Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(университет «Дубна»)

Институт системного анализа и управления

Кафедра системного анализа и управления

УТВЕРЖДАЮ

проректор по учебной работе С.В.Моржухина «_»_2010 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Моделирование систем (наименование дисциплины) по направлению 230100 « Информатика, вычислительная техника»

(№, наименование направления, специальности) Форма обучения: очная Уровень подготовки бакалавр Курс (семестр): III курс (5 семестр) г. Дубна, 2010 г.

Программа дисциплины «Моделирование систем» по направлению (специальности) «230100 –Информатика и вычислительная техника», : Учебная программа. Автор: – Дубна: Университет «Дубна», 2010 г.

Автор программы: Бугров Алексей Николаевич, доцент, кафедра САУ ФИО, ученое звание, кафедра _ (подпись) Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом по направлению подготовки (специальности) 230100 62 – «Информатика и вычислительная техника»

(указывается номер ОКСО, код и наименование направления подготовки (специальности)) Программа рассмотрена на заседании кафедры системного анализа и управления (название кафедры) Протокол заседания № _ от «» 2010 г.

Заведующий кафедрой /_Черемисина Е.Н. / профессор, дтн (подпись) (фамилия, имя, отчество)

СОГЛАСОВАНО

заведующий выпускающей кафедрой /_Черемисина Е.Н. / профессор, дтн (подпись) (фамилия, имя, отчество) «» _ 2010 г.

Рецензент: _ (ученая степень, ученое звание, Ф.И.О., место работы, должность)

ОДОБРЕНО

декан факультета (директор института, филиала) _ /_Черемисина Е.Н. / профессор, д.т.н. (подпись) (ФИО) «» _ 2010 г.

Руководитель библиотечной системы _ /_Черепанова В.Г./ (подпись) (ФИО) 1. Выписка из ГОС ВПО Дисциплина «Моделирование систем» относится к циклу специальных дисциплин федерального компонента. Требований ГОС ВПО нет.

2.Аннотация Курс " Моделирование систем" является продолжением цепочки учебных курсов для обучения специалистов указанных в заглавии программы специальностей. Курс базируется на компетенциях, приобретенных студентами при изучении предшествующих дисциплин - математический анализ, линейная алгебра, теория вероятностей и математическая статистика, методы оптимизации, программирование на языках высокого уровня, компьютерные технологии анализа динамических систем.

Программой предусматривается изучение принципов моделирования, способов и схем моделирования.

Организация обучения принципам моделирования, способам и схемам моделирования должна быть ориентирована на развитие личности студентов, на широкую иллюстрацию применения моделирование как элемента системного анализа в жизни и в профессиональной деятельности. Это требует от преподавателя доступного, популярного и наглядного изложения, применения разнообразных приемов, форм и методов обучения.

Основной задачей изучения дисциплины «Моделирование систем» является прочное и сознательное овладение студентами современными научными принципами моделирования, которые необходимы в работе современного IT-специалиста.

Студенты должны иметь представление о роли и месте моделирования в современном мире, общности их понятий и представлений.

3.Цели и задачи дисциплины Цель курса - освоить студентом основные принципы, классы, способы и формы моделирования систем различной природы. Моделирование систем является необходимым инструментарием информационного специалиста при оптимизации функционирования систем и демонстрирует студенту системный взгляд на процессы различного генезиса.

4.Требования к уровню усвоения содержания дисциплины а) Требования к уровню необходимых исходных знаний (указать в виде знаний, умений, навыков).

Для усвоения курса «Системное моделирование» студенты должны обладать знаниями в области математического анализа: знать понятие производной, интеграла, определенного интеграла и первообразной, уметь вычислять производные и интегралы от элементарных функций, уметь решать задачи для обыкновенных линейных дифференциальных уравнений, однородных и неоднородных.

В области линейной алгебры знать понятия собственного числа и собственного вектора матрицы, преобразования подобия и каноническую форму матрицы, определителя и условия разрешимости системы линейных уравнений, матрицы, обратной к данной, уметь вычислять соответствующие величины для конкретных матриц.

В области теории вероятностей: иметь представление о вероятностном описании процессов, дискретных и непрерывных случайных величинах, знать их вероятностное описание с помощью функций распределения вероятностей и функций распределения плотности вероятностей, центральную предельную теорему, наиболее распространенные распределения случайных величин, способы их моделирования на компьютере.

В области программирования и оффисных технологий: уметь программировать в среде Visual Basic, обладать навыками качественного оформления отчетов в офисном программном продукте Microsoft-Word, знать и уметь использовать все типы адресации в Microsoft-Excel, использовать функции, определяемые пользователем и макросредства электронных таблиц, уметь организовывать циклы с фиксированным и переменным числом итераций.

б) Требования к уровню освоения содержания дисциплины (указать в виде знаний, умений, навыков).

Курс «Системное моделирование» предназначен для приобретения студентами знаний: понимания места и роли моделирования при анализе и синтезе сложных систем, умения применять современные компьютерные технологии моделирования.

В процессе изучения курса студенты вырабатывают подходы и способы к описанию систем, постановке системных задач, ограничению их сложности, построению компьютерной модели, планированию и проведению компьютерных экспериментов с системной моделью, проверке адекватности модели исследуемой системы, анализу и интерпретации результатов моделирования.

По окончанию курса «Системное моделирование» студенты должны понимать цели, задачи, методологию системного моделирования, знать основные классы существующих моделей, уметь их реализовывать с помощью современных компьютерных технологий, приобрести навыки исследования сложных систем с помощью моделирования.

5. Объём дисциплины и виды учебной работы.

Общая трудоемкость Аудиторные занятия:

Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа:

Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат Вид итогового контроля (зачет, экзамен) 6. Содержание программы.

Системные задачи. Описание системы:

внутреннее и внешнее.

Понятие о схемах моделирования систем.

Имитационное моделирование систем со случайными факторами. Стохастические дифференциальные уравнения.

Модели систем с очередями. Системы массового обслуживания.

Моделирование производственных систем.

Современные инструментальные средства имитационного моделирования. Языки Содержание разделов дисциплины 1. Основные понятия моделирования. Функции моделирования. Моделирование как метод научного познания. Моделирование как этап системного анализа. Толкование понятия сложная система. Примеры сложных систем.

2. Системные задачи. Описание системы: внутреннее и внешнее. Системный подход.

Основные принципы моделирования. Стадии моделирования. Циклическая природа моделирования. Понятие о вычислительном эксперименте.

3. Понятие о схемах моделирования систем. S - схема моделирования систем.

Визуальное моделирование программных систем. Нотация UML, IDEF, ARIS. Виды диаграмм. Диаграммы вариантов использования системы, диаграмма классов, диаграмма состояний. D- схемы: непрерывно-детерминированные модели. F- схемы: дискретнодетерминированные системы. Р -схемы: дискретно-стохастические системы. Q-схемы:

непрерывно-стохастические системы. N - схема моделирования. Моделирование автоматических систем сетями Петри. А - схема моделирования. Понятие об агрегате.

Линейные агрегаты.

4. Имитационное моделирование систем со случайными факторами. Стохастические дифференциальные уравнения. Описание случайных факторов действующих на систему.

Случайные числа, функции(процессы). Дискретная и непрерывная вероятность. Способы генерации случайных величин. Генерация полной группы несовместных событий.

Вероятностные распределения, используемые в моделировании.

5. Модели систем с очередями. Систем массового обслуживания. Примеры систем массового обслуживания. Классификация систем массового обслуживания. Показатели функционирования СМО. Анализ функционирования СМО. Базовые способы построения имитационных моделей СМО. Пошаговое моделирование, процессно-ориентированное моделирование, событийное моделирование. Логико-математическое описание функционирования СМО.

6. Моделирование производственных систем. Цели моделирования. Моделирование и оптимизация производственных систем. Базовые модели имитационного моделирования производственных систем.

7. Моделирование инженерных сетей. Постановка задачи. Понятие о сосредоточенных и распределенных моделях.

8. Языки и инструментальные средства моделирования. Обзор языков и программных средств моделирования.

7. Лабораторный практикум, практические занятия(семинары) Лабораторный практикум по дисциплине учебным планом не предусмотрен.

Темы практических (семинарских) занятий приводятся ниже:

Семинар №1. Цели и задачи системного моделирования. Толкование понятия и примеры моделей. Решение задач при помощи моделирования.

Семинар №2,3. Математические и имитационные модели. Задача о погоне. Задача о жуках.

Семинар №4,5. Использование различных нотаций при моделировании программных систем, бизнес процессов, технология IDEF. Программные средства поддержки визуального моделирования.

Семинар №6.7 Моделирование простейших случайных факторов. Случайные числа и процессы. Подбрасывание монетки, вычисление методом Монте-Карло числа и. Задача о Багдадском воре.

Семинар №8.9. Задача о студенте. Результат сложения множества равномерно распределенных случайных факторов. Построение функции распределения вероятностей с помощью моделирования.

Семинар №10,11.Выбор стратегии ремонта автобусного парка по результатам моделирования. Задача о транзисторах.

Семинар №12.Моделирование конечного вероятностного автомата. Задача о лампах.

Семинар №13,14. Модель простейшей системы массового обслуживания. Три подхода: пошаговый, событийный, процессно-ориентированный.

Семинар №15,16. Модель организационной системы: Директор -Два заместителя.

Семинар №17. Заключительное занятие. Подведение итогов семинарских занятий.

9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература 1. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учебник для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич; Рец. О.С.Чугреев. - 5-е изд.,стер. - М.: Высшая школа, 2007. - 343с.: ил. - Список лит.:с.340.

2. Пащенко Ф.Ф. Введение в состоятельные методы моделирования систем: Учебное пособие для вузов: В 2 ч. Ч.2 : Идентификация нелинейных систем / Пащенко Федор Федорович. - М.: Финансы и Статистика, 2007.

3. Казиев В.М. Ведение в анализ, синтез и моделирование систем: Учебное пособие / Казиев Валерий Муаедович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний; : ИНТУИТ.РУ, 2006.

- 244с.: ил. - (Основы информационных технологий).

Дополнительная литература 1. Колесов Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы: Учебное пособие для вузов / Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. с.

2. Советов Б.Я. Моделирование систем: Практикум: Учебное пособие для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич. - М.: Высшая школа, 1999. с.

Технические и электронные средства обучения, иллюстрированные материалы.

Для читаемой дисциплины имеется электронный дистанционный курс, доступный через сервер отдела дистанционного обучения университета.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины (специализированные лаборатории и классы, приборы, установки, стенды).

Для проведения семинарских занятий необходим компьютерный класс, оснащенный персональными компьютерами с установленным на них программным обеспечением: Операционной системой Windows XP, офисным программным обеспечением MS Office, Visual Basic, средой программирования Delphi, C++. Для поведения лекций необходима лекционная аудитория, снабженная устройствами для проецирования компьютерных презентаций на экран.

10.Формы контроля, перечень выносимых на экзамен вопросов Ниже приводится полный список вопросов, выносимых на экзамен.

1. Толкование понятия «Модель»

2. D - схема моделирования. Понятие о динамической системе.

3. Стохастическое уравнение Ито.

4. Моделирование: предмет и задачи.

5. F - схема моделирования. Понятие о конечных автоматах.

6. Способы генерирования равномерно распределенных и нормально распределенных случайных величин. Примеры применения в имитационном моделировании.

7. Задачи, решаемые с помощью моделирования 8. Общее понятие о структурной, функциональной и информационной моделях.

9. Примеры систем, подверженных действию случайных факторов.

10. Функции моделирования.

11. Основные понятия теории вероятностей, используемые в имитационном моделировании систем со случайными факторами.

12. Пошаговая модель функционирования простейшей системы массового обслуживания.

13. Моделирование как метод научного познания.

14. Дискретные и непрерывные случайные величины. Примеры применения в моделировании систем.

15. Событийная модель функционирования простейшей системы массового обслуживания.

16. Моделирование как этап системного анализа.

17. Толкование понятия «сложная система». Необходимость моделирования сложных систем.

18. Событийная модель функционирования простейшей системы массового обслуживания.

19. Типы сложности. Примеры сложных систем.

20. Способы вычисления случайных величин с заданными функциями распределения.

21. Процессно- ориентированная модель функционирования простейшей системы массового обслуживания.

22. Свойства сложных систем, создающие трудности для управления ими. Примеры.

23. Представление системы как конечного автомата.

24. Характеристики случайных величин. Примеры их применения в имитационном моделировании систем.

25. Необходимость создания модели сложной системы в контексте управления этой системой.

26. Способы вычисления случайных величин с заданными функциями распределения вероятностей.

27. В каких случаях целесообразно применять моделирование?

28. Способы описания моделей в F - схеме моделирования.

29. Классификация систем массового обслуживания в интересах имитационного моделирования.

30. Основные принципы моделирования. Краткая характеристика.

31. Табличный способ представления модели в F -схеме моделирования.

32. Классификация событий в интересах создания имитационных моделей.

33. Принцип системности при моделировании систем. Примеры.

34. Матричный способ представления модели в F -схеме моделирования.

35. Блок - схема реализации пошаговой модели функционирования простейшей системы массового обслуживания.

36. Принцип системной аналогии при моделировании систем. Примеры.

37. Представление модели в виде орграфа в F -схеме моделирования.

38. Блок - схема реализации событийной модели функционирования простейшей системы массового обслуживания.

39. Принцип информационной достаточности при моделировании систем. Примеры.

40. Р - схема моделирования систем.

41. Описание результатов моделирования систем со случайными факторами в вероятностных терминах.

42. Принцип многомодельности и многовариантности при моделировании систем.

Примеры 43. Понятие о логико-математическом описании функционирования системы со случайными факторами.

44. Общие цели моделирования производственных систем.

45. Понятие о внешнем описании системы. Трактовка системы как «черный ящик».

46. Представление системы в виде орграфа в Р-схеме моделирования.

47. Шаги практической реализации имитационной модели для производственной системы.

48. Понятие о внутреннем описании системы. Примеры.

49. Характерные задачи моделирования производственных систем и производственных процессов.

50. Q - схема моделирования системы.

51. Понятие о типовой схеме моделирования.

52. Свойства производственных систем и производственных процессов, оказывающих существенное влияние на имитационные модели.

53. Характеристики случайных величин. Примеры вычисления при имитационном моделировании.

54. Базовые задачи имитационного моделирования производственных систем. Общая характеристика.

55. Состояние, фазовый вектор, фазовая траектория, фазовое пространство системы. Связь с D моделированием.

56. N- схема моделирования системы.

57. Базовая задача «Состояние работника».

58. Основная цель создания имитационных моделей систем с очередями.

59. Задачи, решаемые в рамках N- схемы моделирования.

60. Базовая задача «Состояние работника и оборудования».

61. Моделирование систем с помощью сетей Петри.

62. Способы вычисления случайных величин с заданными функциями распределения вероятностей.

63. Базовая задача «Состояние работника, оборудования и качество производимых деталей».

64. Понятие о сети Петри.

65. Метод обратной функции. Примеры применения при моделировании систем со случайными факторами.

66. Способы визуализации результатов имитационного моделирования производственных систем. Табличное и графическое представления.

67. Уравнение движения и закон эволюции системы в D-схеме моделирования. Примеры.

68. Анализ функционирования системы массового обслуживания средствами имитационного моделирования 69. Статические модели системы. Связь моделирования с проектированием.

70. Цель и результат моделирования систем со случайными факторами.

71. Логико-математическое описание функционирования производственной системы базовой задачи «состояние работника»

72. Множественность подходов при описании системы.

73. Логико-математическое описание функционирования производственной системы базовой задачи «состояние работника и оборудования»

74. Подходы к изучению систем: функциональный, системный, исторический, гистологический.

75. Моделирование и системный анализ.

11.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Основной методической сложностью дисциплины является то, что студентам, обучающимся по специальности ИВТ необходимо сформировать компетенции не только по имитационному и математическому моделированию но и по визуальному моделированию программных систем. Последнее достигается тем, что при создании компьютерной модели системы сначала создаются диаграммы вариантов использования, классов и состояний.

Пример экзаменационного билета Государственное образовательное учреждение высшего профессионального Международный университет природы, общества и человека “Дубна” Направление: Информатика и вычислительная техника Курс III (6-й семестр) Дисциплина: Моделирование систем 1. Толкование понятия «Модель».

2. D – схема моделирования. Понятие о динамической системе.

3. Стохастическое уравнение Ито.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН (РАБОЧАЯ ПРОГРАММА)

кафедра системного анализа и управления направление 230100 62 Информатика и вычислительная техника Номер Учебная литература (обязательная) 1. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учебник для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич; Рец. О.С.Чугреев. е изд.,стер. - М.: Высшая школа, 2007. - 343с.: ил. - Список лит.:с.340.

2. Пащенко Ф.Ф. Введение в состоятельные методы моделирования систем: Учебное пособие для вузов: В 2 ч. Ч.2 : Идентификация нелинейных систем / Пащенко Федор Федорович. - М.: Финансы и Статистика, 2007.

3. Казиев В.М. Ведение в анализ, синтез и моделирование систем: Учебное пособие / Казиев Валерий Муаедович. - М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний; : ИНТУИТ.РУ, 2006. - 244с.: ил. - (Основы информационных технологий).

Колесов Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы: Учебное пособие для вузов / Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 224с.

Советов Б.Я. Моделирование систем: Практикум: Учебное пособие для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич. - М.: Высшая школа, 1999. - 224с.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН (РАБОЧАЯ ПРОГРАММА)

кафедра системного анализа и управления направление 230100 62 Информатика и вычислительная техника Номер Учебная литература (обязательная) 1. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учебник для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич; Рец. О.С.Чугреев. е изд.,стер. - М.: Высшая школа, 2007. - 343с.: ил. - Список лит.:с.340.

2. Пащенко Ф.Ф. Введение в состоятельные методы моделирования систем: Учебное пособие для вузов: В 2 ч. Ч.2 : Идентификация нелинейных систем / Пащенко Федор Федорович. - М.: Финансы и Статистика, 2007.

3. Казиев В.М. Ведение в анализ, синтез и моделирование систем: Учебное пособие / Казиев Валерий Муаедович. - М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний; : ИНТУИТ.РУ, 2006. - 244с.: ил. - (Основы информационных технологий).

Колесов Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы: Учебное пособие для вузов / Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 224с.

Советов Б.Я. Моделирование систем: Практикум: Учебное пособие для вузов / Советов Борис Яковлевич, Яковлев Сергей Алексеевич. - М.: Высшая школа, 1999. - 224с.