Базовая рабочая программа дисциплины «Компьютерное моделирование»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИК

______________

«___»_____________2013 г.

БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ»

НАПРАВЛЕНИЕ ООП 230100 Информатика и вычислительная техника

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Информационное и программное обеспечение систем управления

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2013 г.

КУРС 2 СЕМЕСТР 3

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 3 кредита

ПРЕРЕКВИЗИТЫ М2.Б.1, М2.Б2, М2.В.7.1

КОРЕКВИЗИТЫ М2.В.7.4

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции 16 час.

Лабораторные занятия 16 час.

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 32 час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 76 час.

ИТОГО 108 час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ Дифф. зачет

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра АиКС

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _______________ д. т.н., профессор,

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ к. т.н., доцент,

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________ к. т.н., доцент,

2013 г.
1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина «Компьютерное моделирование» является одной из дисциплин, на базе которых строится подготовка специалистов к проектно-конструкторской и проектно-технологической деятельности по созданию объектов профессиональной деятельности в области информатики и вычислительной техники.

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, Ц2, Ц4) ООП.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Компьютерное моделирование» (М2.В.6.5) входит в состав вариативной части профессионального цикла дисциплин учебного плана (М2.В).

Для её успешного освоения необходимы базовые и специальные знания, полученные при изучении ООП бакалаврской подготовки, знания, полученные при изучении предшествующих дисциплин (пререквизиты): «Вычислительные системы» (М2.Б1), «Технология разработки программного обеспечения (М2.Б2), «Анализ банков данных» (М1.В2.5).

Содержание разделов дисциплины согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (кореквизиты): «Проектирование программных приложений» (М2.В.6.3).

3. Результаты освоения дисциплины

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:

Таблица 1

Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1. Универсальные (общекультурные):

- способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК - 2).

2. Профессиональные:

- способность к выбору методов и разработке алгоритмов решения задач управления и проектирования объектов автоматизации (ПК-5).

4. Структура и содержание дисциплины

Раздел 1. Введение в системный анализ

Понятие системы, подсистемы, комплекса. Структура, функции и организация системы. Свойства систем. Эффективность. Параметры и характеристики. Классификация систем. Методы исследования сложных систем.

Раздел 2. Общие вопросы компьютерного моделирования

Определение модели. Общая классификация основных видов моделирования. Компьютерное моделирование. Сущность имитационного моделирования. Статическое и динамическое представление исследуемой системы. Модельное время. Общая технологическая схема имитационного моделирования. Испытание и исследование свойств имитационной модели. Технология постановки и проведения вычислительного эксперимента на имитационной модели.

Перечень лабораторных работ по разделу:

1. Моделирование колебательного процесса, анимация презентации;

2. Моделирование светофора для управления движением, моделирование пешеходного перехода.

Раздел 3. Теория систем массового обслуживания

Система массового обслуживания (СМО). Понятия заявки, обслуживающего прибора, накопителя, приоритета, дисциплины обслуживания и буферизации. Сеть массового обслуживания. Классификация моделей массового обслуживания. Параметры и характеристики СМО. Режимы функционирования СМО.

Перечень лабораторных работ:

1. СМО «Банк»;

2. СМО «Офтальмология»;

3. Построение контрольной СМО по вариантам.

Раздел 4. Системная динамика

Основы системной динамики. Причинно-следственные диаграммы. Нелинейное поведение сложных систем. Обратная связь в управлении организацией. Потоковые диаграммы. Понятие потоков и накопителей. имитационное моделирование распространения инноваций.

Перечень лабораторных работ:

1. Модель реализации продукта по Бассу;

2. Модель распространения эпидемии, визуализация модели динамики численности населения.

Раздел 5. Агентное моделирование

Основы агентного моделирования. Построение агентных моделей.

Перечень лабораторных работ: Агентная модель «Учет повторных покупок».

5. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов

5.1. Виды и формы самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу.

Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:

1. проработку лекционного материала и подготовку к лабораторным работам;

2. подготовку к контрольным работам.

Творческая самостоятельная работа включает:

1. поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;

2. выполнение самостоятельного проекта в рамках лабораторных работ;

3. анализ статистических и фактических материалов по заданной тематике, составление моделей на основе изученных материалов.

5.2. 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 зачету. Зачет проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.

6. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины

6.1. 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 зачета.

6.2. 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. Достоинства и недостатки имитационного моделирования.

9. Инструментарии имитационного моделирования.

10. Этапы построения моделей.

11. Основные модели, используемые в системном анализе.

12. Классификация систем по различным признакам.

13. Сложные системы: определения.

14. Факторы, действующие на функционирование сложных систем.

15. Задачи исследования сложных систем.

16. Этапы при моделировании сложных систем.

17. Понятие о модельном времени.

18. Сетевые методы.

19. Сети Петри, раскрашенные сети Петри.

20. GPSS, SIMAN.

21. Понятие систем массового обслуживания.

22. Классификация систем массового обслуживания.

23. Структурный анализ.

24. Принципы структурного анализа.

25. Методологии моделирования при структурном анализе.

26. Бизнес-процессы.

27. Анализ бизнес-процессов.

28. Оптимизация бизнес-процессов.

29. Математическое моделирование.

7. Рейтинг качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 01.01.2001 г.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:

- текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);

- промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

В соответствии с «Календарным планом выполнения курсового проекта (работы)»:

- текущая аттестация (оценка качества выполнения разделов и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 22 баллов);

- промежуточная аттестация (защита проекта (работы)) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), по результатам защиты студент должен набрать не менее 33 баллов).

Итоговый рейтинг выполнения курсового проекта (работы) определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (при наличии курсового проекта).

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература:

1. Бусленко сложных систем / . – 2-е изд., перераб. – М. : Наука, 1978. – 399 с.

2. Разработка САПР: В 10 кн. / под ред. . – М.: Высшая школа, 1990. Кн. 9: Имитационное моделирование. – 1990. – 111 с.

3. Ослин моделирование систем массового обслуживания: учебное пособие / ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во ТПУ, 2003. – 106 с.

4. Боголюбова анализ и математическое моделирование: учебное пособие / ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во ТПУ, 2002. – 104 с.

5. Тарасик моделирование технических систем: учебник / . – Минск : Дизайн ПРО, 1997. – 640 с.

Дополнительная литература:

1. Лескин Петри в моделировании и управлении / , , ; Академия Наук СССР; Ленинградский институт информатики и автоматизации; под ред. . – Л. : Наука, 1989. – 133 с.

2. Иванов моделирование сложных систем / . – М. : Наука : Физматлит, 1996. – 272 с.

3. Бочаров массового обслуживания : учебник для вузов / , . – М. : Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 1995. – 529 с.

4. Черемных анализ систем: IDEF-технологии / , , . – М. : Финансы и статистика, 2001. – 207 с.

5. Маклаков, бизнес-процессов с BPwin 4.0 / . – М. : Диалог-МИФИ, 2002. – 224 с.

Методическое обеспечение дисциплины:

1. Замятина моделирование: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 115 с.

2. Компьютерное моделирование. // Метод. указания по выполнению курсовой работы и задания для студентов спец. 230105 ИДО. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 31 с.

3. Среда моделирования ARENA 5.0. // 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). , //Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов спец. 210100. – Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 24 с.

5. Создание моделей с использованием IDEF3-методологии. , // 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. , // 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. , // Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов спец. 220400. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 24 с.

Программное обеспечение и интернет-ресурсы:

1. CASE-средства Ramus Educational, Busuness Studio 3.5, система имитационного моделирования AnyLogic University.

2. http://en. wikipedia. org/wiki/Computer_simulation\

3. www. wikibooks. org

4. www. *****

5. http://www. inf1.info/modeling

9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)

Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе, оснащенном 20-ю компьютерами, установлены CASE-средства Ramus Educational (свободное ПО), Busuness Studio 3.5 (лиц. версия для ВУЗов), система имитационного моделирования AnyLogic University (лиц. версия для ВУЗов).

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-3 по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника».

Программа одобрена на заседании кафедры АиКС (протокол от « 11 » сентября 2013 г.).

Авторы доцент каф. АиКС, к. т.н.,

ассистент кафедры АиКС,

Рецензент доцент кафедры АиКС,