ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інформаційне забезпечення робототехнічних систем |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма навчання | очна(денна)/заочна/дистанційна |
| Рік підготовки, семестр | 1 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 120 годин |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | екзамен/модульна контрольна робота |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лектор: к.т.н., Остапченко Костянтин Борисович okb2003@ukr.net Комп’ютерні практикуми: к.т.н., доцент, Остапченко Костянтин Борисович okb2003@ukr.net |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Курс кредитного модуля призначений забезпечити підготовку фахівців у галузі проектування систем організаційно-технічного та виконавчого рівнів управління в комп‘ютеризованому інтегрованому виробництві, побудованому із застосуванням робототехнічних систем та комплексів.
Метою кредитного модуля є набуття студентами фахових компетентностей, теоретичних знань і практичних навичок з машинної імітації процесів у виробничих, робототехнічних системах та автоматизованого проектування їх управління.
Предметом вивчення дисципліни є технології, методи та засоби проектування процесів функціонування і управління робототехнічними системами.
Навчальна дисципліна покликана допомогти студенту отримати -
знання:
- теоретичних положень щодо організації машинної імітації (імітаційного моделювання) робототехнічних систем;
- технологій використання функціонального і процесно-орієнтовного підходів до моделювання процесів в робототехнічних системах;
- стандартів моделювання процесів і систем;
- методик застосування різних технологій моделювання;
уміння:
- застосовувати стандарти і технології моделювання для рішення задач з організації управління робототехнічними системами;
- використовувати платформи моделювання для розв’язання типових задач проектування процесів функціонування робототехнічних систем;
досвід:
- використання спеціальної термінології в організації і проведення модельних експериментів;
- самостійного оволодіння новими технологіями моделювання;
- роботи із сучасними платформами моделювання процесів в робототехнічних системах.
Інтегральна компетентність: Здатність розв'язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми в галузі проектування процесів функціонування робототехнічних систем із застосуванням програмних засобів машинного моделювання і організації проведення модельних експериментів.
Загальні компетентності:
| ЗК01 | Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу |
|---|
Спеціальні (фахові, предметні) компетентності:
| СК04 | Здатність розробляти математичні, інформаційні та комп’ютерні моделі об’єктіві процесів інформатизації |
|---|---|
| СК05 | Здатність використовувати сучасні технології аналізу даних для оптимізації процесів в інформаційних системах |
| СК08 | Здатність до використання сучасних методологій та технологій проектування та реалізації інформаційного та програмного забезпечення інтелектуальних робототехнічних систем |
| СК11 | Здатність проектування та експлуатації нейрокомп’ютерних систем, які використовуються в задачах моделювання процесів і явищ, що супроводжують функціонування інформаційного забезпечення робототехнічних систем |
Програмні результати навчання:
| РН08 | Розробляти моделі інформаційних процесів та систем різного класу, використовувати методи моделювання, формалізації, алгоритмізації та реалізації моделей з використання сучасних комп’ютерних засобів |
|---|---|
| РН18 | Проектувати інформаційні системи із застосуванням компонентів нейротехнологій та проводити аналітичне та імітаційне моделювання складних об’єктів з їх використанням |
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Курс кредитного модуля базується на нормативних дисциплінах професійної підготовки бакалавра відповідної освітньої програми і утворює підгрунття освітніх компонент магістерської підготовки. Цей курс забезпечує засвоєння студентами вибіркових дисциплін наступного семестру навчання та виконання наукової роботи за темою магістерської дисертації.
Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1. Архітектурні аспекти моделювання робототехнічних систем
Тема 1. Сутність моделювання технічних об’єктів
Тема 2. Основні аспекти процесу моделювання технічних систем
Розділ 2. Формалізація процесів функціонування робототехнічних систем як дискретних систем
Тема 1. Математичне моделювання процесів функціонування дискретних систем
Тема 2. Дослідження сіткових моделей функціонування процесів дискретних систем
Розділ 3. Аналітичне моделювання динамічних систем
Тема 1. Системи масового обслуговування
Тема 2. Моделювання систем масового обслуговування
Розділ 4. Концепція імітаційного моделювання
Тема 1. Засади проектування імітаційних моделей
Тема 2. Програмні засоби реалізації імітаційних моделей
Розділ 5. Прийняття рішень за результатами моделювання
Тема 1. Засади прийняття рішень
Тема 2. Приклади прийняття рішень за допомогою імітаційного моделювання
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
1. Томашевський В.М. Моделювання систем: підручник з грифом МОН України. - К.: Видавнича група BHV, 2005. - 352с.
2. Стеценко І.В. Моделювання систем: навчальний посібник. - Черкаси: ЧДТУ, 2010. - 399с.
3. Гнучкі комп‘ютерно-інтегровані системи: планування, моделювання, верифікація, управління [підручник з грифом МОН України] / Ямпольський Л.С., Мельничук П.П., Остапченко К.Б., Лісовиченко О.І. – Житомир: ЖДТУ, 2010. – 786 с.
Допоміжна література
Д1. Робототехника и ГАП. Кн.5. Моделирование робототехнических систем и ГАП / Под ред. И.М.Макарова. - М.: Высш.шк., 1986. - 175с.
Д2. Питерсон Дж. Теория сетей Петр и и моделирование систем. - М.: Мир, 1984. - 264с.
Д3. Беляева М.А. Моделирование систем: конспект лекций. - М.: МГУП, 2012. - 188с.
Д4. Михайлов В.Н. Имитационное моделирование: учебно-методическое пособие. - Орел: Изд-во ОФ РАНХГиС, 2015. - 164с.
Д5. Simulating of Telecommunication Systems with CPN Tools / D.A. Zaitsev, T.R. Smeleva. - Odessa: ONAT, 2006. - 62p.
Д6. Григорьев И. AnyLogic за три дня: практическое пособие по имитационному моделированию. - Санкт-Петербург: Интернет-ресурс, 2022. – 272с. url: https://www.anylogic.ru/resources/books/free-simulation-book-and-modeling-tutorials/
Д7. Plant Simulation Basics, Methods, and Strategies Student Guide. - Siemens, USA, 2012. - 764p.
Д8. Имитационное моделирование организации производственных процессов машиностроительных предприятий в инструментальной среде Tecnomatix Plant Simulation: лабораторный практикум / И.Г. Абрамов, Н.Д. Проничев, Д.А. Абрамов, Т.Н. Котенкова. - Самара: Изд-во Самар.гос.аэрокосм.ун-та, 2014. - 80с.
Д9. Бжихатлов И.А. Моделирование робототехнических систем в программе V-REP: учебно-методическое пособие. СПб: Университет ИТМО, 2018. - 59с.
Інформаційні ресурси
1. ecampus.kpi.ua – електронний кампус університету
2. ist.kpi.ua – сайт кафедри
3. do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=6111 – дистанційний курс на платформі дистанційного навчання університету «Сікорський»
4. scs.org – міжнародне товариство комп’ютерного моделювання
5. plm.sw.siemens.com/en-US/simcenter/simulation-test/ – портал департаменту Digital Factory концерну Siemens AG, одного з провідних постачальників програмних засобів та послуг з управління життєвим циклом виробу та управління технологічними процесами
Обов‘язковим для вивчення є базова література, а додаткова для розширеного пізнання окремих тем і питань розділів навчальної дисципліни. Електронні версії підручників базової літератури знаходяться на платформі дистанційного навчання університету.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
У курсі навчальної дисципліни заплановані такі види навчальних занять – лекції, комп’ютерні практикуми.
Лекційні заняття
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань | Кількість ауд.годин |
|---|---|---|
| Розділ 1. Архітектурні аспекти моделювання робототехнічних систем | ||
| 1 | Тема 1. Сутність моделювання технічних об’єктів Питання 1. Сутність математичного моделювання Питання 2. Еволюція об’єктів моделювання Питання 3. Роль і місце моделювання в проєктуванні систем Питання 4. Види моделювання Питання 5. Класифікація моделей Література: [1, 2, Д3] |
0,5 |
| 2 | Тема 2. Основні аспекти процесу моделювання технічних систем Питання 1. Системний підхід до побудови моделей та етапи процесу моделювання Питання 2. Характеристики моделей Питання 3. Принципи та методи побудови моделей Питання 4. Технологія моделювання Література: [1, 2, Д3] |
0,5 |
| Розділ 2. Формалізація процесів функціонування робототехнічних систем як дискретних систем | ||
| 3 | Тема 1. Математичне моделювання процесів функціонування дискретних систем Питання 1. Концептуальні аспекти моделювання робототехнічних систем Питання 2. Призначення апарату сіток Петрі: базового і модифікацій Питання 3. Кольорові сітки Петрі Питання 4. Класи кольорових сіток Петрі Питання 5. Сітки Петрі із часовими затримками Питання 6. Ієрархічні сітки Петрі Література: [1, 2, 3] |
1 |
| 4 | Тема 2. Дослідження сіткових моделей функціонування процесів дискретних систем Питання 1. Властивості модифікацій сіток Петрі Питання 2. Способи аналізу властивостей модифікацій сіток Петрі Питання 3. Способи редукції сіток Петрі Питання 4. Програмні засоби моделювання сіток Петрі Література: [1, 2, 3, Д1] |
1 |
| Розділ 3. Аналітичне моделювання динамічних систем | ||
| 5 | Тема 1. Системи масового обслуговування Питання 1. Проблеми процесу моделювання виробничих, робототехнічних систем як динамічних систем Питання 2. Характеристики систем масового обслуговування Питання 3. Типи моделей систем масового обслуговування Питання 4. Одноканальні і багатоканальні системи масового обслуговування Література: [1, 2, Д1] |
0,5 |
| 6 | Тема 2. Моделювання систем масового обслуговування Питання 1. Визначення процесу моделювання систем масового обслуговування Питання 2. Простір станів системи масового обслуговування Питання 3. Алгоритм моделювання систем масового обслуговування Питання 4. Мережі систем масового обслуговування Література: [1, 2] |
0,5 |
| Розділ 4. Концепція імітаційного моделювання | ||
| 7 | Тема 1. Засади проектування імітаційних моделей Питання 1. Принципи і доцільність використання імітаційних моделей Питання 2. Процес постановки задачі імітаційного моделювання Питання 3. Методи проєктування імітаційних моделей Питання 4. Схема проєктування імітаційних моделей Література: [1, 2] |
1 |
| 8 | Тема 2. Розроблення імітаційних моделей Питання 1. Розроблення структурної схеми імітаційної моделі Питання 2. Перевірка достовірності і правильності імітаційної моделі Питання 3. Методи дослідження імітаційних моделей Питання 4. Методи оптимізації імітаційних моделей Література: [1, 2, Д1] |
0,5 |
| 9 | Тема 2. Програмні засоби реалізації імітаційних моделей Питання 1. Розвиток засобів реалізації імітаційних моделей Питання 2. Мови імітаційного моделювання GPSS та інші Питання 3. Програмні середовища моделювання AnyLogic, Simulink Література: [1, 2, Д1, Д6] |
1 |
| Розділ 5. Прийняття рішень за результатами моделювання | ||
| 10 | Тема 1. Засади прийняття рішень Питання 1. Методи прийняття рішень Питання 2. Схема процесу прийняття рішення за результатами моделювання щодо удосконалення системи Питання 3. Етапи подання результатів моделювання і порівняння альтернативних варіантів системи Література: [1] |
0,5 |
| 11 | Тема 2. Приклади прийняття рішень за допомогою імітаційного моделювання Питання 1. Моделювання технологічного процесу ремонту та заміни обладнання Питання 2. Моделювання виробничої дільниці Питання 3. Моделювання технологічних процесів в середовищі Tecnomatix Plant Simulation Література: [1, Д7, Д8, Д9] |
1 |
| Всього | 8 | |
Комп‘ютерні практикуми
| № з/п | Назва комп‘ютерного практикуму | Кількість ауд.годин |
|---|---|---|
| 1 | Практикум 1. Дискретно-подійне моделювання та верифікація характеристик процесів функціонування робототехнічної системи Дидактичні матеріали: Розділ 2 Тема 1 Література: [3, Д1, Д2, Д5] |
2 |
| 2 | Практикум 2. Дискретне імітаційне моделювання організації виробничих процесів в робототехнічних системах Дидактичні матеріали: Розділ 2 Тема 2 Література: [Д7, Д8] |
2 |
| 3 | Практикум 3. Функціональне моделювання динамічних процесів керування об’єктами робототехнічної системи Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 1 Література: [Д9] |
2 |
| 4 | Модульна контрольна робота. Аспекти моделювання робототехнічних систем, моделі та засоби моделювання Дидактичні матеріали: Розділи 1-5 |
2 |
| Всього | 8 | |
Самостійна робота студента
Цілями самостійної роботи є засвоєння студентами знань з тем розділів навчальної дисципліни та їх закріплення, а також розвиток у студентів навичок самостійної роботи з моделювання процесів у робототехнічних системах в межах основних тем.
Видами самостійної роботи є:
- підготовка до аудиторних занять із поглибленого вивчення додаткового матеріалу з розділів лекцій навчальної дисципліни;
- проведення підготовки звіту за результатами виконання комп‘ютерних практикумів із наданням деталізованих описів процедур моделювання та пояснень щодо аналізу результатів їх реалізації;
- проведення підготовки до виконання індивідуального завдання модульної контрольної роботи.
Терміни і час, які відводяться на виконання видів самостійної роботи визначаються згідно з розподілом навчального часу відповідного виду навчального заняття у структурі навчальної дисципліни. Загальна кількість годин, що відведена на самостійну роботу студента складає 104 години.
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, яка ставиться перед студентом, вимагає виконання наступних положень:
правила відвідування занять (як лекцій, так і практикумів) – присутність є обов‘язковою (у воєнний час не застосовується), пропущені практикуми відпрацьовуються індивідуально з наданням результатів їх виконання на заключному практичному занятті;
правила поведінки на заняттях – активність на лекціях, підготовка запитань за попередніми та поточними темами, попередня підготовка протоколів виконання завдань комп‘ютерних практикумів, використання засобів зв‘язку для пошуку інформації в системі дистанційного навчання чи в інтернет-середовищі;
правила захисту комп‘ютерних практикумів – захист практикумів відбувається у формі тестування через систему дистанційного навчання або опитування із попередньою ідентифікацією студента безпосередньо на занятті відповідно до розкладу проведення практикумів, допуск до захисту надається після виконання роботи і зарахування (попереднього оцінювання) звіту з виконання комп‘ютерного практикуму;
правила призначення заохочувальних та штрафних балів - за якісно та обгрунтовано підготовлений і вчасно поданий звіт з комп‘ютерного практикуму нараховується заохочувальний бал, за подання звіту з ознаками надання "типизованих" пояснень, висновків за шаблоном до виконаних завдань комп‘ютерного практикуму нараховується штрафний бал;
політика дедлайнів та перескладань – за невчасно поданий звіт з комп‘ютерного практикуму кількість балів за роботу зменшується (у воєнний час не застосовується);
політика щодо академічної доброчесності – не приймаються і не зараховуються звіти з виконання комп‘ютерних практикумів, які мають ознаки клонування, співпадіння текстів із роботами інших студентів, та роботи, які не відповідають завданню практикуму;
інші вимоги, що не суперечать законодавству України та нормативним документам Університету.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Поточний контроль: захист виконання комп‘ютерних практикумів у формі тестування (опитування), виконання модульної контрольної роботи.
Семестровий контроль: екзамен.
1) Рейтинг студента з навчальної дисципліни розраховується зі 100 балів, з них 50 балів складає стартова шкала (рейтинг) та 50 балів екзаменаційна шкала (рейтинг).
Стартовий рейтинг (протягом семестру) складається з балів, що студент отримує за:
- виконання та захист 3 робіт комп‘ютерного практикуму;
- виконання модульної контрольної роботи.
Екзаменаційний рейтинг складається з балів, що отримує студент підчас семестрового контролю на екзамені.
2) Критерії нарахування балів.
А. Виконання комп‘ютерних практикумів.
Ваговий бал за кожну роботу – 12.
Максимальна кількість балів на всіх практикумах дорівнює 12 балів × 3 = 36 балів.
Захист роботи виконується у формі тестування (опитування).
Кількість балів за роботу зменшується, якщо:
- надано невірну відповідь на запитання – 1 балів (за кожне запитання);
- вчасно не здано звіт з роботи (пізніше ніж за 2 тижні після виконання практикуму) – 1 бал;
- не виконано попередню підготовку – 1 бал.
За невиконану або незахищену роботу нараховується 0 балів.
За якісно та обґрунтовано підготовлений і вчасно поданий звіт з комп‘ютерного практикуму додатково нараховується заохочувальний 1 бал.
За подання "клонованого" звіту з ознаками співпадіння текстів або надання "типізованих" пояснень за шаблоном до виконаних завдань звіту комп‘ютерного практикуму додатково нараховується штрафний 1 бал.
Встановлено наступну кількість балів за захищену роботу:
- надано вірні відповіді – 12 балів;
- надано відповіді з незначними недоліками – 9 балів;
- надано відповіді з певними помилками – 7 балів:
- роботу не зараховано (виконано з грубими помилками) – 0 балів.
Б. Виконання модульної контрольної роботи:
Передбачається виконання контрольної роботи за комплексним контрольним завданням.
Ваговий бал за виконання контрольної роботи – 14.
Завдання модульної контрольної роботи складається з 2-х частин, що містять сім запитань, кожне з яких оцінюється у 1 бал.
В цілому завдання роботи оцінюється за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 14 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь або незначні неточності (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 10 балів;
- «задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 8 балів;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
3) Умовою допуску до екзамену є зарахування всіх комп‘ютерних практикумів та стартовий рейтинг не менше 25 балів.
4) На екзамені студенти виконують письмову контрольну роботу. Кожне завдання містить два запитання.
Кожне запитання оцінюється у 25 балів за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 25-23 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь або незначні неточності (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 22-19 балів;
- «задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 18-15 балів;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
5) Сума стартових балів та балів за екзаменаційну контрольну роботу переводиться до екзаменаційної оцінки згідно з таблицею:
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100…95 | Відмінно |
| 94…85 | Дуже добре |
| 84…75 | Добре |
| 74…65 | Задовільно |
| 64…60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Є не зараховані комп‘ютерні практикуми або стартовий рейтинг менше 25 балів |
Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
перелік питань, які виносяться на семестровий контроль відповідають питанням тем розділів змісту навчального матеріалу дисципліни;
для виконання комп‘ютерних практикумів студент повинен мати навички роботи з ПЕОМ з використанням операційної системи Windows, вміти встановлювати та застосовувати необхідне програмне забезпечення інструментальних засобів моделювання;
для виконання тестувань студент повинен мати навички роботи із засобами роботи в інтернет-середовищі.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено доцент, к.т.н., доцент, Остапченко К.Б.
Ухвалено кафедрою інформаційних систем та технологій (протокол № 13 від 15.06.2022 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету ІОТ (протокол № 11 від 07.07.2022 р.)
