СИСТЕМНА ІНЖЕНЕРІЯ-2. ІНЖЕНЕРІЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
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 | очна(денна)/заочна/дистанційна |
| Рік підготовки, семестр | 3 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 3,5 кредити (105 годин (36 – лекції, 18 – лабораторні, 51 - СРС)) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | екзамен, модульний контроль |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лектор, лабораторні заняття: к.т.н., Сокульський Олег Євгенович, моб. (063) 427-77-09 |
| Розміщення курсу | https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=250 |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Необхідність вивчення навчальної дисципліни. Моделювання як одну з найважливіших категорій процесу пізнання неможливо відокремити від розвитку людства. З самого дитинства людина пізнає світ іграшки й ігри. З роками вона використовує все більш складні моделі, які дають можливість "програвати" різні життєві та виробничі ситуації і тим самим отримувати якнайкращі способи вирішення проблеми.
Основним інструментом пізнання явищ навколишнього світу людиною є математичні моделі. Під математичними моделями розуміють основні закономірності і зв'язки, властиві явищу, що вивчається. Це можуть бути формули або рівняння, набори правил або угод, виражені в математичній формі. Проте отримати їх розв'язання (чи розв'язок) у вигляді простих формул не є можливим. Тому для розрахунку використовується статистичне та імітаційне моделювання.
Мета дисципліни: сформувати у студентів знання та вміння з питань моделювання систем, основних підходів і принципів побудови моделей для вирішення задач математичного, статистичного та імітаційного моделювання, що виникають при розробці великих складних систем різного призначення.
Предмет дисципліни: загальновизнані методології і сучасні технології моделювання складних систем.
Програмні результати навчання
| ЗН 27 | Знання базових компонентів організаційного та операційного рівнів інформаційних систем. |
|---|---|
| УМ 19 | Виконувати порівняльний аналіз відомих реалізацій компонентів організаційного (бізнесового) рівня інформаційних систем за функціональними можливостями бізнес-процесів, виконувати порівняльний аналіз контролерів, давачів, виконавчих пристроїв процесного рівня та їх інтеграції. |
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Пререквізити: вміти користуватися комп’ютером на рівні адміністратора та програмувати.
Міждисциплінарні зв’язки. Дисципліна базується на дисциплінах: «Іноземна мова», «Програмування», «Теорія ймовірностей, ймовірнісні процеси і математична статистика», «Теорія систем та системний агналіз».
Постреквізити. Дисципліни, які будуть використовувати результати навчання даного курсу: «Переддипломна практика», «Дипломне проектування».
Зміст навчальної дисципліни
Розділ 4.
Тема 4.1. Загальні положення та визначення моделювання систем.
Тема 4.2. Моделювання динамічних процесів.
Тема 4.3. Метод Монте-Карло.
Тема 4.4. Ланцюги Маркова.
Тема 4.5. Моделі систем масового обслуговування.
Розділ 5.
Тема 5.1. Загальноцільова мова імітаційного моделювання GPSS.
Тема 5.2. Моделювання систем масового обслуговування за допомогою системи MATLAB / Simulink / SimEvents.
Тема 5.3. Імовірнісне моделювання.
Розділ 6.
Тема 6.1. Технологія імітаційного моделювання.
Тема 6.2. Програмне забезпечення імітаційного моделювання.
Тема 6.3. Планування та проведення експериментів з моделями.
Тема 6.4. Прийняття рішень за результатами моделювання.
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
1. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. — К.: Питер, BHV, 2004. — 847с.
2. Ситник В. Ф., Орленко Н. С. Імітаційне моделювання: Навч.-метод. посібник для самост. вивч. дисц. — К.: КНЕУ, 1999. — 208 с.
3. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 2001. - 320 с.
4. Томашевський В. М. . Моделювання систем. — К.: BHV, 2005.- 352 с.
5. Хемди А. Таха. Глава 18. Имитационное моделирование // Введение в исследование операций = Operations Research: An Introduction. — 7-е изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 697-737.
Додаткова література
1. Кудрявцев Е.М. GPSS World: основы имитационного моделирования различных систем: Для Windows 98/NT/2000/XP - М. : ДМК Пресс, 2004. - 317 с.
2. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. Практикум: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. шк., 2006. — 295 с.
3. Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. — М.: Бестселлер, 2003. - 416 с.
4. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS - М. : Машиностроение, 1980. - 592 с.
5. Боев В. Д., Сыпченко Р. П. Компьютерное моделирование. Элементы теории и практики. Учеб. пособие. — СПб.: Военная академия связи, 2009. — 432 с.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття.
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань |
|---|---|
| 1 | Тема 4-1. Загальні положення та визначення імітаційного моделювання Поняття системи. Засоби дослідження системи. Поняття моделі. Співвідношення між моделлю та системою. Класифікація моделей. Вимоги до моделей. Основні види моделювання. Декомпозиція систем. Формальні методи побудови моделей. Принципи побудови моделей. Технологія моделювання. Література: основна література – 3, 4; додаткова – 3. |
| 2 | Тема 4-2. Моделювання динамічних процесів Визначення динамічних систем. Класифікація динамічних систем. Способи задання динамічних систем. Сталі рішення систем диференціальних рівнянь. Теорія хаоса. Атрактор Лоренца. Література: основна література – 1, 4; додаткова – 2. |
| 3 | Тема 4-3. Метод Монте-Карло Визначення методу. Задача Бюффона. Визначення площі методом Монте-Карло. Оцінка достовірності отриманих результатів. Обчислення одномірних інтегралів. Обчислення багатомірних інтегралів. Література: основна література – 1,4; додаткова – 2, 5. |
| 4 | Тема 4-4. Ланцюги Маркова Марковські випадкові процеси. Дискретні ланцюги Маркова. Неперервні ланцюги Маркова. Література: основна література – 2; додаткова – 1. |
| 5 | Тема 4-5. Моделі систем масового обслуговування Характеристики систем масового обслуговування. Типи систем масового обслуговування. Формула Литтла. Література: основна література – 4, 5; додаткова – 5. |
| 6 | Тема 4-5. Моделі систем масового обслуговування Одноканальні системи масового обслуговування. Багатоканальні системи масового обслуговування. Моделі систем масового обслуговування. Мережі систем масового обслуговування. Література: основна література – 4, 5; додаткова – 5. |
| 7 | Тема 5-1. Загальноцільова мова імітаційного моделювання GPSS Основні концепції системи GPSS. Основні блоки і оператори GPSS. Блоки перенаправлення транзакцій GPSS. Література: основна література – 1; додаткова – 2, 3. |
| 8 | Тема 5-1. Загальноцільова мова імітаційного моделювання GPSS Блоки витіснення заявок і недоступності пристроїв GPSS. Блоки організації циклів, розщеплення / збірки транзакцій GPSS. Література: основна література – 1; додаткова – 2, 3. |
| 9 | Тема 5-2. Моделювання систем масового обслуговування за допомогою системи MATLAB / Simulink / SimEvents Загальний опис SimEvents. Блок джерела вимог. Блок прийому вимог. Блоки вимірюючих елементів. Блоки черг. Блоки пристроїв обслуговування. Блоки визначення часу. Модель системи масового обслуговування M/M/1.
|
| 10 | Тема 5-3. Імовірнісне моделювання Класифікація генераторів випадкових чисел. Табличний метод. Апаратні або фізичні методи. Програмні методи. Література: основна література – 1, 5; додаткова – 3. |
| 11 | Тема 5-3. Імовірнісне моделювання Перевірка послідовностей випадкових чисел. Моделювання випадкових подій та дискретних величин. Моделювання неперервних випадкових величин. Моделювання випадкових векторів. Література: основна література – 1, 5; додаткова – 3. |
| 12 | Тема 5-3. Імовірнісне моделювання Моделювання випадкових процесів. Статистична обробка результатів моделювання. Визначення кількості реалізацій підчас моделювання випадкових величин. Література: основна література – 1, 5; додаткова – 3. |
| 13 | Тема 6-1. Технологія імітаційного моделювання Доцільність використання імітаційного моделювання. Методи проектування імітаційних моделей. Формулювання проблеми та змістовна постановка задачі. Розроблення концептуальної моделі. Література: основна література – 2, 3; додаткова – 4. |
| 14 | Тема 6-1. Технологія імітаційного моделювання Вибір засобів реалізації імітаційної моделі. Розроблення структурної схеми імітаційної моделі та опису її функціонування. Програмна реалізація імітаційної моделі. Перевірка достовірності і правильності імітаційних моделей. Література: основна література – 2, 3; додаткова – 4. |
| 15 | Тема 6-2. Програмне забезпечення імітаційного моделювання Принципи побудови мов моделювання. Квазіпаралельна робота програм у модельному часі. Стани процесів. Організація керування процесом моделювання. Системи планування в мовах моделювання. Історія розвитку засобів імітаційного моделювання. Розвиток технології імітаційного моделювання на Україні. Сучасний етап розвитку імітаційного моделювання. Сучасні системи імітаційного моделювання. Джерела: основна література – 3,4; додаткова – 1,2. |
| 16 | Тема 6-3. Планування та проведення експериментів з моделями Проблеми планування імітаційних експериментів. Оцінювання точності результатів моделювання. Методи зниження дисперсії. Факторний план. Дисперсійний аналіз ANOVA. Джерела: основна література – 1,4; додаткова – 3. |
| 17 | Тема 6-3. Планування та проведення експериментів з моделями Особливості планування експериментів. Повний факторний експеримент. Дробовий дворівневий факторний експеримент. Пошук екстремальних значень на поверхні відгуку. Прискорення процесу імітаційного моделювання. Джерела: основна література – 1,4; додаткова – 3. |
| 18 | Тема 6-4. Прийняття рішень за результатами моделювання Подання результатів моделювання. Методи прийняття рішень. Методи оптимізації. Використання методів оптимізації під час проектування. Прийняття рішень щодо удосконалення системи. Порівняння альтернативних варіантів системи. Джерела: основна література – 1,2; додаткова – 1,2,3. |
**
**
Лабораторні заняття.
Призначення лабораторних робіт — закріпити, розширити й поглибити знання, здобуті студентами на лекціях та під час самостійного вивчення ними першоджерел.
Основні завдання циклу лабораторних робіт:
- оволодіти технологією імітаційного моделювання;
- отримати вміння використовувати засоби імітаційного моделювання GPSS та MATLAB / Simulink / SimEvents.
| № з/п | Назва лабораторної роботи |
|---|---|
| 1 | Неперервне моделювання |
| 2 | Моделювання методом Монте-Карло |
| 3 | Ланцюги Маркова |
| 4 | Моделювання СМО виду M/M/1:FIFO/0/∞ |
| 5 | Моделювання СМО виду M/M/1:FIFO/∞/∞ |
| 6 | Моделювання СМО виду M/M/1:LIFO/∞/∞ |
| 7 | Моделювання СМО виду M/M/1:FIFO/N/∞ |
| 8 | Моделювання СМО виду M/M/∞:FIFO/∞/∞ |
| 9 | Моделювання СМО виду M/M/c:FIFO/∞/∞ |
| 10 | Моделювання СМО виду M/M/c:FIFO/N/∞ |
| 11 | Моделювання СМО виду M/D/1:FIFO/∞/∞ |
| 12 | Моделювання СМО виду M/M/c:FIFO/N/N |
| 13 | Підбір функції розподілу |
| 14 | Проведення дисперсійного аналізу ANOVA |
| 15 | Визначення коефіцієнтів регресії |
Самостійна робота студента/аспіранта
| № з/п | Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Співвідношення між системою та моделлю з філософської точки зору. | 2 |
| 2 | Солітони та фрактали. | 2 |
| 3 | Використання методу Монте-Карло при вирішенні різних задач системної інженерії. | 2 |
| 4 | Використання ланцюгів Маркова в дослідженні операцій і теорії прийняття рішень. | 2 |
| 5 | Виникнення теорії масового обслуговування. | 2 |
| 6 | Допоміжна мова PLUS у GPSS. | 3 |
| 7 | Загальний опис системи моделювання AnyLogic. | 3 |
| 8 | Моделювання групових надходжень вимог. | 3 |
| 9 | Автоматизація програмування імітаційних моделей. | 4 |
| 10 | Застосування штучного інтелекту в системах імітаційного моделювання. | 4 |
| 11 | Дробові факторні плани. | 4 |
| 12 | Приклади прийняття рішень за результатами імітаційного моделювання. | 4 |
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, які ставляться перед студентом:
- відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;
- на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом;
- викладач використовує LMS Moodle для викладання матеріалу поточної лекції, додаткових ресурсів, лабораторних робіт та інше;
- викладач відкриває доступ до певної директорії LMS Moodle для завантаження електронних звітів з лабораторних робіт;
- на лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу. Усі питання студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час;
- лабораторні роботи захищаються студентом особисто. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;
- етапи модульної контрольні роботи та семестровий контроль відбуваються шляхом тестування на лабораторних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.) за допомогою програмного забезпечення для контролю та перевірки знань SunRav TestOfficePro Pro або LMS Moodle;
- заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць, презентацій по одній із тем СРС тощо. Кількість заохочуваних балів - не більше 10;
- студенти повинні сумлінно та самостійно (крім випадків, які санкціоновано передбачають групову роботу) виконувати навчальні та дослідницькі завдання, поважати наукові та навчальні здобутки інших, посилатися на джерела, з яких береться інформація, незалежно від того, в якому вигляді вона опублікована – в електронному чи паперовому, у разі виникнення труднощів під час виконання навчальних чи дослідницьких завдань звертатися за санкціонованою допомогою до колег, викладачів та наукових керівників, робити оригінальну роботу для кожної дисципліни, використовувати у науковій та навчальній діяльності тільки надійні та достовірні джерела інформації, нагадувати колегам про неприпустимість порушення академічної чесності;
- неприйнятними у навчальній та науково-дослідницькій діяльності для студентів є:
1) Плагіат – навмисне чи усвідомлене оприлюднення (опублікування), повністю або частково, чужого твору (тексту або ідей) під іменем особи, яка не є автором цього твору, без належного оформлення посилань.
2) Шахрайство, а саме:
- фальсифікація або фабрикація інформації, наукових результатів та наступне використання їх в академічній роботі;
- підробка підписів в офіційних документах (залікових книжках, актах, звітах, угодах тощо);
- використання під час контрольних заходів заборонених допоміжних матеріалів або технічних засобів (шпаргалки, мікронавушники, телефони, планшети тощо);
- посилання на джерела, які не використовувалися в роботі;
- списування (реплікація) при складанні будь-якого виду підсумкового або поточного контролю;
- проходження процедур контролю знань підставними особами;
- здавання або репрезентація різними особами робіт з однаковим змістом як результату навчальної чи наукової діяльності.
3) Несанкціонована співпраця, а саме:
- надання допомоги для здійснення акту академічної нечесності − навмисна чи усвідомлена допомога або спроба допомоги іншому вчинити акт академічної нечесності;
- придбання в інших осіб чи організацій з наступним поданням як власних результатів навчальної та наукової діяльності (звітів, рефератів, контрольних, розрахункових, курсових, дипломних та магістерських робіт, есе, статей, монографій, навчальних посібників тощо).
4) Пропонування чи отримання неправомірної винагороди при оцінюванні результатів успішності, виконання навчальних чи дослідницьких завдань.
5) Використання родинних або службових зв’язків для отримання позитивної або вищої оцінки при складанні будь-якого виду підсумкового контролю або переваг у роботі.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
1. Рейтинг студента з кредитного модуля розраховується виходячи із 100-бальної шкали, з них 48 балів складає стартова шкала. Стартовий рейтинг (протягом семестру) складається з балів, що студент отримує за:
роботу на аудиторних заняттях (27 занять);
виконання лабораторних робіт (15 робіт);
виконання модульної контрольної роботи (3 етапа).
2. Критерії нарахування балів:
2.1. Робота на аудиторних заняттях:
плідна робота – 0,11 бали;
пасивна робота – 0 балів.
2.2. Виконання лабораторних робіт:
бездоганна робота або є незначні недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 2 бали;
є суттєві недоліки, відповідає мінімальним вимогам – 1 бал;
робота не виконана, не захищена, або захищена невчасно – 0 балів.
Кожна невдала спроба здачі лабораторної роботи - -0,5 балів.
2.3. Виконання модульної контрольної роботи (МКР):
перший етап – 0-5 балів;
другий етап – 0-5 балів;
третій етап – 0-5 балів.
3. Умовою позитивної першої атестації є отримання не менше 8 балів та виконання лабораторних робіт №№ 1-5. Умовою позитивної другої атестації – отримання не менше 16 балів, виконання лабораторних робіт №№ 1-10.
4. Умовою допуску до першого етапу МКР є здача лабораторних робіт №№ 1-5, другого – №№ 1-10, третього – №№ 1-15. Умовою допуску до екзамену є зарахування всіх лабораторних робіт та стартовий рейтинг не менше 24 балів.
5. Екзамен проводиться шляхом електронного тестування за допомогою програми Sunrav TestOfficePro 5 або LMS Moodle, які використовується для створення тестів, проведення тестування і обробки його результатів.
Ваговий бал екзамену – 52 бали.
1. Правильна відповідь на питання – 1 бал.
2. Неправильна відповідь на питання – 0 балів.
6. Сума стартових балів та балів за екзаменаційну контрольну роботу переводиться до екзаменаційної оцінки згідно з таблицею:
| Бали | Оцінка |
|---|---|
| 100…95 | Відмінно |
| 94…85 | Дуже добре |
| 84…75 | Добре |
| 74…65 | Задовільно |
| 64…60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| є не зараховані лабораторні роботи або загальний рейтинг менше 24 балів | Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
• для забезпечення якісного контролю рівня знань перелік питань, які виносяться на модульний та семестровий контроль, студентам не надається;
• на початку семестру викладач аналізує існуючі курси по тематиці дисципліни та пропонує пройти відповідні безкоштовні курси студентам. Після отриманням студентом сертифікату проходження дистанційних чи онлайн курсів за відповідною тематикою, викладач додає до рейтингу студента певну кількість балів за попередньою домовленістю з групою.
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено доцент, к.т.н., Сокульський Олег Євгенович
Ухвалено кафедрою АУТС (протокол № 1 від 27.08.2020 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 1 від 02.09.2020 р.)
[1]
