Моделирование систем - Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора Института кибернетики
по учебной работе
________________ С.А. Гайворонский
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Моделирование систем
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
230400 Информационные системы и технологии
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ
Информационные системы и технологии в бизнесе
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС 3
СЕМЕСТР 5
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр
2011 г.
4 кредита ECTS
Б3.Б1, Б3.Б2
Б3.В.2.5, Б3.В.2.6, Б3.В.2.8
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
36 час.
Лабораторные занятия
36 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
72 час.
54 час.
ИТОГО
126 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
экзамен
кафедра АиКС
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ АиКС ____________ Цапко Г.П.
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________ Гайворонский С.А.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ Куренков И.Н.
2011 г.
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью данной дисциплины является знакомство с основными принципами
моделирования, а также построение статических и динамических моделей с использованием
современных
программных
средств.
Изучение
основ
моделирования
позволит
сформировать у студентов необходимый объем специальных знаний в области методов
моделирования и анализа систем.
Поставленные цели полностью соответствуют целям (Ц1-Ц5) ООП.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Моделирование систем» (Б3.В.2.1) входит в состав вариативной
части профессионального цикла дисциплин учебного плана.
Пререквизитами данной дисциплины являются: Теория информационных
процессов и систем, Информационные технологии.
Кореквизиты – Методы и средства управления бизнес-процессами, Консалтинг
при автоматизации предприятий, Корпоративные информационные системы.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении дисциплины студенты должны научиться моделировать процессы
и явления различного характера с помощью современных программных средств, а также
проводить анализ полученных моделей и делать последующие выводы о состоянии и
особенностях моделируемых процессов и явлений.
Результаты освоения дисциплины позволят студенту:
Формируемые
компетенции в
соответствии с
ООП*
З.3.4.2- P3
З.5.3.2- P5
У.3.4.2- P3
У.5.3.2- P5
В.3.4.2-P3
В.5.3.2-P5
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:
 основные понятия теории моделирования, классификацию
моделей и области их использования, задачи моделирования;
 методы моделирования и анализа систем;
 принципы построения моделей
В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:
 обоснованно выбирать метод моделирования;
 строить адекватную модель системы или процесса с
использованием современных компьютерных средств;
 интерпретировать
и
анализировать
результаты
моделирования.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть:
 методами и приемами работы в CASE-средствах;
 методами и приемами работы в системе имитационного
моделирования Arena 7.0;
 основными критериями оценки полученных результатов
моделирования;
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1. Универсальные (общекультурные):




владение культурой мышления; способность к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;
умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и
письменную речь (ОК-1 ФГОС);
понимание социальной значимости своей будущей профессии, обладание
высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-3
ФГОС);
способность научно анализировать социально значимые проблемы и
процессы, умение использовать на практике методы гуманитарных,
экологических, социальных и экономических наук в различных видах
профессиональной и социальной деятельности (ОК-4);
владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения
практических задач в области информационных систем и технологий (ОК-6
ФГОС);
2. Профессиональные:






способность проводить предпроектное обследование объекта проектирования,
системный анализ предметной области, их взаимосвязей (ПК-1);
способность проводить выбор исходных данных для проектирования (ПК-4);
способность проводить моделирование процессов и систем (ПК-5);
способность оценивать надежность и качество функционирования объекта
проектирования (ПК-6);
способность к проектированию базовых и прикладных информационных
технологий (ПК-11);
способность
использовать
технологии
разработки
объектов
профессиональной
деятельности,
в
областях:
машиностроение,
приборостроение, наука, техника, образование, медицина, административное
управление, юриспруденция, бизнес, предпринимательство, коммерция,
менеджмент, банковские системы, безопасность информационных систем,
управление технологическими процессами, механика, техническая физика,
энергетика, ядерная энергетика, силовая электроника, металлургия,
строительство,
транспорт,
железнодорожный
транспорт,
связь,
телекоммуникации, управление инфокоммуникациями, почтовая связь,
химическая промышленность, сельское хозяйство, текстильная и легкая
промышленность, пищевая промышленность, медицинские и биотехнологии,
горное дело, обеспечение безопасности подземных предприятий и
производств, геология, нефтегазовая отрасль, геодезия и картография,
геоинформационные системы, лесной комплекс, химико-лесной комплекс,
экология, сфера сервиса, системы массовой информации, дизайн,
медиаиндустрия, а также предприятия различного профиля и все виды
деятельности в условиях экономики информационного общества (ПК-18).



4.
4.1.
способность проводить сбор, анализ научно-технической информации,
отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования (ПК-23);
способность участвовать в постановке и проведении экспериментальных
исследований (ПК-24);
способность обосновывать правильность выбранной модели, сопоставляя
результаты экспериментальных данных и полученных решений (ПК-25);
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Приводится аннотированное содержание разделов дисциплины:
1. Основные понятия теории моделирования
1.1 Введение в компьютерное моделирование
История
появления
моделирования.
Понятие
модели,
моделирования,
адекватности модели. Цели и задачи моделирования. Процесс моделирования.
1.2 Классификация моделей
Типы классификации моделей. Материальные (физические) и идеальные модели.
Когнитивные, содержательные, концептуальные, формальные модели. Компьютерные
модели. Примеры.
2. Бизнес-моделирование
Средства бизнес-моделирования. Модели, используемые в бизнесе. Методологии
анализа бизнес-процессов. Описание средства бизнес-моделирования ARIS. Методика
построения моделей с помощью системы ARIS. Примеры.
3. Математическое моделирование
Математическая
модель.
Классификация
моделей.
Основные
этапы
математического моделирования. Генерация случайных чисел.
4. Имитационное моделирование
4.1 Основные понятия имитационного моделирования
Задачи имитационного моделирования. Области применения моделей. Этапы
построения моделей. Преимущества и недостатки имитационного моделирования.
4.2 Системы массового обслуживания
Теория массового обслуживания. Состав систем массового обслуживания. Типы
систем массового обслуживания. Имитационная модель систем массового обслуживания.
Язык GPSS как средство построения моделей.
4.3 Сетевые методы моделирования
Задачи сетевого моделирования. Сетевой график. Правила построения. Примеры.
4.4 Инструментарии имитационного моделирования
Система моделирования GPSS. Система имитационного моделирования Arena.
Методика построения моделей с помощью системы Arena. Примеры.
5. Сложные системы
Динамические системы. Объектно-ориентированное моделирование. Подходы к
визуальному моделированию сложных динамических систем.
4.2.
Содержание практического раздела дисциплины
Тематика лабораторных работ
№
Наименование лабораторных работ
1
2
3
4
5
Изучение программного продукта ARIS
Создание VACD-модели
Создание модели используемых информационных средств
Создание модели организационной структуры.
Создание EPC-моделей
Изучение программного продукта Arena 7.0. Построение моделей. Работа по
анализу моделей: составление графиков, работа с отчетами
Разработка модели с использованием модулей Basic Process с элементами
анимации
Разработка модели с использование модулей Advanced Process Panel с
элементами анимации
Разработка модели с использование модулей Advanced Transfer Panel с
обязательной анимацией элементов
Разработка моделей в продукте Arena 7.0 по составленным ранее EPCдиаграммам
6
7
8
9
10
4.3.
Структура дисциплины по разделам и формам организации
обучения приведена в таблице 1.
Таблица 1
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
Аудиторная работа (час)
Лек
ции
1.
Основные
понятия
моделирования
2. Бизнес-моделирование
теории
3. Математическое моделирование
4. Имитационное моделирование
5. Сложные системы
Итого
Практ./
сем.
зан.
Лаб. зан.
4
8
4
16
4
36
14
22
36
СРС
(час)
Колл,
Контр.Р.
Итого
6
10
12
34
6
24
6
54
10
62
10
126
4.4.
Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по
основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и
указанных в пункте 3.
Таблица 2
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Формируемые
компетенции
1
+
З.3.4.2- P3
2
З.5.3.2- P5
+
У.3.4.2- P3
Разделы дисциплины
3
+
+
+
4
+
5
+
+
+
У.5.3.2- P5
+
В.3.4.2-P3
+
В.5.3.2-P5
+
+
+
+
+
+
+
5.
+
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной
работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов
для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Таблица 3
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
+
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения.
Обучение
+
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Другие методы
*-Тренинг, **-Мастер-класс
Лаб.
раб.
Пр. зан./
Сем.,
Тр*.,
Мк**
СРС
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
К. пр.
+
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (CРC)
6.1 Самостоятельная работа студентов (СРС)
Самостоятельная работа студентов (СРС) состоит в проработке лекционного
материала, подготовке к лабораторным работам и контрольным работам. Она составляет
54 часа и включает:
1) проработку лекционного материала и подготовку к лабораторным работам (40 ч.)
2) подготовку к контрольным работам (14 ч.)
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль в обучающей программе, контроль знаний, полученных с помощью
обучающей программы.
По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к
экзамену. Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
6.4
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
Для самостоятельной работы студентов используются сетевые информационные и
образовательные ресурсы:
http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_simulation\
www.wikibooks.org
www.intuit.ru
http://www.inf1.info/modeling
7. СРЕДСТВА ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ)
7.1 Текущий контроль
Цель текущего контроля – проверить усвоение студентами теоретического и
практического материала, излагаемого преподавателем.
Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:
 контроль за своевременным и правильным выполнением лабораторных работ
и сдачей отчетов;
 контроль усвоения теоретического материала – проведение контрольных
работ.
Итоговый контроль по дисциплине осуществляется по результатам выполнения
лабораторных работ и сдачи теоретического экзамена.
7.2. Итоговый контроль
Примерный перечень экзаменационных вопросов:
1.
История появления моделирования.
2.
Основные понятия теории моделирования.
3.
Цели и задачи моделирования.
4.
Материальные (физические) и идеальные модели.
5.
Когнитивные, содержательные, концептуальные, формальные модели.
6.
Подходы и программные средства при структурно-функциональном
моделировании.
7.
Имитационное моделирование как специфический вид компьютерного
моделирования.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
Достоинства и недостатки имитационного моделирования.
Инструментарии имитационного моделирования.
Этапы построения моделей.
Основные модели, используемые в системном анализе.
Классификация систем по различным признакам.
Сложные системы: определения.
Факторы, действующие на функционирование сложных систем.
Задачи исследования сложных систем.
Этапы при моделировании сложных систем.
Понятие о модельном времени.
Сетевые методы.
Сети Петри, раскрашенные сети Петри.
GPSS, SIMAN.
Понятие систем массового обслуживания.
Классификация систем массового обслуживания.
Структурный анализ.
Принципы структурного анализа.
Методологии моделирования при структурном анализе.
Бизнес-процессы.
Анализ бизнес-процессов.
Оптимизация бизнес-процессов.
Математическое моделирование.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
Основная литература
1. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем / Н. П. Бусленко. – 2-е изд.,
перераб. – М. : Наука, 1978. – 399 с.
2. Разработка САПР : В 10 кн. / под ред. А. В. Петрова. – М. : Высшая школа, 1990.
Кн. 9: Имитационное моделирование. – 1990. – 111 с.
3. Ослин Б. Г. Имитационное моделирование систем массового обслуживания :
учебное пособие / Б. Г. Ослин ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во
ТПУ, 2003. – 106 с.
4. Боголюбова М. Н. Системный анализ и математическое моделирование :
учебное пособие / М. Н. Боголюбова ; Томский политехнический университет. – Томск :
Изд-во ТПУ, 2002. – 104 с.
5. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем : учебник /
В. П. Тарасик. – Минск : Дизайн ПРО, 1997. – 640 с.
Вспомогательная литература
1. Лескин А. А. Сети Петри в моделировании и управлении / А. А. Лескин, П. А.
Мальцев, А. М. Спиридонов ; Академия Наук СССР; Ленинградский институт
информатики и автоматизации; под ред. В. М. Пономарева. – Л. : Наука, 1989. – 133 с.
2. Иванов П. М. Алгебраическое моделирование сложных систем / П. М. Иванов.
– М. : Наука : Физматлит, 1996. – 272 с.
3. Бочаров П. П. Теория массового обслуживания : учебник для вузов / П. П.
Бочаров, А. В. Печинкин. – М. : Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 1995. – 529 с.
4. Черемных С. В. Структурный анализ систем: IDEF-технологии / С. В.
Черемных, И. О. Семенов, В. С. Ручкин. – М. : Финансы и статистика, 2001. – 207 с.
5. Маклаков, С. В. Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0 / С. В.
Маклаков. – М. : Диалог-МИФИ, 2002. – 224 с.
Методическое обеспечение дисциплины
1. Замятина О. М. Компьютерное моделирование: учебное пособие. – Томск: Изд-
во ТПУ, 2007. – 115 с.
2. Компьютерное моделирование. Резниченко Е. В. // Метод. указания по
выполнению курсовой работы и задания для студентов спец. 230105 ИДО. – Томск: Издво ТПУ, 2009. – 31 с.
3. Среда моделирования ARENA 5.0. Саночкина Н.Г. // Метод. указания к
выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерное моделирование» для
студентов спец. 220400. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 12 с.
4. Создание диаграмм потоков данных (DFD). Дураева О.М., Дударева Ю.В.
//Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов спец. 210100. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 24 с.
5. Создание моделей с использованием IDEF3-методологии. О.М. Замятина, Н.Г.
Семенова // Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов
специальности 071900. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 8 с.
6. Создание функциональных моделей с использованием IDEF0-методологии. О.М.
Замятина, Н.В. Кубышкина // Метод. указания к выполнению лабораторных работ для
студентов спец. 071900. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 12 с.
7. Система имитационного моделирования ARENA 7.0. Basic Process Panel. Н.Г.
Саночкина , О.М. Замятина // Метод. указания к выполнению лабораторных работ для
студентов спец. 220400. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 24 с.
Программное обеспечение и интернет-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
5.
CASE-средства ARIS 7.0, система имитационного моделирования Arena 7.0
http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_simulation\
www.wikibooks.org
www.intuit.ru
http://www.inf1.info/modeling
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДУЛЯ
(ДИСЦИПЛИНЫ)
Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе, оснащенном 22-мя
компьютерами.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 230400 «Информационные системы и
технологии» и профилям
подготовки «Геоинформационные системы»,
«Информационные системы и технологии в бизнесе».
Программа одобрена на заседании кафедры АиКС
(протокол №
от « »
2011 г.).
Автор
Куренков И.Н.
Рецензент
Дмитриева Е.А.