отримання «зараховано» з першого календарного контролю (КК 8 тиждень) студент повинен мати не менше ніж 9 балів (на початок 8 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів «ідеальний» студент має отримати 15 балів). Для отримання «зараховано» з другого календарного контролю (КК 14 тиждень) студент повинен мати не менше ніж 21 балів (на початок 14 тижня згідно з календарним планом контрольних заходів «ідеальний» студент має отримати 35 балів). Семестровий контроль: екзамен. Умови допуску до семестрового контролю: семестровий рейтинг не менше 30 балів, здача всіх лабораторних робіт і написання МКР.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

9.Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Орієнтовний перелік питань, що виносяться на екзамен:

1. Поняття моделі
2. Способи побудови моделей
3. Класифікація моделей
4. Задачі моделювання
5. Методи моделювання
6. Процес моделювання
7. Системний підхід до побудови моделей
8. Ідентифікація закону розподілу
9. Апроксимація функціональної залежності
10. Мережі масового обслуговування
11. Мережі масового обслуговування з блокуванням маршруту
12. Мережі Петрі з часовими затримками
13. Мережі Петрі з конфліктними переходами Мережі Петрі з багатоканальними переходами
14. Мережі Петрі з інформаційними зв’язками
15. Генератори випадкових величин
16. Алгоритми імітації процесів функціонування дискретних систем
17. Імітаційне моделювання мережі масового обслуговування
18. Імітаційне моделювання мережі Петрі з часовими затримками
19. Імітаційне моделювання мережі Петрі з конфліктними переходами
20. Імітаційне моделювання мережі Петрі з багатоканальними переходами
21. Планування та проведення факторних експериментів
22. Регресійний аналіз впливу факторів
23. Дисперсійний аналіз впливу факторів
24. Пошук оптимальних значень за допомогою серії факторних експериментів
25. Методи групового урахування аргументів
26. Еволюційні методи пошуку оптимальних значень
27. Мова імітаційного моделювання GPSS
28. Система імітаційного моделювання PTRSIM
29. Пакет імітаційного моделювання Arena

Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус): Складено доцент, к.т.н., Цьопа Наталія Володимирівня Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 1 від 30.08.2021 р.) Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 1 від 30.08.2021 р.)