Методика курсового проектирования

Курсовой проект предназначен для знакомства студента с основными приемами и технологиями моделирования систем.

Для выполнения курсового проекта студент обязан освоить систему проектирования и моделирования, язык программирования и проектирования, систему оформления документов. При работе над курсовым проектом следует использовать рекомендуемую литературу.

Цель курсового проекта - научить студента осуществлять декомпозицию сложных систем, проектировать статические, динамические, детерминированные и стохастические модели систем, проектировать модели элементов систем, собирать их в единый проект, ставить задачу моделирования (прямую, обратную, структурную), настраивать модель, рассчитывать траекторию движения системы, управлять системой и составляющими ее объектами, строить интерфейс системы управления, оценивать точность моделирования и интерпретировать результаты, проводить компьютерный эксперимент на моделях, проводить синтез моделей, оформлять отчет о проекте и проведенном исследовании.

Курсовой проект является самостоятельно выполняемым заданием, предназначен для усвоения обучаемым современных инструментов и технологий моделирования, требует разработки студентом целостного законченного проекта. Рекомендуется выполнять работу в следующем порядке.

1. Согласовать с преподавателем название курсового проекта, объект моделирования.

2. Проанализировать систему. Определить механизм ее действия. Определить свойства системы, поведение, свойства и поведение составляющих элементов. Определить разбиение на объекты. Определить группы объектов. Определить переменные.

3. Выделить и описать входные, выходные и внутренние переменные каждого объекта и системы в целом. Определить задачу, решаемую на модели. Определить и формализовать критерий функционирования моделируемой системы. Определить на множестве входных переменных переменные управления и возмущения.

4. Спроектировать модель каждого элемента. Протестировать поведение и свойства каждого спроектированного объекта на модели.

5. Осуществить настройку параметров модели.

6. Соединить связями переменные объектов, объединив их в систему.

7. Сконструировать интерфейс системы - пульт управления входными переменными, пульт наблюдения за выходными переменными и значением критерия.

8. Спроектировать гиперссылочную систему помощи к системе управления.

9. Произвести отладку системы в целом.

10. Спланировать и провести компьютерный эксперимент. Проинтерпретировать результаты. Оценить точность и достоверность результатов. Представить результаты экспериментов в таблицах и графиках.

11. Проанализировать результаты экспериментов. Найти рациональное решение, обосновать его. Сделать выводы и рекомендации по улучшению системы.

 

Рекомендуется выполнять работу последовательно в четыре этапа:

1. Описание объектов системы, составление их математического и алгоритмического описания, составление структуры системы с описанием связей.

2. Отладка системы.

3. Конструирование интерфейса пользователя.

4. Проведение компьютерных экспериментов над моделью.

5. Написание отчета.

 

Результатом работы и содержанием отчета является:

1. Проект, он же является документацией и частью отчета.

2. Конструктор предметной области, позволяющий изменять систему.

3. Наборы данных для демонстрации исследованных режимов работы схемы (задачи).

4. Исследования и выводы.

Работа должна продемонстрировать умение студента: проектировать модели в современной компьютерной среде, формализовать предметную область, строить структурные модели, связывать их с графическими (двух или трехмерными) образами, реализовывать эффективный интерфейс с моделью, планировать компьютерный эксперимент и исследовать систему.

Пояснительная записка и модель должны четко фиксировать:

- перечень элементов системы и базовый состав системы, подробную схему системы;

- структуру элемента (переменные - входные, выходные, внутренние, параметры, диапазон изменения, кодирование, функция, графический образ, перечисление механизмов, ограничений, целей, законов);

- описание законов функционирования, свойств каждого объекта системы;

- описание связей (какой объект с каким и по каким переменным связан; тип связи - постоянные, виртуальные, структурные, полевые);

- описание интерфейса, системы визуализации (связь элементов образов с переменными);

- описание задач, решаемых на модели;

- критерии функционирования системы, список переменных управления, их ограничения и цена, формулировка задачи синтеза рационального решения, список переменных возмущения,

- метод исследования, фактографические результаты исследования (таблица экспериментов и графики);

- рациональное решение, выводы.

Объем пояснительной записки не регламентируется. Рекомендуемый объем – 20-25 страниц с 4-8 иллюстрациями.

Основное требование к отчету – ясность изложения, следование требованиям ГОСТ на оформление. Основное требование к проекту – адекватность поведения модели, ясность структуры системы, принципа ее действия, конструктивность и функциональность модели системы, четкость постановки задачи, наблюдаемость поведения, структуры и свойств модели, способность к управлению со стороны пользователя, наличие четких комментариев.

Пояснительная записка должна содержать титульный лист, аннотацию, задание на проект, содержание, введение, анализ технического задания, разработка модели системы, реализация, тестирование, заключение, список литературы и листинг программы.

 

Примерные темы курсового проектирования

1. Моделирование резервной линии.

Имеется конвейерная автоматизированная линия по выпуску баночек фруктового сока. Пустые баночки для фруктового сока поступают в накопитель 1 автоматизированной линии каждые 3,5+-1,1 секунд. После этого в них автоматически заливается сок. Одновременно может заливаться только одна баночка, на что расходуется 1,5 секунды. Потом баночки поступают в накопитель 2 для выполнения операции закупоривания. Для этого расходуется 1,6 секунд времени на каждую баночку. Одновременно может обрабатываться одна баночка. Потом они попадают в накопитель 3 для следующей операции. В конце конвейера баночки устанавливаются в ящики. Время установки одной баночки представляет собой равномерно распределенную случайную величину в интервале 2,0+-0,8 секунд. Одновременно может устанавливаться в ящик не больше двух баночек.

Разработать модель описанной системы в виде Q-схемы, построить сеть Петри и программу на языке GPSS или высокого уровня.

Определить, какие размеры должны иметь накопители 1,3. Промоделировать работу линии на протяжении одной смены (8 часов).

2. Моделирование контроля и настройки телевизоров. Собранные телевизоры проходят серию испытаний на станции технического контроля. Если оказывается, что функционирование телевизора ненормально, то отбракованный телевизор передают в цех наладки, где заменяют неисправные блоки. После наладки телевизор возвращают на станцию контроля и снова проверяют. Со станции технического контроля телевизоры после одной или нескольких проверок поступают в цех упаковки. Телевизоры попадают на станцию технического контроля каждые 5,5+-2,0 минут. На станции работают 2 контроллера одинаковой классификации. Операция контроля одного телевизора состоит из двух проверок:

a) для первой проверки каждому контроллеру необходимо 9+-3 минуты;

b) для второй проверки на 2 контроллера имеется один тестовый прибор (продолжительность тестирования 1,2 минут)

Приблизительно 85 процентов телевизоров успешно проходят проверку и попадают в цех упаковки, а другие 15 процентов - в цех наладки, в котором находится один рабочий – наладчик. Время наладки неисправных блоков распределено равномерно в интервале 30+-7 минут.

Разработать модель описанной системы в виде Q-схемы, построить сеть Петри и программу на языке GPSS или высокого уровня.

Определить, сколько мест на стеллажах необходимо предусмотреть на входе станции контроля и в цехе наладки. Время моделирования – 8 часов.

Моделирование работы кафе.

В небольшом кафе работают две официантки (A и B), обслуживая по 5 четырехместных столиков. Официантка A пользуется большей популярностью, чем официантка B. Приходя в кафе, клиент садится за столик официантки B только в том случае, если все места за столиками, которые обслуживает официантка A, заняты. Клиенты приходят в кафе через 2+-1 минут и, если не застают свободных мест, становятся в очередь. Когда клиент садится на освободившееся место, он ждет, пока к нему подойдет официантка и примет у него заказ. Время приема заказа у официантки A занимает 45+-15 секунд, у официантки B соответственно 17+-4 секунд. Приняв заказ у клиента, официантки сразу же его выполняют. Время выполнения заказа обеими официантками составляет 160+-20 секунд. После получения заказа клиент на протяжении 16+-4 минут обедает и уходит из кафе.

Разработать модель описанной системы в виде Q-схемы, построить сеть Петри и программу на языке GPSS или высокого уровня.

Определить время ожидания в очереди и время, которое клиент проводит за столиком в кафе. Промоделировать работу кафе на протяжении 10 часов.