Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
ФИЛИАЛ
ФГБОУ ВПО «Псковский государственный университет»
В г. Великие Луки Псковской области
Инженерно-экономический факультет
СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета Директор филиала
_____________ А.П. Павлов _____________ С.А. Катченков
«______» _____________20__ г. «_____» _____________20__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Б1.В.ДВ.04.02
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
для направления подготовки
Строительство»
Профиль «Промышленное и гражданское строительство»
Форма обучения – очная/заочная
Квалификация выпускника - бакалавр
Великие Луки
2018
Разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 15.03.05 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств приказ от «_____»________________20___ г. № _____.
Программа рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры Технология машиностроения протокол №___от __________20 г.
Зав. кафедрой технологии машиностроения
___________________(Катченков С.А.)
(подпись)
«____»_____________20 г.
1 Цели и задачи освоения дисциплины
Цель – приобретение навыков моделирования и анализа технических устройств на персональных ЭВМ для последующего использования полученных знаний в различных дисциплинах специальности.
Задачами изучения дисциплины являются :
- формирование представлений об общих методах и средствах математического моделирования технических устройств;
- приобретение практических навыков моделирования на персональных ЭВМ
технических устройств различной физической природы;
2 Место учебной дисциплины в структуре ООП
Дисциплина Б1.В.ДВ.04.02 «Математическое моделирование» входит в вариативную часть основной профессиональной образовательной программы (далее – ОПОП) 270800 «Строительство»
Изучение данной дисциплины базируется на курсах: "Математика" и "Информатика".
Для успешного освоения дисциплины студенту необходимо:
- знать основы математической логики и вычислительной математики;
- знать основные алгоритмы матричных исчислений;
- знать основные разделы информатики;
- знать современное состояние уровня и направлений развития вычислительной техники и программных средств;
- уверенно работать в качестве пользователя персонального компьютера, самостоятельно использовать внешние носители информации для обмена данными между компьютерами, создавать резервные копии и архивы данных и программ;
-уметь работать с программными средствами общего назначения.
Математическое моделирование является базовой дисциплиной для ряда разделов предметов использующих проектно-конструкторские процедуры с использованием информационных технологий.
3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины
3.1 Перечень осваиваемых компетенций
В соответствии с требованиями ФГОС ВО (утв. приказом Минобрнауки России от 11.08.2016 № 1000) для направления подготовки, 270800 «Строительство», Профиль «Промышленное и гражданское строительство» процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и математического (компьютерного) моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-1)
- владением эффективными правилами, методами и средствами сбора, обмена, хранения и обработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОПК-4)
- способностью осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий (ОПК-6)
- владением методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием универсальных и специализированных программно-вычислительных комплексов и систем автоматизированных проектирования (ПК-2)
Планируемые результаты обучения
Планируемые результаты обучения по дисциплине, соотнесенные с планируемыми результатами освоения ОПОП.
Для компетенции ОПК-1 - способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и математического (компьютерного) моделирования, теоретического и экспериментального исследования
| Знать: основные принципы построения математических моделей; |
| методику проведения вычислительного эксперимента на ЭВМ |
| Уметь: обоснованно проводить формализацию исследуемых технических объектов |
| применять модели, средства и языки моделирования для проведения работ по анализу применяемых проектных решений |
| Владеть: методикой применения процедур программно-методических комплексов; |
| методикой разработки и применения математических моделей технических устройств различной физической природы; методикой пользования глобальными информационными ресурсами и современными средствами телекоммуникаций для решения исследовательских и проектных задач; методами построения математических моделей типовых профессиональных задач; |
Для компетенции ОПК-4 - владением эффективными правилами, методами и средствами сбора, обмена, хранения и обработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией
| Знать: методы исследования математических моделей разных типов |
| основные типы математических моделей; |
| Уметь: организовывать серию экспериментов для достижения заданной цели исследования; |
| основные исследовательские прикладные программные средства |
| Владеть: навыками работы с компьютерными системными и прикладными программами. |
| владеть методологией теоретических и экспериментальных исследований в области профессиональной деятельности; |
Для компетенции ОПК-6 - способностью осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий
| Знать: знать основные алгоритмы матричных исчислений; |
| знать современное состояние уровня и направлений развития вычислительной техники и программных средств; |
| Уметь: обоснованно проводить формализацию исследуемых технических объектов |
| интерпретировать полученные результаты, увязывая их с соответствующими техническими характеристиками. |
| Владеть: методами практического применения методов математического моделирования в исследовательских задачах, при подготовке диссертационного исследования; |
| навыками работы с компьютерными системными и прикладными программами |
Для компетенции ПК-2 - владением методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием универсальных и специализированных программно-вычислительных комплексов и систем автоматизированных проектирования
| Знать: основные исследовательские прикладные программные средства |
| основные подходы к решению задачи диагностики технических систем |
| Уметь: оценивать точность полученных математических моделей; |
| строить адекватную модель системы или процесса с использованием современных компьютерных средств |
| Владеть: методами и приемами работы в системе имитационного моделирования |
| Методикой построения алгоритмов решения формализованных практических задач |
4 Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Очная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| 4 | |||||
| Контактная работа обучающихся с преподавателем по видам занятий | 48 | 48 | |||
| В том числе: | - | - | - | - | - |
| Лекции, из них: | 16 | 16 | |||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Практические занятия (ПЗ), из них: | 32 | 32 | |||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Семинары (С), из них: | |||||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Лабораторные работы (ЛР), из них: | |||||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Другие виды контактной работы (консультации по выполнению курсового проекта (работы), консультации и контроль выполнения самостоятельной работы студента и т.п.) | |||||
| Самостоятельная работа (всего) | 60 | 60 | |||
| В том числе: | - | - | - | - | - |
| Курсовой проект (работа) | |||||
| Расчетно-графические работы | |||||
| Реферат | |||||
| Другие виды самостоятельной работы(эссе, контрольные, домашние задания, и т.п.) | |||||
| Промежуточная аттестация (всего) | 1 | 1 | |||
| в т.ч.: контактная работа обучающегося с преподавателем - Зачёт с оценкой - Консультация к экзамену - Экзамен | 0,25 | 0,25 | |||
| Общий объем дисциплины: часов | |||||
Зач. ед.
Заочная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| 4 | |||||
| Контактная работа обучающихся с преподавателем по видам занятий | 12 | 12 | |||
| В том числе: | - | - | - | - | - |
| Лекции, из них: | 4 | 4 | |||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Практические занятия (ПЗ), из них: | 8 | 8 | |||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Семинары (С), из них: | |||||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Лабораторные работы (ЛР), из них: | |||||
| в интерактивных формах (при наличии) | |||||
| Другие виды контактной работы (консультации по выполнению курсового проекта (работы), консультации и контроль выполнения самостоятельной работы студента и т.п.) | |||||
| Самостоятельная работа (всего) | 92 | 92 | |||
| В том числе: | - | - | - | - | - |
| Курсовой проект (работа) | |||||
| Расчетно-графические работы | |||||
| Реферат | |||||
| Другие виды самостоятельной работы(эссе, контрольные, домашние задания, и т.п.) | |||||
| Промежуточная аттестация (всего) | 4 | 4 | |||
| в т.ч.: контактная работа обучающегося с преподавателем - Зачёт с оценкой - Консультация к экзамену - Экзамен | 0,25 | 0,25 | |||
| Общий объем дисциплины: часов Зач. ед. | 108 | 108 | |||
| 3 | 3 | ||||
| в т.ч. контактная работа обучающегося с преподавателем в ходе освоения дисциплины | 12,25 | 12,25 | |||
5 Содержание дисциплины
5.1 Содержание разделов дисциплины
Таблица 1 – Содержание разделов дисциплины
| № раздела | Наименование раздела | Содержание раздела |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Методологические основы моделирования | Основные понятия математической модели (ММ). Синтез, анализ, оптимизация. Классификация видов моделирования.Основы детерминированного,стохастического, математического, статистического, динамического, дискретного, непрерывного и физического моделирования. |
| 2. | Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем | Сущность компьютерного моделирования сложной системы. Основные требования, предъявляемые к модели: полнота, гибкость, точность. Основные этапы моделирования технических систем: построение описательной модели системы и её формализация; Алгоритмизация модели и её компьютерная реализация; получение и интерпретация результатов моделирования. Три основных класса ошибок моделирования: ошибки формализации, ошибки решения, ошибки задания параметров системы. Схема взаимосвязи технологических этапов моделирования. |
| 3. | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | Информационно-аналитическая подготовка: постановки задачи, поиск, накопление и предварительная обработки информации для принятия решения, выявление и оценка текущей ситуации с учетом возникшей проблемы; выдвижение гипотез (вариантов, альтернатив, сценариев). Обзор математических теорий для формализации неопределенной информации в моделях: многозначная логика; теория вероятности; теория ошибок; теория средних интервалов; теория субъективных вероятностей; теория нечетких множеств; теория нечетких мер и интегралов. |
| 4. | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | Постановка вычислительного эксперимента с моделью. Понятие исследуемого объекта в виде «чёрный ящик». Количественные и качественные факторы. Факторное пространство. Построение матрицы планирования. Модель в виде полинома для четырех факторов на двух уровнях. |
| 5. | Архитектурное построение моделирующих комплексов динамических систем | Графический интерфейс, система управления базами данных, математическое ядро, подсистема визуализации. Обзор калькуляторных программ для статических вычислений и специализированных решателей для моделирования динамических процессов(MathCad, Eureka, Derive, MATLAB, RedUce, Mathematica). Явный (интегрированный), неявный (итерационный), оптимизирующий решатель моделирующей программы. |
| 6 | Моделирование и анализ динамических процессов в технических устройствах методом эквивалентных схем | Аналогии компонентных уравнений. Компонентные и топологические уравнения систем различной физической природы. Формирование эквивалентных схем технических устройств с однородной и гибридной структурой. |
| 7. | Функциональное моделирование технических систем | Основные положения функционального моделирования технических систем. Линеаризация математических моделей инерционных элементов. Понятие передаточной функции входной и выходной фазовой переменной. Типовые нелинейные элементы. |
5.2 Разделы дисциплин и виды занятий
Очная форма обучения
| № п/п | Наименование раздела дисциплины | Контактная работа обучающихся с преподавателем (по видам занятий) | СРС | Всего час. | |||
| Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Другие виды контактной работы | ||||
| 1 | Методологические основы моделирования | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
| 2 | Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
| 3 | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
| 4 | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | 4 | 6 | 10 | 20 | ||
| 5 | Архитектурное построение моделирующих комплексов динамических систем | 2 | 6 | 10 | 18 | ||
| 6 | Моделирование и анализ динамических процессов в технических устройствах методом эквивалентных схем | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
| 7 | Функциональное моделирование технических систем | 2 | 4 | 16 | |||
| Промежуточная аттестация в т.ч.: - Зачёт с оценкой | 0,25 | ||||||
| ИТОГО | 16 | 32 | - | 60 | 108 | ||
Заочная форма обучения
| № п/п | Наименование раздела дисциплины | Контактная работа обучающихся с преподавателем (по видам занятий) | СРС | Всего час. | |||
| Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Другие виды контактной работы | ||||
| 1 | Методологические основы моделирования | 1 | 2 | 20 | 23 | ||
| 2 | Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем | 1 | 2 | 20 | 23 | ||
| 3 | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | 1 | 2 | 20 | 23 | ||
| 4 | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | 1 | 2 | 32 | 35 | ||
| Промежуточная аттестация в т.ч.: - Зачёт с оценкой | 0,25 | ||||||
| ИТОГО | 4 | 8 | - | 92 | 108 | ||
Практические занятия
Таблица 5 – Практические занятия в 4 семестре
Очная форма обучения
| № занятия | № раздела | Тема | Кол-во часов |
| 1. | Методологические основы моделирования | Аналитические методы детерминированного, стохастического,математического, статистического, динамического, дискретного, непрерывного и физического моделирования. | 4 |
| 2. | Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем | Разработка и анализ этапов моделирования технических систем: - построение описательной модели системы и её формализация; - алгоритмизация модели и её подготовка к компьютерной реализации; - получение и интерпретация результатов моделирования. - интерпретация результатов моделирования. - исследование класса ошибок моделирования. | 4 |
| 3. | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | Информационно-аналитическая подготовка к моделированию: - постановки задачи; - поиск; - накопление; - предварительная обработка информации для принятия решения; - выявление и оценка текущей ситуации с учетом возникшей проблемы; - выдвижение гипотез. | 4 |
| 4. | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | Анализ постановки вычислительного эксперимента с моделью. Аналитическое построение модели в виде полинома для четырех факторов на двух уровнях. | 6 |
| 5. | Архитектурное построение моделирующих комплексов динамических систем | Теоретическое изучение систем моделирования: MathCad, Eureka, Derive, MATLAB, RedUce, Mathematica, LabView. | 6 |
| 6. | Моделирование и анализ динамических процессов в технических устройствах методом эквивалентных схем | Изучение методов и подходов к проектированию эквивалентных схем технических устройств с однородной и гибридной структурой. Подготовка исходных данных к компьютерному тестированию моделей в ПМК РА-9. | 4 |
| 7. | Функциональное моделирование технических систем | Изучение методов и подходов к проектированию функциональных моделей технических систем. Подготовка исходных данных к компьютерному тестированию моделей в ПМК MATLAB. | 4 |
Заочная форма обучения
| № занятия | № раздела | Тема | Кол-во часов |
| 1. | Методологические основы моделирования | Аналитические методы детерминированного, стохастического,математического, статистического, динамического, дискретного, непрерывного и физического моделирования. | 2 |
| 2. | Формализация и алгоритмизация процесса функционирования сложных систем | Разработка и анализ этапов моделирования технических систем: - построение описательной модели системы и её формализация; - алгоритмизация модели и её подготовка к компьютерной реализации; - получение и интерпретация результатов моделирования. - интерпретация результатов моделирования. - исследование класса ошибок моделирования. | 2 |
| 3. | Моделирование и принятие решений в условиях неопределенности | Информационно-аналитическая подготовка к моделированию: - постановки задачи; - поиск; - накопление; - предварительная обработка информации для принятия решения; - выявление и оценка текущей ситуации с учетом возникшей проблемы; - выдвижение гипотез. | 2 |
| 4. | Основные понятия моделирования методом планирования эксперимента | Анализ постановки вычислительного эксперимента с моделью. Аналитическое построение модели в виде полинома для четырех факторов на двух уровнях. | 2 |
Примерная тематика курсовых проектов
Курсовой проект (работа) не предусмотрен.
9 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
а) Основная литература
1. Шабанов Г.И., Логинов Д.В.Моделирование механических систем. Учеб.пособие с грифом УМО. Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2011 г. -128 с.
2. Белов В.Ф., Логинов Д.В., МадоновА.Н.Функциональное моделирование в системе компьютерной математики MATLAB. Учеб. пособие с грифом УМО. Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2013 г. -168 с..
3.Шабанов Г.И. Проектирование и конструирование деталей и сборочных единиц в машиностроении и строительстве. Учебное пособие с грифом УМО.- Саранск 2011.-232 с.
4. Белов, В.Ф. Шабанов Г.И., Карпушкина С.А.и др. - Математическое моделирование, Саранск, изд-во Мордов.ун-та,2011.- 340 с.
5. Норенков И.П.. Основы автоматизированного проектирования: Учеб.для вузов. - М.: Изд.-во МГТУ им. Н.Э.Баумана,2012. - 360 с.
6. Белов В.Ф., Шабанов Г.И.Методические разработки по курсу "Математические модели в расчётах на ЭВМ" Саранск,изд-во,Мордов.ун-та,2012.- 136 с.
б) Дополнительная литература
1.Горинштейн А.М. Практика решения инженерных задач на ЭВМ.-М. 2014-232 с.
2. Шабанов Г.И. Основы информатики.Учебное пособие с грифом Министерства образования РФ. Саранск: Изд-во Мордов.ун-та, 2006.-140 с.
3. Шабанов Г.И. Основы информатики.Учебное пособие с грифом Министерства образования РФ. 2-е изд.пераб. и доп.Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008.-140 с.
в) Перечень информационных технологий
а) программное обеспечение
Программа MSEXCEL, Программа Mathcad, Паскаль, VBA/
б) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
г) ресурсы информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
- http://window.edu.ru/
- http://techliter.ru/load/inzhenernye_programmy
- http://omgtu.ru/
- http://e.lanbook.com/
- www.iprbookshop.ru/
Электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы.
10 Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для выполнения практических занятий предназначена аудитория – лаборатория компьютерного моделирования (ауд. 307 филиала ПсковГУ) с набором необходимых материальных средств и необходимой литературы.
Все практические работы выполняются на, оснащенных специализированным программным обеспечением.
11 Методическое обеспечение дисциплины
11.1 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
В процессе проведения лекций и практических занятий реализуются следующие технологии:
§ творческое задание
§ работа с мультимедийными материалами
Шифр компетенции
ОПК-1
ОПК-4
ОПК-6
ПК-2
Примерный перечень вопросов
1. Понятие объекта и его модели. 2. Моделирование. Основные этапы построения модели. 3. Понятие ЦЕЛИ моделирования. 4. Почему одному и тому же объекту может быть сопоставлены разные модели? 5. Почему одной и той же модели могут быть сопоставлены разные объекты? 6. Что такое классификация моделей. На какие классы они делятся? 7. Роль и значение моделирования. В каких областях знаний оно применяется. 8. Математическое моделирование. 9. Формы представления математических моделей (ММ). 10. Методы определения ММ. 11. Критерии оценки ММ. Определение функции эффективности ММ. 12. Оценка экономичности ММ. 13. Оценка адекватности ММ. 14. Корректность, непротиворечивость ММ. 15. Методы прогнозирования, применяемые в геодезии для анализа функций координат и времени. 16. Обобщенная схема основных этапов математического моделирования 17. Идеализация ММ. 18. Дискретизация ММ. 19. Линеаризация ММ. 20. Методы реализации ММ. 21. Понятие имитационной модели. 22. Основные этапы имитационного моделирования на компьютере. 23. Требования, предъявляемые к имитационным моделям. 24. Понятие формализации. 25. Концептуальная модель. 26. Блочная модель. Переход от описания к блочной модели. 27. Моделирование изменения состояний объектов в фазовом пространстве. 28. Моделирование изменения состояний объектов в Гильбертовом пространстве. 29. Построение и анализ функции отклика. 30. Оценка правильности ММ. 31. Качественные критерии оценки ММ. 32. Количественные критерии оценки ММ. 33. Понятие планирования эксперимента. 34. Методы теории планирования эксперимента. Стратегическое и тактическое планирование экспериментов. 35. Применение современных информационных технологий при планировании. 36. Понятие системы, системности. Признаки существования системы. 37. Структурная схема системы 38. Модель «Белого (прозрачного) ящика». 39. Модель «Черного ящика». 40. Математические схемы моделирования систем. 41. Непрерывно-детерминированные модели. 42. Дискретно-детерминированные модели. 43. Дискретно-стохастические модели. 44. Непрерывно-стохастические модели. 45. Сетевые модели. 46. Комбинированные модели. 47. Понятие системного анализа. Задачи, решаемые методами системного анализа. 48. Методы системного анализа. 49. ММ случайных событий. 50. ММ случайных процессов. 51. Функции распределения. 52. Псевдослучайные последовательности и методы их генерирования. 53. Математическое моделирование случайных воздействий на системы. 54. Методы прогнозирования физических процессов. Методы экстраполяции. Параметрические методы. Экспертные методы. 55. Задачи выбора и принятия решений. 56. Принципы и классификация методов прогнозирования. 57. Сущность нормативного, экспериментального и индексного методов прогнозирования. 58. Многообразие задач выбора. Многокритериальные задачи принятия решений.
Примеры оценочных средств для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся
ФИЛИАЛ
ФГБОУ ВПО «Псковский государственный университет»
в г. Великие Луки Псковской области
Инженерно-экономический факультет
СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета Директор филиала
_____________ А.П. Павлов _____________ С.А. Катченков
«______» _____________20__ г. «_____» _____________20__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Б1.В.ДВ.04.02
Дата: 2019-07-30, просмотров: 149.