《系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

《系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：10140121課程性質：專業(yè)必修課學分：2學分學時：32學時（理論32學時）先修課程：高等數學、概率論與數理統(tǒng)計、運籌學A、PlantSimulation初步、系統(tǒng)工程導論、生產計劃與控制后續(xù)課程：系統(tǒng)建模與仿真訓練適用專業(yè)：工業(yè)工程開課單位：管理學院一、課程說明《系統(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。本課程主要是講授系統(tǒng)仿真的基本理論、方法與仿真工具使用，加強對實體系統(tǒng)進行建模、分析、評價和規(guī)劃的能力，使學生能夠運用計算機仿真技術模擬生產系統(tǒng)的布置、調度、分析、交互，熟悉和掌握計算機仿真軟件的基本操作和實現的功能。通過學習掌握建模與仿真技術，為畢業(yè)后利用計算機仿真系統(tǒng)對實體系統(tǒng)進行分析、研究、設計及調試打下必要的基礎。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握系統(tǒng)建模的基本原理，熟悉仿真平臺的常用工具使用，熟練掌握仿真平臺基本對象的使用、操作流程和仿真語言的基本語法，能夠熟練構建較為復雜的仿真模型。課程目標2：能夠根據選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對實際系統(tǒng)開展分析、規(guī)劃、架構，對實際系統(tǒng)進行建模、仿真、設計，并運用基礎理論與方法對仿真模型進行優(yōu)化。課程目標3：在智能制造大背景下，生產物流模式的大變革中，讓學生了解我國虛擬仿真技術的發(fā)展階段及應用情況，培養(yǎng)學生樹立正確的價值觀、高度的社會責任感、較強的終身學習意識和不斷學習、適應社會經濟和工程技術發(fā)展的能力。三、課程目標與畢業(yè)要求《系統(tǒng)建模與仿真》課程教學目標對工業(yè)工程畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.3能夠將相關知識和系統(tǒng)建模方法用于推演、分析工業(yè)工程問題。課程目標1：掌握系統(tǒng)建模的基本原理，熟悉仿真平臺的工具界面分布，掌握仿真平臺基本對象的使用、操作流程和仿真語言的基本語法，能夠熟練構建基礎的仿真模型。課程目標2：能夠根據選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對實際系統(tǒng)開展分析、規(guī)劃、架構，對實際系統(tǒng)進行建模、仿真、設計，并運用基礎理論與方法對仿真模型進行優(yōu)化。M2.問題分析2.2能認識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。課程目標2：能夠根據選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對實際系統(tǒng)開展分析、規(guī)劃、架構，對實際系統(tǒng)進行建模、仿真、設計，并運用基礎理論與方法對仿真模型進行優(yōu)化。M3.設計/開發(fā)解決方案3.2能夠針對特定需求，完成設施布置、運作流程或人因平臺等設計。課程目標2：能夠根據選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對實際系統(tǒng)開展分析、規(guī)劃、架構，對實際系統(tǒng)進行建模、仿真、設計，并運用基礎理論與方法對仿真模型進行優(yōu)化。課程目標3：在智能制造大背景下，生產物流模式的大變革中，讓學生了解我國虛擬仿真技術的發(fā)展階段及應用情況，培養(yǎng)學生樹立正確的價值觀、高度的社會責任感、較強的終身學習意識和不斷學習、適應社會經濟和工程技術發(fā)展的能力。H5.使用現代工具5.3能夠針對具體的對象，開發(fā)或選用滿足特定需求的現代工具，模擬和預測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。課程目標2：能夠根據選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對實際系統(tǒng)開展分析、規(guī)劃、架構，對實際系統(tǒng)進行建模、仿真、設計，并運用基礎理論與方法對仿真模型進行優(yōu)化。課程目標3：在智能制造大背景下，生產物流模式的大變革中，讓學生了解我國虛擬仿真技術的發(fā)展階段及應用情況，培養(yǎng)學生樹立正確的價值觀、高度的社會責任感、較強的終身學習意識和不斷學習、適應社會經濟和工程技術發(fā)展的能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯度。四、教學內容、基本要求與學時分配理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時對應的課程目標1.離散事件建模與仿真的基本原理1.1離散事件系統(tǒng)建模要素與結構1.2常用建模方法與常用分布1.3面向對象建模的基本思想教學要求：掌握離散事件建模要素的內涵；理解常用建模方法與常用分布；理解掌握面向對象建模的基本思想。重點：離散事件系統(tǒng)建模要素，面向對象建模的基本思想。難點：面向對象建模的基本思想。11、22.案例教學教學要求：理解人、機、料互相協同配合基本原理；掌握完整的系統(tǒng)建模工作流程；理解掌握服務的原理及操作方法；理解掌握AGV小車的基本操作規(guī)范。重點：系統(tǒng)建模工作流程，服務的原理及操作方法。難點：服務的原理及操作方法。51、2、33.統(tǒng)計優(yōu)化分析與隨機數3.1分布表格與經驗分布原理3.2概率分布與仿真預熱3.3統(tǒng)計優(yōu)化工具及順序抽樣3.4變體生成器及隨機數教學要求：理解分布表格與經驗分布的原理；理解概率分布與仿真預熱；理解掌握常見的統(tǒng)計優(yōu)化工具和方法；掌握變體生成器及隨機數的原理和隨機數生成方法。重點;統(tǒng)計優(yōu)化工具的使用，隨機數生成方法。難點：統(tǒng)計優(yōu)化工具的使用。21、24.仿真過程的用戶交互4.1數據采集周期4.2數據采集函數方法與屬性4.3用戶交互應用4.4報告、甘特圖與網頁接口教學要求：理解數據采集周期內涵；理解數據采集函數方法與屬性；熟練掌握常用的用戶交互工具使用；了解報告、甘特圖與網頁接口的使用。重點：數據采集函數方法與屬性，用戶交互應用。難點：數據采集函數方法與屬性。61、25.仿真優(yōu)化與實驗設計5.1仿真實驗流程與基本仿真實驗5.2多級實驗設計與隨機實驗設計5.3規(guī)則法設計仿真實驗5.4二級實驗設計中的因子分析與因子回歸教學要求：理解仿真實驗流程和基本的仿真實驗；理解掌握多級實驗設計與隨機實驗設計；理解規(guī)則法設計仿真實驗；理解二級實驗設計中的因子分析與回歸。重點：仿真實驗流程，多級實驗設計。難點：規(guī)則法設計仿真實驗，二級實驗設計中的因子分析與回歸。21、26.制造生產模式建模與仿真6.1生產控制中的推動式控制：MTS生產模式6.2生產控制中的拉動式控制：MTO生產模式6.3生產線建模教學要求：理解掌握MTS生產模式的原理、分析過程及仿真實現；理解掌握MTO生產模式的原理、分析過程及仿真實現；理解掌握生產線建模原理及流程。重點：MTS、MTO生產模式的原理及實現。難點：MTS、MTO生產模式的實現。81、2、37.混流裝配線物料配送綜合案例7.1混流裝配線工作的原理；7.2裝配線及AGV配送路線建模；7.3AGV配送小車優(yōu)化。教學要求：理解混流裝配線工作的原理；掌握裝配線及AGV配送路線建模流程及方法；理解AGV配送小車優(yōu)化方法。重點：混流裝配線工作的原理；裝配線及AGV配送路線建模。難點：裝配線及AGV配送路線建模；AGV配送小車優(yōu)化。81、2、3合計32五、教學方法及手段本課程采用理實一體化教學模式，結合理論講授，通過大量案例教學完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。通過課堂教授基本的原理方法，課堂進行訓練，課后布置相關作業(yè)加強對基本方法和基本原理的學習和訓練，掌握系統(tǒng)建模與仿真的學習與訓練，經過課程的學習，達到具備基本的建模與仿真的初步能力。六、課程資源1.推薦教材：李世榮.數字化工廠實踐指南[M].北京:機械工業(yè)出版社.2022年2.參考書：（1）朱文海,郭麗琴.智能制造系統(tǒng)中的建模與仿真:系統(tǒng)工程與仿真的融合[M].北京:清華大學出版社.2022年.（2）胡耀華,梁乃明等.數字化工廠仿真[M].北京:機械工業(yè)出版社.2022年.（3）蘇春.制造系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:機械工業(yè)出版社.2019年.3.期刊：（1）工業(yè)工程，廣東工業(yè)大學，雙月刊（2）工業(yè)工程與管理，上海交通大學和德國施普林格出版社合辦，雙月刊（3）InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology4.網絡資源：（1）西門子中國官網：/cn/zh/home.html（2）工業(yè)工程網：.（3）仿真科技論壇，七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末大作業(yè)成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現10（1）根據課堂出勤情況、線上資源學習情況等進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√442作業(yè)評價10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42操作練習30（1）主要考核綜合運用理論知識、計算機技能和處理工程實際問題的能力，滿分100分。（2）以操作成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?01010期末考核大作業(yè)50（1）主要考核面向對象建模的基本原理、常見的控件屬性、方法和操作過程；基本的SimTalk語法；基本的建模流程、分層建模方法等內容。（2）以大作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?02010合計：100分383824八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現、作業(yè)評價、操作練習、大作業(yè)等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┐笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：期末大作業(yè)成績?yōu)?00分（權重50%）；課堂表現、作業(yè)評價、操作練習等過程性考核成績?yōu)?00分（權重50%）；過程性考核和大作業(yè)測試內容分值分配與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現20積極參與教學活動，按時完成線上教學資源，踴躍回答問題。認真參與教學活動，按時完成線上教學資源，認真回答問題。偶爾參與教學活動，完成線上教學資源50%以上。上課不認真，偶爾參與教學活動，完成線上教學資源低于50%。上課不認真，不參與教學活動，完成線上教學資