《管理建模與仿真》課程教學大綱

《管理建模與仿真》教學大綱一、課程基本信息課程名稱管理建模與仿真ManagerialModelingandSimulation課程編碼SEM121621020開課院部經(jīng)濟管理學院課程團隊管理系統(tǒng)工程教學團隊學分2.0課內(nèi)學時36講授24實驗12上機0實踐0課外學時0適用專業(yè)工程管理授課語言中文先修課程管理學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、運籌學課程簡介（限選）管理建模與仿真是一門綜合運用管理知識、數(shù)學建模理論與方法、決策科學方法、現(xiàn)代計算機仿真技術(shù)研究解決管理實踐問題的科學，是管理類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程。本課程是在長期的管理科學、建模與仿真領(lǐng)域的教學、科研實踐基礎(chǔ)上,對管理領(lǐng)域中主要研究問題進行的系統(tǒng)歸納總結(jié),并廣泛借鑒國內(nèi)外管理建模與仿真方面文獻。在闡述了數(shù)學模型、系統(tǒng)仿真、數(shù)學建模和蒙特卡洛方法等概念內(nèi)涵、基本理論、基本方法與技術(shù)的基礎(chǔ)上,介紹了離散系統(tǒng)的數(shù)字仿真和連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真這兩大基本類別，以及用于系統(tǒng)（特別是社會經(jīng)濟和管理系統(tǒng)）仿真特殊而有效的方法，系統(tǒng)動力學方法和蒙特卡洛方法。重點圍繞基于VENSIM、ARENA和EnterpriseDynamics三種工具軟件的管理科學問題的建模與仿真實例結(jié)合進行了詳細的講解與分析。通過對本課程的學習，可以讓學生掌握適用于任何領(lǐng)域的建模與仿真的一般理論框架和基本方法。Thiscourseisanoptionalcourseforengineeringmanagementmajor.Throughteaching,studentscanmasterthebasicprinciplesandconceptsofmanagementsystemmodeling,andbefamiliarwiththeanalysis,constructionanduseofenterprisemanagementandmanagementmodels,learnhowtodesignalogicalphysicalmodelormathematicalmodelaccordingtothecharacteristicsandindicatorsoftherealsystem,andusethemostadvancedcomputerinformationprocessingtechnologytosimulateandsimulaterealproblems.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：掌握管理系統(tǒng)、企業(yè)管理建模與仿真的基本概念是2.32.32M2目標2：掌握分析和建立企業(yè)管理系統(tǒng)模型的基本方法是3.13.13M3目標3：掌握主流計算機仿真方法，包括VENSIM、ED、ARENA等常用工具是2.62.6三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章數(shù)學模型與系統(tǒng)仿真概述本章重點難點：數(shù)學模型與系統(tǒng)仿真的概念及其實際應用。課程思政：通過仿真應用實例，使得學生具備科研中創(chuàng)造生產(chǎn)力、節(jié)約資源的家國情懷。/////21.11.1數(shù)學模型基本概念用來描述系統(tǒng)要素之間以及系統(tǒng)與環(huán)境之間關(guān)系的數(shù)學表達式M10.5講授//31.21.2系統(tǒng)仿真基本概念基于系統(tǒng)建模和實驗分析研究系統(tǒng)的過程M10.5講授//41.31.3系統(tǒng)仿真的應用控制系統(tǒng)CAD，虛擬現(xiàn)實，工程應用，幾種常用的數(shù)字仿真工具軟件M10.5講授0.5自學51.41.4模型與仿真應用實例航空航天領(lǐng)域，電力工業(yè)，石油、化工、冶金工業(yè)，政策仿真，經(jīng)濟安全分析M10.5講授0.5自學6第2章第2章建模方法本章重點難點：數(shù)學模型、建模的方法////72.12.1數(shù)學模型通過對實際系統(tǒng)的觀測或檢測，確定系統(tǒng)的模型形式、結(jié)構(gòu)和參數(shù)，獲得正確反映系統(tǒng)表征、持征和功能的最簡數(shù)學表達式M10.5講授//82.22.2建模的一般原則和步驟建模的原則，包括簡單性、清晰性、相關(guān)性等，建模的步驟，包括模型準備、模型假設(shè)、模型構(gòu)成與建立、模型計算、模型結(jié)果分析、模型的推廣與使用M10.5講授//92.32.3建模的方法數(shù)值描述模型，關(guān)系規(guī)律模型，專用方法模型，理論方法模型M10.5講授//102.42.4模型的有效性評價模型在演繹、歸納、目的方面的可信性，模型驗證過程中應注意的問題和基本方法M10.5講授//11第3章第3章蒙特卡洛仿真本章重點難點：蒙特卡洛方法的應用////123.13.1蒙特卡洛仿真簡介蒙特卡洛簡介，蒙特卡洛方法的形成及發(fā)展，蒙特卡洛模擬法的概念M10.5講授//133.23.2蒙特卡洛方法的基本思路蒙特卡洛方法的基本思想，解題思路，包括隨機數(shù)和偽隨機數(shù)，隨機變量的抽樣M10.5講授//143.33.3蒙特卡洛方法的應用數(shù)值積分，隨機最優(yōu)化，包括模擬退火、進化策略等M20.5講授、討論0.5自學153.43.4蒙特卡洛方法的特點收斂性和誤差，優(yōu)點，包括受幾何條件限制小、收斂速度與處理問題的維數(shù)無關(guān)等，缺點，包括收斂速度慢、誤差具有概率性等M20.5講授//16實驗實驗一分析評價參數(shù)的特征，按照分布規(guī)律產(chǎn)生隨機數(shù)，建立數(shù)學模型，通過足夠數(shù)量的計算機仿真，樣本分析M22實驗//17第4章第4章離散系統(tǒng)的數(shù)字仿真本章重點難點：隨機過程、仿真方法////184.14.1隨機變量與隨機過程偽隨機數(shù)，(0,1)均勻分布隨機數(shù)的產(chǎn)生，完本事件組的抽樣，任意分布隨機變量的抽樣M10.5講授//194.24.2隨機過程的基本特性隨機過程是隨機變量的一個集合，具有概率特性M10.5講授//204.34.3手工仿真方法隨機變量或隨機事件的抽樣方法，系統(tǒng)動態(tài)的運行，解法，包括解析解法，統(tǒng)計抽樣方法，仿真方法M20.5講授0.5自學214.44.4計算機仿真基本概念，包括計算機數(shù)字仿真，系統(tǒng)、子系統(tǒng)和環(huán)境，反饋，系統(tǒng)的組成實體、屬性、活動，系統(tǒng)模型和變量，數(shù)字仿真的類型；離散系統(tǒng)數(shù)字仿真方法，排隊系統(tǒng)概述M20.5講授//22實驗實驗二：手工仿真確定輸入數(shù)據(jù)的特征，構(gòu)造仿真表及重復運行結(jié)果，仿真結(jié)果計算M22實驗//23第5章第5章連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真本章重點難點：連續(xù)系統(tǒng)的模型、連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法////245.15.1連續(xù)系統(tǒng)基本概念與數(shù)學模型連續(xù)系統(tǒng)的基本概念及其需要滿足的條件，連續(xù)時間模型，離散時間模型，連續(xù)-離散混合模型M10.5講授//255.25.2數(shù)值積分法龍格-庫塔法，亞當姆斯法，穩(wěn)定性分析，積分步長的選擇與控制M10.5講授//265.35.3連續(xù)系統(tǒng)離散法仿真離散相似法的基本原理，Z域離散相似模型及其矯正，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算，用離散相似法進行線性系統(tǒng)仿真，增廣矩陣法M20.5講授//275.45.4連續(xù)系統(tǒng)的實時仿真問題的提出，快速數(shù)字仿真算法，實時仿真算法M20.5講授//28第6章第6章系統(tǒng)動力學仿真方法本章重點難點：建立系統(tǒng)因果關(guān)系圖和流圖////296.16.1反饋回路分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值，反饋系統(tǒng)，反饋通道，穩(wěn)態(tài)誤差；系統(tǒng)仿真；雙積分器的控制，比例反饋控制，比例和微分反饋控制；隱藏的振蕩M10.5講授、討論//306.26.2因果關(guān)系圖建立因果箭，因果鏈，因果反饋回路，正反饋回路，負反饋回路，多重因果反饋回路M10.5講授、討論//316.36.3流圖建立構(gòu)成要素，包括流，水準，速率，參數(shù)量，輔助變量，源與洞，信息，滯后或延遲M20.5講授//326.46.4模型模擬SD結(jié)構(gòu)模型的建模步驟，DYNAMO語言編程，基本DYNAMO方程，反饋回路及其仿真計算M20.5講授0.5作業(yè)33第7章第7章基于系統(tǒng)動力學的VENSIM系統(tǒng)仿真本章重點難點：仿真模型的驗證////347.17.1VENSIM系統(tǒng)基礎(chǔ)系統(tǒng)動力學仿真軟件Vensim介紹，Vensim仿真軟件特點，Vensim軟件的仿真程序M30.5講授//357.27.2VENSIM建模利用相關(guān)按鈕畫出流程圖，通過公式編輯器輸入變量表達式和常量數(shù)值M30.5講授0.5作業(yè)367.37.3動態(tài)優(yōu)化利用VENSIM軟件對模型進行優(yōu)化M30.5講授//377.47.4方案選優(yōu)進行系統(tǒng)分析,制定出若干可行的方案,對可行方案進行綜合評價后,進行決策選優(yōu)M30.5講授//38實驗實驗三：系統(tǒng)動力學仿真實驗確定系統(tǒng)目標，系統(tǒng)動力學分析，系統(tǒng)動力學模型設(shè)計，實行仿真，結(jié)果分析與評價M32實驗//39第8章第8章模擬軟件ARENA本章重點難點：建模分析與模型建立////408.18.1ARENA工作環(huán)境運行的軟硬件環(huán)境，ARENA的建模環(huán)境、建模架構(gòu)、建模工具、建模方式M30.5講授//418.28.2圖形繪制與動畫效果系統(tǒng)框架設(shè)計，包括流程圖層級、含模塊及子模塊，ARENA建模環(huán)境下的流程圖轉(zhuǎn)換，設(shè)置各模塊及子模型參數(shù)，包括邏輯、靜態(tài)圖像及動畫，校驗模型M30.5講授//428.38.3模型的運行仿真類型及模型的時間、日期、長度的設(shè)定，運行方式，運行中的多數(shù)修改，模型的重復運行和獨立多次運行M30.5講授、討論//438.48.4Input/OutputAnalyzer輸入分析器，輸出分析器，輸出文件與報告，數(shù)據(jù)接口M30.5講授//44實驗實驗四：企業(yè)經(jīng)營過程仿真實驗問題闡述，確定仿真目標，數(shù)據(jù)采集，仿真建模，模型校驗，仿真運行，輸出統(tǒng)計分析M32實驗2大作業(yè)45第9章第9章EnterpriseDynamics本章重點難點：管理系統(tǒng)的仿真模型////469.19.1EnterpriseDynamics基礎(chǔ)窗口結(jié)構(gòu)，包括菜單欄、快捷按鈕、庫、分布窗口、運行管理和時鐘，庫和模型的結(jié)構(gòu)，通道，結(jié)果分析，4D腳本M30.5講授//479.29.2建立簡單仿真模型分布窗口操作元件，管理窗口開啟仿真過程、檢測模型邏輯結(jié)構(gòu)，輸入相應參數(shù)，運行模型，分析結(jié)果，模型優(yōu)化M30.5講授//489.39.3模型運行與分析參數(shù)輸入，測量結(jié)果，測量結(jié)果方法包括元件顯示的信息、監(jiān)控器、報告及圖表和實驗M30.5講授、討論//499.49.4基于EnterpriseDynamics的仿真案例基于EnterpriseDynamics的物流案例，打包拆包，物流策略，操作員，輸送器M30.5講授、討論//50實驗實驗五：企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營仿真根據(jù)實驗案例，選擇相應元件建立案例模型，設(shè)置模型參數(shù)，運行模型并分析。課程思政：通過生產(chǎn)經(jīng)營仿真，使學生具備優(yōu)化的思想，為社會主義建設(shè)節(jié)約資源、提高效益。M32實驗//四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1課堂表現(xiàn)考察學生課堂參與程度，引導學生積極主動參與課堂學習10%2作業(yè)布置2-3次課程作業(yè)，要求學生課下完成15%3大作業(yè)在課程后半段，設(shè)置一個真實場景下的管理問題，要求學生運用所學知識對該管理問題進行建模與仿真分析15%4階段性測試設(shè)置1-2次階段性測試，考察學生知識掌握情況，及時得到學生學習效果的反饋20%5期末考試綜合考察學生對該課程核心知識點的掌握情況40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1課堂表現(xiàn)20%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準確，積極參與課堂討論和互動B-精神狀態(tài)良好，問題回答較好，參與課堂討論和互動良好C-精神狀態(tài)一般，問題回答一般，參與課堂討論和互動一般D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤，不參與課堂討論和互動。2M1作業(yè)30%A-按時提交作業(yè)，管理系統(tǒng)、企業(yè)管理建模與仿真基本概念理解基本無誤B-按時提交作業(yè)，管理系統(tǒng)、企業(yè)管理建模與仿真基本概念理解存在少量錯誤3M1期末考試50%（見試卷評分標準）4M2階段性測試40%（見試卷評分標準）5M2期末考試40%（見試卷評分標準）6M2課堂表現(xiàn)20%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準確，積極參與課堂討論和互動B-精神狀態(tài)良好，問題回答較好，參與課堂討論和互動良好C-精神狀態(tài)一般，問題回答一般，參與課堂討論和互動一般D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤，不參與課堂討論和互動。7M3大作業(yè)50%A-按時提交作業(yè)，分析和建立企業(yè)管理系統(tǒng)模型和仿真的程序基本無誤B-按時提交作業(yè)，分析和建立企業(yè)管理系統(tǒng)模型和仿真的程序存在少量錯誤8M3期末考試50%（見試卷評分標準）評分等級說明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,