Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  ФПМ 

 

 

 

«   22   »       05       2018 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Имитационное моделирование     

 




Направление подготовки

01.04.02 Прикладная математика и информатика

Профиль подготовки

Квалификация (степень)выпускника

магистр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

1

108 / 3  

16  

 

16  

3,6  

0,35  

35,95  

45,4  

Экз.(26,65)  

Итого

108 / 3  

16  

 

16  

3,6  

0,35  

35,95  

45,4  

26,65  

 

Муром, 2018 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: формирование у студентов знаний, умений и навыков построения и применения имитационных моделей в задачах проектирования, анализа и оптимизации функциональных и обеспечивающих подсистем автоматизированных систем обработки информации и управления.

Задачи дисциплины:ознакомить студентов с сущностью, познавательными возможностями и практическим значением моделирования как одного из научных методов познания реальности; дать представление о наиболее распространѐнных математических методах, используемых в математическом моделировании; сформировать устойчивые навыки решения задач математического моделирования и постановки модельного компьютерного эксперимента; научить интерпретировать результаты математического и имитационного моделирования и применять их для обоснования управленческих решений.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.В.ДВ.02.01))

Изучение «Имитационное моделирование» базируется на цикле общепрофессиональных дисциплин направления «Прикладная математика и информатика».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-4 способность использовать и применять углубленные знания в области прикладной математики и информатики.

ПК-2 способность разрабатывать и анализировать концептуальные и теоретические модели решаемых научных проблем и задач.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

классификацию и характеристики моделей, области и особенности их применения (ОПК-4).

технологии построения и применения моделей в задачах синтеза и анализа (ПК-2).

2) Уметь:

использовать и применять углубленные знания в области прикладной математики и информатики (ОПК-4).

разработать для конкретной прикладной области имитационную модель – от концептуального описания системы-прототипа до представления результатов (по всем видам обеспечения) (ПК-2).

3) Владеть:

углубленными знаниями в области прикладной математики и информатики (ОПК-4).

разработать для конкретной прикладной области имитационную модель – от концептуального описания системы-прототипа до представления результатов (по всем видам обеспечения) (ПК-2).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: высшее.

Срок обучения 2г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Общие принципы моделирования систем.

1

4

9

тестирование

2

Методы получения случайных чисел.

1

2

4

7

тестирование

3

Формирование случайных величин с заданным законом распределения.

1

2

4

14

тестирование

4

Инструментальные средства имитационного моделирования в среде GPSS.

1

4

4

11

тестирование

5

Планирование имитационного эксперимента.

1

4

4

4,4

тестирование

Всего за  семестр

108

16

16

45,4

3,6

0,35

Экз.(26,65)

Итого   

108

16

16

45,4

3,6

0,35

26,65

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 1

Раздел 1. Общие принципы моделирования систем.

Лекция 1.

Характеристики и поведение сложных систем. Система терминов процессного подхода. Общие понятия модели и моделирования. Классификация моделей. Структура моделей. Требования, предъявляемые к модели, функции модели (2 часа).

Лекция 2.

Методологические основы формализации функционирования сложной системы. Моделирование компонентов. Этапы формирования математической модели. Математические предпосылки создания имитационной модели: процессы массового обслуживания, Типовые системы имитационного моделирования. Основные понятия имитационного моделирования (2 часа).

Раздел 2. Методы получения случайных чисел.

Лекция 3.

Общие сведения о случайных числах. Область применения метода Монте-Карло. Основные средства равномерного распространения. Способы генерирования равномерно распределенных случайных чисел. Метод усечения. Требования к случайным числам. Генераторы случайных чисел (2 часа).

Раздел 3. Формирование случайных величин с заданным законом распределения.

Лекция 4.

Метод обратных функций. Приближенные методы. Метод отсеивания (метод генерации Неймана). Моделирование условий предельных теорем теории вероятности. Моделирование нормального распределения. Алгоритм Бойса и Маллера. Формирование реализаций случайных векторов и функций. Моделирование дискретных распределений. Биномиальное распределение. Распределение Пуассона. Треугольное распределение (2 часа).

Раздел 4. Инструментальные средства имитационного моделирования в среде GPSS.

Лекция 5.

Имитация основных процессов: генераторы, очереди, узлы обслуживания, терминаторы и др. Транзакты и их «семейства». Разомкнутые и замкнутые схемы моделей. Логика работы интерпретатора GPSS. Объекты. ЧАСЫ модельного времени. Типы операторов. Внесение транзактов в модель. Блок GENERATE (ГЕНЕРИРОВАТЬ). Удаление транзактов из модели. Блок TERMINATE (ЗАВЕРШИТЬ). Элементы, отображающие одноканальные обслуживающие устройства. Реализация задержки во времени. Блок ADVANCE (ЗАДЕРЖАТЬ).Сбор статистики об ожидании. Блоки QUEUE (СТАТЬ В ОЧЕРЕДЬ), DEPART (ПОКИНУТЬ ОЧЕРЕДЬ). Переход транзакта в блок, отличный от последующего. Блок TRANSFER (ПЕРЕДАТЬ). Моделирование многоканальных устройств (2 часа).

Лекция 6.

Примеры построения GPSS-моделей. Переменные. Определение функции в GPSS.Стандартные числовые атрибуты, параметры транзактов. Блоки ASSIGN, MARK, LOOP. Изменение приоритета транзактов. Блок PRIORITY (НАЗНАЧИТЬ ПРИОРИТЕТ). Организация обслуживания с прерыванием. Блоки PREEMPT (ЗАХВАТИТЬ) и RETURN (ВЕРНУТЬ). Определение и использование таблиц (2 часа).

Раздел 5. Планирование имитационного эксперимента.

Лекция 7.

Этапы применения математической (имитационной) модели. Технологические этапы имитационного моделирования: испытание модели; исследование свойств модели; планирование имитационного эксперимента; эксплуатация модели (проведение расчетов). Испытание имитационной модели: задание исходной информации; верификация имитационной модели; проверка адекватности модели; калибровка имитационной модели. Оценка погрешности имитации, связанной с использованием в модели генераторов ПСЧ. Определение деятельности переходного режима. Исследование чувствительности модели: установление диапазона изменения отклика модели при варьировании каждого параметра; проверка зависимости отклика модели от изменения параметров внешней среды (2 часа).

Лекция 8.

Имитационные проекты. Документирование проектов. Планирование компьютерного эксперимента; масштаб времени; датчики случайных величин; проверки гипотез о связях типа событие - явление - поведение; риски и прогнозы. Оценка точности результатов моделирования. Анализ и оценка результатов. Поиск наилучших решений (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Не планируется.

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 1

Раздел 1. Инструментальные средства имитационного моделирования в среде GPSS.

Лабораторная 1.

Знакомство с основными средствами моделирования GPSS. Изучение основных операторов GPSS (4 часа).

Раздел 2. Методы получения случайных чисел.

Лабораторная 2.

Изучение операторов GPSS - ASSIGN, MARK, LOOP (4 часа).

Раздел 3. Формирование случайных величин с заданным законом распределения.

Лабораторная 3.

Имитационное моделирование простых информационных процессов (4 часа).

Раздел 4. Планирование имитационного эксперимента.

Лабораторная 4.

Имитационное моделирование информационных процессов. Модель с постоянным шагом (4 часа).

 

Методические указания к лабораторным работам приведены в

https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=29329

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Понятие информационной системы и жизненный цикл информационных систем.

2. Понятие моделирования и модели. Принципы моделирования и классификация моделей.

3. Информационно-логическая модель информационной системы.

4. Общие требования к методологии и технологии проектирования ИС.

5. Организация проектирования информационных систем.

6. Функциональная методика потоков данных.

7. Объектно-ориентированная модель предметной области.

8. Инструментальные средства проектирования информационных систем.

9. Проектирование баз данных и файлов.

10. Структура и функции.

11. Среда функционирования.

12. Вспомогательные средства поддержки жизненного цикла ПО.

13. Управление проектами ИС.

14. Входные материалы для планирования ресурсов.

15. Выходные материалы процесса планирования ресурсов.

16. Управление рисками проекта.

17. Управления проектами в Microsoft Project.

18. Понятие моделирования и модели. Принципы моделирования и .

19. классификация моделей.

20. Каноническое проектирование. Стадии и этапы процесса проектирования ИС.

21. Построение фрагмента функциональной модели организации в CASE-средстве Bpwin. Создание логической и физической модели данных в Bpwin.

22. Построение фрагмента логической и физической моделей базы данных в CASE-средстве Erwin.

23. ERwin. Прямое и обратное проектирование.

24. Соответствие логической модели ERwin и модели процессов BPwin.

25. Применение методологии DFD и IDEF3 для создания модели процессов.

26. Применение методологии IDEFO для создания модели процессов. Проведение экспертизы и создание отчетов.

27. CASE-технологии проектирования информационных систем.

28. Жизненный цикл информационных систем.

29. Закон сохранения энергии.

30. Изучение программного средства проектирования КИС на языке UML.

31. Имитационные модели информационных систем.

32. Использование UML для моделирования информационных систем.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе освоения дисциплины используются методы обучения, способствующие обеспечению положительного мотивационного настроя студентов на изучение учебного материала, формирование умений находить и применять информацию в области физики для успешного освоения профессионально ориентированных дисциплин и объектов будущей профессиональной деятельности: проблемного изложения, профессионального контекста, управления самостоятельной работой. При проведении практических занятий происходит обсуждение различных проблемных ситуаций, преподаватель подробно объясняет все шаги решения физической задачи. Затем студенты самостоятельно выполняют аналогичные задания. Во время выполнения лабораторных работ формируются коллективы из 2-3 студентов для выполнения исследовательских работ по одной тематике, тем самым формируется готовность и способность обучающихся к работе в малых творческих группах.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Имитационное моделирование

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Макаров Р.И. Моделирование: методические указания к лабораторным занятиям, 2013. - http://e.lib.vlsu.ru/handle/123456789/2389

2. Николаева И.В. Теория и методика обучения информатике. Содержательная линия "Моделирование и формализация": учебное пособие, 2013. - http://e.lib.vlsu.ru/handle/123456789/2273

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Выжигин А.Ю. Информатика и программирование [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Выжигин А.Ю.— Электрон. текстовые данные.— М.: Московский гуманитарный университет, 2012. — 294 c. - http://www.iprbookshop.ru/14517

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

http://e.lib.vlsu.ru/

http://www.uisrussia.msu.ru/is4/main.jsp

http://elibrary.ru

Программное обеспечение:

Лаборатория технической защиты информации и программно-аппаратных средств обеспечения информационной безопасности

1) Операционная система Microsoft Windows (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

2) Среда разработки на языке Pascal PascalABC.NET (free software, GNU Lesser General Public License v.3);

3) Офисный пакет Apache OpenOffice (free software, Apache License version 2.0).

4) Среда программирования Visual Studio (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

5) Растровый графический редактор GIMP (free software, GNU General Public License);

6) Векторный графический INKSCAPE (free software, GNU General Public License).

7) Браузер Google Chrome (free software, Google EULA);

8) Правовая справочная система «Консультант +» (Гражданско-правовой договор бюджетного учреждения №49, от 17.12.2015 года (с ООО «Консультант-Ока»)

9) Среда программирования Lazarus (free software, GPL)

10) Система управления базами данных FireBird (free software, GPL)

11) Proxy-сервер Cproxy (free software, GPL)

12) Операционные системы Linux (free software, GPL)

13) MathCad Education-University Edition (100 pack) (Государственный контракт №1 от 10.01.2012 года (с ООО «СофтЛайн Проекты»)

14) Система управления базами данных Microsoft Access (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

15) Редактор диаграмм и блок-схем для Windows Microsoft Visio (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

16) Программа управления проектами Microsoft Project (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

17) Пакет программ и утилит, необходимых веб-разработчикам Denwer (free software, GNU General Public License).

18) Свободный текстовый редактор с открытым исходным кодом Notepad++ (free software, GNU General Public License).

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

e.lib.vlsu.ru

iprbookshop.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лекционная аудитория

(Экран настенный Goldview;проектор NEC Projector V260XG (переносной); DVD-плеер Pioneer DV310 (переносной))

Лаборатория прикладной математики и информатики, компьютерный класс

(ПК CPU-Intel Core i5-4460 BOX — 12 шт., Celeron 2,8 GHz - 1 шт., экран DRAPPER Apex STAR, видеопроектор SANYO PDG-DSU20, коммутатор, DVD-плеер Pioneer DV310, доступ к сети Интернет.

Лаборатория технической защиты информации и программно-аппаратных средств обеспечения информационной безопасности

Стенд «Криптография» CRYPTO, аппаратно-программный модуль доверенной загрузки "Соболь" с сертификатом ФСТЭК, квадрокоптер DJI Phantom 3 Professional (в комплекте дисплей-планшет Samsung Galaxy Tab 4 10.1 SM-T530 16Gb, пульт управления и рюкзак), генератор шума Штора-1, комплекс RadioInspector WIFI 2 , вибрационный преобразователь, колонка, комбинированное устройство защиты от утечки информации ЛГШ-513, офисный электронный замок EM-Marine, PROXIMITY (125kHz) AYT 930-6-DI, дубликатор KeyMaster PRO 4 RF (с комплектом ключей), детектор жучков Баг Хантер «Профессионал», сканер отпечатков пальцев Eikon, сканер сетчатки глаза, персональный компьютер Mini PC Android MK808 B, IP камера Beward BD2570, камера D-Link DCS-930L, компьютер для проведения мультимедиалекций Raspberry, портативный RFID считыватель cipherLab 1862, видеопроектор NEC Projector V260XG (переносной), экран мобильный Classic Solution Premier Vela Express, ПК ПЭВМ «Хопер» -3 шт., ПК Celeron 2,8 GHz - 4шт., доступ к сети Интернет)

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу компьютерного моделирования в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет вне аудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Имитационное моделирование»

по направлению подготовки 01.04.02 Прикладная математика и информатика

 

Рабочая программа дисциплины «Имитационное моделирование» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 01.04.02 Прикладная математика и информатика.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 108 час. (3 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является экзамен .

Цель дисциплины: формирование у студентов знаний, умений и навыков построения и применения имитационных моделей в задачах проектирования, анализа и оптимизации функциональных и обеспечивающих подсистем автоматизированных систем обработки информации и управления.

Задачи дисциплины:ознакомить студентов с сущностью, познавательными возможностями и практическим значением моделирования как одного из научных методов познания реальности; дать представление о наиболее распространѐнных математических методах, используемых в математическом моделировании; сформировать устойчивые навыки решения задач математического моделирования и постановки модельного компьютерного эксперимента; научить интерпретировать результаты математического и имитационного моделирования и применять их для обоснования управленческих решений.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Имитационное моделирование» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 01.04.02 Прикладная математика и информатика.

 

22.05.2018 г.