Обзор дисциплины «Моделирование систем»

Семестр: 7-ой,    Трудоёмкость: 144 часа,     Контроль: экзамен.


Цели дисциплины

Целью преподавания дисциплины является: освоение методологии моделирования систем с использованием современных средств компьютерной техники, получение практических навыков по реализации компьютерного моделирования.

Задачи дисциплины

Задачей дисциплины является концептуальные и математические основы аналитического и имитационного моделирования, методика организации моделирования систем и обработки результатов моделирования, технологии моделирования с использованием современных программ для моделирования химико-технологических процессов и систем, особенности моделирования ЭВМ и систем обработки данных на их основе.

Предмет дисциплины

подходы, принципы, средства описания и моделирования систем; метод статистических испытаний, принципы его машинной реализации; технология организации имитационного моделирования (информационно-вычислительных и производственных процессов); средства моделирования; тенденции в области автоматизации моделирования.


Результаты освоения дисциплины

В результате изучения данной учебной дисциплины студент:


Содержание основных разделов дисциплины

Цикл лекционных занятий по учебной дисциплине включает следующий перечень тем и их краткое содержание:

Концептуальные основы моделирования систем, операций и процессов

Моделирование на системном уровне Концептуальные основы моделирования систем, операций и процессов. Общие вопросы теории моделирования. Построение имитационных алгоритмов моделей. Основные понятия и этапы моделирования. Классификация методов построения математических моделей. Структура математического описания при детерминированном подходе. Структура эмпирических моделей. Типы уравнений математического описания. Алгоритмизация математического описания. Понятие математического моделирования химико-технологических процессов и химико-технологических систем.

Моделирование на системном уровне Системный подход к решению этих задач

Понятие системы. Элемент системы - химико-технологический процесс (ХТП). Модель структуры системы. Статические и динамические модели систем. Химико-технологические системы (ХТС). Типовые элементы ХТС, их изображение на схемах. Вещество как система атомов или молекул, системы химических реакций. Замкнутые и разомкнутые системы с точки зрения расчета. Классификация параметров систем: структурные, конструктивные, технологические, параметры потоков. Оценки эффективности функционирования систем. Общая математическая модель систем. Модель топологии и модели элементов систем. Задачи поверочного расчета, проектного расчета, оптимизации, синтеза, управления ХТС. Компьютерные технологии для расчета ХТС. Трудности использования интегрального метода для больших систем. Декомпозиционный метод расчета систем. Структурный анализ - необходимый этап декомпозиционного метода расчета. Формализация структуры систем с помощью матрицы смежности, таблиц связей, списка связей. Компьютерные технологии структурного анализа систем. Цели и этапы структурного анализа. Методы выделения комплексов. Методы нахождения контуров. Критерии оптимальности множества разрываемых дуг. Методы определения оптимального множества разрываемых дуг. Определение последовательности расчета элементов систем. Использование моделирующих программ ASPEN PLUS, современных программных продуктов для расчета конкретных промышленных ХТС.

Построение математических моделей при детерминированном подходе

Математическое моделирование элементов систем. Понятие модели. Классификация моделей. Физические, математические модели. Детерминированные и формальные модели. Статические и динамические модели. Модели с распределенными и сосредоточенными параметрами. Экономико-математические модели. Теоретический метод построения моделей элементов ХТС. Этапы построения. Адекватность модели. Компьютерные технологии расчета динамических режимов ХТС. Общая характеристика динамических режимов: режимы пуска и останова, переходные режимы. Нестационарные модели элементов ХТС. Использование современных программных продуктов для исследования динамических режимов.

Экспериментально-статистические методы построения математических моделей

Составление математических моделей экспериментально-статистическими методами. Получение уравнений множественной регрессии методом Брандона. Использование регрессионного анализа при статистическом моделировании. Линейная, параболическая и трансцендентная регрессии. Основы корреляционного анализа. Системный подход к анализу и планированию эксперимента в химической технологии. Использование компьютерных технологий для построения статистических моделей аппаратов химической технологии. Методы планирования эксперимента при построении статистических моделей. Метод построения мультипликативных моделей. Метод группового учета аргументов. Метод главных компонент. Использование современных программных продуктов для построения статистических моделей для изучения диаграмм состав-свойства.

Надежность систем

Компьютерное исследование надежности химико-технологических процессов и систем. Понятие о надежности систем. Вероятностные и эксплуатационные количественные характеристики надежности.

Методы оптимизации систем

Компьютерные технологии для принятия решений в химической технологии. Понятие об оптимизации химико-технологических процессов и химико-технологических систем. Постановка задачи оптимизации. Ограничения типа равенств. Выбор свободных параметров оптимизации. Ограничения типа неравенств. Критерии оптимизации. Многокритериальная оптимизация. Методы учета ограничений. Метод Лагранжа-Куна-Таккера. Метод штрафных функций. Градиентные методы оптимизации. Методы второго порядка. Метод сопряженного градиента. Методы решения многокритериальных задач. Современные программные продукты для решения задач оптимизации. Примеры применения нейронных сетей в химической технологии. Современные тенденции в области автоматизации имитационного моделирования. Использование моделирующих программ ASPEN PLUS, современных программных продуктов для расчета конкретных промышленных ХТС.

Наименование лабораторных работ:


Список литературы по дисциплине

Учебно-методическое обеспечение дисциплины включает печатную и электронную литературу, интегрированные справочные системы, авторские методические материалы, Интернет публикации и форумы.

    Основная литература

  1. Системный анализ и принятие решений. Компьютерные технологии моделирования химико-технологических систем. Учебное пособие/ В.А. Холоднов, К.Хартманн, В.Н. Чепикова, В.П. Андреева. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. -160 с.
  2. Гартман, Т.Н.,Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учеб. пособие для вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с.
  3. Советов, Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для бакалавров/ Советов Б.Я, Яковлев С.А. // - М.: Высшая школа, 2012.- 343 с.
  4. Вспомогательная литература:

  5. Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов: Практическое руководство / Холоднов В.А., Дьяконов В.П., Кирьянова Л.С., Иванова Е.Н./ - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. - 480 с.
  6. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978г., - 400с.
  7. Холоднов В.А. и др. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление / Под ред. И.П. Мухленова./ - Л.: Химия , 1986.-423с
  8. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ./ - М.: Радио и связь,1988.-128 с.
  9. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов/ -2-е изд., перераб. и доп.-М.:Химия,1982.-288 с.
  10. Курицкий Б. Я. Поиск оптимальных решений средствами EXCEL 7.0 в примерах/ - СПб.: “BHV- Санкт-Петербург”, 1997.-384 с.
  11. Кафаров В. В., Дорохов И. Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии /- М.: Наука,1976. - 500 с.
  12. Кафаров В. В., Перов В. Л., Мешалкин В. П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем (Введение в системотехнику химических производств) / – М.: Химия, 1974. - 344 с.
  13. Кафаров В. В., Мешалкин В. П., Перов В. Л.Математические основы автоматизированного проектирования химических производств: Методология проектирования и теория разработки оптимальных технологических схем / - М.: Химия,1979. - 320 с.
  14. Томашевский В.Н. Имитационное моделирование в GPSS / – М.: Бестселлер, 2003.
  15. Рыжиков Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технологии / – СПб.: КОРОНА, 2004.
  16. Моделирование систем. Инструментальные средства .GPSS WORLD Учеб. пособие /- СПб., БХВ, Санкт-Петербург,2004. - 360 с.
  17. Ресурсы интернета, Электронные лекции:

  18. http://www.edu.ru – Федеральный портал «Российское образование»
  19. http://www.openet.edu.ru – Российский портал открытого образования
  20. http://www.exponenta.ru – Российский портал образования
  21. Model.Exponenta.ru — сайт о моделировании и исследовании: систем, объектов, технических процессов и физических явлений.
  22. http://stratum.ac.ru/textbooks/modelir/contents.html
  23. http://www.studfiles.ru/dir/cat32/subj1235/file11061/view111157.html
  24. Система моделирования GPSS WORLD (бесплатная версия фирмы Minuteman размещена по адресу - www.minutemansoftware/download).
  25. Материалы сайта кафедры ММиОХТП

Материально-техническое обеспечение дисциплины

Классы 1, 4, 5, 6, 9 (кафедры системного анализа), Microsoft Windows 7, Internet Explorer, Microsoft Word 2010, MathCAD на сервере и рабочих станциях, GAMS, ASPEN PLUS на сервере и на каждой рабочей станции.


Вернуться к списку дисциплин бакалавриата