Моделювання компонентів інтегрованих інформаційних систем Силабус освітнього компонента
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
|---|---|
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інтегровані інформаційні системи |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма навчання | заочна |
| Рік підготовки, семестр | 2 курс, весняний семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кредити ECTS / 90 годин(4 години лекцій, 2 години лабораторних робіт) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | Залік, Домашня контрольна робота |
| Розклад занять | 2 лекції та 1 лабораторне заняття |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів |
Лектор: старший викладач Яланецький Валерій Анатолійович, v.yalanetskyi@gmail.com Лабораторні: старший викладач Яланецький Валерій Анатолійович, v.yalanetskyi@gmail.com |
| Розміщення курсу | https://ecampus.kpi.ua/ |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Дисципліна «Моделювання компонентів інтегрованих інформаційних систем» (МКІІС) є фундаментальною в сфері інформаційних систем та технологій, вона входить в структуру та перелік освітніх компонентів освітньої програми 126 бакалаврату. Предметна область та основний фокус освітньої програми містить ключове слово Моделювання. У відповідності до стандарту освітній компонент як дисципліна МКІІС забезпечує набуття загальних компетенцій, низку фахових компетенцій, вагомих знань та умінь УМ4, УМ21, УМ25 в переліку компетенцій освітньої програми.
Предметом навчальної дисципліни є вивчення здобувачами/слухачами методів та засобів моделювання типових технологічних процесів, що протікають в реальних об'єктах керування, одержання навичок програмування моделей із використанням сучасних мов та середовищ програмування зокрема CoDeSys.
Метою навчальної дисципліни є формування у здобувачів/слухачів здібностей:
формування теоретичних навиків з моделювання технологічних процесів та об'єктів керування;
формування практичних навиків з моделювання технологічних процесів та об'єктів керування;
Здобувачі/слухачі після засвоєння навчальної дисципліни мають продемонструвати такі результати навчання:
знання:
- ролі і місця моделювання при проектуванні і налагоджені систем керування;
- принципів і методів побудови моделей;
- основних методів ідентифікації та перевірки адекватності моделей;
- сучасних програмних технологій та засобів моделювання.
уміння:
- проаналізувати відомі способи моделювання процесів і систем у відповідності з поставленим завданням і вибрати конкретний метод, виходячи із мети та завдань моделювання, реальних допущень та обмежень;
- вибрати конкретні методи побудови математичних моделей та побудувати саму модель.
досвід:
- раціонально використовувати сучасні технології, пакети прикладних програм та інтегровані середовища моделювання;
- оволодіння сучасними програмними засобами програмування моделей об'єктів керування в середовищах CoDeSys.
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Пререквізити: математика, фізика, метрологія, теоретичні основи електротехніки, загальна електротехніка і електроніка, інформатика, програмування, теорія алгоритмів, дискретна математика, теорія систем та системний аналіз.
Постреквізити: знання одержані при вивчені данної дисципліни використовуються в наступних дисциплінах: оптимальні і адаптивні системи автоматичного керування, проектування пристроїв та систем автоматики і управління, проектування інформаційно-керуючих систем, інтелектуальні системи керування та інші.
Обсяг та зміст навчальної дисциплін
3.1 Обсяг навчальної дисципліни
Дисципліна складається з наступних навчальних складових: Лекції, Лабораторні роботи (ЛР), Домашня контрольна робота (ДКР), Залікова контрольна робота (ЗКР).
За заочною формою навчання обсяг: 90 годин (4год – Лекції, 2год – ЛР, 84год – СРС)
3.2 Тематика лекційних занять
Тема 01. Мета, задачі та організація курсу.
Тема 02. Чисельне моделювання.
Тема 07. Моделі типових технологічних процесів.
Тема 08. Моделі технологічних апаратів.
3.3 Тематика лабораторних робіт (ЛР)
Тема 01. Програмування похідної та інтегралу в CoDeSys мовою ST.
Тема 03. Моделювання гідродинамічних об'єктів.
Навчальні матеріали та ресурси
4.1 Базові джерела
- Моделювання процесів і систем: комп'ютерний практикум [Електронний ресурс]: навч. посіб. для студ. освітньої програми «Інтегровані інформаційні системи» спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології» / КПІ ім. Ігоря Сікорського; уклад.: В.А. Яланецький. – Електронні текстові дані (1 файл: 1.5 Мбайт). – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 134 с.
- Буката Л.М., Шаповаленко В.А., Трофименко О.Г.: Чисельні методи та моделювання на ОЕМ: Методичний посібник. – Одеса: Державна адміністрація зв’язку Одеська Національна Академія зв’язку ім. О.С. Попова, 2010. – 72с.
- Антоненко В,М. Сучасні інформаційні системи і технології: управління знаннями: навч.посібник / В.М. Антоненко, С.Д. Мамченко, Ю.В. Рогушина. – Ірпінь: Нац. університет ДПС України, 2016. – 212с.
- Bilash Kanti Bala, Fatimah Mohamed Arshad, Kusairi Mohd Noh. System Dynamics: Modelling and Simulation. - Springer; Softcover reprint of the original 1st ed. 2017 edition. – 2017, - 291 p, ISBN-10 : 9811095124, ISBN-13 : 978-9811095122.
4.2 Додаткові джерела
- Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия-Телеком, 2009. – 608 с., ил.
- Петухов, О.А. Моделирование: системное, имитационное, аналитическое: учеб. пособие / О.А. Петухов, А.В. Морозов, Е.О. Петухова. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008. – 288 с.
- Алиев Т.И. Основы моделирования дискретных систем: учеб. пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. – 363 с.
- Филатов, А.Г. Моделирование систем: учеб. пособие. — Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2008. — 429 с.
- Федоткин И.М. Математическое моделирование технологических процессов. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. – 415 с.
- Раппопорт Є.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределёнными параметрами: Учеб. пособие/ Э.Я. Раппопорт. – М.: Высш. шк., 2003. – 299 с.: ил.
- Ордынцев В.М. Математическое описание объектов автоматизации. – М.: Машиностроение. 1965. – 360 с.
- Самарский, А.А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А.А. Самарский, А.П. Михайлов. – 2-е изд., испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 320 с.
- Семенов А. Д., Артамонов Д. В., Брюхачев А. В. Идентификация объектов управления: учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. – 211 с.
4.3 Рекомендації та роз’яснення
Зазначені навчальні матеріали та ресурси вільно доступні в інтернеті;
Обов’язковим для прочитання є інформація згідно тематики, що викладена у змісті навчальної дисципліни;
Факультативним для прочитання є інформація, що стосується моделювання розподілених теплотехнічних об'єктів та комунікаційного каналу зв’язку MODBUS;
Зв’язок цих ресурсів з конкретними темами дисципліни наведений у Навчальному контенті.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
5.1 Лекційні заняття
| № | Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС) | |
|---|---|---|
| 1 | Тема 01. Мета, задачі та організація курсу Тема 02. Чисельне диференціювання та інтеґрування | |
Презентаційна лекція. Структура навчальної дисципліни, РСО. Мета та задачі курсу. Загальні відомості про моделювання систем. Сутність моделювання. Моделювання систем як метод наукового пізнання світу. Чисельне диференціювання. Чисельне інтеґрування. Заміна інтеґраторів діграторами (кінцевими сумами). Джерела: [1, розділ 1, 1.1 – 1.4, с. 8…22] | ||
| СРС. Поглиблене вивчення матеріалу за темою лекції. | ||
| 2 | Тема 07. Моделі типових технологічних процесів Тема 08. Моделі технологічних апаратів | |
Презентаційна лекція. Поняття моделі технологічних об'єктів і систем керування. Структура та компоненти моделей технологічних об'єктів. Огляд типових технологічних процесів. Математична модель трубопроводу. Математична модель апарата з рідиною. Математична модель резервуара під тиском. Математична модель теплообмінника змішування. Математична модель кожухотрубного теплообмінника. Математична модель газового реактора. Джерела: [4, розділ 6] | ||
| СРС. Поглиблене вивчення матеріалу за темою лекції. | ||
| Загальна кількість годин на Лекції | 4 | |
5.2 Лабораторні заняття
| № | Назва ЛР | Кількість годин |
|---|---|---|
| 1 | Тема 01. Програмування похідної та інтегралу в CoDeSys мовою ST Необхідно розгорнути та налаштувати середовище CoDeSys. Реалізувати програмно дискретне інтегрування та дискретне диференціювання тригонометричної функції. Виконати симуляцію моделі. Джерела: [5] |
1 |
| 2 | Тема 03. Моделювання гідродинамічних об'єктів Записати таблицю змінних та параметрів гідродинамічного процесу. Зобразити схематичний рисунок та реалізувати програмно мовою ST модель гідродинамічного об'єкту. Виконати симуляцію моделі. Джерела: [5] |
1 |
| Загальна кількість годин на ЛР | 2 |
Самостійна робота здобувача/слухача
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Вимоги, які ставляться перед здобувачем/слухачем дисципліни:
- відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу, викладач фіксує присутність на заняттях (у воєнний час не застосовується);
- на лекціях викладач користується власними презентаціями; які по закінченні лекції викладає у телеграм-чат з відповідної дисципліни де присутній потік здобувачів/слухачів;
- на лекціях заборонено відволікати викладача від подання матеріалу, усі питання, уточнення та ін. здобувачі/слухачі ставлять в кінці лекції у відведений для цього час;
- ЛР захищаються у два етапи – перший етап: здобувачі/слухачі готують електронний Звіт, який надсилається на відповідний імейл викладачу; другий етап – захист ЛР за розкладом у фізичній чи віртуальній присутності та при наявності Звіту. Бали за ЛР враховуються лише по виконанню двох етапів;
- МКР/ДКР виконується у вигляді комплексного Тесту по запрошенню на імейл;
- ЗКР виконується на останньому лекційному занятті шляхом виконання письмової роботи та оформлення результатів у вигляді електронного Звіту, що надсилається на імейл;
- у відповідності до «Кодексу честі» ЛР, МКР, ДКР, ЗКР, ЕКР, Тести та Звіти здобувачі/слухачі виконують самостійно та особисто;
- заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях/практиках;
- штрафні бали виставляються за: несвоєчасну здачу ЛР (у воєнний час не застосовується).
Види контролю та рейтингова система оцінювання (РСО)
8.1 Склад рейтингу здобувача/слухача
Семестровий рейтинг здобувача/слухача складається з балів, що він отримує за:
- Виконання, оформлення та захист 2 ЛР;
- Виконання ДКР;
- Активність в семестрі у вигляді заохочувальних та/або штрафних балів.
Сесійний рейтинг здобувача/слухача дисципліни складається з балів:
- За виконання ЗКР.
Рейтинг здобувача/слухача = Семестровий рейтинг + Сесійний рейтинг
8.2 Поточний контроль
Лабораторні роботи (ЛР)
Максимальна оцінка за ЛР – 30 балів. Кожна ЛР оцінюється наступним чином:
- повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 90% потрібної інформації) та електронний Звіт до ЛР оформлений згідно вимог – 30 балів;
- достатньо повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 75% потрібної інформації) та електронний Звіт до ЛР оформлений згідно вимог – 28-29 бали(ів);
- неповна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 60% потрібної інформації) та електронний Звіт до ЛР оформлений не згідно вимог – 6-27 бали(ів);
- наявність лише наданого оформленого електронного Звіту до ЛР – 1 бал;
- незадовільна відповідь та/або не оформлений електронний Звіт до ЛР – 0 балів.
За помилку або відсутність обов’язкового блоку в контенті Звіту оцінка знижується на 1 бал.
За кожен місяць затримки захисту ЛР її максимальна оцінка знижується на 1 бал.
Статус виконаної, оформленої, поданої до захисту та захищеної ЛР – «Зараховано».
**
Домашня контрольна робота (ДКР)
Максимальна оцінка за ДКР – 40 балів. ДКР проводиться у формі Тесту.
Протягом сесії проводиться єдина ДКР. Кількість запитань/завдань у тесті – 40.
ДКР оцінюється наступним чином:
- правильна відповідь на тестове запитання/завдання – 1 бал;
- не правильна відповідь на тестове запитання/завдання – 0 балів.
Перелік питань до ДКР наведений у Додатку 1.
Заохочувальні бали
За активну роботу на лекції (питання, доповнення, зауваження за темою лекції, коли лектор пропонує здобувачам/слухачам задати свої питання) 1-2 бали, але в сумі не більше 10 за семестр.
Штрафні бали
За несвоєчасний захист ЛР мінус 1 бал за добу.
За несвоєчасне виконання ДКР мінус 1 бал за добу.
8.3 Календарний контроль (міжсесійна атестація)
Календарний контроль (рубіжна атестація) за заочною формою навчання не передбачений.
8.4 Семестровий рейтинг здобувача/слухача
Максимальна сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру (семестровий рейтинг RD) складає не більше 100 балів:
RD = rЛР + rДКР + (rЗ – rШ)=2*30 + 40 + (rЗ – rШ)=100 + (rЗ – rШ),
де rЛР – бали за виконання ЛР (0…30);
rДКР – бали за виконання ДКР (0…40);
rЗ – заохочувальні бали за активну участь на лекціях (0…10);
rШ – штрафні бали за несвоєчасне виконання ЛР та ДКР (0…10+).
8.5 Семестровий контроль (сесія)
Наприкінці семестру, умовою допуску до Сесії є відсутність заборгованостей (зарахування всіх ЛР й виконання ДКР) та семестровий рейтинг здобувача/слухача RD ≥ 60. Допущеним таким чином здобувачам/слухачам пропонується Залікова оцінка так званим «автоматом» (АвтоЗалік). В такому разі до заліково-екзаменаційної відомості вносяться зароблені бали RD та відповідні оцінки.
Здобувачі/слухачі, у яких RD < 60 та вони не мають заборгованостей, зобов’язані виконувати ЗКР у формі Тесту. Максимальна оцінка за ЗКР – 20 балів. Перелік питань до ЗКР у формі Тестів відповідає ДКР та наведений у Додатку 1. Оцінювання такої ЗКР також відповідає ДКР.
Здобувачам/слухачам, які протягом семестру «заробили» RD ≥ 60 та мають допуск, надається можливість виконувати комплексну ЗКР з метою підвищення пропонованої автоматичної оцінки. В такому разі, попередній рейтинг RD скасовується і фінальна оцінка виставлятиметься з урахуванням результату виконання комплексної ЗКР (у письмовому електронному форматі).
Максимальна оцінка за комплексну ЗКР – 100 балів, яка оцінюється так:
- правильний розв’язок поставленого завдання (не менш ніж 90% потрібної інформації) та Звіт оформлено згідно вимог – 90-95 балів (ще додатково до 5 балів за швидкість);
- достатньо правильний розв’язок поставленого завдання (не менш ніж 75% потрібної інформації) та Звіт оформлено згідно вимог – 75-94 бали(ів);
- не достатньо правильний розв’язок поставленого завдання (не менш ніж 60% потрібної інформації), незначні помилки у Звіті – 60-74 бали(ів);
- неправильний розв’язок та/або Звіт оформлено не згідно вимог – 10-59 бал;
- Звіт не подано до перевірки – 0 балів.
У випадку підвищення оцінки, бали комплексної ЗКР це фінальний Рейтинг здобувача/слухача.
8.6 Рейтингова система оцінювання (РСО) результатів вивчення дисципліни
Рейтинг здобувача/слухача переводиться до Залікової оцінки згідно з наступною таблицею відповідності кількості набутих рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:
| Рейтинг здобувача/слухача | Залікова оцінка |
|---|---|
| 94 - 100 | Відмінно |
| 85 - 94 | Дуже добре |
| 75 - 84 | Добре |
| 65 - 74 | Задовільно |
| 60 - 64 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Не виконані умови допуску | Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
- перелік теоретичних питань, які виносяться на Поточний, Календарний та Семестровий контроль наведено в Додатку 1;
- згідно рекомендацій університету/факультету викладач може зараховувати окремі роботи з дисципліни здобувачам/слухачам, які працюють і виконують завдання, що пов’язані із дисципліною.
- на початку семестру викладач інформує здобувачів/слухачів про можливість пройти відповідні безкоштовні (або платні) курси на свій розсуд з тематики навчальної дисципліни. Після отриманням здобувачем/слухачем офіційного сертифікату проходження відповідних курсів (кількістю годин не менше за 60%), викладач зараховує курс в цілому на Достатню оцінку.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено старший викладач, Яланецький Валерій Анатолійович
Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол № 16 від 12.06.2024)
Погоджено Методичною комісією факультету1 (протокол № 10 від 21.06.2024)
Додаток 1
Перелік питань до МКР/ДКР/ЗКР
- Моделювання систем як метод наукового пізнання.
- Поняття: модель, моделювання, теорія моделювання систем.
- Класифікація математичних моделей.
- Способи отримання математичних моделей об'єктів і систем управління.
- Класифікація математичних моделей.
- Цифрове моделювання об'єктів і систем управління.
- Методи чисельного диференціювання при цифровому моделюванні об'єктів.
- Структурна модель системи управління зі змінною та незмінною частинами.
- Методи чисельного інтегрування при цифровому моделюванні об'єктів.
- Основні поняття і завдання математичного моделювання.
- Аналітичний метод моделювання систем.
- Структурна модель типової системи керування.
- Види структурних моделей замкнених систем керування.
- Основні компоненти моделі системи керування.
- Поняття регулятор. Види регуляторів в моделях систем керування.
- Неперервний та дискретний регулятор.
- Модель релейного регулятора.
- Модель пропорційного регулятора.
- Модель пропорційно-інтегрального регулятора.
- Модель пропорційно-диференціального регулятора.
- Моделі ПІД-регулятора.
- Класична модель ПІД-регулятора.
- Програмне моделювання дискретних регуляторів.
- Програмне моделювання об'єктів керування.
- Метод безпосереднього програмування та передатні функції.
- Помилка, розузгодження, зворотній зв'язок.
- Задавач, давач.
- Програмний задавач.
- Керуючий вплив. Виконавчі пристрої та механізми.
- Первинне та вторинне перетворення цифрового сигналу.
- Псевдовипадкові числа в задачах моделювання коливань вимірів.
- Інструментальне середовище програмного моделювання систем керування.
- CoDeSys в задачах моделювання систем керування.
- Моделювання однотактних систем логічного керування.
- Приклад моделювання системи керування світлофорами на перехресті.
- Приклад моделювання пасажирським ліфтом.
- Моделювання системи керування та базі технологій XML.
- Базові відомості про мови програмування в CoDeSys.
- Мова ST в задачах програмного моделювання систем керування.
- Мова LD в задачах програмного моделювання систем керування.
- Мова FBD в задачах програмного моделювання систем керування.
-
Методичною радою університету – для загальноуніверситетських дисциплін.↩
